Disenyo ng isang High Power PDB (Power Distribution Board) para sa isang Pixhawk: 5 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Isang PCB upang mapagana ang lahat!

Sa kasalukuyan ang karamihan sa mga materyales na kailangan mo upang bumuo ng isang drone ay murang magagamit sa internet kaya't ang ideya ng paggawa ng isang self-binuo PCB ay hindi katumbas ng halaga maliban sa ilang mga kaso kung saan nais mong gumawa ng isang kakatwa at malakas na drone. Sa kasong iyon mas mahusay kang maging mapamaraan o magkaroon ng isang tagubilin na tutorial tungkol dito …;)

Hakbang 1: Mga Layunin

Ang mga layunin ng PCB na ito (at mga dahilan kung bakit hindi ito matagpuan sa internet) ay:

1.- Dapat itong paganahin ang Pixhawk 4 sa kasalukuyang sukat, ang panukalang boltahe at ang parehong konektor.

2.- Dapat itong magkaroon ng I / O at ang mga konektor ng FMU na nakadirekta sa mga pin, ang CAP & ADC ay hindi kinakailangan sa aking kaso.

3.- Dapat itong makapagpagana ng 5 mga motor na may pinagsamang maximum na kasalukuyang 200A, Yep, 0, 2 KiloAmperes!

Tandaan: Kapaki-pakinabang pa rin ito para sa mga disenyo na may mas kaunting mga motor o mas mababa ang kasalukuyang. Kaso ko lang ito.

Hakbang 2: Mga Bahagi ng Skema at Pagpipili

OK, ngayon alam namin kung ano ang gusto nating gawin. Upang magpatuloy ay ididisenyo namin ang mga iskema.

Kung hindi mo nais na maunawaan ang mga electronics sa likod ng board na ito kopyahin lamang ang mga iskema at pumunta sa susunod na hakbang.

Ang mga eskematiko ay maaaring nahahati sa dalawang pangunahing bahagi, ang DCDC upang mapagana ang pixhawk at ang pamamahagi ng kuryente ng mga motor.

Sa DCDC ang pinakamadaling paraan ay ang paggamit ng isang Traco Power DCDC at iwasang kailangang idisenyo ito ngunit dahil hindi ko gusto ang madaling paraan ay gumagamit ako ng isang LM5576MH mula sa Texas Instruments. Ang pinagsamang ito ay isang DCDC na maaaring pamahalaan ang isang output hanggang sa 3A at ang datasheet nito ay nagsasabi sa iyo ng lahat ng impormasyon tungkol sa mga koneksyon at sangkap na kinakailangan at nagbibigay ito ng mga formula upang makuha ang nais na mga detalye ng DCDC na binabago ang mga sangkap na ginamit.

Sa pamamagitan nito ang disenyo ng DCDC para sa Pixhawk, sa aking kaso, nagtatapos tulad ng nakikita sa larawan.

Sa kabilang panig ang pamamahagi ng kuryente ay binubuo ng sensing ng kasalukuyang at boltahe at ang pamamahagi mismo na isasaalang-alang sa susunod na hakbang.

Ang sensing ng boltahe ay magiging isang divider ng boltahe na sa maximum na boltahe na 60 V (maximum na boltahe na suportado ng DCDC) nagbibigay ito ng isang signal ng 3.3V.

Ang kasalukuyang sensing ay medyo mas kumplikado kahit na gagamitin pa rin namin ang batas ng Ohm. Upang maunawaan ang kasalukuyang gagamitin namin ang mga shunt resistors. Upang ma-maximize ang dami ng kasalukuyang kaya nilang hawakan, gagamitin ang 10W resistors. Sa lakas na iyon, ang pinakamaliit na SMD shunt resistors na mahahanap ko kung saan sa 0.5mohm.

Pinagsasama ang nakaraang data at ang formula ng kuryente, W = I² × R, ang maximum na kasalukuyang ay 141A, na kung saan ay hindi sapat. Iyon ang dahilan kung bakit gagamitin ang dalawang shunt resistors na kahanay upang ang katumbas na paglaban ay 0.25 mohm at pagkatapos ang maximum na kasalukuyang nais na 200A. Ang mga resistor na ito ay makakonekta sa isang INA169 na mula rin sa mga instrumento sa Texas at, tulad ng sa DCDC, ang disenyo nito ay gagawin kasunod sa datasheet.

Sa wakas ang ginamit na mga konektor ay mula sa serye ng GHS mula sa mga konektor ng JST at ang pinout mula sa pixhawk 4 ay sinusundan upang makagawa ng tamang koneksyon.

Tandaan: Wala akong sangkap na INA169 sa Altium kaya gumamit lamang ng isang voltage regulator na may parehong bakas ng paa.

Tandaan 2: Pansinin na ang ilang mga bahagi ay inilalagay ngunit ang halaga ay nagsasabing HINDI, nangangahulugan iyon na hindi sila gagamitin maliban kung may mali sa disenyo.

Hakbang 3: Disenyo ng PCB Sa Altium Designer

Sa hakbang na ito ang pagraruta ng pcb ay tapos na.

Una kung ano ang dapat gawin ay ang paglalagay ng mga sangkap at pagtukoy sa hugis ng board. Sa kasong ito, gagawin ang dalawang magkakaibang lugar, ang DCDC at mga konektor, at ang power zone.

Sa power zone ang mga pad ay wala sa board upang ang ilang heat-shrink tube ay maaaring magamit pagkatapos ng paghihinang at ang koneksyon ay mananatiling mahusay na protektado.

Kapag tapos na iyon, susunod ay ang pagruruta ng mga bahagi, upang gawin iyon ang dalawang mga layer ay ginagamit nang mahusay at ang mas malalaking mga bakas ay ginagamit sa mga koneksyon ng kuryente. At tandaan, walang tamang mga anggulo sa mga bakas!

Kapag tapos na ang pagruruta at hindi bago, ang mga polygon ay inilapat, dito magkakaroon ng isang polygon ng GND sa ilalim na layer at isa pa sa tuktok na layer ngunit takpan lamang ang DCDC at mga konektor zone. Ang power zone ng tuktok na layer ay gagamitin para sa input ng boltahe tulad ng ipinakita sa pangatlong imahe.

Sa wakas, hindi mapangasiwaan ng board na ito ang 200A na idinisenyo nito, kaya't ang ilang mga zone ng polygon ay ilantad nang walang silkscreen, tulad ng nakikita sa huling dalawang imahe, upang ang ilang walang takip na kawad ay na-solder doon at pagkatapos ay ang dami ng kasalukuyang maaaring dumaan sa board ay higit pa sa sapat upang matupad ang aming mga kinakailangan.

Hakbang 4: Paglikha ng Gerber Files para sa JLCPCB

Kapag natapos na ang disenyo ay dapat na maging isang katotohanan. Upang gawin iyon ang pinakamahusay na tagagawa na nakatrabaho ko ay ang JLCPCB, suriin nila ang iyong board bago ka pa magbayad para dito kung may makita silang anumang error dito ayusin mo ito nang hindi nawawalan ng pera, at pinagkakatiwalaan mo ako, ito ay isang totoong tagapagligtas.

Dahil ang board na ito ay isang dalawang layer board at mas mababa sa 10x10 cm, ang 10 na yunit ay nagkakahalaga lamang ng 2 $ + ang pagpapadala, malinaw na isang mas mahusay na pagpipilian kaysa sa paggawa nito sa iyong sarili dahil para sa isang mababang presyo nakakakuha ka ng perpektong kalidad.

Upang maipadala ang disenyo sa kanila dapat itong mai-export sa mga gerber file, mayroon silang mga tutorial para sa Altium, Eagle, Kikad at Diptrace.

Sa wakas ang mga file na ito ay kailangang mai-upload sa kanilang website ng quote.

Hakbang 5: Wakas

At yun lang!

Kapag dumating ang PCB dumating ang cool na bahagi, paghihinang at pagsubok. At syempre! Mag-a-upload ako ng maraming larawan!

Sa susunod na linggo ay hihihinang ko ang aking prototype at susubukan ito, kaya kung nais mong gawin ang proyektong ito maghintay hanggang sa pareho ng susunod na marka ng katayuan OK. Sa pamamagitan nito maiiwasan ko kayo sa anumang naka-bot na trabaho o kapalit na paglaban

Solder: HINDI PA

Pagsubok: HINDI PA

Pansinin na ito ay SMD paghihinang, kung ito ang iyong unang beses na paghihinang o walang magandang soldering iron isaalang-alang ang paggawa ng isa pang proyekto dahil maaari itong maging mapagkukunan ng problema.

Kung ang sinuman ay may anumang pagdududa tungkol sa proseso huwag mag-alinlangan sa pakikipag-ugnay sa akin.

Gayundin kung gagawin mo ito, mangyaring, gusto kong malaman at makita ito!