Design einer High Power PDB (Power Distribution Board) für einen Pixhawk - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Eine Platine, die sie alle mit Strom versorgt!

Derzeit sind die meisten Materialien, die Sie zum Bau einer Drohne benötigen, günstig im Internet erhältlich, sodass sich die Idee, eine selbst entwickelte Leiterplatte herzustellen, überhaupt nicht lohnt, außer in einigen Fällen, in denen Sie eine seltsame und leistungsstarke Drohne bauen möchten. In diesem Fall sollten Sie besser einfallsreich sein oder ein Instructables-Tutorial dazu haben …;)

Schritt 1: Ziele

Die Ziele dieser Leiterplatte (und Gründe, warum sie nicht im Internet zu finden ist) sind:

1.- Es muss den Pixhawk 4 mit der Strommessung, der Spannungsmessung und dem gleichen Anschluss versorgen.

2.- Es müssen die I / O- und die FMU-Anschlüsse auf die Pins gerichtet sein, der CAP & ADC wird in meinem Fall nicht benötigt.

3.- Es muss in der Lage sein, 5 Motoren mit einem kombinierten maximalen Strom von 200A, Yep, 0, 2 KiloAmpere zu versorgen!

Hinweis: Es ist immer noch nützlich für Designs mit weniger Motoren oder weniger Strom. Dies ist nur mein Fall.

Schritt 2: Schaltpläne und Auswahl der Komponenten

Okay, jetzt wissen wir, was wir tun wollen. Um fortzufahren, werden wir die Schaltpläne entwerfen.

Wenn Sie die Elektronik hinter dieser Platine nicht verstehen möchten, kopieren Sie einfach die Schaltpläne und fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort.

Die Schaltpläne können in zwei Hauptteile unterteilt werden, den DCDC zur Stromversorgung des Pixhawk und die Stromverteilung der Motoren.

Mit dem DCDC wäre der einfachste Weg, ein Traco Power DCDC zu verwenden und es nicht entwerfen zu müssen, aber da ich den einfachen Weg nicht mag, werde ich einen LM5576MH von Texas Instruments verwenden. Dieser integrierte DCDC kann einen Ausgang von bis zu 3 A verwalten und sein Datenblatt enthält alle Informationen zu den benötigten Anschlüssen und Komponenten sowie die Formeln, um die gewünschten Spezifikationen des DCDC zu erhalten, indem die verwendeten Komponenten modifiziert werden.

Damit endet das Design des DCDC für den Pixhawk in meinem Fall wie auf dem Bild zu sehen.

Auf der anderen Seite besteht die Leistungsverteilung aus der Erfassung von Strom und Spannung und der Verteilung selbst, die im nächsten Schritt betrachtet wird.

Die Spannungsmessung ist einfach ein Spannungsteiler, der bei seiner maximalen Spannung von 60 V (vom DCDC unterstützte maximale Spannung) ein 3,3-V-Signal ausgibt.

Die Strommessung ist etwas komplexer, auch wenn wir weiterhin das Ohmsche Gesetz verwenden. Um den Strom zu messen, verwenden wir Shunt-Widerstände. Um die Strommenge zu maximieren, die sie verarbeiten können, werden 10W-Widerstände verwendet. Mit dieser Leistung waren die kleinsten SMD-Shunt-Widerstände, die ich finden konnte, 0,5 mohm.

Kombiniert man die vorherigen Daten und die Leistungsformel W = I² × R, beträgt der maximale Strom 141 A, was nicht ausreicht. Aus diesem Grund werden zwei Shunt-Widerstände parallel verwendet, so dass der äquivalente Widerstand 0,25 mOhm beträgt und dann der maximale Strom die gewünschten 200 A beträgt. Diese Widerstände werden an einen INA169 ebenfalls von Texas Instruments angeschlossen und wie beim DCDC entsprechend dem Datenblatt ausgelegt.

Schließlich sind die verwendeten Steckverbinder aus der GHS-Serie von JST-Steckverbindern und die Pinbelegung von Pixhawk 4 wird befolgt, um die richtige Verbindung herzustellen.

