【分享帖】RoboMaster一种法拉电容恒功率电源管理方案

az19940414 · 2019-3-25 13:43:49

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法拉电容恒功率电源管理方案

首先看一下结构图

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2019-3-25 20:38 上传

如上图所示，整个系统连接如上图，法拉电容直接接在负载两端，这里的负载仅针对3508、3510等电机（关于电压波动后面会说）。我们要做的是设计一个控制器，保证从锂电池输入到超级电容以及负载的功率为恒定的。这样，电机们在工作时候，如果功耗超过设定功率时候，电容和锂电池一起为底盘供电，即总功率= 锂电池的80W + 法拉电容放出的功率。如果电机为轻载时候，小于设定功率时候，锂电池为底盘供电的同时，还可以为电容充电，考虑到正常的RM步兵车在平地高速跑时候功率仅40—50W左右，所以大部分时候功率都有富余。仅在爬坡、加速、减速时候会超功率。而且整个过程为自动完成。只要设置好电容容量就可以实现全程满血工作。此方案电容相当于直接接在负载两端，也就是说，电机两端的电压在你超过设定功率时候是不恒定的。这种设计对于电机负载来说，比采用升压设计更有效。为什么呢？因为电机作为电流驱动型设备，大家使用的3508等电机的电调具备优秀的电流环设计，能抑制输入电压的缓慢变化带来的影响。而且电机在刹车等操作的时候，回馈的电流会直接冲回法拉电容组。而如果采用升压方案，首先系统整体的效率会下降，常规同步升压的效率理想情况下也仅仅90%上下，损耗非常大，而且电机刹车会造成升压输出端的泵升电压，如果处理不当，轻则击穿MOS，重则烧毁电调。只要注意不要超功率太久，就可以全程满血。功率控制板如何实现呢？当然是功率闭环咯，采集输入的电流电压然后你懂的就得到了功率。然后经过一些控制算法控制某个电路就OK了。在这里我打算采用同步Buck来实现这一功能，经典的Buck结构如下图，为了简化电路的设计，还是同步Buck好，但是控制比较麻烦。这样，采集输入端的电流、电压得到功率，然后设计一个算法控制MOS管T的导通时间（PWM占空比）就OK，至于电感大小、PWM频率等一些参数，电力电子、电源啥的了解一下吧，至于控制算法呢，我这里采用的PID+前馈控制+滑模控制得到的一个杂交的控制算法，如果你不懂，纯粹的PID也能实现控制，只是功率为非线性的，控制起来有点飘飘然，不过瞎JB调参大法兴许有用。

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下面先仿真一下，感谢Matlab（手动滑稽）

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经过luck Number调参大法（俗称试凑法，滑稽）整个系统工作稳定。系统输入为24V，下面放点测试图。

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当然咯，很多人说电机为动态变化的负载，测试过负载从1R快速变化到5R，反复如此，由于法拉电容强大的惯性，输入功率仅仅微微一硬，表示一下尊重。

仿真验证了可行性，当然要电路搭起来实测咯，放一个测试的主电路，为了帮助大家快速的实现这一功能，特意隐藏了一些参数、型号。选型也是技能，搞不懂很多人动轴选个几百A的MOS。。。。

其他的电路各位自己思索，比如，输出如何关闭等，要符合大赛要求啊。

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az19940414 · 2019-3-25 15:52:15

快拆小分队发表于 2019-3-25 14:40
我真的喜欢了！！！楼主能不能把原内容也复制粘贴出来？

就是我自己写的，没原帖

az19940414 · 2019-3-25 20:49:34

快拆小分队发表于 2019-3-25 18:39
我是说直接贴内容，不下载那种

已经整改。。。

az19940414 · 2019-3-30 00:10:59

火星探索发表于 2019-3-29 20:12
100F 12V？没搞懂啊

12个100F的串联，就是100/12F

az19940414 · 2019-3-31 22:47:24

Hideous 发表于 2019-3-31 21:17
请问12个100F串联会总安全电压上升，但是会让电容组容值变小。不过我们的电源电压只有24V（最多26V左右）， ...

因为我买的电容组刚好那么大。。。。而且，留有裕量，尽量防止平衡电路起作用，是有好处的

az19940414 · 2019-4-6 13:33:46

vizeee 发表于 2019-4-6 00:11
我看了你的测试视频，你充电应该不是直接接电容组的吧。
我设计的方案是升压的，目的是为了更多的能量，但 ...

我接的是电容组+一个功率电阻。还有你这个升压，我不懂你是直接接在电容组上还是接在哪里的～～

az19940414 · 2019-4-22 21:15:33

Hideous 发表于 2019-4-22 13:23
楼主，请问有遇到过电容到电机间控制开断的Mos莫名其妙击穿的问题吗？（——汗，动辄几百安Mos的菜鸡是本人 ...

检查栅极电压，一般栅极最容易击穿损坏

az19940414 · 2019-5-8 21:32:06

Hideous 发表于 2019-5-6 19:47
看了下之前的圆桌会议帖子找到了，哈哈

嗯嗯，加油

az19940414 · 2019-6-15 00:15:17

国赛法拉电容限制能量3000J～此方案可以解决

az19940414 · 2019-6-15 00:16:03

把电容换成10串80F 2.7v

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