ARDrone+test+voeding

= ARDrone test voeding =

__Algemeen__
Het was niet zo'n gemakkelijke opdracht om een externe voeding te maken die de drone kon voorzien van voldoende stroom. Bij het testen bleek dat er pieken werden vastgesteld van een slordige 8 ampère, vooral bij het opstijgen. De batterij indicatie wordt gebaseerd op de klemspanning van de batterij. Bij 12,5V is de batterij ongeveer 100%. Bij 9V is de batterij 0% wat betekent dat de drone zelf de landing forceert. Om deze functionaliteit volledig te kunnen testen, moest de voedingsspanning ook regelbaar zijn. We besloten om een analoge voeding te bouwen (eenvoudig kwa schema) die aan deze specs zou moeten voldoen:
 * Regelbaar tussen 8V en 13,7V
 * Piekstromen leveren van 10A, minstens 5A continu
 * Afzekeren op 10A

__Het schema__
//Download schema in pdf:// [|ARdrone power supply schematic.pdf]

De analoge voeding bestaat uit een afgezekerde transformator (aan de 230V kant) met gelijkrichterbrug, afvlak elko's en een analoge regelaar. Dit laatste wil zeggen dat regelaar de spanning regelt door vermogen te dissiperen in de regelaar. Het voordeel is dat het schema heel eenvoudig is in tegenstelling tot geschakelde DC - DC converters en dat er geen rekening moet gehouden worden met EMI straling en andere storingen. Een groot nadeel is dat het rendement zeer laag is omdat de regelaar de overtollige spanning wegdissipeert. In ons geval is dit uiteraard geen nadeel omdat de voeding toch via het net gevoed wordt. Achter de regelaar hebben we nog een stroom en spannings paneelmeter toegevoegd en een snelle zekering van 10A.

De analoge regelaar bestaat uit een LM317 analoge regelaar in combinatie met een PNP vermogentransistor. Naarmate de stroom door de LM317 groter wordt, stijgt de VBE (basis emitter spanning) van de vermogentransistor, dankzij R4, zodat deze de stroomtoevoer langzaam overneemt. De LM317 is een analoge regelaar die tot 1,5A kan leveren en een regelbare uitgangsspanning heeft (via potmeter). Opgenomen in de schakeling levert de LM317 maximaal 1A. Zie de [|datasheet] van de LM317 voor meer informatie.

__De koeling__
De koeling van het systeem was onze grootste zorg omdat bij 10A het systeem in totaal tot ruim 100Watt aan vermogen zou moeten dissiperen. Dit is afhankelijk van de ingestelde spanning; hoe lager de uitgangsspanning, hoe groter de spanningsval over de regelaar, hoe meer dissipatie. Uit berekeningen bleek dat niet alleen de vermogentransistor gekoeld moest worden, maar ook de LM317 en de diodebrug.

__LM317:__ We kozen voor de TO-3 uitvoering van de LM317 (dit is de LM317T) omdat deze de kleinste junstion to case thermische weerstand had en de hoogste junction temperatuur aan kon. Dit alles resulteert in een kleiner vereist koellichaam. De maximale dissipatie in deze component is ongeveer 9 a 10Watt. Uit de berekening bleek dat een koelplaat met een thermische weerstand van 7 K/W voldoende zou zijn (gebruik met koelpasta!).

__Diodebrug:__ We stonden er eerst niet bij stil dat deze component ook serieus wat vermogen kan dissiperen bij 10A. Er is afwisselend stroom aanwezig in telkens 2 diodes van de diodebrug. Bij een voorwaartse spanning van 0,7V @ 10A geeft dit een dissipatie van 2x0,7Vx10A = 14Watt! Dit is erg veel en moet ook tijdig kunnen afgevoerd worden. Een gewone brug van 10A bleek hier echt te licht te zijn. We kozen daarom een diodebrug van 35A met een koellichaam van ongeveer 6K/W (gebruik met koelpasta!); hoe zwaarder de brug, hoe kleiner de thermische weerstand, hoe lichter het koelelement.

__Vermogentransistor:__ Deze component is de MJ15004 PNP transistor. Deze is uitgevoerd in TO-3 en kan maximumstromen van 20A aan. Deze component dissipeert maximaal 90Watt en is daardoor de grootste verbruiker van heel de regelaar. Deze component is opgenomen aan de buitenkant van de behuizing op een koelplaat van 2,5 K/W. We moesten een mica plaatje gebruiken om de transistor elektrisch te isoleren van de koelplaat (omdat anders de uitgangsspanning op de behuizing kwam te staan). 2,5 K/W is eigenlijk te licht om de junctie van de vermogen transistor beneden zijn maximumtemperatuur te houden bij continu gebruik op 10A. Maar zoals vermeld in de specs is 10A continu niet vereist. Later kan eventueel een fankoeling toegevoegd worden wanneer deze voeding voor andere doeleinden gebruikt wordt.

__De uitvoering__
Overzicht van de voeding:

Binnenkant: //Opmerking//: De koelvin rechts boven aan de binnenkant van de behuizing is de koelvin van de diodebrug. De andere koelvin in de behuizing is de koelvin van de LM317T. De koelplaat aan de buitenkant koelt de vermogentransistor. De zekering op de print is die van 10A.

De achterkant: