Utformning av ett High Power PDB (Power Distribution Board) för en Pixhawk: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

En kretskort för att driva dem alla!

För närvarande är de flesta material som du behöver för att bygga en drönare billigt tillgängliga på internet så tanken på att göra ett egenutvecklat kretskort är inte värt det alls, förutom några fall där du vill göra en konstig och kraftfull drönare. I så fall är det bättre att vara fyndig eller ha en instruktionsbok om det …;)

Steg 1: Mål

Syftet med detta kretskort (och skäl till varför det inte kan hittas på internet) är:

1.- Den måste driva Pixhawk 4 med det aktuella måttet, spänningsmätet och samma kontakt.

2.- Den måste ha I/O- och FMU-kontakterna riktade mot stiften, CAP & ADC behövs inte i mitt fall.

3.- Den måste kunna driva 5 motorer med en kombinerad maximal ström på 200A, Japp, 0, 2 KiloAmperes!

Obs: Det är fortfarande användbart för konstruktioner med mindre motorer eller mindre ström. Detta är bara mitt fall.

Steg 2: Schemat och val av komponenter

OK, nu vet vi vad vi vill göra. För att fortsätta kommer vi att utforma schemat.

Om du inte vill förstå elektroniken bakom detta kort, kopiera bara schemat och gå till nästa steg.

Schemat kan delas in i två huvuddelar, DCDC för att driva pixhawk och motorfördelning.

Med DCDC är det enklaste sättet att använda en Traco Power DCDC och undvika att behöva designa den men eftersom jag inte gillar det enkla sättet kommer jag att använda en LM5576MH från Texas Instruments. Denna integrerade är en DCDC som kan hantera en utgång upp till 3A och dess datablad berättar all information om de anslutningar och komponenter som behövs och den ger formlerna för att få önskade specifikationer för DCDC att ändra komponenterna som används.

Med detta slutar designen av DCDC för Pixhawk, i mitt fall, som på bilden.

På andra sidan består kraftfördelningen av avkänning av ström och spänning och själva distributionen som kommer att övervägas i nästa steg.

Spänningsavkänningen kommer helt enkelt att vara en spänningsdelare som vid sin maximala spänning på 60 V (maximal spänning som stöds av DCDC) ger en 3,3V signal.

Den nuvarande avkänningen är lite mer komplex, även om vi fortfarande kommer att använda Ohms lag. För att känna av strömmen kommer vi att använda shuntmotstånd. För att maximera mängden ström de kan hantera kommer 10W motstånd att användas. Med den kraften, de minsta SMD -shuntmotstånden jag kunde hitta var på 0,5mohm.

Genom att kombinera tidigare data och effektformeln, W = I² × R, är den maximala strömmen 141A, vilket inte är tillräckligt. Det är därför två parallella shuntmotstånd kommer att användas så att ekvivalentmotståndet är 0,25 mohm och sedan maximal ström den önskade 200A. Dessa motstånd kommer att anslutas till en INA169 också från Texas -instrument och, liksom i DCDC, kommer dess konstruktion att göras efter databladet.

Slutligen är de använda kontakterna från GHS -serien från JST -kontakter och pinout från pixhawk 4 följs för att göra rätt anslutning.

Obs: Jag hade inte INA169 -komponenten i Altium så jag använde bara en spänningsregulator med samma fotavtryck.

Not 2: Lägg märke till att vissa komponenter är placerade men värdet säger NEJ, det betyder att de inte kommer att användas om inget i designen fungerar fel.

Steg 3: Design av kretskortet med Altium Designer

I detta steg kommer routingen av kretskortet att göras.

Det första som måste göras är att placera komponenterna och definiera brädans form. I detta fall kommer två olika områden att göras, DCDC och kontakter, och kraftzonen.

I kraftzonen är kuddarna ur brädan så att något värmekrymprör kan användas efter lödning och anslutningen förblir väl skyddad.

När det är klart, nästa är routningen av komponenterna, för att göra att de två lagren används effektivt och större spår används i strömanslutningarna. Och kom ihåg, inga rätvinklar i spåren!

När routingen är klar och inte tidigare tillämpas polygonerna, här kommer det att finnas en GND -polygon på det nedre lagret och en annan på det översta lagret men bara täcker DCDC och anslutningszonen. Effektzonen i det översta lagret kommer att användas för spänningsinmatningen som visas i den tredje bilden.

Slutligen kunde den här brädan inte hantera 200A den är avsedd för, så vissa zoner i polygonen kommer att exponeras utan silkscreen, som man ser på de två senaste bilderna, så att någon avtäckt tråd löds där och sedan mängden ström som kan gå igenom styrelsen är mer än tillräckligt för att uppfylla våra krav.

Steg 4: Skapa Gerber -filer för JLCPCB

När designen är klar måste den bli verklighet. För att göra det är den bästa tillverkaren jag har jobbat med JLCPCB, de kontrollerar ditt bräde redan innan du betalar för det så att om de hittar något fel med det kan du fixa det utan att förlora pengar, och lita på mig, det här är en sann livräddare.

Eftersom denna bräda är en tvålagerskartong och är mindre än 10x10 cm kostar 10 enheter bara 2 $ + frakten, uppenbarligen ett bättre alternativ än att göra det själv för för ett lågt pris får du perfekt kvalitet.

För att skicka designen till dem måste den exporteras till gerber -filer, de har självstudier för Altium, Eagle, Kikad och Diptrace.

Slutligen måste dessa filer bara laddas upp till deras offertwebbplats.

Steg 5: Avsluta

Och det är allt!

När kretskortet kommer kommer den coola delen, lödning och testning. Och naturligtvis! Jag kommer att ladda upp fler bilder!

Under den följande veckan kommer jag att lödda min prototyp och testa den, så om du vill göra det här projektet, vänta tills båda nästa statusmärke är OK. Med detta kommer jag att undvika att du har ett jobbigt jobb eller ersätter motstånd

Lödning: INTE ÄN

Test: INTE ÄN

Lägg märke till att detta är SMD -lödning, om det är första gången du löd eller inte har ett bra lödkol, överväg att göra ett annat projekt eftersom det kan vara en källa till problem.

Om någon har några tvivel om processen tveka inte att kontakta mig.

Också om du gör det, snälla, jag skulle gärna veta och se det!