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TI-RSLK 模块 5 - 讲座视频 - 电池和电压

大家好,我是 John Valvano。 在本次讲座中, 我们将讨论电池 和称为电压 调节的过程。 电压调节的 理念是向我们 提供为电子设备 供电的恒定电压。 因此,我们将讨论 电池以及我们 从何处获取电力。 我们将讨论稳压器 以及使其正常工作的 不同理论方法。 在实验中, 您将学习 一种查看 此稳压器的 性能的测试 技术,衡量标准 是它的稳压 效果以及它 产生的噪声大小。 转入正题吧。 那么,通常而言, 我们可以通过 很多方法来获取用于 驱动电子系统的电力。 我们可以将插头插入墙壁 以及使用交流/直流转换器。 如果我们 这么做, 实际上需要一个 稳压器来执行 最后一步,从而使我们 获取恒定的电压。 理念是实现 恒定的电压, 从而为驱动我们的 负载提供足够的电流。 现在,我们可以 获得一个直流电源。 可以通过几种方法 来获得直流电源 -- 事实上,我们 为 LaunchPad 供电的 常规方法是 使用 USB 电缆, 这实际上将为我们的 LaunchPad 提供恒定的 五伏电源。 您的 LaunchPad 本身 会有一个 3.3 伏稳压器, 它用于驱动微控制器。 在汽车环境中,我们可能 具有一个 12 伏的直流电源。 但在本特定的 课程中,当我们 驱动机器人时, 我们首先使用电池。 请注意,该特定 机器人中的电池 将是六节镍氢 电池,它们将 为我们提供用于运行 我们的机器人的 7.2 伏电压。 然后,我们要从该电池 获取这些能量,将其中的 一部分提供给 微控制器,并将 其中的大部分 能量提供给电机, 从而驱动机器人。 电源电压需要是恒定电压, 而无需知道它 需要多大的电流。 我们也可以从 空气中收集能量, 例如太阳能系统 或电磁场拾取 有各种正在进行且 很有趣的活跃研究领域, 但我们不打算采用 其中的任何方法。 我们将采用一种简单的 方法,即连接电池,从而 驱动我们的机器人。 现在,请记住,以瓦为单位的 功率等于电压乘以电流。 能量等于电压 乘以电流,再乘以 我们驱动该电压 和电流的时长, 它的单位是焦耳。 让我们继续向下讲。 MSP432 等 微控制器 拥有各种 极强大的技术, 其中之一便是它拥有一整套 丰富的节能工具。 最简单的 节能工具之一 是您是否 打开处理器。 那么,例如,我们 可以打开 MSP432, 我们也可以关闭 MSP432。 我们可以 打开 ADC 转换器。 我们可以 关闭 ADC 转换器。 我们可以把一切都关闭掉。 这是一个电流 大小随时间 变化的图,我们的 系统可以在不同的 模式下使用它。 请记住,您使用的 总能量等于电压 乘以电流, 再乘以时间。 因此,432 中有 一组丰富的 功能,用于 打开以及关闭哪些 部件从而 管理 432 的低功耗模式。 一种特定的模式, 即一切都关闭, 称为睡眠。 现在,在 本节课中, 我们将运行 MSP432, 以驱动机器人, 我们不需要将微控制器 置于睡眠模式。 但是,该可以 通过更改模式 使电流成为 时间的函数的 理念是一种 非常强大的 技术,可以使您的电池 具有更长的使用寿命。 因此,这会 为我们提供 -- 电池可以使用多长时间? 因此,您可以制定一个 非常简单的功率预算。 您可以比较系统 消耗的平均电流。 您可以看到 这是平均电流。 您不需要知道 瞬时电流。 您需要知道 平均电流。 因此,我睡眠的时间越长, 我的平均电流就越小。 这将,或者 应该小于 储电量。 现在,请记住, 电池的储电量 定义为其安时 数除以寿命。 这是功率 预算的本质。 那么,为了节省电力, 我们可以采取几种措施。 我们可以降低 电压,事实上, 随着该技术不断 得到改善,电压变得 越来越小。 