Die Auswahl der von uns verwendeten Bausteine hat ein paar stufen durchlaufen. So haben wir zum Beispiel den ersten Motortreiber und das Ursprünglich geplante IC für die Stromversorgung verworfen. Dies kann während der Entwicklung mitunter häufiger vorkommen.

Ich gehe im Nachfolgenden jedoch nur auf die aktuell verwendeten Bausteine ein, welche auch tatsächlich auf der Platine verwendet werden.

Wenn ihr es wirklich ganz genau wissen wollt, weise ich nochmals auf die Datenblätter der Hersteller hin. Dort steht wirklich alles drin was es zu den Bausteinen zu wissen gibt.

Bauform der verwendeten Bauteile

Die Bauform, auch package genannt, der verwendeten Komponenten ergibt sich zum einen aus dem Leistungsbedarf mit dem das Bauteil belastet wird, zum anderen aus der Verfügbarkeit des Bauteiles in verschiedenen Packages. So kann ein SMD-Widerstand in der Packageform 0603 zum Beispiel maximal eine Verlustleistung von 0,1W verkraften. Wenn jedoch zum Beispiel ein spezieller Typ Widerstand nur in einer bestimmten Bauform zu haben ist hat man keine andere Wahl als das später beschriebene Layout daran anzupassen. Dieses Beispiel ist auch für alle anderen Bauteile (z.B.: Transistoren, Dioden, Kondensatoren oder Induktivitäten) gültig. Man muss also wissen welches Ergebnis man von der Schaltung erwartet.

L298P - Der Motortreiber

 

In diesem Baustein sind 2 Vollbrücken untergebracht. Angesteuert werden beide Brücken mit jeweils einem enable Signal und 2 Eingangssignalen mit welchen die Drehrichtung vorgegeben wird. Das Enable Signal gibt dann die entsprechende Brücke frei. Auf Grund der internen Verschaltung kann man die H-Brücke nur für die eine oder andere Drehrichtung freigeben. Ein versehentliches einschalten aller Transistoren kann, sofern kein Fehlerfall vorliegt, ausgeschlossen werden.

Der Motortreiber ist mit einer Kühlfläche ausgestattet. Diese wird mit der Massefläche verbunden. Die Platine dient somit auch als Kühlkörper für den Treiber.

Im folgenden einige Positive eigenschaften im Überblick:

-Direkt vom Raspi ansteuerbar, er erkennt die 3,3V als High Pegel an und nimmt dabei nur 30 bis maximal 100µA auf, im Anbetracht der maximal möglichen 16mA pro Ausgang des Raspi also ohne probleme Ansteuerbar

-Integrierter Übertemperaturschutz

-Er kann 2A pro Vollbrücke mit 2 DC Motoren Treiber

-Über 2 externe Sense Widerstände kann der Strom pro Vollbrücke gemessen werden

 

LM2596S - Der IC für die Onboard Spannungsversorgung

 

Der LM2596S ist ein Schaltregler mit welchem das Netzteil für die Spannungsversorgung des Raspberry Pi realisiert wird. Er macht im großen und ganzen nichts anderes als die Ausgangsspannung durch den Feedback Anschluss zu überwachen und dementsprechend den Ausgang an oder aus zu schalten. Intern geschieht das durch zuhilfe nahme einer Referenzspannung und mehrere Komparatoren.

Während der interne Leistungstransistor ausgeschaltet ist, übernimmt die extern dazugeschaltete Drossel und der Elektrolyt Kondensator die Versorgung. Dieses LC-Glied ist in der Lage Energie zu speichern und während einer OFF-Periode abzugeben. Dadurch erhalten wir eine mehr oder weniger glatte Ausgangsspannung. Den Ausgangsrippel kann man an dieser Stelle mit einem weiteren, nachgeschalteten LC-Glied nochmals Filtern, man beachte jedoch das dies nicht ohne elektrische Verluste einhergehen kann. Manchmal ist auch hier weniger mehr.

Einstellbare Schaltregler Platinen wie wir es bei der Entwicklung verwendet haben, haben den Nachteil, dass die externe Beschaltung auf einen Wahnsinnig breiten Ausgangsspannungsbereich ausgelegt ist. Der Tatsächlich effektive Arbeitspunkt liegt dennoch nur in einem kleinen Bereich. Da wir jedoch nur eine feste Ausgangsspannung anstreben die nicht mit dem Standardbauteil möglich ist, können wir die externe Beschaltung auch darauf auslegen und können somit eventuell etwas mehr effektivität als im Datenblatt angegeben, rausholen.

Der Wirkungsgrad wird im Datenblatt mit ca. 73% bei der Adjustable Version angegeben unter Verwendung der dort weiter unten Angegebenen Testschaltung. Die 5 Volt Version wird bei einer Eingangsspannung von 12 V immerhin mit 80% angegeben.

 

 

LTC4010 - Der Ladebaustein für NIMH oder NICD akkus

 

 

Der LTC4010 ist ein hoch integrierter IC zum Laden von NIMH oder NICD Akkus. Er ist einer der wenigen noch verbleibenden Bausteine am Markt der dafür ausgelegt ist NIMH oder NICD Akkus zu laden. Es sind lediglich ein paar Bauteile als externe Beschaltung notwendig um sicher zu stellen, dass der LTC4010 richtig Arbeiten kann.

Ausgelegt ist dieser für 1 bis 16 Zellen und lässt einen Ladestrom von bis zu 1,67 Ampere zu. Er verfügt über eine Unter- und Überspannungs abschaltung, Pufferladung bei Unterspannung und Ladeerhaltung nach ende des Ladevorganges. Er erkennt defekte Zellen, unterbricht den Ladevorgang und macht durch Schalten einer am Eingang FAULT angeschlossenen LED darauf aufmerksam. Zudem kann man einen Temperatursensor anschließen um die Zellentemperatur während des Ladevorganges zu Überwachen.

Für den Leistungsteil wird ein Duall MOS-FET benötigt. In diesem Gehäuse sind ein N-Channel MOS-FET und ein P-Channel MOS-FET untergebracht. Somit ist der LTC4010 in einem kleinen TSSOP Gehäuse mit 16 Anschlüssen und einem Exposed Pad zur besseren Thermischen kopplung platzsparend untergebracht.

Ich habe den Laderegler auf unseren Anwendungsfall angepasst was die Menge der Bauteile angeht. So habe ich die Schaltung einzig und allein für einen 8 Zellen NIMH Akku ausgelegt. bei einem Ladestrom von 1,67 Ampere. Das ist damit zu Vereinbaren das die verwendeten Zellen einen Ladestrom von bis zu 1C, also dem Strom entsprechend der Kapazität des Akkus, zulässt. Das wären bei uns bis zu 2 Ampere.