Trois conseils pour vous aider à résoudre le problème de panne de courant due au courant de démarrage élevé du servo

Lorsque nous fabriquons des produits ou nous engageons dans des projets, chaque fois que nous utilisons un couple élevéservomoteurs, nous rencontrerons très probablement un problème ennuyeux : au moment de la mise sous tension, le courant lorsque leservomoteurLes démarrages sont extrêmement forts, "tirant" directement l'alimentation. Dans les cas graves, l'ensemble du système se réinitialise automatiquement, voire brûle le fusible. De nombreux amis m'ont posé des questions à ce sujet. En fait, ce n'est pas que leservomoteurest cassé, ou que l'alimentation électrique est trop aqueuse, mais que la valeur maximale du courant de démarrage ne correspond pas bien au plan d'alimentation électrique. Aujourd'hui, nous allons parler de la façon de combler ce trou.

Pourquoi le courant de démarrage de l'appareil à gouverner augmente-t-il soudainement ?

De nombreuses personnes sont surprises lorsqu'elles mesurent pour la première fois le courant du servo. Pour un servo avec un courant nominal à rotor bloqué de 2A, la valeur maximale au moment du démarrage peut atteindre 4A ou même plus. En effet, l'intérieur de l'appareil à gouverner est une structure d'engrenage d'accélération et de décélération de moteur à courant continu. Au moment où le moteur passe du repos à la rotation, le rotor doit surmonter le frottement statique et l'inertie de la charge. À l’heure actuelle, la force contre-électromotrice n’a pas encore été établie. La bobine équivaut à un état de court-circuit et le courant se précipite naturellement vers la valeur maximale.

La durée de ce pic transitoire est en réalité très courte, de quelques dizaines à centaines de millisecondes seulement, mais c'est précisément pendant ce court instant que la protection contre les surintensités de la puce d'alimentation se déclenche. Si vous utilisez une alimentation à découpage ou une carte de protection de batterie au lithium, leur tolérance aux surcharges instantanées est souvent très faible. Une fois qu'il détecte que le courant dépasse le seuil, même si ce n'est que 10 millisecondes, la sortie sera directement coupée.

Comment déterminer la vraie raison pour laquelle l'alimentation est bloquée par le servo

Si vous obtenez un circuit imprimé coincé par le servo, ne vous précipitez pas pour le remplacer par une alimentation plus puissante. J'ai l'habitude d'utiliser un oscilloscope pour capturer la forme d'onde de sortie de puissance dans un premier temps afin de voir l'amplitude et la durée de la chute. Si la tension descend en dessous du seuil de réinitialisation de la puce, le problème réside dans la vitesse de réponse de l'alimentation ; si l'alimentation ne chute pas du tout mais que la sortie est désactivée, le circuit de protection est probablement trop sensible.

La deuxième étape consiste à calculer le grand livre général. Multipliez le nombre de servos pouvant être démarrés simultanément par le courant de crête de démarrage unique et laissez une marge de 30 %. Il s’agit de la capacité d’alimentation électrique maximale dont vous avez besoin. Beaucoup de gens ne regardent que le courant moyen ou le courant à rotor bloqué et ignorent le scénario clé du « démarrage simultané ». Par exemple, si les quatre pattes d'un robot quadrupède sont mises sous tension en même temps, le courant de démarrage total ne sera certainement pas la valeur maximale d'une seule jambe multipliée par quatre, mais aura un effet de superposition.

Une résistance de démarrage progressif connectée en série peut-elle résoudre la surintensité ?

Il s’agit d’une ancienne méthode très classique. Une résistance de puissance est connectée en série avec l'extrémité de sortie de l'alimentation, et la résistance est utilisée pour limiter le courant. Une fois le servo activé, un relais ou un tube MOS est utilisé pour court-circuiter la résistance. L’avantage est que le coût est extrêmement faible et que la solution est simple. Cela ne coûte que quelques centimes pour une résistance en ciment et un relais. Les inconvénients sont également évidents : la résistance chauffe sérieusement, et il y aura toujours un choc de courant au moment du court-circuit.

Cette solution est plus adaptée aux scénarios dans lesquels la capacité de sortie de puissance est simplement bloquée au point critique. Par exemple, un adaptateur 12 V 5 A avec un servo de crête de 6 A et une résistance de 0,5 ohm en série peuvent réduire le courant à moins de 5 A. Mais si votre charge servo est fréquemment démarrée et arrêtée, et tourne fréquemment en avant et en arrière, la durée de vie du relais sera un casse-tête. Il est recommandé de passer à une solution entièrement solide.

