Diseño de un panel de PCB de distribución de energía DC 12V 80A y disipador de calor

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Fondo

Estoy tratando de construir un pequeño hobby grado ROV para un concurso de robótica submarina que se lleva a cabo en la universidad. estudiando. Y he usado ocho motores de CC con escobillas, cada uno de los cuales consume 8A en carga completa .

El sistema completo puede consumir alrededor de 75-80A en uso máximo . Pero estamos bastante seguros de que no estamos ejecutando todos los motores al mismo tiempo a plena carga y, por lo tanto, el uso actual promedio estaría alrededor de 50-65A .

He incluido ocho baterías SLA de 12V 8Ah dentro de nuestro ROV y espero que funcione como una hora y media como máximo en promedio.

Problema

Uno de los problemas que estoy teniendo ahora es con diseñar un diseño de PCB donde los cables de ocho baterías se combinan en la placa PCB.

Tenga en cuenta que no soy un estudiante de electrónica / ingeniería eléctrica que no tengo un conocimiento adecuado y sólido sobre los circuitos de alimentación y el cálculo de la disipación térmica.

Simplemente no quiero ser un imbécil que deja que el PCB se convierta en humo y llama por sobrecalentamiento. Me temo que eso podría suceder cuando la cantidad de corriente mencionada anteriormente deba pasar por la placa.

Tengo una limitación de espacio y la dimensión máxima de la PCB para el panel de distribución no debe exceder las 6 "x6" dimensión.

Arriba está la descripción general del concepto de suministro y distribución de energía para el ROV. Después de la suma del uso y vataje actuales totales, hasta un momento impactante, es alrededor de 1kW y 80A de DC 12V. ¿Es un uso tan alto de potencia en el sentido de los circuitos de potencia? Nunca tuve una experiencia con circuitos que usan más de 12V 35A. Me temo que podría estar perdiendo mucho poder. Pero mi ROV es un poco grande en tamaño, aproximadamente 3'x2'x1.5 'de dimensión de la estructura de acero. Pero estoy bastante seguro de que vamos a operar solo cuatro motores en la misma instancia y al 70% de la carga máxima al máximo. Entonces supongo que 50A es máximo para condiciones normales de operación.

Mis preguntas

  1. ¿Cómo debo diseñar mi PCB solo para fines de distribución de energía?
  2. ¿Debo usar una PCB gruesa típica o un bloque de cobre con disipador de calor?
  3. ¿El uso total general de energía es enorme y no es adecuado?
  4. Tu consejo para mejorar las cosas.
pregunta Nyi Nyi Nyan Lin

1 respuesta

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Consideraciones de diseño: % de pérdida de potencia del cable, densidad de energía de la batería (Wh / kg), flotabilidad (fuerza de presión del aire vs peso de la batería), presión de la pared, selección de motores, batería y controlador.

Al menos aprenda la Ley de Ohm V = IR y \ $ Pd = I ^ 2R = V ^ 2 / R = V * I \ $

  • Obtenga un DMM (barato) y mida la resistencia de bobinado del motor o DCR o consiga el rotor bloqueado = especificación de corriente de sobretensión.

Pérdida de cable Puede consultar las tablas de AWG para obtener Ampacity @ 60'C o pérdida de cómputo, Pd desde arriba usando el área de sección transversal del cable \ $ \ Omega / m \ $ vs o el calibre o medir la trenza plana de 1 cm * 1 mm de ancho, por ejemplo. Habrá caída de voltaje. Desea que la pérdida de su cable sea de < 2% de la sobrecorriente para reducir la pérdida de torque.

  • par motor = corriente (carga prop y aceleración de la masa del rotor)
  • velocidad del motor (sin carga) = voltaje (V / RPM)
  • Potencia nominal del motor = corriente nominal * V

  • Corriente de sobretensión = 8 a 10 veces la corriente nominal.

    • por ejemplo
    • ¡el aumento en el peor de los casos de I = V / R (para Vbat y DCR de la bobina del motor) es de hasta 8x a 10x8A o 64A a 80A por motor! Así que empieza despacio

    • si ya tiene motores seleccionados OK, aunque usaría dos motores de taladro > = 21V, controlador de batería y todos modificados para trabajar dentro del subwoofer con "sellos de junta tórica" cuádruples alrededor del eje propulsor realizado para alta presión.

    • El mejor cableado es el de múltiples hilos de cable magnético aislado llamado Litz Wire debido a la baja inductancia, que puede causar interferencia de EMI con los componentes electrónicos a menos que esté blindado y filtrado de ferrita en pares.

    • La mejor opción es una trenza pesada, como los cables de la batería del automóvil.
    • Luego use bloques de terminales para la distribución como paneles de fusibles en automóviles
    • Las trazas en PCB pueden necesitar cobre sólido AWG 16 con bajo R = RdsOn para obtener la misma pérdida baja según las ecuaciones anteriores.

Buoyancy

  • \ $ F_B = ρ_f V_f g \ $
  • \ $ F_B \ $ es la fuerza de flotación, \ $ ρ_f \ $ es la densidad del fluido desplazado, \ $ V_f \ $ es el volumen del fluido desplazado y \ $ g \ $ es la aceleración debida a gravedad, \ $ 9.8 m / s ^ 2 \ $.
  • Es muy importante recordar que la densidad y el volumen en esta ecuación se refieren al fluido desplazado, NO al objeto sumergido en él.

Considere la presión del agua es de 1Am por 10 m de profundidad, por lo que 100 m de profundidad es de 10 atmósferas o 150 psi (recuerdo) y vea si el SLA flotará o se hundirá frente a LiPo. Luego, haz una estructura como un tanque para sobrevivir a esta presión y los mejores sellos para combinar ...

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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