正如您知道的,MSP432 的 工作电压为 3.3 伏, 但实际上,在 MSP432 的内部, 实际的处理器本身, 其工作电压为 1.8 伏。 请注意,您 不一定能看到它。 它完全处于内部。 但重点是,在 系统级设计中, 只要我可以 降低电压,就 可以降低运行 所需的能量。 我可以采取的 另一项措施是,降低电流。 随着该技术 不断得到改善, 完成相同任务的设备 所需的电流变得越来越小。 您可以采取的另一项措施是 您作为设计人员所做的工作, 即使用模式,将其 置于睡眠模式或 将其唤醒,持续的 时间由您决定。 那么,再说一遍, 我希望您通过 该特定的幻灯片 了解功率预算的本质。 那么,我们具有 电池所存储的能量, 并且我们具有 运行机器人所需的 电流大小, 这里的简单 关系可告诉我们该 机器人可以运行多长时间。 那么,存在多种 不同类型的电池。 我们可以将其 分为两类 -- 两种类型的 电池。 我们购买它一次。 我们将其用完,然后 将其扔进垃圾填埋场。 这不是一种很好的 资源使用方法。 那么,我们想 -- 将对可重复使用的电池 产生兴趣。 二次电池可以 进行再充电。 换句话说,我可以 安装它,然后使用 电池充电器来恢复 电池中的电量。 现在,在 本节课中, 我们将使用 镍氢电池,因为 它具有非常非常 简单的充电机制 -- 不容易爆炸。 但我们稍后 将看到,采用 现代技术的经典 电池是锂离子电池。 哦,将来,一切都将 反复不断地变化。 但我们将选择 镍氢电池,因为 它们更加便宜 并非更好 -- 更便宜, 更廉价,并且易于充电。 在电池内部, 有电解质, 并且有正端子 和负端子,它们 分别是阴极和阳极。 再说一次, 从电路的 角度而言,我们将 在这里采用六节 此类电池,这将为我们 提供 7.2 伏的电压。 现在,我们的任务是获取该 7.2 伏电压,以运行我们的系统。 我们可以查看 能量密度,如果 我们尝试优化 以降低 系统的重量 或延长系统的 寿命 -- 这是 能量密度的本质。 那么,我所做的是, 我采用了五种不同 类型的 AA 电池,换句话说, 具有相同尺寸的电池 然后您可以看到, 到目前为止,在该尺寸的 电池中,包含能量 最多的是锂离子电池 -- 锂离子电池中 包含的能量几乎 是其他电池的三倍。 现在,在我们的 特定案例中, 我们将使用 镍氢电池。 如果我们查看 -- 一共 有六节镍氢电池。 因此电压为 7.2 伏,它们 具有 1.8 安时的储电量。 如果电机的驱动 电流为 0.5 安,并且 这是我们的平均电流,那么 我们可以查看能量储量。 这以安时为单位,因此 我必须将其更改为毫安。 这以毫安时为单位。 现在,我可以查看 -- 估算我的机器人 可以运行多长时间。 您可以看到,它 将运行 3.6 个小时 -- 这么长的时间足够让您赢得比赛。 正如我说过的, LaunchPad 的工作电压为五伏。 不是 7.2 伏。 因此,我们需要通过一种 方法在变化的电流下生成 恒定的输出。 那么,当您查看 稳压器时,我们 将看到的是,这里的输出 电压需要是恒定的。 在本例中,我们 需要五伏的电压。 现在,在 LaunchPad 本身上, 有另一个稳压器,可以 生成 3.3 伏的电压。 但对于该特定的 机器人,我们将 生成五伏的电压, 以运行 LaunchPad。 但将发生变化的 是输出电流, 具体取决于 微控制器是 在执行这项操作还是 那项操作,或者是这个 传感器打开,还是那个传感器打开 -- 该电流可能会变化。 我们不知道它的大小是 多少,但它可能会变化。 请注意,随着电池放电, 这也可能发生变化。 那么,我们将看到, 输入电压和输出 电流将变化。 这里需要一个常量。 即输入电流 -- 我们 还将对它进行讨论 -- 将由电池 提供,从而 实现该目的。 那么,我们将讨论 两种不同类型的 线性,两种不同 类型的稳压器。 