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自从开始做机器人开始,整个系统的供电问题一直就是道绕不过去的坎。机器人的供电系统可以说是一切可能性的开始,一个安全稳定的供电系统会极大地提升机器人系统的稳定性。
机器人电源需求是什么?
基于移动机器人应用电池供电不稳定的特性
由于机器人它的应用场景相对多变,并没有一个固定的体型尺寸限制,且多数移动机器人是独立工作的,需要自身能源供给,因此采用电池供能可以说是绝大部分移动设备的首要选择了。它有一大堆好处,如种类多样、体积可以定制、造价成本低、维护简单等。但是它也有不太讨喜的地方:电池电压会随着剩余电量的下降而下降。而且由于应用场景和功能需求不同,锂电池从3S到12S都有使用(1S即一节电池),这就导致通用的机器人供电系统需要适应大约8V~50V(单节锂电池电压为2.8V~4.2V)的输入电压范围。
基于不同机器人“零部件”用电规格不同
实际应用开发中,供电系统一般情况下都是定制开发的,一旦应用场景有变,功能需求加加减减,这血压腾的一下就上来了,又要重新开始进行供电设计、材料选型、性能极限测试,最终才敢在真机上使用。在过往我们接触过的机器人中,设备使用的电压规格大部分都有5V、12V、19V、24V这四种。主要就是供给传感器、MCU(微控制器)、主控制器(电脑)和一些执行结构(电机、气泵等)。他们对功率的需求最大也就200W左右,再大就可以单独加一路专门的供电了。并且有些外围设备允许的输入电压波动范围比较小,例如不能大于10%,这就需要你的输出电压越稳定越好了。
总结下来就是理想的通用机器人供电系统参数为:
输入电压为8V~50V的DC(直流)电源;
输出为稳定的5V、12V、19V、24VDC(直流)电源,输出功率200W左右。
由于我们自己研发机器人,也有大量的集成工作,于是就从以往的项目里面析出了这款产品。
这个产品实际上是不挣钱的,几百块钱的东西,只是觉得客户有需要,也不赔本,大家也都对这个产品抱有浓厚的兴趣,于是乎就一直迭代研发下来了。
迭代的路径
我们第一版,主要是实现了单一降压或者升压的电源稳压功能,外加一些电源保护功能。随着后续的使用和用户反馈,逐渐暴露出来了它的一些问题,例如输出功率不够、遇到输入电压波动时容易坏,效率不高而导致的发热。于是随着技术的更新迭代,就自然而然的启动了第二版的改版任务。
经过了一段时间的选型测试,修bug迭代,最终新一代电源板诞生了!
图1、第一版电源板 图2、第二版电源板
相比于第一版电源适配板,我们继承传统,改进功能做到了:
一个模块即可解决多数设备的供电问题:
1.电压自动升降。不用再为升压还是降压挠头。
2.使用安全。具有输入反接保护、输出防倒灌、输出短路保护、过温保护。
3.输出稳定。输出端集成有电压补偿,弥补了大电流使用中的线损电压。
3.功率高。最高单路输出200W。
4.转换效率高。平均电源转换效率在94%。
5.灵活性强。输出用的压接端子,想压几个压几个。
6.布局紧凑,体积小巧,便于安放。
当然,你也可以把它简单理解为几块DC/DC合一的模块。
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