Zasnova visoko zmogljivega PDB (Power Distribution Board) za Pixhawk: 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

PCB, ki jih napaja vse!

Trenutno je večina materialov, ki jih potrebujete za izdelavo brezpilotnega zrakoplova, poceni na voljo na internetu, zato zamisel o izdelavi samostojno razvitega tiskanega vezja sploh ni vredna, razen v nekaj primerih, ko želite narediti čuden in močan dron. V tem primeru raje bodite iznajdljivi ali o tem poiščite vadnico Instructables …;)

1. korak: Cilji

Cilji tega tiskanega vezja (in razlogi, zakaj ga ni mogoče najti na internetu) so:

1.- Napajati mora Pixhawk 4 s trenutnim merilcem, merilnikom napetosti in istim konektorjem.

2.- I/O in FMU priključki morajo biti usmerjeni na nožice, v mojem primeru CAP in ADC nista potrebna.

3.- Morati mora napajati 5 motorjev s skupnim največjim tokom 200A, ja, 0, 2 KiloAmperes!

Opomba: Še vedno je uporaben za modele z manj motorji ali manj toka. To je samo moj primer.

2. korak: Sheme in izbira komponent

V redu, zdaj vemo, kaj želimo narediti. Za nadaljevanje bomo oblikovali sheme.

Če ne želite razumeti elektronike za to ploščo, samo kopirajte sheme in pojdite na naslednji korak.

Sheme lahko razdelimo na dva glavna dela: DCDC za napajanje pixhawka in porazdelitev moči motorjev.

Z DCDC bi najlažje uporabil Traco Power DCDC in se izognil oblikovanju, a ker mi ni všeč preprost način, bom uporabil LM5576MH iz Texas Instruments. Ta integrirani DCDC lahko upravlja izhod do 3A in njegov podatkovni list vam pove vse informacije o potrebnih povezavah in komponentah ter poda formule, da dobite želene specifikacije DCDC, ki spreminja uporabljene komponente.

S tem se zasnova DCDC za Pixhawk v mojem primeru konča, kot je prikazano na sliki.

Po drugi strani je porazdelitev moči sestavljena iz zaznavanja toka in napetosti ter same porazdelitve, ki bo upoštevana v naslednjem koraku.

Zaznavanje napetosti bo preprosto delilnik napetosti, ki pri največji napetosti 60 V (največja napetost, ki jo podpira DCDC) oddaja signal 3,3 V.

Trenutno zaznavanje je nekoliko bolj zapleteno, čeprav bomo še vedno uporabljali Ohmov zakon. Za zaznavanje toka bomo uporabili shunt upore. Za povečanje količine toka, ki ga lahko prenesejo, bodo uporabljeni upori 10 W. S to močjo so najmanjši SMD shunt upori, ki sem jih našel pri 0,5mohm.

Če združimo prejšnje podatke in formulo moči, W = I² × R, je največji tok 141A, kar ni dovolj. Zato se bosta uporabila dva vzporedna upornika, tako da je enakovreden upor 0,25 mohm, nato pa največji tok želenih 200A. Ti upori bodo povezani z INA169 tudi iz teksaških instrumentov, tako kot v DCDC pa bo njegova zasnova izdelana po podatkovnem listu.

Končno so uporabljeni konektorji iz serije GHS iz priključkov JST, sledi pa pinout iz pixhawk 4, da se vzpostavi prava povezava.

Opomba: V Altiumu nisem imel komponente INA169, zato sem uporabil samo regulator napetosti z enakim odtisom.

Opomba 2: Upoštevajte, da so nekatere komponente nameščene, vendar vrednost pravi NE, to pomeni, da se ne bodo uporabljale, če nekaj v zasnovi ne deluje pravilno.

3. korak: Oblikovanje tiskanega vezja z Altium Designerjem

V tem koraku bo izvedeno usmerjanje tiskane plošče.

Najprej je treba postaviti komponente in določiti obliko plošče. V tem primeru bosta narejena dva različna območja, DCDC in priključki ter območje napajanja.

V območju napajanja so blazinice izven plošče, tako da je po spajkanju mogoče uporabiti nekaj toplotno skrčljive cevi, priključek pa ostane dobro zaščiten.

Ko je to storjeno, sledi usmerjanje komponent, pri čemer se učinkovito uporabljata obe plasti, v napajalnih povezavah pa se uporabijo večje sledi. In zapomnite si, da v sledovih ni pravih kotov!

Ko je usmerjanje končano in ne prej, se poligoni uporabijo, tukaj bo poligon GND na spodnji plasti in še en na zgornji plasti, ki pa pokriva le območje DCDC in priključkov. Območje moči zgornje plasti bo uporabljeno za vhod napetosti, kot je prikazano na tretji sliki.

Nazadnje, ta plošča ne more prenašati 200A, za katero je namenjena, zato bodo nekatere cone poligona izpostavljene brez sitotiska, kot je razvidno iz zadnjih dveh slik, tako da je tam spajkana neka nepokrita žica in nato količina toka, ki lahko iti skozi tablo je več kot dovolj, da izpolnimo naše zahteve.

4. korak: Ustvarjanje Gerber datotek za JLCPCB

Ko je zasnova končana, mora postati resničnost. Če želite to narediti, je najboljši proizvajalec, s katerim sem delal, JLCPCB, preverijo vašo tablo, še preden jo plačate, tako da jo lahko odkrijete, ne da bi pri tem izgubili denar, in verjemite mi, to je resnično reševanje.

Ker je ta plošča dvoslojna in je manjša od 10x10 cm, stane 10 enot le 2 USD + poštnina, kar je očitno boljša možnost, kot če to storite sami, saj za nizko ceno dobite popolno kakovost.

Če jim želite poslati model, ga je treba izvoziti v datoteke gerber, imajo vaje za Altium, Eagle, Kikad in Diptrace.

Končno je treba te datoteke samo naložiti na njihovo spletno stran s ponudbami.

5. korak: Konec

In to je to!

Ko prispejo tiskana vezja, pridejo kul del, spajkanje in testiranje. In seveda! Naložil bom še fotografije!

V naslednjem tednu bom svoj prototip spajkal in ga preizkusil, zato, če želite izvesti ta projekt, počakajte, da obe naslednji oznaki stanja v redu. S tem se vam bom izognil kakršni koli napačni službi ali zamenjavi upora

Spajkanje: NE

Test: NE

Upoštevajte, da je to spajkanje SMD, če spajkate prvič ali nimate lepega spajkalnika, razmislite o drugem projektu, saj je lahko vir težav.

Če kdo dvomi o postopku, naj me kontaktira.

Tudi če to storite, prosim, rad bi vedel in videl!