第一种比较简单, 它是线性稳压器。 基本而言, 所发生的是, 这里有一个电阻 元件,它将产生 该电压,该 7.2伏,或者该 7.1 伏 -- 当您对它进行充电时, 它甚至可能是 7.6 伏。 该位置的可变 电压已产生, 对于所有这些情况, 我们将获得 5 伏的电压。 另一方面 -- 我们 不知道电流是多大。 再说一次, 那么该可变 元件将调节 该元件的阻抗, 从而在输出端 产生 5 伏的电压。 它将使用该反馈 机制来实现该目的。 不幸的是, 它的效率很低, 这意味着 -- 我的意思 是,如果您需要, 假设100 毫安的输出电流, 它将需要 100 毫安的输入电流。 那么,您可以看到我输入, 从功率的角度而言 -- 我输入 7.2 伏 乘以 100 毫安, 我将输出 5 伏的电压 和 100 毫安的电流。 因此,我在这里 损失了该电压差。 换话句话说, 输出电流 大约等于 输入电流。 我损失了 2.2 伏 乘以 0.1 安的功率。 我损失了 0.22 瓦。 这意味着这个 设备会变得很热。 另一方面,这类方法拥有 极低的成本。 和极低的噪声。 它非常非常简单。 您所需要的是在这里 和那里各使用一个电容器。 例如,这里是一个非常 非常简单的稳压器, 它会获取该 7.2 伏 输入,并生成 5 伏的 输出。 它是一个非常 非常简单的芯片 -- 在一个穿孔部件中提供 -- 易于焊接在您的板上。 您只需在输入端 放置一个电容器, 在输出端放置一个电容器, 然后将输出恒定的 5 伏电压, 对于任何,对于 该特定的稳压器,高达 1 安的电流 -- 足够驱动您的 LaunchPad 以及其中的所有元件。 再说一次,您不会 通过它来驱动电机。 您将通过它 来驱动 LaunchPad。 它具有称为 压差的现象的 本质,这意味着该电压 必须在此基础上再高 2 伏。 因此这仅对 电压有效 -- 电压 输入必须大于 7 伏才能使 这正常工作, 7.2 伏就更大。 如果您不想 或无法购买 电机驱动器板, 那么这是您可以 构建的电路之一。 构建材料中对此 进行了说明。 如果您无法购买该板, 或者不想购买该板, 那么您可以构建该电路 以运行您的 LaunchPad。 德州仪器 (TI) 拥有一款非常 强大的称为 WEBENCH 的设计 工具,它将向您展示多种 生成稳压器的方法。 再说一次, 稳压器能够 在可变电流下 生成恒定的 电压,在本例中,因为 它是线性稳压器,输入 很大,或者输入 大于我的输出。 其他类型的 稳压器称为 开关稳压器。 请注意,它们更加高效 换句话说,如果我查看 输入功率和输出功率, 我们将获得大约该功率的 90%。 它不会变得 很热,并且它 不会浪费电能。 有三种不同 类型的开关 稳压器,让我们来 看看它们都有些什么。 它们都有一个开关 -- 这就是开关。 这意味着它 可以打开和 关闭,打开和关闭,关闭和打开, 打开和关闭,关闭和打开。 这就是它的工作方式。 那么,当它开关时, 会产生大量的 电磁场噪声。 它们都有一个电感器。 我们已在先前的 讲座中看到它。 它们都有一个电感器。 它们都有一个二极管。 这里是我们的二极管。 就像所有其他 稳压器一样, 它通常在输入端和输出端 采用该元件作为电容器。 根据电压 是否下降, 在本例中输入电压 大于输出电压。也可实现升压, 您可以采用 1.5 伏 -- 您可以采用一节 1.5 伏的电池来 驱动 5 伏的系统, 而不会浪费功率。 对于升压转换器而言,这 意味着输入电压小于输出电压。 或者,如果您 不知道它是 更大还是更小 -- 您不关心它,您 实际上可以选择 一个既可以降压 又可以升压的稳压器。 换句话说, 它适用于几乎任何 输入电压 -- 将为您生成 驱动系统 所需的该完美的 五伏信号。 因此,开关 稳压器的 优点是它非常高效。 实际上,对于 稳压器效率, 它大约是 90%,它的 定义是 输出功率除以 输入功率。 