Optimierung der Power-Platine: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 6. Februar 2020, 20:55 Uhr

Autor: Anna Blankenstein und Timo Schmidt

Abgabetermin: 24.06.2019

Einleitung

Während der Analyse der PowerPlatine des AMR2018 im SoS2019 sind mehrere "Designfehler" aufgefallen, welche im folgenden erläutert werden.
Es werden Lösungsvorschläge erarbeitet.

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

→ zurück zu Versorgung: Versorgung
→ Artikel: Wartung und Instandhaltung der Akkus
→ Artikel: Fahrzeughardware
→ zurück zum Hauptartikel: Praktikum SDE

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 Nach einer Internetrecherche sind wir auf das [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Projekt_80:_Advanced_Discharge-Protection-Circuit 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. <br>
 <br> Um auch sofort eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Surface-mounted_device SMD]-Lösung beim Umbau der Platine zu ermöglichen, sollten in dem Layout die [https://de.wikipedia.org/wiki/Footprint 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. <br>Des Weiteren waren einige Bauteile, die in dem [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Projekt_80:_Advanced_Discharge-Protection-Circuit 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.
 <!--=== Recherche Anschlüsse ===
 Für diese Recherche wurden als erstes die Anforderungen bestimmt und dann eine Internetrecherche Durchgeführt.
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 == Umsetzung der PowerPlatine ==
-Zuerst wurde geschaut, welche Teile der Power-Platine schon in Multisim verfügbar sind. Anschließend wurde ein neues Multisim Projekt in [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Teams/PowerPanel/Schaltpl%C3%A4ne/PowerPanel_Multisim_SS19 diesem] Ordner angelegt, wo die Multisim- und Ultibordpläne abgelegt wurden.
+Zuerst wurde geschaut, welche Teile der Power-Platine schon in Multisim verfügbar sind. Anschließend wurde ein neues Multisim Projekt in [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Teams/AuF/PowerPanel/Schaltpl%c3%a4ne/PowerPanel_Multisim_SS19/ 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 wurden Test zum Abschalten und zur Leistungsaufnahme im ausgeschaltetem Zustand durchgeführt. Die Testberichte sind ihren Id aus dem Pflichtenheft entsprechend folgendem Ordner zu entnehmen: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Testdokumente/HW/ Testberichte]<br>
+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: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Testdokumente/Unittests/ Testberichte]<br>
 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 erstellte PowerPlatine. Nach einer Reihe von Tests wurden Verbesserungen vorgenommen, die in dem Artikel Versorgung (Links weiter unten) eingesehen werden können.
+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.
-Das Multisim Modell ist folgendermaßen bearbeitet worden:
+<!-- <gallery>
-So sind nun alle Elemente, welche über den Akku versorgt werden durch eine Sicherung abgesichert und hardwareseitig trennbar durch einen mechanischen Schalter.
-<gallery>
 File:PP_alt.png|Alter Zustand
 File:PP_Neu.png|Neuer Zustand
-</gallery>
+</gallery> -->
-Des weiteren ist der Unterspannungsschutz nun folgender Maßen implementiert worden:
+Der Unterspannungsschutz ist nun folgendermaßen implementiert worden:
-[[Datei:PowerPanel Unterspannungsschutz SS19.JPG|normal|Tiefenentladeschutz Sommersemester 2019]]
+[[Datei:Tiefenentladeschutz WS1920.pdf|1000px|normal|Absatz|Abb. 1: Unterspannungsschutz-Schaltung WS19/20]] <br>
+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. <br>
+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 ===