Návrh vysoce výkonného PDB (Power Distribution Board) pro Pixhawk: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

PCB k napájení všech!

V současné době je většina materiálů, které potřebujete k výrobě dronu, levně dostupná na internetu, takže myšlenka výroby vlastní desky plošných spojů za to vůbec nestojí, kromě několika případů, kdy chcete vyrobit podivný a silný dron. V takovém případě byste měli být vynalézaví nebo si o tom dát návod Instructables …;)

Krok 1: Cíle

Cíle této PCB (a důvody, proč ji nelze najít na internetu) jsou:

1.- Musí napájet Pixhawk 4 s proudovým měřičem, měřením napětí a stejným konektorem.

2.- Musí mít I/O a konektory FMU nasměrované na piny, CAP & ADC v mém případě není potřeba.

3.- Musí být schopen napájet 5 motorů s kombinovaným maximálním proudem 200 A, ano, 0, 2 KiloAmperes!

Poznámka: Je stále užitečné pro konstrukce s menším počtem motorů nebo menším proudem. To je jen můj případ.

Krok 2: Schémata a výběr komponent

Dobře, teď víme, co chceme dělat. Abychom mohli pokračovat, navrhneme schémata.

Pokud nechcete rozumět elektronice za touto deskou, jednoduše zkopírujte schémata a přejděte k dalšímu kroku.

Schémata lze rozdělit na dvě hlavní části, DCDC pro napájení pixhawku a distribuci výkonu motorů.

S DCDC by bylo nejjednodušší použít Traco Power DCDC a vyhnout se jeho návrhu, ale protože se mi nelíbí snadný způsob, budu používat LM5576MH od Texas Instruments. Tento integrovaný je DCDC, který může spravovat výstup až 3A a jeho datový list vám řekne všechny informace o potřebných připojeních a komponentách a poskytne vzorce pro získání požadovaných specifikací DCDC úpravou použitých komponent.

Tímto design DCDC pro Pixhawk v mém případě končí, jak je vidět na obrázku.

Na druhé straně distribuce energie sestává ze snímání proudu a napětí a samotné distribuce, která bude zvažována v dalším kroku.

Snímač napětí bude jednoduše dělič napětí, který při svém maximálním napětí 60 V (maximální napětí podporované DCDC) vydává signál 3,3 V.

Současné snímání je o něco složitější, i když stále budeme používat Ohmův zákon. Pro snímání proudu použijeme bočníkové odpory. Aby se maximalizovalo množství proudu, které mohou zvládnout, budou použity 10W odpory. S touto silou, nejmenší SMD bočníkové odpory, které jsem našel, 0,5 mohm.

Když zkombinujete předchozí data a vzorec výkonu, W = I² × R, maximální proud je 141A, což nestačí. Proto budou použity dva paralelní odpory paralelně tak, aby ekvivalentní odpor byl 0,25 Mohm a poté maximální proud požadovaných 200A. Tyto odpory budou připojeny k INA169 také z texaských přístrojů a stejně jako v DCDC bude jeho návrh proveden podle datového listu.

Konečně použité konektory jsou ze série GHS od konektorů JST a pro správné připojení je použit vývod z pixhawk 4.

Poznámka: V Altiu jsem neměl komponentu INA169, takže jsem použil regulátor napětí se stejnou stopou.

Poznámka 2: Všimněte si, že některé komponenty jsou umístěny, ale hodnota říká NE, to znamená, že nebudou použity, pokud něco v návrhu nefunguje správně.

Krok 3: Návrh desky plošných spojů s Altium Designer

V tomto kroku proběhne směrování desky plošných spojů.

Nejprve je třeba umístit součásti a definovat tvar desky. V tomto případě budou vytvořeny dvě různé oblasti, DCDC a konektory a napájecí zóna.

V energetické zóně jsou podložky mimo desku, takže po pájení lze použít nějakou smršťovací trubičku a spojení zůstane dobře chráněno.

Jakmile je to hotovo, následuje směrování komponent, aby se dosáhlo toho, že se obě vrstvy používají efektivně a v napájecích přípojkách se používají větší stopy. A pamatujte, žádné stopy v pravém úhlu!

Jakmile je směrování provedeno a ne dříve, jsou použity polygony, zde bude ve spodní vrstvě polygon GND a další v horní vrstvě, ale pouze pokrývající zónu DCDC a konektorů. Pro napěťový vstup bude použita výkonová zóna horní vrstvy, jak ukazuje třetí obrázek.

Nakonec tato deska nezvládla 200A, pro které byla navržena, takže některé zóny polygonu budou vystaveny bez sítotisku, jak je vidět na posledních dvou obrázcích, takže se tam připájí nějaký nekrytý drát a pak množství proudu, které může projít deskou je více než dost na splnění našich požadavků.

Krok 4: Vytvoření souborů Gerber pro JLCPCB

Jakmile je design hotový, musí se stát realitou. Aby to udělal, nejlepší výrobce, se kterým jsem pracoval, je JLCPCB, kontrolují vaši desku ještě předtím, než za ni zaplatíte, takže pokud u ní najdou jakoukoli chybu, můžete ji opravit bez ztráty peněz a věřte mi, že je to skutečný záchranář.

Protože je tato deska dvouvrstvá a je menší než 10 x 10 cm, stojí 10 jednotek pouhé 2 $ + poštovné, což je samozřejmě lepší volba, než to dělat sami, protože za nízkou cenu získáte perfektní kvalitu.

Chcete -li jim poslat návrh, musí být exportován do souborů Gerber, mají výukové programy pro Altium, Eagle, Kikad a Diptrace.

Nakonec tyto soubory stačí nahrát na jejich citátovou webovou stránku.

Krok 5: Konec

A to je vše!

Když dorazí DPS, přijde chladná část, pájení a testování. A samozřejmě! Nahrám další fotky!

Během následujícího týdne budu pájet svůj prototyp a testovat ho, takže pokud chcete tento projekt provést, počkejte, až budou obě další stavové značky v pořádku. Díky tomu se vám vyhnu jakékoli zpackané práci nebo výměně odporu

Pájka: NE

Test: NENÍ

Všimněte si, že se jedná o pájení SMD, pokud pájíte poprvé nebo nemáte pěknou páječku, zvažte provedení jiného projektu, protože to může být zdrojem potíží.

Pokud má někdo nějaké pochybnosti o postupu, nepochybujte, že mě kontaktuje.

Také, pokud to uděláte, prosím, rád bych to věděl a viděl!