因此,它可以 告诉 实际上您的电池的 能量有多少提供 给了您的系统。 它有一些缺点 -- 其中 一个缺点是,它是一种 更难以构建的电路。 另一个缺点是它可能具有很大的噪声。 就像线性稳压器 一样,如果您希望 设计您自己的 开关稳压器, 德州仪器 (TI) 可以为您提供 一套非常丰富的设计工具。 这里是我们在我们的机器人 之一中选择的开关稳压器。 它说明了搭建 该稳压器电路的难度。 您可以看到, 这里的开关 稳压器是一个表面 贴装部件,它就位于 我的 PCB 中的这个位置。 您可以看到,该电感 是一个非常大的器件。 它就位于此处。 电容很大。 您可以看到 47 微法输出 电容和 22 微法输入电容。 开关中的二极管位于 实际稳压器器件的 内部。 那么,再说一次,我们使用 它来运行我们的 LaunchPad 之一。 它有一个特定的问题。 学生会进入 我的办公室, 然后他们会说,Valvano 博士, 如果我的电机板冒烟, 会怎么样? 我说,您执行了什么操作? 哦,什么也没做,他们告诉我。 我说,得了吧, 快点告诉我您做了什么。 然后他们承认,他们 执行的操作是无意中 将该五伏导线短暂地 与接地端发生了短路, 极其短暂。 我之所以为他们 选择了该特定的 稳压器,是因为它 非常高效,如果您 将它的插座短路, 那么它自己就会 爆炸,将它自己毁坏。 这进展得不顺利。 那么我们烧毁了 大量的机器人板, 因为学生 短暂地或 错误地将 5 伏 输出连接到了 接地端。 因此它无法正常工作。 因此我们尝试了另一个板。 因此,我们找到了稳压器。 这里是 TI 提供的 另一种稳压器。 再说一次,它在输入端 采用了一个很大的电容器, 并且在输出端采用了 一个很大的电容器。 这里有一个很大的电感器。 它实际上是 一个穿孔部件, 因此学生可以将其 焊接到他们的板上, 它生成一个完美的 五伏输出,并且 非常高效,但它 具有可提供 保护的优点。 我将其称为可防止学生 无意中损坏的稳压器。 因此,当学生将 该板接地时,不会 发生任何问题 -- 嗯,它停止工作了。 但当他们断开 接地端后,它 会恢复正常并重新工作。 因此,如果您不打算 购买或无法获取 市场上销售的 Pololu Romi 电机, 那么我建议您 构建该 7805 稳压器, 它效率不高, 但很简单, 或者构建该 开关稳压器, 它构建起来 更加复杂一些。 这是烧毁板,从而 必须修复它的学生 之一。 这里是实际 稳压器。 这里是输入端 上的大电容器。 这里是输出端 上的大电容器。 这里是他们 实现它所需的 实际电感器。 但再说一次,它是 相当简单的构造。 那么,该特定的芯片 具有所有穿孔。 该特定的器件相当简单且可以 有效地防止学生无意中损坏。 请注意,事实上, 如果您通过电机 供电板来实现, 那么您将得到的 电路将非常类似于我刚才 向您展示的这两个电路。 总之,我们讨论了 对稳压的需求。 换句话说, 您将从电池 获得 7.2 伏的 电压,稳压电路板将 为您生成五伏的输出 -- 您要自己 构建的板, 上面有电容器。 它将驱动 您的 LaunchPad。 您应该意识到 这样一个事实, 即您的机器人 将运行的时长 是电池以 毫安时为 单位的能量 储量或储电量 以及系统所需的 工作电流的函数。 如果您有一个线性稳压器, 那么它具有很低的噪声, 但它会浪费一些电能。 换句话说,它会变得很热。 它需要输入电压大于 其输出的电压。 如果您选择 开关稳压器, 那么电路会 更加复杂一些。 您可能具有很大的 电压降或很大的电压 升高 -- 无论输入是大还是 小都没有关系,但它 将会非常高效。 总之,希望您喜欢本次实验。 您将了解 电池和电压, 然后,正如您看到的, 您将在本次实验中 所执行的操作的 主要方面是开始 构建机器人。 下次再见。 [音乐播放] 418

