Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Servo PSU richtig auslegen


von Noah D. (noah_d)


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Hallo,
ich arbeite momentan an einem Roboter der 12 Servos im extrem Fall 
gleichzeitig ansteuern muss. Die Servos sind billige SG90. Laut 
protosupplies(https://protosupplies.com/product/servo-motor-micro-sg90/) 
sollten die einen Stall Current von etwa 360mA haben, ich weiß jedoch 
nicht wie verlässlich diese Seite ist...
Da der Roboter über mehrere Stunden im dauerbetrieb laufen soll, kommt 
eine Batterie nicht in Frage, sondern die Servos müssen über einen AC-DC 
Adapter angesteuert werden. Um den Strom von allen Servos treiben zu 
können habe ich mir dafür folgendes Netzteil besorgt: 
https://www.amazon.com/ALITOVE-Transformer-Converter-5-5x2-1mm-100V-240V/dp/B01LXN7MN3/ref=sr_1_3?ie=UTF8&qid=1536067344&sr=8-3&keywords=5v+15A+dc+power+supply
Mit 15 Amps sollte es genügend Strom für alle Servos liefern.
Im Betrieb sind die Servos nun jedoch sehr schwach und laufen manchnal 
gar nicht. Bei Untersuchung mit dem Oszi zeigt sich, dass die Netzteil 
Spannung beim Antreiben der Servos periodisch stark zusammen bricht 
(Spannungsabfall um 2V). Dies geschieht bereits wenn nur ein einziges 
Servo stalled. Im Hinterkopf hab ich, dass Servos eine Induktive lasst 
sind und deshalb nicht so gut für das Netzteil, aber deshalb die Power 
Drops? Ich habe das gleiche auch nochmal mit einem schlechten?/alten 
Labornetzteil (das eigentlich geregelt sein sollte) versucht und 
ebenfalls ähnliche Spannungsabfälle bekommen. Ein einfacher 
Kondensator(elko 470F) scheint auch keinen Unterschied zu machen.

Vermutlich Verfolge ich den falschen Ansatz?
Wäre ein "Hochvolt"-Netzteil (12/24v) mit nachgeschalteten Step-Down 
Wandlern für jedes einzelne Servo eine bessere Lösung? Oder muss ich mir 
erst eine große Kondensatorbatterie bauen/ sehr teures Netzteil kaufen?

Vielen Dank für eure Hilfe

von hinz (Gast)


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Noah D. schrieb:
> billige SG90. Laut
> protosupplies(https://protosupplies.com/product/servo-motor-micro-sg90/)
> sollten die einen Stall Current von etwa 360mA haben, ich weiß jedoch
> nicht wie verlässlich diese Seite ist...

Dann miss halt selbst.

von Noah D. (noah_d)


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Ja, die grobe Größe passt... selbst wenn's 1 Amp wär, was es nicht sind.
Sollten es doch immer noch nur max 12 * 1 Amp = 12 Amp von 15 sein. Im 
übrigen reicht es ja schon wenn nur ein Servo stalled.

von Klaus (Gast)


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Noah D. schrieb:
> die einen Stall Current von etwa 360mA haben, ich weiß jedoch
> nicht wie verlässlich diese Seite ist...

Ich hab mal ähnliche Microservos gemessen. Die analoge Version hatte 
Anlaufströme von rund 1,5A, die digitale mit ihrer schnelleren PWM lag 
etwas drunter. Das hat erstmal mit blockieren nichts zu tun.

MfG Klaus

von Noah D. (noah_d)


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Okay, danke, dann muss ich hier vlt. das gesamt Konzept überdenken, ich 
hatte jedoch die Ströme mal mit einem Multimeter gemessen, und komme 
dabei auf höchstens 1 Amp. Wie gesagt, ich nutze nur ein Servo und 
bringe es mit der Hand zum blockieren. Das Multimeter mittelt natürlich, 
die Spannungsabfälle sind jedoch immer nur kurz, etwa passend zur PWM 
Frequenz. Bei 15Amp Netzteil sollten doch 1 Amp nichts ausmachen, oder? 
Und wenn die kurzzeitige Belastung wirklich größer als 15 Amp ist, dann 
meine Frage, wie leg ich das Netzteil aus? 30Amp für ein SG90 Servo? Das 
macht keinen Sinn, dann bräucht ich ja ein 400 Amp Netzteil für alle 
12...
Kann wirklich nur eine Batterie den Spitzenströmen standhalten oder gibt 
es da auch einen Standartansatz mit Netzteil?

von Andi (Gast)


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Ein paar anregungen:

Hast Du die einbrechende Spannung direkt am Netzteil gemessen, oder 
waren da vlt. noch ein paar Dupontkabel dazwischen?

Hast Du eine Möglichkeit den Strom beim blockieren zu messen?

Probeweise ein anderes Netzteil versuchen? z.B ein PC-Netzteil?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Noah D. schrieb:
> Kann wirklich nur eine Batterie den Spitzenströmen standhalten oder gibt
> es da auch einen Standartansatz mit Netzteil?

