Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Servos Entstören
HannoHupmann
02.12.2008, 17:20
Hi,
da ich gerade meine Servoplatine neu entwerfe, wollte ich mal fragen wie ich die am besten entstöre. Bekanntlich ziehen die Servos sehr viel Strom und daher würde ich jeder Bank (zwischen 3-4 Servos) einen 100nF und einen 2200µF Kondensator zwischen GND und Vcc spendieren. Die Singnal Leitung wird mit einem seriellen 220Ohm Widerstand zum µC abgesichert.
Ich bin mir nicht ganz sicher ob die Werte optimal gewählt sind (sind so etwas aus dem Kopf heraus), vielleicht kann jemand antworten der bereits Erfahrung auf dem Gebiet hat.
mfg HannoHupmann
HannoHupmann
04.12.2008, 16:15
Frage falsch formuliert oder weis wirklich keiner ne Antwort drauf?
Es ist sicher kein großes grundsätzliches Problem. Ich könnte zum Beispiel sagen dass ich für den Betrieb eines Servos einen Elko von 470µF benötigt habe, darunter war der Berieb mit dem Servo und in der Umgebung unsicher.
Es kann aber wohl eher eine Reihe von Einzelerfahrungen herauskommen als eine Lösung für alle Servos, deshalb zögern wohl einige, einen Rat zu geben.
HannoHupmann
04.12.2008, 16:35
Hast schon recht Manf, ich hab meine Werte auch mehr so aus verschiedenen Threads und war mir nicht mehr sicher ob die Werte eben stimmen. Wenn ich nen großen und nen kleinen Elko nehm müsste ich doch hohe und flache Spannungsspitzen rausfiltern können.
Bei den 220Ohm bin ich nimmer ganz sicher ob der Wert stimmt. Es handelt sich ja auch mehr um ne Strombegrenzung.
RP6conrad
04.12.2008, 18:52
Nicht nur das entstoren ist wichtig, aber auch die Spannungsversorgung. Servos konnen locker 0.5 A ziehen, und das dan mehrfach... Da geht shcnell der Spannungsregler/accus durch die knieen. Am besten eine getrennte Stromversorgung mit separate Spannungsregler oder accus. Sicherlich wen du auch ADC von µ benutzt ist das wichtig !!!
HannoHupmann
04.12.2008, 22:59
@RP6conrad, guter Einwandt aber das war nicht die Frage ;-). Die Servos laufen bei mir grundsätzlich seperat von der µC Spannung. Allerdings möchte ich genau diesen Punkt der 0,5A abfangen und einen Spannungseinbruch für alle Servos verhindern, wenn ein Teil anläuft. Daher meine Idee mit den Kondensatoren. Die Widerstände in der Signalleitung sind nur zum Schutz des µC.
Was mir nun noch fehlt ist, welche Werte ich am besten für die Kondensatoren verwende.
rein gefühlsmäßig würde ich sagen, mit 100nF + 2200µF / Servo bist du auf der sicheren seite. besser sind natürlich Low-ESR elkos.
von der gesamtkapazität her sollten die spannungseinbrüche leicht überbrückt werden können, entscheidend ist ansich der innenwiderstand.
am besten einfach probieren :)
bei so vielen paralell geschalteten kapazitäten würde ich mir auch gedanken über eine einschaltstrombegrenzung machen...
die 220Ohm habe ich auch schon öfters gesehen, spricht auch nichts dagegen, ich verbaue aber lieber 1K, reicht immer noch locker aus um digitale steuersignale zu übertragen und ich kann beruhigt schlafen :)
Allerdings möchte ich genau diesen Punkt der 0,5A abfangen und einen Spannungseinbruch für alle Servos verhindern, wenn ein Teil anläuft. Daher meine Idee mit den Kondensatoren.
Eigentlich war ja nach praktischen Erfahrungen gefragt, aber eine theoretische Überlegung kann manchmal auch nicht schaden:
Will man z.B. nur 100 mA des Anlaufstroms für 0,1 s aus einem Pufferkondensator ziehen und läßt dabei einen Spannungsabfall von 1 V zu, dann bräuchte der Kondensator schon eine Kapazität von 10.000 uF. Das ist schon ein recht dicker Elko.
Der Widerstand in der Signalleitung als Strombegrenzung ist zum Schutz des MC gedacht, bei Kurzschluß der Signalleitung gegen Betriebsspannung. Bei 5V und max. 40mA (max. Strom pro Ausgang bei Atmel mega) wären die 220 Ohm also ausreichend, falls der Prozessor nicht schon im Normalzustand an der Grenze der zulässigen Verlustleistung arbeitet.