大家好,我是 John Valvano。

在本次讲座中, 我们将讨论电池

和称为电压 调节的过程。

电压调节的 理念是向我们

提供为电子设备 供电的恒定电压。

因此,我们将讨论 电池以及我们

从何处获取电力。

我们将讨论稳压器 以及使其正常工作的

不同理论方法。

在实验中, 您将学习

一种查看 此稳压器的

性能的测试 技术,衡量标准

是它的稳压 效果以及它

产生的噪声大小。

转入正题吧。

那么,通常而言, 我们可以通过

很多方法来获取用于 驱动电子系统的电力。

我们可以将插头插入墙壁 以及使用交流/直流转换器。

如果我们 这么做,

实际上需要一个 稳压器来执行

最后一步,从而使我们 获取恒定的电压。

理念是实现 恒定的电压,

从而为驱动我们的 负载提供足够的电流。

现在,我们可以 获得一个直流电源。

可以通过几种方法 来获得直流电源 --

事实上,我们 为 LaunchPad 供电的

常规方法是 使用 USB 电缆,

这实际上将为我们的 LaunchPad 提供恒定的

五伏电源。

您的 LaunchPad 本身 会有一个 3.3 伏稳压器,

它用于驱动微控制器。

在汽车环境中,我们可能 具有一个 12 伏的直流电源。

但在本特定的 课程中,当我们

驱动机器人时, 我们首先使用电池。

请注意,该特定 机器人中的电池

将是六节镍氢 电池,它们将

为我们提供用于运行 我们的机器人的 7.2 伏电压。

然后,我们要从该电池 获取这些能量,将其中的

一部分提供给 微控制器,并将

其中的大部分 能量提供给电机,

从而驱动机器人。

电源电压需要是恒定电压,

而无需知道它 需要多大的电流。

我们也可以从 空气中收集能量,

例如太阳能系统 或电磁场拾取

有各种正在进行且 很有趣的活跃研究领域,

但我们不打算采用 其中的任何方法。

我们将采用一种简单的 方法,即连接电池,从而

驱动我们的机器人。

现在,请记住,以瓦为单位的 功率等于电压乘以电流。

能量等于电压 乘以电流,再乘以

我们驱动该电压 和电流的时长,

它的单位是焦耳。

让我们继续向下讲。

MSP432 等 微控制器

拥有各种 极强大的技术,

其中之一便是它拥有一整套 丰富的节能工具。

最简单的 节能工具之一

是您是否 打开处理器。

那么,例如,我们 可以打开 MSP432,

我们也可以关闭 MSP432。

我们可以 打开 ADC 转换器。

我们可以 关闭 ADC 转换器。

我们可以把一切都关闭掉。

这是一个电流 大小随时间

变化的图,我们的 系统可以在不同的

模式下使用它。

请记住,您使用的 总能量等于电压

乘以电流, 再乘以时间。

因此,432 中有 一组丰富的

功能,用于 打开以及关闭哪些

部件从而 管理 432 的低功耗模式。

一种特定的模式, 即一切都关闭,

称为睡眠。

现在,在 本节课中,

我们将运行 MSP432, 以驱动机器人,

我们不需要将微控制器 置于睡眠模式。

但是,该可以 通过更改模式

使电流成为 时间的函数的

理念是一种 非常强大的

技术,可以使您的电池 具有更长的使用寿命。

因此,这会 为我们提供 --

电池可以使用多长时间?

