Design af et High Power PDB (Power Distribution Board) til en Pixhawk: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Et printkort til at drive dem alle!

I øjeblikket er de fleste materialer, du har brug for til at bygge en drone, billigt tilgængelige på internettet, så ideen om at lave et egenudviklet printkort er slet ikke det værd bortset fra et par tilfælde, hvor du vil lave en underlig og kraftfuld drone. I så fald må du hellere være opfindsom eller have en instruktionsvejledning om det …;)

Trin 1: Mål

Formålet med dette printkort (og årsagerne til, at det ikke kan findes på internettet) er:

1.- Den skal drive Pixhawk 4 med det aktuelle mål, spændingsmål og det samme stik.

2.- Den skal have I/O- og FMU-stikket rettet mod benene, CAP & ADC er ikke nødvendig i mit tilfælde.

3.- Det skal være i stand til at drive 5 motorer med en samlet maksimal strøm på 200A, Yep, 0, 2 KiloAmperes!

Bemærk: Det er stadig nyttigt til designs med mindre motorer eller mindre strøm. Dette er bare min sag.

Trin 2: Skemaer og valg af komponenter

OK, nu ved vi, hvad vi vil gøre. For at fortsætte vil vi designe skemaerne.

Hvis du ikke vil forstå elektronikken bag dette bord, skal du bare kopiere skemaerne og gå til det næste trin.

Skemaerne kan opdeles i to hoveddele, DCDC til at drive pixhawk og motorernes effektfordeling.

Med DCDC ville den nemmeste måde være at bruge en Traco Power DCDC og undgå at skulle designe den, men da jeg ikke kan lide den lette måde, vil jeg bruge en LM5576MH fra Texas Instruments. Denne integrerede er en DCDC, der kan styre en output op til 3A, og dens datablad fortæller dig alle oplysninger om de nødvendige forbindelser og komponenter, og den giver formlerne til at få de ønskede specifikationer for DCDC'en til at ændre de anvendte komponenter.

Med dette ender designet af DCDC til Pixhawk i mit tilfælde som set på billedet.

På den anden side består strømfordelingen af sensing af strøm og spænding og selve fordelingen, der vil blive overvejet i det næste trin.

Spændingsføleren vil simpelthen være en spændingsdeler, at den ved sin maksimale spænding på 60 V (maksimal spænding understøttet af DCDC) afgiver et 3.3V signal.

Den aktuelle sansning er lidt mere kompleks, selv om vi stadig vil bruge Ohms lov. For at fornemme strømmen vil vi bruge shuntmodstande. For at maksimere mængden af strøm, de kan håndtere, bruges 10W modstande. Med den kraft, de mindste SMD -shuntmodstande, jeg kunne finde, var på 0,5mohm.

Ved at kombinere de tidligere data og effektformlen, W = I² × R, er den maksimale strøm 141A, hvilket ikke er nok. Derfor vil to shuntmodstande parallelt blive brugt, så den ækvivalente modstand er 0,25 mohm og derefter maksimal strøm den ønskede 200A. Disse modstande vil blive forbundet til en INA169 også fra Texas -instrumenter, og som i DCDC vil dets design blive lavet efter databladet.

Endelig er de anvendte stik fra GHS -serien fra JST -stik, og pinout fra pixhawk 4 følges for at lave den rigtige forbindelse.

Bemærk: Jeg havde ikke INA169 -komponenten i Altium, så jeg brugte bare en spændingsregulator med samme fodaftryk.

Note 2: Bemærk, at nogle komponenter er placeret, men værdien siger NEJ, det betyder, at de ikke vil blive brugt, medmindre noget i designet fungerer forkert.

Trin 3: Design af printkortet med Altium Designer

I dette trin vil routingen af pcb'et blive udført.

Det første, der skal gøres, er at placere komponenterne og definere tavlens form. I dette tilfælde vil der blive lavet to forskellige områder, DCDC og stik og strømzonen.

I kraftzonen er puderne ude af brættet, så der kan bruges noget varmekrympeslange efter lodning, og forbindelsen forbliver godt beskyttet.

Når det er gjort, er det næste routing af komponenterne, for at gøre at de to lag bruges effektivt, og der bruges større spor i strømforbindelserne. Og husk, ingen rette vinkler i sporene!

Når routingen er udført og ikke før, anvendes polygonerne, her vil der være en GND -polygon på det nederste lag og en anden på det øverste lag, men bare dække DCDC og forbindelseszonen. Strømzonen i det øverste lag bruges til spændingsindgangen som vist på det tredje billede.

Endelig kunne dette bord ikke håndtere den 200A, det er designet til, så nogle zoner i polygonen vil blive udsat uden silketryk, som det ses på de to sidste billeder, så nogle uafdækkede ledninger loddes der og derefter mængden af strøm, der kan gå igennem tavlen er mere end nok til at opfylde vores krav.

Trin 4: Oprettelse af Gerber -filer til JLCPCB

Når designet er færdigt, skal det blive en realitet. For at gøre det er den bedste producent, jeg har arbejdet med, JLCPCB, de tjekker dit bord, selv før du betaler for det, så hvis de finder nogen fejl med det, kan du rette det uden at miste penge, og tro mig, dette er en sand redning.

Da dette bræt er et to -lags bræt og er mindre end 10x10 cm, koster 10 enheder kun 2 $ + forsendelsen, naturligvis en bedre mulighed end at gøre det selv, fordi du for en lav pris får perfekt kvalitet.

For at sende designet til dem skal det eksporteres til gerber -filer, de har selvstudier til Altium, Eagle, Kikad og Diptrace.

Endelig skal disse filer bare uploades til deres tilbudwebsted.

Trin 5: Afslut

Og det er det!

Når PCB'erne kommer, kommer den fede del, lodning og testning. Og selvfølgelig! Jeg vil uploade flere billeder!

I løbet af den følgende uge lodder jeg min prototype og tester den, så hvis du vil lave dette projekt, skal du vente, indtil begge de næste statusmærker er OK. Med dette vil jeg undgå dig noget forkert job eller udskiftning af modstand

Loddemetal: IKKE END

Test: IKKE END

Bemærk, at dette er SMD -lodning, hvis det er første gang, du lodder eller ikke har et godt loddejern, kan du overveje at lave et andet projekt, da det kan være en kilde til problemer.

Hvis nogen er i tvivl om processen, er du ikke i tvivl om at kontakte mig.

Også hvis du gør det, vær venlig, jeg ville elske at se det og se det!