Dizajn PDB -a velike snage (Power Distribution Board) za Pixhawk: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

PCB za napajanje svih!

Trenutno je većina materijala koji su vam potrebni za izradu bespilotne letjelice jeftino dostupna na internetu pa se ideja o izradi samorazvijene PCB-a uopće ne isplati, osim u nekoliko slučajeva u kojima želite napraviti čudan i moćan dron. U tom slučaju bolje je da budete snalažljivi ili da imate vodič o tome o Instructables …;)

Korak 1: Ciljevi

Ciljevi ovog PCB -a (i razlozi zašto se ne može pronaći na internetu) su:

1.- Mora napajati Pixhawk 4 pomoću mjerenja struje, mjere napona i istog konektora.

2.- Mora imati I/O i FMU konektore usmjerene na pinove, CAP i ADC nisu potrebni u mom slučaju.

3.- Mora imati mogućnost napajanja 5 motora s kombiniranom maksimalnom strujom od 200A, Da, 0, 2 KiloAmpera!

Napomena: Još uvijek je korisno za dizajne s manje motora ili manje struje. Ovo je samo moj slučaj.

Korak 2: Sheme i odabir komponenti

U redu, sada znamo što želimo učiniti. Za nastavak ćemo osmisliti sheme.

Ako ne želite razumjeti elektroniku iza ove ploče, samo kopirajte sheme i prijeđite na sljedeći korak.

Sheme se mogu podijeliti u dva glavna dijela, DCDC za napajanje pixhawka i raspodjelu snage motora.

S DCDC -om najjednostavniji način bi bio korištenje Traco Power DCDC -a i izbjegavanje potrebe za njegovim projektiranjem, ali budući da mi se ne sviđa jednostavan način, koristit ću LM5576MH iz Texas Instruments. Ovaj integrirani DCDC može upravljati izlazom do 3A, a njegov podatkovni list govori vam sve informacije o potrebnim vezama i komponentama te daje formule za dobivanje željenih specifikacija DCDC -a koji mijenja korištene komponente.

Ovim se dizajn DCDC -a za Pixhawk, u mom slučaju, završava kao što se vidi na slici.

S druge strane, raspodjela snage sastoji se od mjerenja struje i napona i same raspodjele koja će se razmotriti u sljedećem koraku.

Mjerenje napona jednostavno će biti razdjelnik napona koji pri svom maksimalnom naponu od 60 V (maksimalni napon podržan od DCDC -a) daje signal od 3,3 V.

Trenutni osjet je malo složeniji čak ćemo i dalje koristiti Ohmov zakon. Za osjet struje upotrijebit ćemo ranžirne otpornike. Kako bi se povećala količina struje koju mogu podnijeti, upotrijebit će se otpornici od 10 W. S tom snagom, najmanji SMD ranžirni otpornici koje sam mogao pronaći su od 0,5 moma.

Kombinirajući prethodne podatke i formulu snage, W = I² × R, maksimalna struja je 141A, što nije dovoljno. Zato će se koristiti dva paralelna otpornika paralelno, tako da ekvivalentni otpor iznosi 0,25 mohm, a zatim maksimalna struja željenih 200A. Ovi otpornici bit će spojeni na INA169 također iz teksaških instrumenata, a kao i u DCDC -u, njegov će dizajn biti izrađen prema podatkovnoj tablici.

Konačno, korišteni su konektori iz serije GHS iz JST konektora, a slijedi pinout iz pixhawka 4 kako bi se uspostavila prava veza.

Napomena: Nisam imao komponentu INA169 u Altiumu pa sam samo koristio regulator napona s istim otiskom.

Napomena 2: Primijetite da su neke komponente postavljene, ali vrijednost kaže NE, to znači da se neće koristiti ako nešto u dizajnu ne radi kako treba.

Korak 3: Dizajniranje PCB -a s dizajnerom Altium

U ovom koraku će se izvršiti usmjeravanje PCB -a.

Prvo što treba učiniti je postaviti komponente i definirati oblik ploče. U tom slučaju bit će napravljena dva različita područja, DCDC i konektori te zona napajanja.

U zoni napajanja jastučići su izvan ploče tako da se nakon lemljenja može koristiti neka termoskupljajuća cijev, a veza ostaje dobro zaštićena.

Nakon što je to učinjeno, slijedi usmjeravanje komponenti, kako bi se dva sloja koristila učinkovito i koristili veći tragovi u priključcima za napajanje. I zapamtite, nema pravih kutova u tragovima!

Kada se usmjeravanje završi, a ne prije, poligoni se primjenjuju, ovdje će biti GND poligon na donjem sloju i još jedan na gornjem sloju, ali samo pokrivajući DCDC i zonu konektora. Zona napajanja gornjeg sloja koristit će se za ulaz napona kako je prikazano na trećoj slici.

Konačno, ova ploča nije mogla podnijeti 200A za koju je dizajnirana, pa će neke zone poligona biti izložene bez sitotiska, kao što se vidi na posljednje dvije slike, tako da se neka nepokrivena žica tamo zalemi, a zatim količina struje koja može proći kroz ploču više je nego dovoljno za ispunjenje naših zahtjeva.

Korak 4: Stvaranje Gerberovih datoteka za JLCPCB

Kad dizajn završi, mora postati stvarnost. Najbolji proizvođač s kojim sam radio je JLCPCB, oni provjeravaju vašu ploču i prije nego što je platite, tako da ako pronađu bilo kakvu pogrešku na njoj, možete je ispraviti bez gubitka novca, i vjerujte mi, ovo je pravi spas.

Budući da je ova ploča dvoslojna i da je manja od 10x10 cm, 10 jedinica košta samo 2 USD + dostava, očito bolja opcija nego to učiniti sami jer po niskoj cijeni dobivate savršenu kvalitetu.

Da bi im poslali dizajn, mora se izvesti u gerber datoteke, oni imaju upute za Altium, Eagle, Kikad i Diptrace.

Konačno, ove datoteke samo je potrebno učitati na njihovu web stranicu s citatima.

Korak 5: Završite

I to je to!

Kad PCB stigne, dolazi hladni dio, lemljenje i testiranje. I naravno! Postavit ću još fotografija!

Tijekom sljedećeg tjedna lemit ću svoj prototip i testirati ga, pa ako želite raditi na ovom projektu, pričekajte dok obje sljedeće oznake statusa budu u redu. Ovime ću izbjeći svaku zamjenu posla ili otpora

Lemljenje: JOŠ NE

Test: JOŠ NE

Primijetite da je ovo lemljenje SMD -a, ako vam je lemljenje prvi put ili nemate lijepo lijemljenje, razmislite o drugom projektu jer to može biti izvor problema.

Ako netko ima bilo kakvih nedoumica oko postupka, neka ne kontaktira.

Također ako to učinite, molim vas, volio bih to znati i vidjeti!