Will man z.B. nur 100 mA des Anlaufstroms für 0,1 s aus einem Pufferkondensator ziehen und läßt dabei einen Spannungsabfall von 1 V zu, dann bräuchte der Kondensator schon eine Kapazität von 10.000 uF. Das ist schon ein recht dicker Elko.
Das habe ich mir auch gesagt der Wert ist dann verblüffend groß.
Wenn man es von der anderen Seite betrachtet und man möchte mit dem Stromimpuls eine Spannungsänderung am Elko erzielen, wie verhindert man dass der Strom schon vorher aus der Spannungsversorgung nachfließt? Man kann dünne lange Kabel nehmen und Akkus mit relativ hohem Innenwiderstand nur ganz wird man den Strom auch damit nicht aufhalten.
So erkläre ich mir dann den Wert der beim Test herauskommt, der Wert für den Elko ist wohl bestimmt durch die zulässige Absenkung der Versorgungsspannung der Elektronk im Servo.
MeckPommER
05.12.2008, 10:28
Ich bin einen etwas anderen Weg der Entörung gegangen. Da ich nicht mehr Platz hatte, mussten 100µF parallel mit 100nF reichen
(siehe http://www.vreal.de/index.php?option=com_content&task=view&id=92&Itemid=77 ganz unten). In der Steuerleitung zum µC sind noch 680Ohm verbaut.
Um dennoch Störungen durch die Servos zu minimieren, habe ich als Stromversorgung einen LiPo-Akku der erst ab ca. 40A schwächelt und meine Servoansteuerung so programmiert, das die Servos ihr Steuersignal zeitversetzt erhalten.
Bisher läufts :)
Gruß MeckPommER
P.S.: sind die 100nF nicht sowieso Nutzlos, da sie so weit weg sind von der Servoelektronik? *kopfkratz*
HannoHupmann
05.12.2008, 13:25
@all ich hätte jetzt behauptet, dass die 100nF für kleine Spitzen sind und die 2200µF für deutlich größere Spannungsspitzen. Ich werd mal sehen ob ich nicht doch einen etwas kleineren Wert nehme, da die 2200µF von der Größe her schon ganz schöne Prügel sind.
Wenn man es von der anderen Seite betrachtet und man möchte mit dem Stromimpuls eine Spannungsänderung am Elko erzielen, wie verhindert man dass der Strom schon vorher aus der Spannungsversorgung nachfließt? Man kann dünne lange Kabel nehmen und Akkus mit relativ hohem Innenwiderstand nur ganz wird man den Strom auch damit nicht aufhalten.
So erkläre ich mir dann den Wert der beim Test herauskommt, der Wert für den Elko ist wohl bestimmt durch die zulässige Absenkung der Versorgungsspannung der Elektronk im Servo.
Man kann jedenfalls sagen, daß eine niederohmige Spannungsquelle, die mit möglichst kurzen (geringer ohmscher und induktiver Widerstand) Leitungen angeschlossen wird, das Problem entschärft.
Besonders bemerkenswert finde ich, daß man mit relativ kleinen Kapazitäten (es wurden z.B. 470 uF genannt) eine eindeutige Entstörwirkung erzielt. Wirksam sind ja offensichtlich Werte, deren nutzbarer Energiegehalt (sehr grob geschätzt) vielleicht 1% der notwendigen Energie für das Anlaufen eines Servos beträgt.
Es kann sich also nur um das Puffern von Stromspitzen handeln, umso interessanter, als der Motor ja eine induktive Last darstellt, bei der zeitliche Stromänderungen nicht beliebig schnell erfolgen können.
Offenbar sind Akkus (inklusive Zuleitung) eben auch induktive Spannungsquellen.
@MeckPommER:
Sicherlich wäre es günstiger gewesen, die Kondensatoren näher an die Servos zu legen. Aber wenn es trotzdem klappt, soll man nicht klagen (Da siegt die Praxis über die Theorie!). Die Kondensatoren sind ja alle schon am Sternpunkt, wo sich die Leitungen auftrennen. Hier kann man sich fragen, ob es statt 18 x 100uF auch 1 x 1800 uF getan hätte.
lowtec-ing
05.12.2008, 18:06
Hallo erstmal.
Zur Diemensionierung des Elkos scheinen mir nach der alten Netzteilregel 1000µf/A ausreichend.
