การออกแบบ PDB กำลังสูง (Power Distribution Board) สำหรับ Pixhawk: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

PCB เพื่อขับเคลื่อนพวกเขาทั้งหมด!

ปัจจุบันวัสดุส่วนใหญ่ที่คุณต้องใช้ในการสร้างโดรนนั้นมีราคาถูกบนอินเทอร์เน็ต ดังนั้นแนวคิดในการสร้าง PCB ที่พัฒนาขึ้นเองนั้นไม่คุ้มค่าเลย ยกเว้นบางกรณีที่คุณต้องการสร้างโดรนที่แปลกประหลาดและทรงพลัง ในกรณีนั้นคุณควรมีไหวพริบหรือมีบทช่วยสอนเกี่ยวกับเรื่องนี้…;)

ขั้นตอนที่ 1: วัตถุประสงค์

วัตถุประสงค์ของ PCB นี้ (และสาเหตุที่ไม่พบบนอินเทอร์เน็ต) คือ:

1.- จะต้องจ่ายไฟให้กับ Pixhawk 4 ด้วยการวัดกระแส การวัดแรงดัน และขั้วต่อเดียวกัน

2.- ต้องมี I/O และตัวเชื่อมต่อ FMU ตรงไปยังพิน CAP&ADC ไม่จำเป็นในกรณีของฉัน

3.- จะต้องสามารถจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ 5 ตัวที่มีกระแสไฟรวมสูงสุด 200A ใช่ 0, 2 KiloAmperes!

หมายเหตุ: ยังคงมีประโยชน์สำหรับการออกแบบที่มีมอเตอร์น้อยกว่าหรือมีกระแสไฟน้อยกว่า นี่เป็นเพียงกรณีของฉัน

ขั้นตอนที่ 2: แผนผังและการเลือกส่วนประกอบ

ตกลง ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเราต้องการทำอะไร เพื่อดำเนินการต่อเราจะออกแบบแผนผัง

หากคุณไม่ต้องการเข้าใจอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่เบื้องหลังบอร์ดนี้ ให้คัดลอกแผนผังและไปยังขั้นตอนถัดไป

แผนผังสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วนหลักคือ DCDC เพื่อจ่ายไฟให้กับ pixhawk และการจ่ายพลังงานของมอเตอร์

วิธีที่ง่ายที่สุดในการใช้ DCDC คือการใช้ Traco Power DCDC และไม่ต้องออกแบบ แต่เนื่องจากฉันไม่ชอบวิธีง่าย ๆ ฉันจะใช้ LM5576MH จาก Texas Instruments การผสานรวมนี้เป็น DCDC ที่สามารถจัดการเอาต์พุตได้ถึง 3A และแผ่นข้อมูลจะบอกข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับการเชื่อมต่อและส่วนประกอบที่จำเป็น และให้สูตรเพื่อให้ได้ข้อกำหนดที่ต้องการของ DCDC ในการปรับเปลี่ยนส่วนประกอบที่ใช้

ด้วยการออกแบบ DCDC สำหรับ Pixhawk นี้ ในกรณีของฉัน จบลงอย่างที่เห็นในภาพ

ในอีกด้านหนึ่ง การกระจายพลังงานประกอบด้วยการตรวจจับกระแสและแรงดันและการกระจายตัวซึ่งจะได้รับการพิจารณาในขั้นตอนต่อไป

การตรวจจับแรงดันไฟฟ้าจะเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 60 V (แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่รองรับโดย DCDC) จะส่งสัญญาณ 3.3V

การตรวจจับในปัจจุบันนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อยแม้ว่าเราจะยังคงใช้กฎของโอห์มอยู่ เพื่อรับรู้กระแสเราจะใช้ตัวต้านทานแบบแบ่ง เพื่อเพิ่มปริมาณกระแสไฟสูงสุดที่พวกมันสามารถจัดการได้ ตัวต้านทาน 10W จะถูกนำมาใช้ ด้วยกำลังนั้น ตัวต้านทานแบบแบ่ง SMD ที่เล็กที่สุดที่ฉันหาได้คือ 0.5mohm

รวมข้อมูลก่อนหน้าและสูตรกำลัง W = I² × R กระแสสูงสุดคือ 141A ซึ่งไม่เพียงพอ นั่นเป็นเหตุผลที่จะใช้ตัวต้านทาน shunt สองตัวแบบขนานกัน เพื่อให้ความต้านทานที่เท่ากันคือ 0.25 mohm และกระแสสูงสุดที่ต้องการคือ 200A ตัวต้านทานนี้จะเชื่อมต่อกับ INA169 จากเครื่องมือ Texas และเช่นเดียวกับใน DCDC การออกแบบจะทำตามแผ่นข้อมูล

ในที่สุดตัวเชื่อมต่อที่ใช้นั้นมาจากซีรีย์ GHS จากตัวเชื่อมต่อ JST และตามด้วยพินจาก pixhawk 4 เพื่อทำการเชื่อมต่อที่ถูกต้อง

หมายเหตุ: ฉันไม่มีส่วนประกอบ INA169 ใน Altium ดังนั้นฉันจึงใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มีขนาดเท่ากัน

