PowerPanel: Unterschied zwischen den Versionen
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= Einleitung = | |||
Der AMR2012 besitzt zur Energieverteilung und zum Schutz der Bauteile sowie der Komponenten ein PowerPanel. Das PowerPanel besitzt einen Unterspannungsschutz, eine Akkukontrollanzeige für die Akkus des Antriebs und des verbauten PCs sowie eine Hauptsicherung, welche das Gesamtsystem schützt. Das Panel ist im System hinter das Frontpanel integriert. Der Akkuzustand kann über einen "Akkutest"-Taster angezeigt werden. | Der AMR2012 besitzt zur Energieverteilung und zum Schutz der Bauteile sowie der Komponenten ein PowerPanel. Das PowerPanel besitzt einen Unterspannungsschutz, eine Akkukontrollanzeige für die Akkus des Antriebs und des verbauten PCs sowie eine Hauptsicherung, welche das Gesamtsystem schützt. Das Panel ist im System hinter das Frontpanel integriert. Der Akkuzustand kann über einen "Akkutest"-Taster angezeigt werden. | ||
<big>'''Dieser Artikel wurde durch den Artikel [[Versorgung]] ersetzt'''</big> | |||
= Funktionsteile des PowerPanel = | |||
Das PowerPanel beinhaltet drei Funktionen, den Unterspannungs-Schutzschaltung, die Akkustandsanzeige und die Umschaltung der Stromquellen. | Das PowerPanel beinhaltet drei Funktionen, den Unterspannungs-Schutzschaltung, die Akkustandsanzeige und die Umschaltung der Stromquellen. | ||
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Akkustandsanzeige gibt eine Angabe über den Ladezustand der Akkus. | Akkustandsanzeige gibt eine Angabe über den Ladezustand der Akkus. | ||
Umschaltung der Stromquellen soll zwischen | Umschaltung der Stromquellen soll zwischen Netzteilbetrieb und Akkubetrieb wechseln. | ||
== Unterspannungs-Schutzschaltung == | |||
[[Datei:PP_Unterspannungsschutz.png|thumb|left|800px|Abb. 1: Unterspannungs-Schutz]] | |||
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In Abb. 1 wird der Schaltplan des Unterspannungsschutz dargestellt. | |||
Die Schaltung besteht aus einem als Komparator geschalteten Operationsverstärker (TL071) mit Hysterese. | |||
Das Potential an IC1 Pin6 wird zur Steuerung des picoPSU-Netzteils am Fahrzeug-Computer benutzt. | |||
Bei Unterschreiten der Ausschalt-Schwelle von ca. 13V fährt der PC herunter. | |||
Bei einer Akku-Spannung von ca. 15V wird das Netzteil wieder frei gegeben und muss manuell gestartet werden. | |||
Da der Operationsverstärker vom unipolaren Bordnetz versorgt wird und kein "rail-to-rail"-Typ ist, wurde die Zener-Diode D4 eingefügt, um die positive Restspannung des Operationsverstärker im "low-Zustand" zu unterdrücken. | |||
Da die Schaltung hardwaremäßig schon existierte, wurde auf eine Neuauswahl von Bauteilen verzichtet zugunsten der Nutzung vorhandener Strukturen auf der Platine. | |||
== Akkustandsanzeige == | |||
[[Datei:PP_Bargraphen.png|thumb|left|800px|Abb. 2: LED-Bar Ansteuerung]] | |||
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In der Abb. 2: Wird die LED-Bar Ansterung für die Anzeige des Akkuzustandes verwendet. | |||
Zur Anzeige des Akkustands wurden LED-Bargraphen verwendet, welche mit dem IC LM3914 betrieben werden. | Zur Anzeige des Akkustands wurden LED-Bargraphen verwendet, welche mit dem IC LM3914 betrieben werden. | ||
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Spannungswerte | Spannungswerte | ||
* PC | * PC 13,5 V - 16,8 V | ||
* Fahrzeug | * Fahrzeug 6,2 V - 8,2 V | ||
== Umschaltung der Stromquelle == | |||
[[Datei:PP_Umschaltung.png|800px| | [[Datei:PP_Umschaltung.png|thumb|left|800px|Abb. 3: Umschaltung]] | ||
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In Abb. 3 wird der Schaltplan der Umschaltung dargestellt. | |||
Die Versorgung via Netzteil wird dem Akku vorgezogen, d.h. immer wenn das Netzteil angeschlossen ist, wird der Akku nicht mehr belastet. | Die Versorgung via Netzteil wird dem Akku vorgezogen, d.h. immer wenn das Netzteil angeschlossen ist, wird der Akku nicht mehr belastet. | ||
Zur Lagerung des Autos kann | Zur Lagerung des Autos kann der Hauptschalter ausgeschaltet werden, um die PicoPSU spannungslos zu schalten. | ||