Das Parallelschalten einer kleinen Kapazität zum Elko hat den Sinn, daß diese für höherfrequente Signalanteiele eine viel geringere Impedanz haben.
Ich würde für jedes Servo (0,5A) also in unmittelbarer Nähe zum Anschlußstecker zuerst einen guten keramischen 1nF Kondensator, dann einen 100nF Kondensator, auch keramisch, und dann erst den 470µF Elko vorsehen.
Diese Anordnung ist auf jedenfall bis in den Bereich mehrer 10MHz wirksam.
Da der Spannungseinbruch an den Anschlußklemmen des Servos daher rührt, daß die Zuleitungsinduktivität ihren energetischen Zustand beibehalten möchte, sollten die Leiterbahnen für die Servoversorgung so breit wie irgend möglich ausgelegt werden.
Merke: je dicker der Draht, desto kleiner die Induktivivität.
Diese Regel befolgend, reichen vieleicht auch schon 470µF/A. Lässt sich sowieso nur experimentel ermitteln, getreu dem Motto: Versuch macht kluch.
Ich hoffe es konnte Dir weiter helfen.
georg
Ich habe oben den Wert 470µF genannt. Er war wie gesagt experimentell ermittelt.
Wie läuft soetwas ab: Man hat die Schaltung und sieht dass es ohne Pufferung zu Störungen kommt. Dann nimmt man Elkos aus dem Vorrat mit verschiedenen Werten. Alter, Farbe, Baugröße, Spanung, ESR und was noch, ach ja Kapazität. Mit einem Wert geht es dann, der wird aufgestockt und dann weiß man etwas mehr.
Von daher ist es gut, ein paar Erfahrungswerte zusammenzutragen und den Mittelwert oder etwas entsprechendes zu bilden.
lowtec-ing
05.12.2008, 20:47
Es kann sich also nur um das Puffern von Stromspitzen handeln, umso interessanter, als der Motor ja eine induktive Last darstellt, bei der zeitliche Stromänderungen nicht beliebig schnell erfolgen können.
Offenbar sind Akkus (inklusive Zuleitung) eben auch induktive Spannungsquellen.
Nochmal hallöchen.
Es ist zwar richtig, daß elektrische Maschinen induktive Lasten sind, und jetzt kommt was kommen muß, aber Elektromotore haben auch einen nicht unerheblichen Wirkanteil und im Verhältnis gesehen, ist die mechanische Zeitkonstane immer um ein beachtliches Maß größer als die elektrische Zeitkonstante.
Will sagen, da steckt durchaus ein Faktor tausend bis hunderttausend drin.
Andersrum betrachtet: Ehe ein elektrischer Antrieb eine so hohe Drehfrequenz erreicht hat, daß durch die in der Maschine induzierte EMK eine Strombegrenzung stattfindet, kann solange dauern, daß ein schwaches Netz längstens zusammengebrochen ist.
Da die el. Zeitkonstante des Motors also sehr klein ist, bedeutet das Einschalten des Motors quasi (ein schönes italienisches Wort) einen Kurzschluß am Ende einer Leitung. Diese Information benötigt nun allerdings einige Zeit, bis sie beim Generator (hier der Akku) angekommen ist.
Die Kondensatoren stützen also nur das schwache Netz und deren wissenschaftlich fundierte Auslegung hängt von der Leitungslänge, den spezifischen Leitungseigenschaften, also L/l, C/l, R/l und G/l, ab und entzieht sich jeder anschaulichen Darstellung. Die Eigenschaften der Spannungsquelle spielen bei der Gesamtbetrachtung eher eine untergeordnete Rolle.
Und nun zur belibig schnellen Stromänderungsgeschwindigkeit beim Motor. Hier ist zu sagen, daß der zeitliche Verlauf des Ankerstroms eine Funktion höherer Ordnung ist und beim Einschalten die Geschwindigkeit gleich U/L ist. Unter Berücksichtigung des obigen Zeitkonstantenverhältnisses ist also leicht einzusehen, daß die Ankerstromstärke in der Zeitspanne 4..5*L/R auf fast den Wert U/R ansteigt, um dann mit steigengender Drehfrequenz des Ankers auf den Wert (U-EMK(n))/R zu fallen. Dieser Anstieg ist in Diagrammen folglich fast senkrecht und somit als beliebig kurz anzusehen. Damit so ein Motor einen möglichst großen Wirkungsgrad hat, wird der Ankerwiderstand möglichst gering gehalten (da wären dann schon wieder die dicken Drähte, wegen derer die Induktivität dann wieder klein ausfällt). El. Zeitkonstante im Bereich von µs..ms, mechanische Zeitkonstante im Bereich von ms..min(Stunden).
