Design av et High Power PDB (Power Distribution Board) for en Pixhawk: 5 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

En PCB for å drive dem alle!

For tiden er de fleste materialene du trenger for å bygge en drone billig tilgjengelig på internett, så ideen om å lage en egenutviklet kretskort er ikke verdt det i det hele tatt, bortsett fra noen få tilfeller der du vil lage en rar og kraftig drone. I så fall bør du være ressurssterk eller ha en instruksjonsopplæring om det …;)

Trinn 1: Mål

Målet med denne PCB -en (og årsakene til at den ikke finnes på internett) er:

1.- Den må drive Pixhawk 4 med det nåværende målet, spenningsmålet og den samme kontakten.

2.- Den må ha I/O- og FMU-kontaktene rettet mot pinnene, CAP & ADC er ikke nødvendig i mitt tilfelle.

3.- Den må kunne drive 5 motorer med en kombinert maksimal strøm på 200A, Jepp, 0, 2 KiloAmperes!

Merk: Det er fortsatt nyttig for design med mindre motorer eller mindre strøm. Dette er bare min sak.

Trinn 2: Skjemaer og valg av komponenter

OK, nå vet vi hva vi vil gjøre. For å fortsette vil vi utforme skjemaene.

Hvis du ikke vil forstå elektronikken bak dette brettet, bare kopier skjemaene og gå til neste trinn.

Skjemaene kan deles i to hoveddeler, DCDC for å drive pixhawk og kraftfordelingen til motorene.

Med DCDC ville den enkleste måten være å bruke en Traco Power DCDC og unngå å måtte designe den, men siden jeg ikke liker den enkle måten, vil jeg bruke en LM5576MH fra Texas Instruments. Denne integrerte er en DCDC som kan administrere en utgang opp til 3A og databladet forteller deg all informasjon om tilkoblinger og komponenter som trengs, og den gir formlene for å få de ønskede spesifikasjonene til DCDC som endrer komponentene som brukes.

Med dette ender utformingen av DCDC for Pixhawk, i mitt tilfelle, som sett på bildet.

På den andre siden består kraftfordelingen av sensing av strøm og spenning og selve fordelingen som vil bli vurdert i neste trinn.

Spenningsfølingen vil ganske enkelt være en spenningsdeler som ved sin maksimale spenning på 60 V (maksimal spenning støttet av DCDC) gir den et 3,3V signal.

Den nåværende sensingen er litt mer kompleks, selv om vi fortsatt vil bruke Ohms lov. For å kjenne strømmen vil vi bruke shuntmotstander. For å maksimere strømmen de kan håndtere, vil 10W motstander bli brukt. Med den kraften, de minste SMD -shuntmotstandene jeg kunne finne, var på 0,5mohm.

Ved å kombinere de tidligere dataene og effektformelen, W = I² × R, er maksimal strøm 141A, noe som ikke er nok. Det er derfor to parallelle shuntmotstander vil bli brukt slik at ekvivalent motstand er 0,25 mohm og deretter maksimal strøm den ønskede 200A. Disse motstandene vil også bli koblet til en INA169 fra Texas -instrumenter, og som i DCDC vil designet bli laget etter databladet.

Til slutt er kontaktene som er brukt fra GHS -serien fra JST -kontakter, og pinout fra pixhawk 4 blir fulgt for å gjøre den riktige tilkoblingen.

Merk: Jeg hadde ikke INA169 -komponenten i Altium, så jeg brukte bare en spenningsregulator med samme fotavtrykk.

Merknad 2: Legg merke til at noen komponenter er plassert, men verdien sier NEI, det betyr at de ikke blir brukt med mindre noe i designet fungerer feil.

Trinn 3: Design av kretskortet med Altium Designer

I dette trinnet blir rutingen av kretskortet utført.

Det første som må gjøres er å plassere komponentene og definere brettformen. I dette tilfellet vil det bli laget to forskjellige områder, DCDC og kontakter, og kraftsonen.

I kraftsonen er putene ute av brettet, slik at noe varmekrympeslange kan brukes etter lodding og tilkoblingen forblir godt beskyttet.

Når det er gjort, er neste ruting av komponentene, for å gjøre at de to lagene brukes effektivt og større spor brukes i strømtilkoblingene. Og husk, ingen rette vinkler i sporene!

Når ruting er utført og ikke før, påføres polygonene, her vil det være en GND -polygon på det nederste laget og en annen på det øverste laget, men dekker bare DCDC- og koblingssonen. Kraftsonen til det øverste laget vil bli brukt for spenningsinngangen som vist i det tredje bildet.

Til slutt kunne dette brettet ikke håndtere 200A det er designet for, så noen soner i polygonen vil bli eksponert uten silketrykk, som det er sett i de to siste bildene, slik at noen avdekket ledning loddes der og deretter mengden strøm som kan gå gjennom brettet er mer enn nok til å oppfylle våre krav.

Trinn 4: Opprette Gerber -filer for JLCPCB

Når designet er ferdig, må det bli en realitet. For å gjøre det er den beste produsenten jeg har jobbet med JLCPCB, de sjekker brettet ditt før du betaler for det, slik at hvis de finner feil med det, kan du fikse det uten å tape penger, og tro meg, dette er en sann redning.

Siden dette brettet er et to -lags brett og er mindre enn 10x10 cm, koster 10 enheter bare 2 $ + frakt, selvsagt et bedre alternativ enn å gjøre det selv fordi du får perfekt kvalitet til en lav pris.

For å sende designet til dem må det eksporteres til gerber -filer, de har opplæringsprogrammer for Altium, Eagle, Kikad og Diptrace.

Til slutt må disse filene bare lastes opp til sitatnettstedet.

Trinn 5: Slutt

Og det er det!

Når PCB kommer kommer den kule delen, lodding og testing. Og selvfølgelig! Jeg skal laste opp flere bilder!

I løpet av uken etter skal jeg lodde prototypen min og teste den, så hvis du vil gjøre dette prosjektet, vent til begge neste statusmerker er OK. Med dette vil jeg unngå deg en ødelagt jobb eller motstandsbytte

Loddetinn: IKKE HVIS

Test: IKKE

Legg merke til at dette er SMD -lodding, hvis det er første gang du lodder eller ikke har et fint loddejern, bør du vurdere å gjøre et annet prosjekt siden det kan være en kilde til problemer.

Hvis noen er i tvil om prosessen, ikke tvil om å kontakte meg.

Også hvis du gjør det, vær så snill, jeg vil gjerne vite det og se det!