== Aufbau des PowerPanels == | == Aufbau des PowerPanels == | ||
Das PowerPanel ist im Wintersemester 2018/2019 neu gestaltet, getestet und implementiert worden. Das Layout ist überarbeitet worden, | Das PowerPanel ist im Wintersemester 2018/2019 neu gestaltet, getestet und implementiert worden. Das Layout ist überarbeitet worden in der Form, dass der Schalter, welcher den Akku zuschaltet, vor dem Unterspannungsschutz gesetzt wurde und somit das System den Akku nicht weiter entladen kann wenn dieser Schalter umgelegt wurde. | ||
Die Sicherung ist in den Kabelbaum, welcher zur PowerPlatine führt, implementiert worden. Die Designfehler der Vorgänger sind ausgemerzt worden. | |||
In der Abb. 4 wird der Schematische Aufbau des PowerPanels dargestellt. | |||
[[Datei:PP_Kabelbaum.jpg|600px|thumb|left|Abb. 4: Schematische Darstellung des PowerPanels]] | |||
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== Aufbau des Platinenlayouts == | |||
Nachfolgend ist das Design der neuen PowerPlatine einzusehen. | |||
Die Vorderseite ist mit den Treibern der LED Bars und der LED Bars ausgestattet. Auf der Rückseite sind die restlichen Bauteile, wie Widerstände, Kondensatoren und Potentiometer verbaut. | |||
Die Abmessungen und Beschriftungen stimmen mit den der alten Platine sowie mit den Maßen des Frontpanels überein. | |||
[[Datei:PP_Bestückung_Gesamt.png|800px|thumb|left|Absatz|Abb. 5: Layout des PowerPanels]] | |||
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== Aufbau der Platine == | |||
Auf den folgenden Abbildungen ist die Vorder- sowie die Rückseite des Panels zusehen. Signifikante Merkmale sind die Aufdickung der Leiterbahnen für die Plus- und die Groundverteilung. | |||
Die Anschlussleitungen werden bei der neuen Platine nicht mehr gesteckt, sondern sind fest angelötet. | |||
Aufgrund doppelseitiger Auftragung des Lötzinns ist die Haltbarkeit und Festigkeit gesichert. | |||
An die verlöteten Leitungen werden Stecker befestigt um ein Ausbau der Platine weiterhin zuermöglichen. | |||
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File:| | File:Neu_vorn.jpg|Abb. 6: Vorne | ||
File:| | File:Neu_hinten.jpg|Abb. 7: Hinten | ||
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== Anschlüsse == | |||
Die Anschlussleitungen sind angelötet. Die Kabel werden vorkonfektioniert mit neuen Steckern, bzw. Buchsen. Nach eingehender Recherche ist der Entschluss gefasst worden, dass bestimmte Leitungen zu einem Stecker zusammengefasst werden können. Die zu verwendenden Stecker sind AMP Superseal von | Die Anschlussleitungen sind angelötet. | ||
Die Kabel werden vorkonfektioniert mit neuen Steckern, bzw. Buchsen. | |||
Nach eingehender Recherche ist der Entschluss gefasst worden, dass bestimmte Leitungen zu einem Stecker zusammengefasst werden können. | |||
Die zu verwendenden Stecker sind AMP Superseal von TE Connectivity. Diese sind steckbar, flexibel und haltbar, somit ist die nachträgliche Bearbeitung und das Abbauen der Powerplatine ohne Bedenken möglich. | |||
Die Kurzschlussgefahr ist signifikant gemildert worden. | |||
Es werden zweipolige und dreipolige Stecker verwendet. | |||
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File:2pol AMP.jpg|Zweipoliger AMP Superseal | File:2pol AMP.jpg|Abb. 7: Zweipoliger AMP Superseal | ||
File:3_pol_AMP.jpg|Dreipoliger AMP Superseal | File:3_pol_AMP.jpg|Abb. 8: Dreipoliger AMP Superseal | ||
</gallery> | </gallery> | ||
--> | |||
== Dokumentation == | |||
Die vollständige Dokumentation von Layoutreviews, Testprotokolle und weiteres befindet sich im SVN: | |||
[https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Teams/PowerPanel/Dokumentation MTR_SDE_Praktikum/trunk/Teams/PowerPanel/Dokumentation] | |||
== Bill of Materials == | |||
Die BOM für die Bestückung der Platine. Die meisten Teile sind im Lager der Hochschule vorhanden. | |||
{| class="mw-datatable" | |||
! Anzahl !! Komponenten !! Werte | |||
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| 1 | |||
| Potentiometer | |||
| 1 kOhm | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Potentiometer | |||
| 100 nF | |||
|- | |||
| 4 | |||
| Potentiometer | |||
