Mikroplatine zur Servoansteuerung

**oberallgeier** · 08.12.2017, 14:12

Stand 08. Dez. 2017, 14h28
Ein neuer Adapter für den A4950 wurde gelötet und im Steckboard eingebaut. Test: VREF und Vss nicht beschaltet.
Ergebnis: OUT1 und OUT2 liefern trotz PWM-Eingangssignalen konstant ca. 4 V auf beiden Kanälen. Dies ist unabhängig davon ob auf den Eingängen IN1 und IN2 ein PWM-Signal 0..250 µs von 256 µs Periodendauer anliegt .. jeweils ein Kanal high und der andere low oder ob dauerhaft +/- bzw. -/+ anliegt.

Nachtrag:
Vorerst Ende des Projektes.
Einerseits wegen des bisher schleppenden Fortgangs, andererseits sehe ich mittlerweile keinen gangbaren Weg, wie ich mit der Servo-Schnittstelle (5V .. 6V und Signal) zurechtkommen sollte, wo der Motortreiber für Load Supply Voltage erst ab 8 V spezifiziert ist. Grundidee ist ja ein wirklich minimalistischer Aufbau - so ne Art Huckepack von Controller und Motortreiber, so gut wie kein Hühnerfutter. Schade.

**Klebwax** · 09.12.2017, 01:14

Zitat von oberallgeier

Nachtrag:
Vorerst Ende des Projektes.
Einerseits wegen des bisher schleppenden Fortgangs, andererseits sehe ich mittlerweile keinen gangbaren Weg, wie ich mit der Servo-Schnittstelle (5V .. 6V und Signal) zurechtkommen sollte, wo der Motortreiber für Load Supply Voltage erst ab 8 V spezifiziert ist. Grundidee ist ja ein wirklich minimalistischer Aufbau - so ne Art Huckepack von Controller und Motortreiber, so gut wie kein Hühnerfutter. Schade.

Schade. Minimalistischer als mit den analogen Servobausteinen wirds schwer. Man kann es aber besser machen. Ich schrieb

Zitat von Klebwax

Man sollte aber, wenn man schon selbst entwickelt, die größte Schwachstelle der Servos beseitigen und Steuerlogik und Motortreiber nicht aus der gleichen Versorgung speisen. 5V bzw 3,3V können (vom µC oder auch einem Empfänger) über das Standardkabel geliefert werden, für die Motorspannung gibts einen extra Anschluß. Dann kann man das Ganze auch mal mit 2 Lithiumbatterien versorgen, ohne das die Steuerung gleich abbrennt.

Was ich mit Schwachstelle der Servos meinte, ist scheinbar nicht ganz rübergekommen. Historisch gab es in Fernsteuermodellen einen Akku für die Elektronik. Das waren 4 NiCads, rund 5V. Damit wurde der Empfänger und die Servos betrieben. Da konnte man z.B. 74xx Digital-ICs einsetzen. Die Antriebsenergie lieferte ein Verbrenner, das hatte mit diesem Akku nichts zu tun.

Inzwischen ist das ganz anders geworden. Der Antrieb ist elektrisch hat hat eine wesentlich höhere Spannung als 5V. Das ist aus Gründen des Wirkungsgrades auch erforderlich. Die Servos sind aber bei den rund 5V geblieben. Mit modernen Akkus sind 5V mit ausreichend Leistung für eine große Zahl von Servos schlecht darstellbar. Daher werden die Servos gerne über einen Regler (BEC) versorgt. Aber auch das ist nicht ohne Probleme. Ein Servo hat, je nach Typ, einen Spitzenstrom von 1,5 bis 2,5A. Ein Regler für 4 Servos muß also einen Spitzenstrom von 10A liefern können, anderenfalls schaltet der Regler zum Selbstschutz ab, was wiederum die Elektronik aus dem Tritt bringt. Das ist das gängige Problem bei der Verwendung von Servos nicht nur hier im Forum. Im Normalbetrieb fließt zwar ein wesentlich geringerer Strom, dafür hat der Regler bei Teillastbetrieb einen schlechten Wirkungsgrad.