Comment choisir la capacité et le type de solution de stockage d'énergie par condensateur

Les condensateurs sont l'aide la plus directe pour gérer les courants instantanés importants. Le principe n'est pas difficile à comprendre : l'alimentation charge le condensateur lorsque l'alimentation est normale, et le condensateur libère l'énergie électrique stockée au moment du démarrage du servo, aidant ainsi l'alimentation à résister au pic de plusieurs centaines de millisecondes. La clé est de savoir comment choisir ce condensateur.

Il existe une formule approximative pour déterminer la capacité : essayez 1 000 microfarads par ampère de courant de crête. Par exemple, si la valeur maximale est de 5 A, soudez d'abord 4 700 microfarads et mesurez la chute de tension. Si cela ne suffit pas, ajoutez-en davantage. En termes de type, les condensateurs solides à faible ESR ou les condensateurs électrolytiques haute fréquence à faible résistance sont préférés. Les condensateurs électrolytiques ordinaires ont une grande résistance interne et une faible capacité de décharge instantanée, donc s'ils sont installés, ils sont inutiles. L'emplacement est également très particulier. Le condensateur doit être proche de la borne d'entrée d'alimentation du servo. Plus l’avance est courte, mieux c’est. La trace du PCB doit être plus large et aucun trou traversant ne doit être utilisé.

Existe-t-il des différences dans les caractéristiques de démarrage des servos numériques et des servos analogiques ?

Ce problème est critique lors de la sélection d’un modèle. Le servo analogique s'appuie sur un comparateur pour piloter directement le moteur et ne dispose pas de microprocesseur. Il répond rapidement mais le courant de démarrage est très dur. Il y a un MCU à l'intérieur du servo numérique, qui peut être programmé pour contrôler le cycle de service PWM et le démarrage lent. De nombreux servos numériques haut de gamme disposent même de leur propre fonction de limitation de courant.

Ainsi, si votre projet est encore en phase de conception, il peut être moins compliqué de passer directement à un servo numérique prenant en charge le démarrage lent que de jouer avec l'alimentation électrique. Par exemple, certaines marques prennent en charge le réglage de la pente de démarrage via le port série, permettant au courant d'augmenter doucement en 200 millisecondes, et la valeur maximale peut être supprimée de plus de moitié. Bien sûr, le prix est plus cher et la méthode de contrôle est plus compliquée.

Quels traitements de lissage de courant peuvent être effectués au niveau logiciel ?

Si le matériel est déjà mort, pas de panique, le logiciel peut encore compenser. Le moyen le plus efficace est de démarrer à un pic échelonné, afin que tous les servos ne soient pas mis sous tension en même temps. Par exemple, lorsque le robot est allumé, les servos de chaque jambe sont initialisés séquentiellement à des intervalles de 50 millisecondes et le courant de pointe est immédiatement dispersé.

Une autre astuce est le réglage de la fréquence PWM. Certains servos prennent en charge la position de contrôle du signal PWM externe. Vous pouvez d'abord envoyer une largeur d'impulsion plus étroite pour permettre au servo de se déplacer vers une position à petit angle. Le courant sera naturellement plus petit que celui de le conduire directement à un grand angle. Ceci est particulièrement utile dans l'action de retour zéro du bras robotique. Laissez d’abord pendre le bras, puis soulevez-le lentement. La courbe actuelle sera beaucoup plus plate.

En dernière analyse, l'essence du problème du courant de démarrage de l'appareil à gouverner est le jeu entre puissance instantanée et puissance moyenne. Lorsque nous réalisons des projets, nous n’avons pas besoin d’utiliser des alimentations électriques au niveau des réservoirs pour alimenter les routes. Une manière plus intelligente consiste à « payer l’énergie en plusieurs fois ». Amis qui lisent ceci, vous souhaiterez peut-être y repenser : lorsque vous avez rencontré des problèmes similaires auparavant, avez-vous immédiatement changé pour une alimentation plus puissante, ou avez-vous d'abord trouvé une avancée dans ces détails logiciels et matériels ? Bienvenue pour partager votre expérience pratique dans la zone de commentaires. Si vous le trouvez utile, n'hésitez pas à le liker et à le transmettre à d'autres amis frustrés par les servos.