Fällt mir grade noch so nebenbei ein: In Straßenbahnen sind auch solche Stützkondensatoren drin. Und die günstigsten Werte für deren Kapazität haben die Altvorderen auch empirisch bestimmt.
Wie gesagt: Versuch macht kluch.
georg
lowtec-ing
05.12.2008, 23:11
nochmal hallöchen.
Ich habe oben den Wert 470µF genannt. Er war wie gesagt experimentell ermittelt.
Wie läuft soetwas ab: Man hat die Schaltung und sieht dass es ohne Pufferung zu Störungen kommt. Dann nimmt man Elkos aus dem Vorrat mit verschiedenen Werten. Alter, Farbe, Baugröße, Spanung, ESR und was noch, ach ja Kapazität. Mit einem Wert geht es dann, der wird aufgestockt und dann weiß man etwas mehr.
Von daher ist es gut, ein paar Erfahrungswerte zusammenzutragen und den Mittelwert oder etwas entsprechendes zu bilden.
Den Ablauf würde ich vieleicht so gestallten:
-an den Versorgungsspannungsanschluß des Servos die beiden keramischen Kondensatoren anlöten. (siehe vorherigen Beitrag, können auch 100pF statt 1nF sein)
-ein Oszilloskop am Versorgungsspannungsanschluß anschließen, Triggerung auf intern, single, AC und negative Flanke
-eine Auswahl verschiedener Elkos passender Spannungsfestigkeit bereitlegen; Werte 10µF, 22µF, 47µF, 100µF, 220µF, 470µF (Farbe, Alter und ESR spielen keine Rolle, ESR wegen der beiden Keramischen nicht)
-nur ein Servo anschließen.
-einschalten; Servo hin- und herfahren lassen; Spannungsverlauf über die Zeit skizzieren; es interessiert nur der Spannungseinbruch im Moment des Loslaufens des Motors
-nun nacheinander einen Elko nach dem anderen anschließen und den vorherigen Schritt wiederholen, bis man den besten Wert gefunden hat, subjektiven Eindruck auf die Störungen für jeden Kapazitätswert schrifftlich festhalten
"Den besten Wert"(den es übrigens nicht gibt) ermittelt man anhand der skizzierten Spannungsverläufe und den Kommentaren zum Störungsverhalten, unter Berücksichtigung, dessen was an Störungen noch tolerabel ist. Man sucht also ein Optimum, daß auch die Kosten niedrig hält.
Bei schon vorhandenen Platinen hilft es eventuell, wenn man die Leiterbahnen mit aufgelöteten Kupferdrähten verstärkt. Senkt den Widerstand und die Induktivität. Für empfehlenswert halte ich die Drähte aus einem Rest Klingelleitung mit 0,8². Gibt es beim freundlichen Elektroinstallateur von nebenan.
georg
oberallgeier
06.12.2008, 08:10
Hallo,
... Versuch macht kluch ...@ georg, Die Postings hier sind recht nach meinem Herzen. Nicht dass ich (unüberwindliche) Mühe mit theoretischen Betrachtungen hätte, na ja, die Elektronik ist für mich SEHR neu, aber ich hatte immer mit mir gehadert, dass sich so viel teste. Gerade die Entstörung, die bei Servos noch dazu dämlich ist wegen des verbleibenden Zitters durch die mangelhafte Steifigkeit und Reproduzierbarkeit von Ausgangsgröße (Abtriebswinkel) zu Messwert (Poti) - der unsinnig viel Strom zieht. Erinnerte mich irgendwie an Vorträge, wo der ehrenwerte Referent nach der Frage der Konvergenz seiner Simulation ins Stottern gerät.
@Manf, danke für die Richtwerte. So etwas hilft sehr. Obwohl ich bei meinem derzeitigen Servoeinsatz (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=402226#402226) keine Entstörung habe - einfach kein Platz - und dabei dreht der Servo am Labornetzteil bei Strombegrenzung unter 0,8 .. 0,6 A garnicht mehr ruckelfrei (eines von den mini-digi-Dingern). (https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=42121)
Besserwessi
06.12.2008, 15:05
Die Servos haben in der Regel einen H Brückentreiber drin, und das gibt es auch welche (vor allem die schlecht gemachten), die kurzzeiting bei Umschalten doch etwas Querstrom zulassen.