因此,您可以制定一个 非常简单的功率预算。

您可以比较系统 消耗的平均电流。

您可以看到 这是平均电流。

您不需要知道 瞬时电流。

您需要知道 平均电流。

因此,我睡眠的时间越长, 我的平均电流就越小。

这将,或者 应该小于

储电量。

现在,请记住, 电池的储电量

定义为其安时 数除以寿命。

这是功率 预算的本质。

那么,为了节省电力, 我们可以采取几种措施。

我们可以降低 电压,事实上,

随着该技术不断 得到改善,电压变得

越来越小。

正如您知道的,MSP432 的 工作电压为 3.3 伏,

但实际上,在 MSP432 的内部,

实际的处理器本身, 其工作电压为 1.8 伏。

请注意,您 不一定能看到它。

它完全处于内部。

但重点是,在 系统级设计中,

只要我可以 降低电压,就

可以降低运行 所需的能量。

我可以采取的 另一项措施是,降低电流。

随着该技术 不断得到改善,

完成相同任务的设备 所需的电流变得越来越小。

您可以采取的另一项措施是 您作为设计人员所做的工作,

即使用模式,将其 置于睡眠模式或

将其唤醒,持续的 时间由您决定。

那么,再说一遍, 我希望您通过

该特定的幻灯片 了解功率预算的本质。

那么,我们具有 电池所存储的能量,

并且我们具有 运行机器人所需的

电流大小, 这里的简单

关系可告诉我们该 机器人可以运行多长时间。

那么,存在多种 不同类型的电池。

我们可以将其 分为两类 --

两种类型的 电池。

我们购买它一次。

我们将其用完,然后 将其扔进垃圾填埋场。

这不是一种很好的 资源使用方法。

那么,我们想 --

将对可重复使用的电池 产生兴趣。

二次电池可以 进行再充电。

换句话说,我可以 安装它,然后使用

电池充电器来恢复 电池中的电量。

现在,在 本节课中,

我们将使用 镍氢电池,因为

它具有非常非常 简单的充电机制 --

不容易爆炸。

但我们稍后 将看到,采用

现代技术的经典 电池是锂离子电池。

哦,将来,一切都将 反复不断地变化。

但我们将选择 镍氢电池,因为

它们更加便宜

并非更好 -- 更便宜, 更廉价,并且易于充电。

在电池内部, 有电解质,

并且有正端子 和负端子,它们

分别是阴极和阳极。

再说一次, 从电路的

角度而言,我们将 在这里采用六节

此类电池,这将为我们 提供 7.2 伏的电压。

现在,我们的任务是获取该 7.2 伏电压,以运行我们的系统。

我们可以查看 能量密度,如果

我们尝试优化 以降低

系统的重量 或延长系统的

寿命 -- 这是

能量密度的本质。

那么,我所做的是, 我采用了五种不同

类型的 AA 电池,换句话说, 具有相同尺寸的电池

然后您可以看到, 到目前为止,在该尺寸的

电池中,包含能量 最多的是锂离子电池 --

锂离子电池中 包含的能量几乎

是其他电池的三倍。

现在,在我们的 特定案例中,

我们将使用 镍氢电池。

如果我们查看 -- 一共 有六节镍氢电池。

因此电压为 7.2 伏,它们 具有 1.8 安时的储电量。

如果电机的驱动 电流为 0.5 安,并且

这是我们的平均电流,那么 我们可以查看能量储量。

这以安时为单位,因此 我必须将其更改为毫安。

这以毫安时为单位。

现在,我可以查看 --

估算我的机器人 可以运行多长时间。

您可以看到,它 将运行 3.6 个小时 --

这么长的时间足够让您赢得比赛。

正如我说过的, LaunchPad 的工作电压为五伏。

不是 7.2 伏。

因此,我们需要通过一种 方法在变化的电流下生成

恒定的输出。

那么,当您查看 稳压器时,我们

将看到的是,这里的输出 电压需要是恒定的。

在本例中,我们 需要五伏的电压。

现在,在 LaunchPad 本身上, 有另一个稳压器,可以

生成 3.3 伏的电压。

但对于该特定的 机器人,我们将

生成五伏的电压, 以运行 LaunchPad。

但将发生变化的 是输出电流,

具体取决于 微控制器是

在执行这项操作还是 那项操作,或者是这个

传感器打开,还是那个传感器打开 --

该电流可能会变化。

我们不知道它的大小是 多少,但它可能会变化。

请注意,随着电池放电, 这也可能发生变化。

那么,我们将看到, 输入电压和输出

电流将变化。

这里需要一个常量。