| 5 kOhm | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Kondensator | |||
| 1 nF | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Kondensator | |||
| 100 nF | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Widerstand | |||
| 10 kOhm | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Widerstand | |||
| 39 kOhm | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Widerstand | |||
| 2,2 kOhm | |||
|- | |||
| 3 | |||
| Wiederstand | |||
| 10 kOhm | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Widerstand | |||
| 10 Ohm | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Widerstand | |||
| 560 Ohm | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Widerstand | |||
| 6,8 kOhm | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Wiederstand | |||
| 1 kOhm | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Widerstand | |||
| 4,7 kOhm | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Widerstand | |||
| 1,1 kOhm | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Zenerdiode | |||
| 7,5 V | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Zenerdiode | |||
| 3,3 V | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Zenerdiode | |||
| 15 V | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Schottky Diode | |||
| MBR1045G | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Bargrpah | |||
| DC-7G3EWA | |||
|- | |||
| 2 | |||
| Bargraph Treiber | |||
| LM3914 | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Mosfet | |||
| IRF5305 | |||
|- | |||
| 1 | |||
| Operationsverstärker | |||
| TL071ACP | |||
|} | |||
Ist auch als [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Dokumentation/Systemarchitektur/Unterspannungsschutz/PlatineWS1819/BOM.xlsx Excel] Tabelle im SVN hinterlegt. | |||
== Lessons Learned == | |||
[[PowerPanel_LessonLearned|Lesson Learned]] | |||
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Aktuelle Version vom 12. Februar 2019, 17:03 Uhr
Autor: Michael Menke und Pascal Funke
Betreuer: Herr Klein
Einleitung
Der AMR2012 besitzt zur Energieverteilung und zum Schutz der Bauteile sowie der Komponenten ein PowerPanel. Das PowerPanel besitzt einen Unterspannungsschutz, eine Akkukontrollanzeige für die Akkus des Antriebs und des verbauten PCs sowie eine Hauptsicherung, welche das Gesamtsystem schützt. Das Panel ist im System hinter das Frontpanel integriert. Der Akkuzustand kann über einen "Akkutest"-Taster angezeigt werden.
Dieser Artikel wurde durch den Artikel Versorgung ersetzt
Funktionsteile des PowerPanel
Das PowerPanel beinhaltet drei Funktionen, den Unterspannungs-Schutzschaltung, die Akkustandsanzeige und die Umschaltung der Stromquellen.
Die Unterspannungs-Schutzschaltung verhindert die Teifenentladung der Akkus.
Akkustandsanzeige gibt eine Angabe über den Ladezustand der Akkus.
Umschaltung der Stromquellen soll zwischen Netzteilbetrieb und Akkubetrieb wechseln.
Unterspannungs-Schutzschaltung
In Abb. 1 wird der Schaltplan des Unterspannungsschutz dargestellt.
Die Schaltung besteht aus einem als Komparator geschalteten Operationsverstärker (TL071) mit Hysterese. Das Potential an IC1 Pin6 wird zur Steuerung des picoPSU-Netzteils am Fahrzeug-Computer benutzt. Bei Unterschreiten der Ausschalt-Schwelle von ca. 13V fährt der PC herunter. Bei einer Akku-Spannung von ca. 15V wird das Netzteil wieder frei gegeben und muss manuell gestartet werden. Da der Operationsverstärker vom unipolaren Bordnetz versorgt wird und kein "rail-to-rail"-Typ ist, wurde die Zener-Diode D4 eingefügt, um die positive Restspannung des Operationsverstärker im "low-Zustand" zu unterdrücken. Da die Schaltung hardwaremäßig schon existierte, wurde auf eine Neuauswahl von Bauteilen verzichtet zugunsten der Nutzung vorhandener Strukturen auf der Platine.
Akkustandsanzeige
In der Abb. 2: Wird die LED-Bar Ansterung für die Anzeige des Akkuzustandes verwendet.
Zur Anzeige des Akkustands wurden LED-Bargraphen verwendet, welche mit dem IC LM3914 betrieben werden. Die Kalibrierung des IC LM3914 erfolgt über zwei Potentiometer. Die Potentiometer sind im Schaltplan R5,R7 für den PC Akku und R15,R17 für den Fahrzeug Akku.