Ich habe in einem Servo selbst auch schon mal 1000 µF als Elko gefunden, und trotdem hat der noch Störungen (Strompulse) verursacht.
lowtec-ing
07.12.2008, 14:41
Nochmal Hallöchen.
Hallo,
... Versuch macht kluch ...@ georg, Die Postings hier sind recht nach meinem Herzen. Nicht dass ich (unüberwindliche) Mühe mit theoretischen Betrachtungen hätte, na ja, die Elektronik ist für mich SEHR neu, aber ich hatte immer mit mir gehadert, dass sich so viel teste. Gerade die Entstörung, die bei Servos noch dazu dämlich ist wegen des verbleibenden Zitters durch die mangelhafte Steifigkeit und Reproduzierbarkeit von Ausgangsgröße (Abtriebswinkel) zu Messwert (Poti) - der unsinnig viel Strom zieht. Erinnerte mich irgendwie an Vorträge, wo der ehrenwerte Referent nach der Frage der Konvergenz seiner Simulation ins Stottern gerät.
So viel Theorie fand ich, war das garnicht. Wenn ich anfange mit den partiellen Differetialgleichungsystemen, die da dazugehören, um mich zu werfen, dann wird´s theoretisch.
Und nach Göthe gilt: Alle Theorie ist grau und grün der Baum des Lebens.
Die Differentialgleichungen nutzen allerdings nur was, wenn der mechanische Aufbau sich nicht ändern kann. Ein Käbelchen leicht anders gekrümmt wie in der mathematischen Beschreibung und schon stimmen die theoretischen Ergebnisse nicht mehr.
Gegen den Jitter helfen allerdings wirklich nur dicke Drähte, speziell in der Masseleitung. Je dicker der Draht,... Aber das hatten wir schon. Wichtig in diesem Zusammenhang: Masseleitungen der Servos so kurz wie irgendmöglich sternförmig zu einem und nur einem Punkt zusammen führen, und an diesen Sternpunkt die Masse der steuernden Digitalschaltung über einen Entkopplungswiderstand führen (so um die 100 Ohm). Und dann jedes einzelne Servo entkoppeln direkt am Anschlußstecker!!!!
Vieleicht hilft auch eine smd-Spule (1..2µH) in der Plusleitung. Also Ltg, Spule, Kondensatoren und der Anschlußstecker. Alles so dicht es irgend geht zusammen.
Das soll wohl reichen.
georg
HannoHupmann
07.12.2008, 15:08
Nachdem ich jetzt den ganzen Thread sehr aufmerksam mitgelesen habe möchte ich mal die Erkenntnisse zusammen fassen:
http://www.hs-augsburg.de/~hanno/Roboter/Servo-Schaltung.gif
Falls es nicht noch weitere Vorschläge gibt, würde ich diesen Schaltplan auch so in die Wiki übernehmen, da die Frage der Servoentstörung wohl noch häufiger kommen wird. Gerade bei Hexabots mit 18 Servos ist dies interessant.
Besserwessi
07.12.2008, 17:32
Bei den Leitungen kommt es nicht nur auf den Queschnitt an, der gibt nur den Gelichstromwiderstand vor. Gerade bei höherfrequenten Störungen wird auch die Induktivität wichtig, und da gehen die Länge, Breite und der Abstand zwischen den Leiterbahnen mit ein. Ein auf die Leiterbahn gelöteter Draht bringt für die Induktivität kaum Vorteile. Besser eine breitere Leiterbahn.
Die sternförmige Masse kann da ein wichtiger Punkt sein, der noch nicht so richtig aus derm Plan ober hervorgeht.
Wegen der doch eher langen Leitungen zum Servo ist der extra 1 nF Kondensator nicht nötig. Der 100 nF sollte aber für jeden Servo extra sein. Bei den Elkos wird man nicht für jeden Servo einen eigenen Elko brauchen, denn für die Frequnezen die mit den Elko abgefangen weren können sind die Verbindungen eher kurz, und die Elkos sollten für alle Servos zusammen wirken. Mehrere kleine Elkos (z.B. 470 µF) können schon helfen für eine günstigere Bauform und kürzere Verbindungen.
lowtec-ing
07.12.2008, 18:20
Nachdem ich jetzt den ganzen Thread sehr aufmerksam mitgelesen habe möchte ich mal die Erkenntnisse zusammen fassen:
http://www.hs-augsburg.de/~hanno/Roboter/Servo-Schaltung.gif
Falls es nicht noch weitere Vorschläge gibt, würde ich diesen Schaltplan auch so in die Wiki übernehmen, da die Frage der Servoentstörung wohl noch häufiger kommen wird. Gerade bei Hexabots mit 18 Servos ist dies interessant.
