Проектирование PDB высокой мощности (платы распределения питания) для Pixhawk: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Печатная плата для их всех!

В настоящее время большинство материалов, необходимых для создания дрона, дешево доступны в Интернете, поэтому идея создания печатной платы собственной разработки не стоит того, за исключением нескольких случаев, когда вы хотите сделать странный и мощный дрон. В таком случае вам лучше проявить изобретательность или получить по этому поводу учебник по Instructables…;)

Шаг 1: цели

Цели этой печатной платы (и причины, по которым ее нельзя найти в Интернете):

1.- Он должен питать Pixhawk 4 с измерителем тока, измерителем напряжения и таким же разъемом.

2.- Он должен иметь разъемы ввода / вывода и FMU, направленные на контакты, CAP и ADC в моем случае не нужны.

3.- Он должен быть способен приводить в действие 5 двигателей с суммарным максимальным током 200А, да, 0, 2 килоампера!

Примечание: это все еще полезно для конструкций с меньшим количеством двигателей или меньшим током. Это как раз мой случай.

Шаг 2: Схема и выбор компонентов

Хорошо, теперь мы знаем, что хотим делать. Чтобы продолжить, мы разработаем схемы.

Если вы не хотите разбираться в электронике, стоящей за этой платой, просто скопируйте схемы и переходите к следующему шагу.

Схема может быть разделена на две основные части: DCDC для питания pixhawk и распределение мощности двигателей.

С DCDC самым простым способом было бы использовать Traco Power DCDC и избежать необходимости его проектирования, но поскольку мне не нравится простой способ, я буду использовать LM5576MH от Texas Instruments. Это интегрированный DCDC, который может управлять выходом до 3A, и его таблица данных сообщает вам всю информацию о необходимых соединениях и компонентах, а также дает формулы для получения желаемых спецификаций DCDC, изменяющих используемые компоненты.

На этом конструкция DCDC для Pixhawk в моем случае заканчивается так, как показано на картинке.

С другой стороны, распределение мощности состоит из измерения тока и напряжения, а также самого распределения, которое будет рассмотрено на следующем этапе.

Датчик напряжения будет просто делителем напряжения, который при максимальном напряжении 60 В (максимальное напряжение, поддерживаемое DCDC) выдает сигнал 3,3 В.

Измерение тока немного сложнее, даже если мы по-прежнему будем использовать закон Ома. Для измерения тока мы будем использовать шунтирующие резисторы. Чтобы максимально увеличить ток, с которым они могут справиться, будут использоваться резисторы мощностью 10 Вт. С такой мощностью, самые маленькие шунтирующие резисторы SMD, которые я смог найти, составляют 0,5 МОм.

Объединяя предыдущие данные и формулу мощности, W = I² × R, максимальный ток составляет 141 А, что недостаточно. Вот почему будут использоваться два параллельных шунтирующих резистора, чтобы эквивалентное сопротивление составляло 0,25 МОм, а максимальный ток - 200 А. Эти резисторы будут подключены к INA169 также от Texas Instruments, и, как и в DCDC, его конструкция будет выполнена в соответствии с таблицей данных.

Наконец, используются разъемы серии GHS от разъемов JST, а распиновка от pixhawk 4 используется для правильного подключения.

Примечание: у меня не было компонента INA169 в Altium, поэтому я просто использовал стабилизатор напряжения с той же площадью основания.

Примечание 2: Обратите внимание, что некоторые компоненты размещены, но значение говорит НЕТ, это означает, что они не будут использоваться, если что-то в проекте не работает неправильно.

Шаг 3: проектирование печатной платы с помощью Altium Designer

На этом этапе будет сделана разводка печатной платы.

Сначала необходимо разместить компоненты и определить форму платы. В этом случае будут созданы две разные области: DCDC и разъемы, а также зона питания.

В зоне питания контактные площадки находятся вне платы, поэтому после пайки можно использовать термоусадочную трубку, при этом соединение остается хорошо защищенным.

Как только это будет сделано, следующим шагом будет маршрутизация компонентов, чтобы два слоя использовались эффективно, а трассы большего размера использовались в соединениях питания. И помните, на следах нет прямых углов!

После того, как разводка будет завершена, а не раньше, будут применены многоугольники, здесь будет многоугольник GND на нижнем слое и еще один на верхнем слое, но только покрывающий зону DCDC и соединителей. Зона мощности верхнего слоя будет использоваться для ввода напряжения, как показано на третьем изображении.

Наконец, эта плата не могла справиться с током 200A, для которого она предназначена, поэтому некоторые зоны многоугольника будут экспонироваться без шелкографии, как видно на последних двух изображениях, так что здесь припаян какой-то незакрытый провод, а затем количество тока, которое может пройти доску более чем достаточно для выполнения наших требований.

Шаг 4: Создание файлов Gerber для JLCPCB

Как только дизайн закончен, он должен стать реальностью. Для этого лучший производитель, с которым я работал, - это JLCPCB, они проверяют вашу плату еще до того, как вы платите за нее, так что если они обнаружат в ней какую-либо ошибку, вы можете исправить ее, не теряя денег, и поверьте мне, это настоящий спасатель.

Поскольку эта доска является двухслойной и имеет размер менее 10х10 см, 10 единиц стоят всего 2 доллара + доставка, что, очевидно, лучший вариант, чем делать это самостоятельно, потому что за низкую цену вы получаете отличное качество.

Чтобы отправить им дизайн, он должен быть экспортирован в файлы gerber, у них есть учебные пособия для Altium, Eagle, Kikad и Diptrace.

Наконец, эти файлы просто нужно загрузить на их сайт с расценками.

Шаг 5: Конец

Вот и все!

Когда приходит печатная плата, самое интересное, пайка и тестирование. И конечно же! Я выложу еще фото!

В течение следующей недели я буду паять свой прототип и тестировать его, поэтому, если вы хотите заняться этим проектом, подождите, пока оба следующих состояния не будут отмечены OK. Таким образом я избежу любой неудачной работы или замены сопротивления

Припой: ЕЩЕ НЕ

Тест: ЕЩЕ НЕ

Обратите внимание, что это пайка SMD, если это ваша первая пайка или у вас нет хорошего паяльника, подумайте о выполнении другого проекта, поскольку это может быть источником проблем.

Если у кого-то есть сомнения по поводу процесса, не сомневайтесь связаться со мной.

Также, если вы это сделаете, пожалуйста, я хотел бы знать и видеть это!