Ein Akku hat diese diese Probleme nicht. Stromspitzen steckt er mühelos weg, die Spannung knickt nur ein wenig ein. 5V passen aber nicht zu den heute üblichen Lithium Akkus. Bei 2S muß man mit über 8V rechnen, also zu viel, mit 1S hat man am Ende weniger als 3V, also viel zu wenig. Daher mein Vorschlag, die Versorgung der Servomotoren von der Versorgung der Elektronik zu trennen. Das ist nicht ganz auf meinem Mist gewachsen, Dynamixel z.B. macht das auch so.

Der Ansatz sieht dann so aus: an einem 2S oder 3S (oder auch mehr Zellen) Akku werden die/alle Motore direkt betrieben, sowohl der Antrieb als auch die Servos. Die Treiber werden passend zu den Motoren gewählt, der A4950 z.B. für die kleineren, andere für die größeren. Die gesamte Elektronik des Modells oder Bots wird mit 3,3V bzw 5V versorgt. Ein Regler dafür ist leicht zu realisieren, entweder als Hybrid wie die Recom Schaltregler oder mit preiswerten Chinareglern. Da geht es auch nur um Bruchteile eines Amperes.

Man kann trotzdem die gängige Servoschnittstelle beibehalten. Die typischen RC-Motorregler zeigen es. Sie werden an der klassischen Servoschnittstelle betrieben, die Motorversorgung geht aber nicht über diese Schnittstelle. Auch einen BLDC betreibt man so. Ein Servo kann man ähnlich aufbauen.

Ein Servostecker hat drei Leitungen: GND, Servosignal und Versorgung. Im Servo selbst sind ein kleiner µC und ein Motortreiber. Der µC (und nur der µC) wird vom Servostecker mit rund 5V versorgt. Er wertet das Servosignal (und das Poti) aus und steuert die Brücke an. Die Motorspannung der Brücke wird aber direkt vom Akku geliefert und ist nicht an die 5 bis 6V Grenze der Elektronik gebunden. Es wird direkt der Fahrakku verwendet. Das geht auch mit den üblichen Motoren, man muß nur den Duty-Cycle auf einen passenden Wert (kleiner 100%) begrenzen. Das ginge sogar automatisch, man misst mit dem ADC die Brückenversorgung und passt den maximalen Duty-Cycle an den Motor an.

Ein solches Servo wäre pflegeleichter als die üblichen. Auf dem Servostecker hat es nur einen Strombedarf von ein paar Milliampere für den µC, wenn es mal kräftig zur Sache geht, muß der Akku liefern. Und durch den Einsatz eines µCs können Zusatzfunktionen wie ein Blockierschutz oder eine Fail-Safe-Automatik realisiert werden. Und wenn man sich von der Servoschnittstelle emanzipiert und z.B. I2C verwendet, kann man auch Drehgeschwindigkeit oder maximale Winkel einstellbar machen (siehe auch Dynamixel).

Ist ein wenig länger geworden, sorry oberallgeier, wenn ich deinen Thread zugetextet habe.

MfG Klebwax

**oberallgeier** · 09.12.2017, 10:18

Danke für Deine Antwort.

.. Ist ein wenig länger geworden, sorry oberallgeier, wenn ich deinen Thread zugetextet habe ..

Du liebe Zeit, das ist doch ein prima, informativer Beitrag. Zugetextet wäre es doch nur, wenn der Informationsgehalt im Missverhältnis zur Wortanzahl stünde. Das ist ja hier wirklich nicht der Fall. Dagegen schreibe gerade ich immer sündlange Texte (tldr :-/ ). Danke für Deine Ausführlichkeit.

Schade. Minimalistischer als mit den analogen Servobausteinen wirds schwer ..