Hallöle.
Mir schwebte eher sowas vor:
lowtec-ing
07.12.2008, 18:55
Bei den Leitungen kommt es nicht nur auf den Queschnitt an, der gibt nur den Gelichstromwiderstand vor. Gerade bei höherfrequenten Störungen wird auch die Induktivität wichtig, und da gehen die Länge, Breite und der Abstand zwischen den Leiterbahnen mit ein. Ein auf die Leiterbahn gelöteter Draht bringt für die Induktivität kaum Vorteile. Besser eine breitere Leiterbahn.
Die sternförmige Masse kann da ein wichtiger Punkt sein, der noch nicht so richtig aus derm Plan ober hervorgeht.
Wegen der doch eher langen Leitungen zum Servo ist der extra 1 nF Kondensator nicht nötig. Der 100 nF sollte aber für jeden Servo extra sein. Bei den Elkos wird man nicht für jeden Servo einen eigenen Elko brauchen, denn für die Frequnezen die mit den Elko abgefangen weren können sind die Verbindungen eher kurz, und die Elkos sollten für alle Servos zusammen wirken. Mehrere kleine Elkos (z.B. 470 µF) können schon helfen für eine günstigere Bauform und kürzere Verbindungen.
´n abend zusammen.
Der Dipl. Ing. redet hier aus Erfahrung. Zusätzlich dicke Drähte drauflöten ist zwar mühsam, lohnt sich aber. Und wie mein alter Prof Dr. Ing Ralf Meißen so richtig meinte, jedes Fisselchen Draht hat Induktivität und die ist eben um so kleiner, um so dicker der Draht ist.
Über den Nutzen des 1nF Kondensators ließe sich hier hervoragend streiten, der hat für die höchstfrequenten Anteile schon seinen Sinn.
Jedes Servo einzeln mit einem Elko zu stützen, macht schon Sinn, da die Spannungseinbrüche der Versorgungspannung beim Loslaufen irgend eines Servomotors zu Störungen der Funktion der anderen Servos führt. Sind die Spannunseinbrüche nur groß genug, bleibt der Mikrocontroller im Servo stehen, um dann einen Poweronreset durchzuführen. Folge: ziehmliches Gezappel.
Nix für Ungut.
georg
lowtec-ing
08.12.2008, 17:41
Bei den Leitungen kommt es nicht nur auf den Queschnitt an, der gibt nur den Gelichstromwiderstand vor. Gerade bei höherfrequenten Störungen wird auch die Induktivität wichtig, und da gehen die Länge, Breite und der Abstand zwischen den Leiterbahnen mit ein. Ein auf die Leiterbahn gelöteter Draht bringt für die Induktivität kaum Vorteile. Besser eine breitere Leiterbahn.
Die sternförmige Masse kann da ein wichtiger Punkt sein, der noch nicht so richtig aus derm Plan ober hervorgeht.
Wegen der doch eher langen Leitungen zum Servo ist der extra 1 nF Kondensator nicht nötig. Der 100 nF sollte aber für jeden Servo extra sein. Bei den Elkos wird man nicht für jeden Servo einen eigenen Elko brauchen, denn für die Frequnezen die mit den Elko abgefangen weren können sind die Verbindungen eher kurz, und die Elkos sollten für alle Servos zusammen wirken. Mehrere kleine Elkos (z.B. 470 µF) können schon helfen für eine günstigere Bauform und kürzere Verbindungen.
Hallöle,
die innere Induktivität eines Drahtes nimmt mit zunehmenden Querschnitt ab und bei einer fertigen Platine ist auflöten ein brauchbares Mittel.
