Optimierung der Power-Platine

Autor: Anna Blankenstein und Timo Schmidt

Betreuer: Prof. Schneider

Einleitung

Dieser Artikel stellt eine informierende Ergänzung zum Hauptartikel Versorgung dar, um die Problematik der aktuell verbauten Powerplatine darzulegen. Denn während der Analyse der PowerPlatine des AMR2018 im SoS2019 sind mehrere "Designfehler" aufgefallen, welche im folgenden erläutert werden.
Es werden Lösungsvorschläge erarbeitet. Die vollständigen Ergebnisse sind in Versorgung weiter nachzulesen.

Designfehler

Folgende Designfehler sind uns aufgefallen:

• Kein Tiefenentladeschutz
  • Ein Akku ist aufgrund dessen zu beginn des Semesters defekt gewesen
• Durch die Verwendung von THT-Bauteilen ist der Stromverbrauch sehr hoch
• Der Ausbau der Akkus ist umständlich und kompliziert

Weiteres Vorgehen

Zuerst wurde nach der Dokumentation für den Tiefenentladeschutz gesucht.
Hierbei stellte sich heraus, dass es sich um ein Missverständnis, bzw. um eine Vertauschung der Begriffe Tiefenentladeschutz und Unterspannungsschutz handelte.
Nach einer Internetrecherche sind wir auf das Projekt 80, den Advanced Discharge Protection Circuit gestoßen. Dieser sollte auf den neusten Schaltplänen des PowerPanels basieren und somit klang dies nach einer schnellen und vielversprechenden Lösung.

Um auch sofort eine SMD-Lösung beim Umbau der Platine zu ermöglichen, sollten in dem Layout die Footprints angepasst werden. Allerdings war die Lösung mit dem Unterspannungsschutz nur in einer Eagle-Version vorhanden. Da der Hochschulstandard sich aber auf Multisim bzw. Ultibord bezieht wurde beschlossen alle Pläne zu übertragen.
Des Weiteren waren einige Bauteile, die in dem Projekt 80 verwendet wurden nicht für die Spannungsbereiche der Akkumulatoren geeignet. Somit musste diese durch passende Bauteile ersetzt werden. Nach der ersten Anpassung wurde erneut eine Verbesserung der Schaltung durchgeführt, um die Platine im aufgebauten Zustand funktionsfähig zu machen.

Umsetzung der PowerPlatine

Zuerst wurde geschaut, welche Teile der Power-Platine schon in Multisim verfügbar sind. Anschließend wurde ein neues Multisim Projekt in diesem Ordner angelegt, wo die Multisim-Datei zu finden ist. Nach der Erstellung der Schaltpläne wurde der jetzt neu eingebaute Unterspannungsschutz implementiert. Nach der Implementierung und dem Aufbau wurden Tests an dem PowerPanel bzw. danach an der angepassten Schaltung auf dem Steckbrett durchgeführt. Die Testberichte sind ihren IDs aus dem Pflichtenheft entsprechend folgendem Ordner zu entnehmen: Testberichte
Des Weiteren wurde der Ansatz des Vorsemesters, den PC-Akku über einen Schalter zu trennen, beibehalten.

Aufbau der Powerplatine

Bearbeiten des Modells

Die hier dargestellten Abbildungen beziehen sich auf die im WS19/20 angepasste PowerPlatine. Nach einer Reihe von Tests wurden Verbesserungen vorgenommen, die in dem Artikel Versorgung (Links weiter unten) eingesehen werden können.

Der Unterspannungsschutz ist nun folgendermaßen implementiert worden:
Der Spannungsregler U6 liefert eine Referenzspannung für den Operationsverstärker. Dieser schaltet seinen Ausgang durch, wenn die Batteriespannung mindestens 14,9 V beträgt. Das durchschalten des OPVs führt dazu, dass der MosFet Q5 durchgängig wird, was wiederum dazu führt, dass der PC, der in diesem Strang angeschlossen ist, mit der Versorgungsspannung der Batterien gespeist wird und hochfährt.
Die Operationsverstärker-Schaltung mit Hysterese sorgt weiterhin dafür, dass beim Unterschreiten der Batteriespannung von 12,6 V der PC ausgeschaltet wird - der OPV-Ausgang wird auf GND gelegt und der MosFet sperrt.

Weiterführende Links

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→ Artikel: Wartung und Instandhaltung der Akkus
→ Artikel: Fahrzeughardware
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