Es kommt sicher zum grossen Teil auf die Servos an. Ich habe hier alte 
Analogservos, die locker mit einigen hundert mA aus dem Netzteil 
zufrieden sind, aber wie du ja bemerkst, gibt es welche, die sich darauf 
verlassen, das sie aus einem Modellbauakku so viel Strom rausziehen 
können, wie sie wollen.

Ich würde deswegen ein dickes Akkupack an Bord des Robbis vorschlagen, 
das du mit dem Netzteil abpufferst.
Das du grosszügige dicke Verkabelung benutzt hast, setze ich mal voraus. 
Nicht das die Hälfte des verfügbaren Stroms im Kabel hängenbleibt :-O

Noah D. schrieb:
> Bei 15Amp Netzteil sollten doch 1 Amp nichts ausmachen, oder?

Sicher nicht, es scheint da aber Stromspitzen zu geben, die du mit dem 
DMM nicht mitkriegst. Probeweise (aber das mag nicht jedes Netzteil), 
kannst du mal ein paar tausend µF parallelschalten, oder direkt an den 
Servos je nach Gusto 1000-2200µF.

: Bearbeitet durch User
von Noah D. (noah_d)


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Andi schrieb:
> Hast Du die einbrechende Spannung direkt am Netzteil gemessen, oder
> waren da vlt. noch ein paar Dupontkabel dazwischen?
Die Spannung wurde direkt am Netzteil gemessen, zum Roboter selber führt 
aber mittlerweile eine 10m Kabel mit 20AWG also etwa 0,5mm² jeweils.

> Hast Du eine Möglichkeit den Strom beim blockieren zu messen?
bisher nur mit einem normalen Multimeter, das mittelt natürlich und gibt 
etwa 0,2 A an. Sobald ich die Gelegenheit habe, werde ich vlt. mit einem 
Oszi den Spannungsabfall an einem Widerstand messen und so den genauen 
Strom berechnen.
> Probeweise ein anderes Netzteil versuchen? z.B ein PC-Netzteil?
Seltsamerweise hat das keine Verbesserung gebracht, bzw. die Servos 
haben sich gar nicht mehr richtig bewegt, das PC-Netzteil hätte jedoch 
etwa 30 A treiben sollen...
Erwähnen sollte ich an dieser Stelle, das ich als Servoboard das PCA9685 
von Adafruit verwende.

Matthias S. schrieb:
>Ich würde deswegen ein dickes Akkupack an Bord des Robbis vorschlagen,
>das du mit dem Netzteil abpufferst.
Daran hatte ich auch schon gedacht, war mir von der Auslegung aber nicht 
sicher, da ich anderswo gelesen habe, dass das in dem Spannungsbereich 
schwierig ist, da die Akkus dann zwar entladen werden, aber wegen der 
geringen Ladespannung (5V) nicht richtig geladen werden und man eine 
extra Ladeschaltung bräuchte?

@Matthias S. sind meine Versorgungskabel unterdimmensioniert?
Ich hab das gerade mal nachgerechnet:
20AWG => 34,5 Ohm/km
34,5 Ohm/km * (2 * 0,01) km = 0,69 Ohm
=> dU = R*I = 15A * 0,69 Ohm = 10,35V
Ist die Rechnung korrekt? Wenn ja, ist der Widerstand ja viel zu groß 
für meine Ströme... das hätte ich früher überprüfen sollen, dann weiß 
ich wo der Fehler liegt. Selbst bei nur 1 Amp wäre der Spannungs abfall 
am Kabel bereits ca. 0,7 V... Aber woher kommen dann die 
Spannungseinbrüche am Netzteil, der Strom sollte doch durch das Kabel 
ausreichend begrenzt sein?

Bei den langen Kabeln macht es dann vlt. doch Sinn, mit höherer Spannung 
in den Roboter reinzugehen und erst direkt vor Ort mit Step-Down 
Wandlern runterzuregeln, oder?

Vielen Dank für eure Hilfe!

: Bearbeitet durch User
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Noah D. schrieb:
> @Matthias S. sind meine Versorgungskabel unterdimmensioniert?

Diesen Verdacht habe ich. Die Faustregel aus der Kfz Technik lautet etwa 
6A/mm², dein Kabel ist also für 3A ok, alles darüber hinaus gibt recht 
viele Verluste.

Noah D. schrieb:
> Aber woher kommen dann die
> Spannungseinbrüche am Netzteil, der Strom sollte doch durch das Kabel
> ausreichend begrenzt sein?

Das Servo geht evtl. in einen ungewollten Zwischenmodus, wenn es nicht 
aureichend gespeist wird. Da kann es dann schon sein, das es richtig 
Strom zieht, oder was auch immer.

von Noah D. (noah_d)


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Hallo Matthias,

vielen Dank für Deine Hilfe, ich werde erst mal die Versorgungskabel 
austauschen, dass dauert jedoch etwas (Uni-Projekt)...
Dann melde ich mich wieder.


Vielen Dank an alle die mir weitergeholfen haben!

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