Der 1nF (bzw 100pF) Kondensator hat schon seine Berechtigung für den Bereich höchster Frequenzen. Er verbessert das Impulsverhalten der Anordnung ungemein, da Leitungen ein sehr komplexes Verhalten haben. In diesem Fall ist es wohl so, daß der am Ende der Leitung (Servo) durch Einschalten des Motors verursachte Kurzschluß (sehr steiler Impuls mit entsprechend hochfrequenten Signalanteilen) eben mit so etwa 20cm/ns durch das Käbelchen flitzt und am Anfang der Leitung (Stützkondensatoren) genauso steil ankommt. Um das schwache Netz, also die Servospannungsversorgung, effektiv zu stützen, führt kein Weg an Kondensatoren mit guten Hochfrequenzeigenschaften vorbei. Bei Elkos ist da bei ein paar zehn Kilohertz einfach Schluß. Den Frequenzbereich bis etwa 2Mhz macht der hoffentlich gute 100nF Kondensator und für Frequenzen darüber ist der Kleine verantwortlich.
georg
HannoHupmann
08.12.2008, 19:03
Ok dein Plan ist etwas ausführlicher, aber ich denke nicht, dass man es soweit steigern muss. Eine solide Lösung lässt sich bereits finden, wenn man die einzelnen Bänke zusammenfast (bei Hexabots bietet sich an immer 3 Servos zusammen zufassen, dies entspricht einen Bein). Bei mir ist es für Wall E gedacht hier kommen 2x 4 und 1x 3 Servos zusammen. Bisher funktioniert es nämlich auch ganz gut bei 18 Servos ganz ohne Entstörung (bei meinem Hexa z.B.), trotzdem möchte ich nun immer mehr Störungsquellen bei meinen Robotern eliminieren.
Die Servos einer Bank müssen nicht zwangsläufig zur gleichen Zeit starten, sie können durch Verschieben des High Impules im 20ms Frame nacheinander anlaufen.
Leider kann man in deiner Schaltung nicht mehr erkennen welche Werte die einzelnen Konensatoren haben, vielleicht kannst du hier noch mal ein verbessertes Bild nachliefer. Die Induktivität der Spule fehlt auch. Warum ich da so hinter her bin ist, dass ich das Bild gerne in unsere Wiki einpflegen möchte, da wir hier noch keine Informationen zur Entstörung von Servos stehen haben (nur Ansteuerung). Aber da die Hexas hier zunehmen und auch immer mehr Roboter mit vielen Servos auftauchen wäre es gut darüber etwas in der Wiki stehen zu haben.
Eine Abschätzung der notwendigen Kondensatorgröße hatten wir schon bei der praktischen Messung mit 470 µF.
Hierzu wurden bisher noch keine weiteren Erfahrungswerte genannt, die auf Messungen beruhen. Dazu könnte man noch etwas erwarten, denn die Messung ist ja recht einfach. Zum Beispiel könnten Erfahrungswerte bei der Versorgung mit unterschiedlichen Akkus und deren Ladezustand helfen.
Kleinere Kondensatoren für schnelle Schaltvorgänge werden grundsätzlich nicht stören, ihre Wirkung könen sie aber nur relativ nahe am Controller und an der Servosteuerung entfalten. Dort sollten sie ohnehin eingesetzt sein.
HannoHupmann
09.12.2008, 11:26
mhm was für Spulen soll man da am besten verwenden? Jemand ein Praktisches Beispiel, also nicht nur der Wert sondern auch die Art wären interessant (wers ganz gut meint, gibt ne Handelsübliche Spule vom Reichelt an, dann kann ich mir die ansehen und versteh vielleicht den Nutzen daraus).
thewulf00
09.12.2008, 12:32
Ich denke, als Induktivität käme bspw. LQH3N 1,0µ oder SMCC 1,00µ in Frage.
Die Anschlussleitung des Servos wird eine Induktivität im Bereich von einem µH, vielleicht auch etwas weniger haben. Eine weitere Induktivität von 1µH wird an der Stelle keinen Schaden anrichten. Man kann sie aber auch weglassen.
Die Servos sind ja als betriebsfertige Module aufgebaut. Spezifisch ist, dass kleinere Akkus oder nicht voll geladene beim Anlaufen des Motors in der Spannung nachgeben. Um ein Aussetzen der Steuerung zu unterdrücken kann man dann den genannten Elko zuschalten.
Die Größe dieser Maßnahme hängt vom jeweiligen System ab, deshalb wäre es ja gut von Erfahrungen mit dem Einsatz von Servos in Systemen (speziell mit kleinen Akkus) zu hören.
HannoHupmann
09.12.2008, 21:19
Ich werd die Schaltung so wie vorgestellt jetzt aufbauen und dann meine Erfahrungen beim Einsatz mit Wall E berichten, versprochen. Aber wird wohl noch ein wenig dauern bis das was wird
Moin!