หมายเหตุ 2: สังเกตว่ามีการวางส่วนประกอบบางอย่างไว้ แต่ค่าบอกว่าไม่ใช่ ซึ่งหมายความว่าจะไม่ใช้ส่วนประกอบเหล่านั้น เว้นแต่มีบางอย่างในการออกแบบทำงานผิดพลาด

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบ PCB ด้วย Altium Designer

ในขั้นตอนนี้ การกำหนดเส้นทางของ pcb จะเสร็จสิ้น

อันดับแรก สิ่งที่ต้องทำคือการวางส่วนประกอบและกำหนดรูปร่างของบอร์ด ในกรณีนี้จะมีการสร้างพื้นที่ที่แตกต่างกันสองส่วน คือ DCDC และตัวเชื่อมต่อ และโซนพลังงาน

ในเขตพลังงาน แผ่นอิเล็กโทรดจะหลุดออกจากบอร์ดเพื่อให้สามารถใช้ท่อหดความร้อนได้หลังจากการบัดกรี และการเชื่อมต่อยังคงได้รับการปกป้องอย่างดี

เมื่อเสร็จแล้ว ขั้นต่อไปคือการกำหนดเส้นทางของส่วนประกอบ เพื่อให้มีการใช้สองชั้นอย่างมีประสิทธิภาพและใช้ร่องรอยที่ใหญ่กว่าในการเชื่อมต่อสายไฟ และจำไว้ว่าไม่มีมุมขวาในร่องรอย!

เมื่อการกำหนดเส้นทางเสร็จสิ้นและไม่ใช่ก่อนหน้านี้ รูปหลายเหลี่ยมจะถูกนำไปใช้ ที่นี่จะมีรูปหลายเหลี่ยม GND ที่ชั้นล่างและอีกรูปหนึ่งอยู่ที่ชั้นบนสุด แต่จะครอบคลุมเฉพาะ DCDC และโซนตัวเชื่อมต่อ โซนกำลังของชั้นบนสุดจะใช้สำหรับอินพุตแรงดันไฟฟ้าดังแสดงในภาพที่ 3

สุดท้ายนี้ บอร์ดนี้ไม่สามารถรองรับ 200A ที่ออกแบบไว้ได้ ดังนั้นบางโซนของรูปหลายเหลี่ยมจะถูกเปิดเผยโดยไม่มีซิลค์สกรีน ดังที่เห็นในสองภาพสุดท้าย เพื่อให้ลวดที่ยังไม่ได้เปิดบางส่วนถูกบัดกรีที่นั่น และปริมาณกระแสที่สามารถ ผ่านกระดานก็มากเกินพอที่จะตอบสนองความต้องการของเรา

ขั้นตอนที่ 4: การสร้างไฟล์ Gerber สำหรับ JLCPCB

เมื่อออกแบบเสร็จแล้วจะต้องเป็นจริง ผู้ผลิตที่ดีที่สุดที่ฉันทำงานด้วยคือ JLCPCB พวกเขาตรวจสอบบอร์ดของคุณก่อนที่คุณจะจ่ายเงิน เพื่อที่ว่าหากพวกเขาพบข้อผิดพลาดใดๆ เกี่ยวกับบอร์ด คุณสามารถแก้ไขได้โดยไม่สูญเสียเงิน และเชื่อฉันเถอะ นี่คือเครื่องช่วยชีวิตที่แท้จริง

เนื่องจากบอร์ดนี้เป็นบอร์ดสองชั้นและมีขนาดน้อยกว่า 10x10 ซม. 10 ยูนิตจึงมีราคาเพียง 2$ + ค่าจัดส่ง ซึ่งแน่นอนว่าเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าการทำเองเพราะราคาถูก คุณจะได้คุณภาพที่สมบูรณ์แบบ

ในการส่งการออกแบบให้กับพวกเขา จะต้องส่งออกไปยังไฟล์ gerber พวกเขามีบทช่วยสอนสำหรับ Altium, Eagle, Kikad และ Diptrace

ในที่สุดไฟล์นี้ก็ต้องอัปโหลดไปยังเว็บไซต์เสนอราคาของพวกเขา

ขั้นตอนที่ 5: สิ้นสุด

และนั่นแหล่ะ!

เมื่อ PCB มาถึง ส่วนที่เย็น การบัดกรีและการทดสอบก็มาถึง และแน่นอนว่า! ฉันจะอัปโหลดรูปภาพเพิ่มเติม!

ในช่วงสัปดาห์หน้า ฉันจะทำการบัดกรีต้นแบบและทดสอบ ดังนั้นหากคุณต้องการทำโครงการนี้ ให้รอจนกว่าทั้งสองสถานะถัดไปจะทำเครื่องหมายว่าตกลง ด้วยวิธีนี้ ฉันจะหลีกเลี่ยงงานที่ไม่เรียบร้อยหรือการเปลี่ยนการต่อต้านจากคุณ

ประสาน: ยังไม่

ทดสอบ: ยังไม่

สังเกตว่านี่คือการบัดกรี SMD หากคุณเพิ่งบัดกรีหรือไม่มีหัวแร้งที่ดี ให้พิจารณาทำโปรเจ็กต์อื่นเพราะอาจทำให้เกิดปัญหาได้

หากใครมีข้อสงสัยเกี่ยวกับกระบวนการอย่าสงสัยติดต่อฉัน

นอกจากนี้ถ้าคุณทำมันได้โปรดฉันชอบที่จะรู้และดู!