Einstellung der Bargraphen läuft wie folgt ab:
- Höchste Spannung anlegen
- Potentiometer "oberes Limit" (R7/R17) einstellen, sodass alle LEDs leuchten
- Niedrigste Spannung anlegen
- Potentiometer "unteres Limit" (R5/R15) einstellen, sodass die unterste LED leuchtet
Spannungswerte
- PC 13,5 V - 16,8 V
- Fahrzeug 6,2 V - 8,2 V
Umschaltung der Stromquelle
In Abb. 3 wird der Schaltplan der Umschaltung dargestellt.
Die Versorgung via Netzteil wird dem Akku vorgezogen, d.h. immer wenn das Netzteil angeschlossen ist, wird der Akku nicht mehr belastet. Zur Lagerung des Autos kann der Hauptschalter ausgeschaltet werden, um die PicoPSU spannungslos zu schalten.
Aufbau des PowerPanels
Das PowerPanel ist im Wintersemester 2018/2019 neu gestaltet, getestet und implementiert worden. Das Layout ist überarbeitet worden in der Form, dass der Schalter, welcher den Akku zuschaltet, vor dem Unterspannungsschutz gesetzt wurde und somit das System den Akku nicht weiter entladen kann wenn dieser Schalter umgelegt wurde. Die Sicherung ist in den Kabelbaum, welcher zur PowerPlatine führt, implementiert worden. Die Designfehler der Vorgänger sind ausgemerzt worden.
In der Abb. 4 wird der Schematische Aufbau des PowerPanels dargestellt.
Aufbau des Platinenlayouts
Nachfolgend ist das Design der neuen PowerPlatine einzusehen. Die Vorderseite ist mit den Treibern der LED Bars und der LED Bars ausgestattet. Auf der Rückseite sind die restlichen Bauteile, wie Widerstände, Kondensatoren und Potentiometer verbaut. Die Abmessungen und Beschriftungen stimmen mit den der alten Platine sowie mit den Maßen des Frontpanels überein.
Aufbau der Platine
Auf den folgenden Abbildungen ist die Vorder- sowie die Rückseite des Panels zusehen. Signifikante Merkmale sind die Aufdickung der Leiterbahnen für die Plus- und die Groundverteilung. Die Anschlussleitungen werden bei der neuen Platine nicht mehr gesteckt, sondern sind fest angelötet. Aufgrund doppelseitiger Auftragung des Lötzinns ist die Haltbarkeit und Festigkeit gesichert. An die verlöteten Leitungen werden Stecker befestigt um ein Ausbau der Platine weiterhin zuermöglichen.
-
Abb. 6: Vorne
-
Abb. 7: Hinten
Anschlüsse
Die Anschlussleitungen sind angelötet. Die Kabel werden vorkonfektioniert mit neuen Steckern, bzw. Buchsen. Nach eingehender Recherche ist der Entschluss gefasst worden, dass bestimmte Leitungen zu einem Stecker zusammengefasst werden können. Die zu verwendenden Stecker sind AMP Superseal von TE Connectivity. Diese sind steckbar, flexibel und haltbar, somit ist die nachträgliche Bearbeitung und das Abbauen der Powerplatine ohne Bedenken möglich. Die Kurzschlussgefahr ist signifikant gemildert worden. Es werden zweipolige und dreipolige Stecker verwendet.
Dokumentation
Die vollständige Dokumentation von Layoutreviews, Testprotokolle und weiteres befindet sich im SVN:
MTR_SDE_Praktikum/trunk/Teams/PowerPanel/Dokumentation
Bill of Materials
Die BOM für die Bestückung der Platine. Die meisten Teile sind im Lager der Hochschule vorhanden.
Anzahl | Komponenten | Werte |
---|---|---|
1 | Potentiometer | 1 kOhm |
2 | Potentiometer | 100 nF |
4 | Potentiometer | 5 kOhm |
1 | Kondensator | 1 nF |
2 | Kondensator | 100 nF |
1 | Widerstand | 10 kOhm |
1 | Widerstand | 39 kOhm |
2 | Widerstand | 2,2 kOhm |
3 | Wiederstand | 10 kOhm |
1 | Widerstand | 10 Ohm |
1 | Widerstand | 560 Ohm |
1 | Widerstand | 6,8 kOhm |
2 | Wiederstand | 1 kOhm |
2 | Widerstand | 4,7 kOhm |
2 | Widerstand | 1,1 kOhm |
1 | Zenerdiode | 7,5 V |
1 | Zenerdiode | 3,3 V |
1 | Zenerdiode | 15 V |
2 | Schottky Diode | MBR1045G |
2 | Bargrpah | DC-7G3EWA |
2 | Bargraph Treiber | LM3914 |
1 | Mosfet | IRF5305 |
1 | Operationsverstärker | TL071ACP |
Ist auch als Excel Tabelle im SVN hinterlegt.
Lessons Learned
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