Projekt High Power PDB (Power Distribution Board) dla Pixhawka: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

PCB do zasilania ich wszystkich!

Obecnie większość materiałów potrzebnych do zbudowania drona jest tanio dostępna w Internecie, więc pomysł stworzenia własnej płytki PCB nie jest tego wart, z wyjątkiem kilku przypadków, w których chcesz zrobić dziwnego i potężnego drona. W takim przypadku lepiej bądź zaradny lub skorzystaj z samouczka Instructables na ten temat…;)

Krok 1: Cele

Cele tej płytki (oraz powody, dla których nie można jej znaleźć w Internecie) to:

1.- Musi zasilać Pixhawk 4 miernikiem prądu, miernikiem napięcia i tym samym złączem.

2.- Musi mieć złącza I/O i FMU skierowane na piny, w moim przypadku CAP&ADC nie jest potrzebne.

3.- Musi być w stanie zasilać 5 silników o łącznym maksymalnym prądzie 200A, tak, 0, 2 kiloamperów!

Uwaga: Jest to nadal przydatne w przypadku projektów z mniejszą liczbą silników lub mniejszym prądem. To tylko mój przypadek.

Krok 2: Schematy i wybór komponentów

OK, teraz wiemy, co chcemy zrobić. Aby kontynuować zaprojektujemy schematy.

Jeśli nie chcesz rozumieć elektroniki stojącej za tą płytką, po prostu skopiuj schematy i przejdź do następnego kroku.

Schematy można podzielić na dwie główne części, DCDC do zasilania pixhawka i rozdział mocy silników.

Z DCDC najłatwiej byłoby użyć Traco Power DCDC i uniknąć konieczności projektowania, ale ponieważ nie lubię łatwego sposobu, będę używał LM5576MH firmy Texas Instruments. Ten zintegrowany jest DCDC, który może zarządzać wyjściem do 3A, a jego arkusz danych zawiera wszystkie informacje o potrzebnych połączeniach i komponentach oraz podaje formuły, aby uzyskać pożądane specyfikacje DCDC modyfikujące używane komponenty.

Dzięki temu projekt DCDC dla Pixhawka w moim przypadku kończy się tak, jak widać na zdjęciu.

Z drugiej strony dystrybucja mocy składa się z wykrywania prądu i napięcia oraz samej dystrybucji, która zostanie rozważona w następnym kroku.

Wykrywanie napięcia będzie po prostu dzielnikiem napięcia, który przy maksymalnym napięciu 60 V (maksymalne napięcie obsługiwane przez DCDC) daje sygnał 3,3 V.

Obecne wykrywanie jest nieco bardziej złożone, nawet jeśli nadal będziemy używać prawa Ohma. Aby wyczuć prąd, użyjemy rezystorów bocznikowych. Aby zmaksymalizować ilość prądu, jaki mogą przenosić, zostaną użyte rezystory 10W. Przy tej mocy najmniejsze rezystory bocznikowe SMD, jakie udało mi się znaleźć, to 0,5mΩ.

Łącząc poprzednie dane i wzór na moc, W = I² × R, maksymalny prąd wynosi 141 A, co nie wystarcza. Dlatego zostaną użyte dwa rezystory bocznikujące równolegle, tak aby równoważna rezystancja wynosiła 0,25 mohm, a następnie maksymalny prąd pożądany 200A. Rezystory te zostaną podłączone do INA169 również z instrumentów Texas i, podobnie jak w DCDC, ich konstrukcja zostanie wykonana zgodnie z arkuszem danych.

Wreszcie używane złącza pochodzą z serii GHS ze złącz JST, a pinout z pixhawk 4 jest śledzony, aby uzyskać właściwe połączenie.

Uwaga: Nie miałem komponentu INA169 w Altium, więc użyłem tylko regulatora napięcia o tej samej podstawie.

Uwaga 2: Zwróć uwagę, że niektóre komponenty są umieszczone, ale wartość mówi NIE, co oznacza, że nie zostaną użyte, chyba że coś w projekcie działa nie tak.

Krok 3: Projekt PCB za pomocą Altium Designer

W tym kroku zostanie wykonany routing PCB.

Najpierw trzeba ułożyć elementy i określić kształt deski. W tym przypadku zostaną utworzone dwa różne obszary, DCDC i złącza oraz strefa zasilania.

W strefie zasilania pady są poza płytką, dzięki czemu po lutowaniu można użyć rurki termokurczliwej, a połączenie pozostaje dobrze zabezpieczone.

Po wykonaniu tych czynności następuje trasowanie komponentów, aby efektywnie wykorzystać obie warstwy i zastosować większe ślady w połączeniach zasilających. I pamiętaj, w śladach nie ma kątów prostych!

Po zakończeniu routingu, a nie wcześniej, nałożone są wielokąty, tutaj będzie wielokąt GND na dolnej warstwie i drugi na górnej warstwie, ale tylko zakrywający strefę DCDC i złączy. Strefa mocy górnej warstwy zostanie użyta do wejścia napięcia, jak pokazano na trzecim obrazie.

Wreszcie, ta płyta nie mogła obsłużyć 200A, dla której została zaprojektowana, więc niektóre strefy wielokąta będą odsłonięte bez sitodruku, jak widać na dwóch ostatnich zdjęciach, tak że tam wlutowany jest jakiś niepokryty drut, a następnie ilość prądu, który może przejście przez tablicę jest więcej niż wystarczające, aby spełnić nasze wymagania.

Krok 4: Tworzenie plików Gerber dla JLCPCB

Kiedy projekt się skończy, musi stać się rzeczywistością. Aby to zrobić, najlepszym producentem, z którym pracowałem, jest JLCPCB, sprawdzają twoją płytkę, zanim za nią zapłacisz, więc jeśli znajdą w niej jakiś błąd, możesz to naprawić bez utraty pieniędzy i zaufaj mi, to jest prawdziwe ratowanie życia.

Ponieważ ta deska jest deską dwuwarstwową i ma mniej niż 10x10 cm, 10 sztuk kosztuje tylko 2$ + wysyłka, oczywiście lepsza opcja niż zrobienie tego samemu, ponieważ za niską cenę otrzymujesz doskonałą jakość.

Aby wysłać im projekt, należy go wyeksportować do plików gerber, mają tutoriale do Altium, Eagle, Kikad i Diptrace.

Wreszcie te pliki wystarczy przesłać na ich stronę z cytatami.

Krok 5: Koniec

I to wszystko!

Po dostarczeniu płytki drukowanej przychodzi fajna część, lutowanie i testowanie. I oczywiście! Wrzucę więcej zdjęć!

W następnym tygodniu będę lutował swój prototyp i testował go, więc jeśli chcesz zrobić ten projekt, poczekaj, aż oba kolejne statusy zaznaczą się OK. Dzięki temu uniknę nieudanej pracy lub wymiany oporu

Lutowane: JESZCZE NIE

Test: JESZCZE NIE

Zauważ, że jest to lutowanie SMD, jeśli lutujesz po raz pierwszy lub nie masz ładnej lutownicy, rozważ wykonanie innego projektu, ponieważ może to być źródłem kłopotów.

Jeśli ktoś ma jakiekolwiek wątpliwości co do procesu, nie wahaj się skontaktować ze mną.

Również jeśli to zrobisz, bardzo chciałbym to wiedzieć i zobaczyć!