Návrh vysoko výkonného PDB (doska na distribúciu energie) pre Pixhawk: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

DPS na napájanie všetkých!

V súčasnej dobe je väčšina materiálov, ktoré potrebujete na stavbu drona, lacno dostupná na internete, takže myšlienka výroby vlastného plošného spoja nestojí za nič, okrem niekoľkých prípadov, keď chcete vyrobiť podivný a výkonný dron. V takom prípade by ste mali byť vynaliezaví alebo si o tom dať návod s pokynmi …;)

Krok 1: Ciele

Ciele tejto DPS (a dôvody, prečo ju nemožno nájsť na internete) sú:

1.- Musí napájať Pixhawk 4 s prúdovou mierou, mierou napätia a rovnakým konektorom.

2.- Musí mať I/O a FMU konektory nasmerované na piny, CAP & ADC v mojom prípade nie je potrebný.

3.- Musí byť schopný napájať 5 motorov s kombinovaným maximálnym prúdom 200A, áno, 0, 2 KiloAmperes!

Poznámka: Je stále užitočný pre konštrukcie s menším počtom motorov alebo menším prúdom. Toto je len môj prípad.

Krok 2: Schémy a výber komponentov

Dobre, teraz vieme, čo chceme urobiť. Na pokračovanie navrhneme schémy.

Ak nechcete rozumieť elektronike za touto doskou, skopírujte schémy a pokračujte ďalším krokom.

Schémy je možné rozdeliť na dve hlavné časti, DCDC na napájanie pixhawku a distribúciu výkonu motorov.

S DCDC by bolo najľahšie použiť DCDC Traco Power a vyhnúť sa jeho navrhovaniu, ale pretože sa mi nepáči jednoduchý spôsob, budem používať LM5576MH od Texas Instruments. Tento integrovaný je DCDC, ktorý dokáže spravovať výstup až 3A a jeho technický list vám poskytne všetky informácie o potrebných spojeniach a komponentoch a poskytne vzorce na získanie požadovaných špecifikácií DCDC úpravou použitých komponentov.

Týmto sa návrh DCDC pre Pixhawk v mojom prípade končí tak, ako je to znázornené na obrázku.

Na druhej strane distribúcia energie pozostáva zo snímania prúdu a napätia a samotnej distribúcie, ktorá sa bude zvažovať v nasledujúcom kroku.

Snímanie napätia bude jednoducho delič napätia, ktorý pri svojom maximálnom napätí 60 V (maximálne napätie podporované DCDC) vydáva signál 3,3 V.

Súčasné snímanie je o niečo zložitejšie, aj keď stále budeme používať Ohmov zákon. Na snímanie prúdu použijeme skratové odpory. Na maximalizáciu množstva prúdu, ktorý môžu zvládnuť, budú použité 10W odpory. S touto silou, najmenšími bočníkovými odpormi SMD, ktoré som našiel, dosahovali 0,5 mohm.

Kombináciou predchádzajúcich údajov a vzorca výkonu, W = I² × R, je maximálny prúd 141A, čo nestačí. Preto budú použité dva paralelné odpory paralelne tak, aby ekvivalentný odpor bol 0,25 mohm a potom maximálny prúd požadovaných 200A. Tieto odpory budú pripojené k INA169 aj z texaských prístrojov a rovnako ako v DCDC bude jeho návrh vyrobený podľa technického listu.

Nakoniec použité konektory sú zo série GHS od konektorov JST a podľa správneho prepojenia je použitý vývod z pixhawk 4.

Poznámka: V Altiu som nemal komponent INA169, takže som použil regulátor napätia s rovnakou stopou.

Poznámka 2: Všimnite si, že niektoré komponenty sú umiestnené, ale hodnota hovorí NIE, to znamená, že nebudú použité, pokiaľ niečo v dizajne nefunguje správne.

Krok 3: Návrh DPS s Altium Designer

V tomto kroku sa vykoná smerovanie PCB.

Najprv je potrebné umiestniť komponenty a definovať tvar dosky. V tomto prípade budú vyrobené dve rôzne oblasti, DCDC a konektory a výkonová zóna.

V silovej zóne sú podložky mimo dosky, takže po spájkovaní možno použiť časť teplom zmrštiteľnej trubice a spojenie zostane dobre chránené.

Akonáhle je to hotové, nasleduje smerovanie komponentov, aby sa obidve vrstvy efektívne využili a v napájacích spojoch sa použili väčšie stopy. A pamätajte, že v stopách nie sú žiadne pravé uhly!

Akonáhle je smerovanie hotové a nie skôr, sú aplikované polygóny, tu bude v spodnej vrstve polygón GND a ďalší v hornej vrstve, ale len pokrývajúci zónu DCDC a konektorov. Na vstup napätia sa použije výkonová zóna hornej vrstvy, ako je znázornené na treťom obrázku.

Nakoniec táto doska nezvládla napätie 200 A, na ktoré je navrhnutá, takže niektoré zóny mnohouholníka budú odhalené bez sieťoviny, ako je vidieť na posledných dvoch obrázkoch, takže sa tam spájkuje nejaký nekrytý drôt a potom množstvo prúdu, ktoré môže prejsť tabuľou je viac než dosť na splnenie našich požiadaviek.

Krok 4: Vytvorenie súborov Gerber pre JLCPCB

Keď je dizajn hotový, musí sa stať realitou. Najlepším výrobcom, s ktorým som pracoval, je JLCPCB, ktorý kontroluje vašu dosku ešte predtým, ako za ňu zaplatíte, takže ak v nej nájdu akúkoľvek chybu, môžete ju opraviť bez straty peňazí a verte mi, je to skutočný záchranca.

Pretože je táto doska dvojvrstvová a má menej ako 10 x 10 cm, 10 jednotiek stojí iba 2 $ + poštovné, je to samozrejme lepšia voľba, ako to robiť sami, pretože za nízku cenu získate dokonalú kvalitu.

Na odoslanie návrhu im musí byť exportovaný do súborov Gerber, majú návody pre Altium, Eagle, Kikad a Diptrace.

Nakoniec tieto súbory stačí nahrať na ich webovú stránku s cenovými ponukami.

Krok 5: Koniec

A je to!

Keď dorazia DPS, príde chladná časť, spájkovanie a testovanie. A samozrejme! Nahrám ďalšie fotky!

Nasledujúci týždeň budem spájkovať svoj prototyp a testovať ho, takže ak chcete vykonať tento projekt, počkajte, kým budú obe ďalšie stavové značky v poriadku. Vďaka tomu sa vám vyhnem akejkoľvek spackanej práci alebo náhrade odporu

Spájka: NIE

Test: NIE

Všimnite si, že toto je spájkovanie SMD, ak spájkujete prvýkrát alebo nemáte peknú spájkovačku, zvážte vykonanie iného projektu, pretože to môže byť zdrojom problémov.

Ak má niekto pochybnosti o tomto procese, neváhajte ma kontaktovať.

Tiež, ak to urobíte, prosím, rád by som to vedel a videl!