即输入电流 -- 我们 还将对它进行讨论 --

将由电池 提供,从而

实现该目的。

那么,我们将讨论 两种不同类型的

线性,两种不同 类型的稳压器。

第一种比较简单, 它是线性稳压器。

基本而言, 所发生的是,

这里有一个电阻 元件,它将产生

该电压,该 7.2伏,或者该 7.1

伏 -- 当您对它进行充电时, 它甚至可能是 7.6 伏。

该位置的可变 电压已产生,

对于所有这些情况, 我们将获得 5 伏的电压。

另一方面 -- 我们 不知道电流是多大。

再说一次, 那么该可变

元件将调节 该元件的阻抗,

从而在输出端 产生 5 伏的电压。

它将使用该反馈 机制来实现该目的。

不幸的是, 它的效率很低,

这意味着 -- 我的意思 是,如果您需要,

假设100 毫安的输出电流,

它将需要 100 毫安的输入电流。

那么,您可以看到我输入, 从功率的角度而言 --

我输入 7.2 伏 乘以 100 毫安,

我将输出 5 伏的电压 和 100 毫安的电流。

因此,我在这里 损失了该电压差。

换话句话说, 输出电流

大约等于 输入电流。

我损失了 2.2 伏 乘以 0.1 安的功率。

我损失了 0.22 瓦。

这意味着这个 设备会变得很热。

另一方面,这类方法拥有 极低的成本。

和极低的噪声。

它非常非常简单。

您所需要的是在这里 和那里各使用一个电容器。

例如,这里是一个非常 非常简单的稳压器,

它会获取该 7.2 伏 输入,并生成 5 伏的

输出。

它是一个非常 非常简单的芯片 --

在一个穿孔部件中提供 --

易于焊接在您的板上。

您只需在输入端 放置一个电容器,

在输出端放置一个电容器, 然后将输出恒定的 5 伏电压,

对于任何,对于 该特定的稳压器,高达

1 安的电流 --

足够驱动您的 LaunchPad 以及其中的所有元件。

再说一次,您不会 通过它来驱动电机。

您将通过它 来驱动 LaunchPad。

它具有称为 压差的现象的

本质,这意味着该电压 必须在此基础上再高 2 伏。

因此这仅对 电压有效 --

电压 输入必须大于

7 伏才能使 这正常工作,

7.2 伏就更大。

如果您不想 或无法购买

电机驱动器板, 那么这是您可以

构建的电路之一。

构建材料中对此 进行了说明。

如果您无法购买该板, 或者不想购买该板,

那么您可以构建该电路 以运行您的 LaunchPad。

德州仪器 (TI) 拥有一款非常

强大的称为 WEBENCH 的设计 工具,它将向您展示多种

生成稳压器的方法。

再说一次, 稳压器能够

在可变电流下 生成恒定的

电压,在本例中,因为 它是线性稳压器,输入

很大,或者输入 大于我的输出。

其他类型的 稳压器称为

开关稳压器。

请注意,它们更加高效

换句话说,如果我查看 输入功率和输出功率,

我们将获得大约该功率的 90%。

它不会变得 很热,并且它

不会浪费电能。

有三种不同 类型的开关

稳压器,让我们来 看看它们都有些什么。

它们都有一个开关 --

这就是开关。

这意味着它 可以打开和

关闭,打开和关闭,关闭和打开, 打开和关闭,关闭和打开。

这就是它的工作方式。

那么,当它开关时, 会产生大量的

电磁场噪声。

它们都有一个电感器。

我们已在先前的 讲座中看到它。

它们都有一个电感器。

它们都有一个二极管。

这里是我们的二极管。

就像所有其他 稳压器一样,

它通常在输入端和输出端 采用该元件作为电容器。

根据电压 是否下降,

在本例中输入电压 大于输出电压。也可实现升压,

您可以采用 1.5 伏 --

您可以采用一节 1.5 伏的电池来

驱动 5 伏的系统, 而不会浪费功率。

对于升压转换器而言,这 意味着输入电压小于输出电压。

或者,如果您 不知道它是

更大还是更小 -- 您不关心它,您

实际上可以选择 一个既可以降压

又可以升压的稳压器。

换句话说, 它适用于几乎任何

输入电压 --

将为您生成 驱动系统

所需的该完美的 五伏信号。

因此,开关 稳压器的

优点是它非常高效。

实际上,对于 稳压器效率,

它大约是 90%,它的 定义是

输出功率除以 输入功率。

因此,它可以 告诉

实际上您的电池的 能量有多少提供

给了您的系统。