Ich hätte eine (prinzipielle) Nachfrage: Georg schlägt vor, die digitale Masse über 100 Ohm von der analogen Masse zu trennen. Ich würde gerne die Idee dahinter richtig verstehen, kann mir da jemand helfen? Also bis jetzt sehe ich es so: Wenn im Leistungsteil Stromspitzen entstehen, die zur Masse abfließen, fließen diese größtenteils über die Stromversorgung ab, weil diese im Vergleich zur Digitalschaltung (mit 100 Ohm) den geringeren Innenwiderstand hat. Im Ergebnis ist die Spannungsversorgung für die Digitaltechnik "sauberer". Grob richtig? Und wenn ja, wie erklärt man es ganz richtig? Sehe ich es außerdem richtig, dass durch den Widerstand eine Potentialdifferenz zwischen analoger und digitaler Masse entsteht?
Danke für die Aufklärung!
Gruß,
Malte
Besserwessi
11.12.2008, 18:13
Wenn der Rest der Schaltung in Ordnung ist sollte man keinen Widerstand zwischen den verschiedenen Massen habe. Man sollte aber darauf achten nur einen verbindung zu haben, und die an der richtigen Stelle. Durch den Widerstand kriegt man da nur Spannungen zwschen den Massen und das gibt Probleme mit Teilen, die beiden Versorgungen kombinieren. Bei den Sevos hat man ja auch mehr eine digitale Masse und eine für die Leistungselektronik. Beide Seiten sind nicht besonders empfindlich.
Die "Spule" für die Servoversorgung müßte schon etwas größer sein damit sie wirkt. Problematisch sollten eher niederfrequente Störungen sein. Wenn die Ursache eine schlechte Brückenschaltung im Servo ist, kann die Spule wichtig sein, damit die Spannung für den einzelen Servo ruhig kurz einbrechen kann ohne die anderen zu stören. Wenn da einfach nur große Elkos dranhängen fleißt nur mehr Strom.
Die wirklich hohen Freuqunenzen sollten schon im Servo selber entstört sein. Aus diesem Grund ist auch der kleine Kondensator (1 nF) nicht nötig, denn Störungen für die der 100 nF Kondensator nicht reicht würden sonst über die Leitung zum Servo abgestrahlt. Wenn man Angst vor wirklich hochfrequenten Störungen hat, dann müßte die Entstörung direkt in den Servo einbauen, denn für die Funktion der Schaltung sollten diese Störungen nicht kritsich sein.
Bei Elkos sind ein paar cm Leitung dazwischen normalerweise kein problem, denn für die hohen Frequenzen wo die Leitungen Stören wirken die Elkos ohnehin nicht. Mehrere kleine Elkos statt einem großen können trotzdem sinnvoll sein wegen ESR und der Strombelastbarkein.
Hello again!
Hm... also Du bist der Ansicht, dass man den 100 Ohm Widerstand nicht braucht? Kannst Du (oder jemand anderes) trotzdem nochmal erklären, was die Idee dabei ist? Dass man durch den Widerstand eine Potentialdifferenz zwischen den Massen bekommt, ist klar, ich kann nicht so recht beurteilen, in welchen Fällen das ein Problem ist.
Dank&Gruß
Malte
Besserwessi
11.12.2008, 22:40
Der Widerstand zwischen den Massen bewirkt vor allem das keine so großen Ausgaleichsströme zwischen den beiden Stromkreisen fließen. Bei Akkusbetrieb ist das in der Regel ohnehin keine Problem. Bei Netzteilen kann man über die Kappazitive kopplung da etwas Ausgleichsstrom kriegen, denn 2 Netzteile sind halt nicht völlig voneinader getrennt, sodern haben über die Kapazität und das Netz immer eine gewisse "Verbidnung". Normalerweise sollte aber der Strom auch klein sein. Schlimmer wird es wenn man noch irgendwo die Beiden Stromversorgungen verbindet oder gemeinsam nutzt. Wenn man da nicht aufpaßt kann man eine Masseschleife oder zusätzliche Ausgleichsströme kriegen.
Der Widerstand sorgt dann dafür das der Spannungsabfall praktischen nur an dem Widerstand und nicht irgendwo in Leitungen auftritt.
Für einen ersten Test ist der Widerstand recht sinnvoll, denn so kann man messen wieviel Strom über die Verbindung fließt. Wenn der rest der Schaltung gut ist, sollte praktisch kein Strom fleißen. Wenn man dann eventuelle fehler beseitigt hat und der Strom tatsächlich klein ist, würde ich den Widerstand durch eine Drahtbrücke ersetzen, bzw. eine parallel löten.
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