Hinweis: Ich hatte die INA169-Komponente nicht in Altium, also habe ich nur einen Spannungsregler mit dem gleichen Footprint verwendet.

Hinweis 2: Beachten Sie, dass einige Komponenten platziert sind, der Wert jedoch NEIN lautet. Das bedeutet, dass sie nicht verwendet werden, es sei denn, das Design funktioniert falsch.

Schritt 3: Design der Leiterplatte mit Altium Designer

In diesem Schritt wird das Routing der Leiterplatte durchgeführt.

Zunächst müssen die Komponenten platziert und die Platinenform definiert werden. In diesem Fall werden zwei verschiedene Bereiche erstellt, der DCDC und die Anschlüsse sowie die Stromzone.

In der Powerzone liegen die Pads außerhalb der Platine, so dass nach dem Löten etwas Schrumpfschlauch verwendet werden kann und die Verbindung gut geschützt bleibt.

Sobald dies erledigt ist, folgt das Routing der Komponenten, um die beiden Schichten effizient zu nutzen und größere Leiterbahnen in den Stromanschlüssen zu verwenden. Und denken Sie daran, keine rechten Winkel in den Spuren!

Sobald das Routing abgeschlossen ist und nicht vorher, werden die Polygone angewendet. Hier befindet sich ein GND-Polygon auf der unteren Ebene und ein weiteres auf der oberen Ebene, das jedoch nur die DCDC- und Connector-Zone abdeckt. Die Leistungszone der obersten Schicht wird für den Spannungseingang verwendet, wie im dritten Bild gezeigt.

Schließlich konnte diese Platine die 200 A, für die sie ausgelegt ist, nicht verarbeiten, daher werden einige Zonen des Polygons ohne Siebdruck belichtet, wie in den letzten beiden Bildern zu sehen, so dass dort ein unbedeckter Draht gelötet wird und dann die Strommenge, die das Board durchgehen ist mehr als genug, um unsere Anforderungen zu erfüllen.

Schritt 4: Erstellen der Gerber-Dateien für JLCPCB

Wenn das Design fertig ist, muss es Realität werden. Um dies zu erreichen, ist JLCPCB der beste Hersteller, mit dem ich zusammengearbeitet habe. Sie überprüfen Ihr Board, noch bevor Sie dafür bezahlen, damit Sie es beheben können, ohne Geld zu verlieren, wenn sie einen Fehler finden, und vertrauen Sie mir, dies ist ein echter Lebensretter.

Da dieses Board zweilagig ist und weniger als 10x10 cm groß ist, kosten 10 Einheiten nur 2$ + Versand, offensichtlich eine bessere Option, als es selbst zu machen, denn für einen niedrigen Preis erhalten Sie perfekte Qualität.

Um das Design an sie zu senden, muss es in Gerber-Dateien exportiert werden, sie haben Tutorials für Altium, Eagle, Kikad und Diptrace.

Schließlich müssen diese Dateien nur noch auf ihre Angebotswebsite hochgeladen werden.

Schritt 5: Ende

Und das ist es!

Wenn die Leiterplatten ankommen, kommt das coole Teil, Löten und Testen. Und natürlich! Ich werde noch mehr Fotos hochladen!

In der folgenden Woche werde ich meinen Prototypen löten und testen, also wenn Sie dieses Projekt durchführen möchten, warten Sie, bis beide den nächsten Status OK markieren. Damit vermeide ich jeden verpfuschten Job oder Widerstandsaustausch

Löten: NOCH NICHT

Test: NOCH NICHT

Beachten Sie, dass dies SMD-Löten ist. Wenn Sie zum ersten Mal löten oder keinen schönen Lötkolben haben, sollten Sie ein anderes Projekt durchführen, da dies eine Quelle von Problemen sein kann.

Wenn jemand Zweifel an dem Prozess hat, zögern Sie nicht, mich zu kontaktieren.

Auch wenn Sie es tun, bitte, ich würde es gerne wissen und sehen!