它有一些缺点 -- 其中 一个缺点是,它是一种

更难以构建的电路。

另一个缺点是它可能具有很大的噪声。

就像线性稳压器 一样,如果您希望

设计您自己的 开关稳压器,

德州仪器 (TI) 可以为您提供 一套非常丰富的设计工具。

这里是我们在我们的机器人 之一中选择的开关稳压器。

它说明了搭建 该稳压器电路的难度。

您可以看到, 这里的开关

稳压器是一个表面 贴装部件,它就位于

我的 PCB 中的这个位置。

您可以看到,该电感 是一个非常大的器件。

它就位于此处。

电容很大。

您可以看到 47 微法输出 电容和 22 微法输入电容。

开关中的二极管位于 实际稳压器器件的

内部。

那么,再说一次,我们使用 它来运行我们的 LaunchPad 之一。

它有一个特定的问题。

学生会进入 我的办公室,

然后他们会说,Valvano 博士, 如果我的电机板冒烟,

会怎么样?

我说,您执行了什么操作?

哦,什么也没做,他们告诉我。

我说,得了吧, 快点告诉我您做了什么。

然后他们承认,他们 执行的操作是无意中

将该五伏导线短暂地 与接地端发生了短路,

极其短暂。

我之所以为他们 选择了该特定的

稳压器,是因为它 非常高效,如果您

将它的插座短路, 那么它自己就会

爆炸,将它自己毁坏。

这进展得不顺利。

那么我们烧毁了 大量的机器人板,

因为学生 短暂地或

错误地将 5 伏 输出连接到了

接地端。

因此它无法正常工作。

因此我们尝试了另一个板。

因此,我们找到了稳压器。

这里是 TI 提供的 另一种稳压器。

再说一次,它在输入端 采用了一个很大的电容器,

并且在输出端采用了 一个很大的电容器。

这里有一个很大的电感器。

它实际上是 一个穿孔部件,

因此学生可以将其 焊接到他们的板上,

它生成一个完美的 五伏输出,并且

非常高效,但它 具有可提供

保护的优点。

我将其称为可防止学生 无意中损坏的稳压器。

因此,当学生将 该板接地时,不会

发生任何问题 -- 嗯,它停止工作了。

但当他们断开 接地端后,它

会恢复正常并重新工作。

因此,如果您不打算 购买或无法获取

市场上销售的 Pololu Romi 电机,

那么我建议您 构建该 7805 稳压器,

它效率不高, 但很简单,

或者构建该 开关稳压器,

它构建起来 更加复杂一些。

这是烧毁板,从而 必须修复它的学生

之一。

这里是实际 稳压器。

这里是输入端 上的大电容器。

这里是输出端 上的大电容器。

这里是他们 实现它所需的

实际电感器。

但再说一次,它是 相当简单的构造。

那么,该特定的芯片 具有所有穿孔。

该特定的器件相当简单且可以 有效地防止学生无意中损坏。

请注意,事实上, 如果您通过电机

供电板来实现, 那么您将得到的

电路将非常类似于我刚才 向您展示的这两个电路。

总之,我们讨论了 对稳压的需求。

换句话说, 您将从电池

获得 7.2 伏的 电压,稳压电路板将

为您生成五伏的输出 --

您要自己

构建的板, 上面有电容器。

它将驱动 您的 LaunchPad。

您应该意识到 这样一个事实,

即您的机器人 将运行的时长

是电池以 毫安时为

单位的能量 储量或储电量

以及系统所需的 工作电流的函数。

如果您有一个线性稳压器, 那么它具有很低的噪声,

但它会浪费一些电能。

换句话说,它会变得很热。

它需要输入电压大于 其输出的电压。

如果您选择 开关稳压器,

那么电路会 更加复杂一些。

您可能具有很大的 电压降或很大的电压

升高 --

无论输入是大还是 小都没有关系,但它

将会非常高效。

总之,希望您喜欢本次实验。

您将了解 电池和电压,

然后,正如您看到的, 您将在本次实验中

所执行的操作的 主要方面是开始

构建机器人。

下次再见。

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视频简介

TI-RSLK 模块 5 - 讲座视频 - 电池和电压

所属课程:TI机器人系统学习套件(TI-RSLK) 发布时间:2018.08.27 视频集数:69 本节视频时长:21:32
学习电池电源、电压调整(恒定电压)和性能测量。
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