Stimmt. Daher meine Absicht einen Motortreiber auf den Controller zu kleben - Thermalpad nach aussen, die paar wenigen Datenleitungen mit kurzen, dünnsten Drähten dranzulöten und schon würde das Ganze in einen Mikroservo passen. Vorteile: ich fände das mal ein passables Recyclingprojektchen: es liegen aus grauer und jüngster Vorzeit noch ein paar angeschlagene Carson502001 und MINI ES-05 - alles Motörchen die mit >>6 V direkt am Abgrund laufen. Hübsch fände ich diesen Servo mit UART zur Parametereinstellung, evtl. serielle Stelldateneingabe und so; ist derzeit schon zT aktiv. Ausserdem hatte ich mir so ein erstes Projektchen "digitaler Servo" als sinnvoll vorgestellt.

.. Was ich mit Schwachstelle der Servos meinte, ist scheinbar nicht ganz rübergekommen ..

Stimmt. Fesselflug in Urzeiten und Noob in Elektronik sind ungute Grundlagen.

.. Inzwischen ist das ganz anders geworden. Der Antrieb ist elektrisch hat hat eine wesentlich höhere Spannung als 5V ..

Und da bin ich ziemlich rückständig. Das Maß meiner Dinge ist archie der auf diesen alten Modellbauservos aufbaut (mittlerweile 24? und es kommen noch einige dazu). Und so sind auch die wesentlichen Steuerungsplatinen ausgelegt (na ja, dort kann man ALLE Servos EINER Steuerplatine mit nem separaten Stromkreis betreiben - also genau Dein Vorschlag). Der endgültige Ausschlag zur Einstellung des Projektchens waren die Tatsachen dass a) der 4950 erst ab 8 V spezifiziert ist und ich b) einen vergleichbar kleinen mit ähnlicher Leistung für 5V nicht gefunden habe und c) der Testaufbau mit dem 4950 noch Probleme macht (läuft mit dem TB6612FNG bestens). Na ja, ich hätte hier noch ein paar A3901, Dual Full Bridge mit VBB von 0? bis 7V, aber nur 400 mA pro Kanal; 800 mA für Spitzenlast find ich halt deutlich zu wenig. Aber der hat wenigstens nur schlappe 3mm*3mm*0,75mm, Package EJ, 10-contact DFN.

Schönes Wochenende.

**oberallgeier** · 02.06.2018, 17:26

Bei diesem Projektchen habe ich nach Lieferanten für nen Motortreiber TOSHIBA TB6612FNG gesucht. Wesentliche Kaufentscheidung ist die niedrige Motorspannung < 5 V und ein Ausgangsstrom von 1.2 A(ave)/3.2 A (peak) PRO Kanal ; d.h. das Bauteil kann notfallmässig > 6 A Peak beherrschen.

Mir wurde hier schon der 4950 empfohlen, der aber erst ab 8V spezifiziert ist; die 8 V Versorgung kann ich nicht aufbringen, ich bin da auf max 5,0 V begrenzt. Ich habe noch ein paar A3901 hier, die können aber nur 400 mA pro Kanal, also mit beiden Kanälen als Spitze grad mal 0,8 A - das ist deutlich zu wenig.

Soweit ich es beurteilen kann ist der TOSHIBA TB6612FNG nur über Mouser erhältlich. 10 Stück kosten dort € 13,90 - der Versand nochmal € 20. Das erscheint mir reichlich hoch - da wäre es für erste Muster denkbar ein paar Motortreiber mit aufgelötetem Toshibachip zu kaufen und den Chip abzulöten - aber blöd wär das schon!

Kennt jemand Alternativen? Ein alternativer Treiberchip oder ein alternativer Lieferant (na ja, Aliexpress liefert vielleicht sogar das - aber . . . hmmm . . . ein anderer wär mit lieber).

Danke für Eure Hilfe