Diseño de una PCB de alta potencia

Estoy tratando de construir un clúster Raspberry Pi (al menos 32 Pi) y necesito una forma conveniente de alimentarlos a todos. Así que me gustaría diseñar un tablero de distribución de energía. El tablero de distribución tendrá puertos de alimentación USB para cada Pi y será controlado por un microcontrolador Atmel.

Actualmente tengo un suministro de 350W 5V, que puede suministrar de manera segura 60A. Suponiendo que cada Pi consumirá entre 800 mA y 1 A, debería tener energía más que suficiente.

Dicho esto, como nuevo ingeniero (que se especializa en electrónica digital), solo he diseñado una PCB antes. Nunca he hecho nada con alta potencia antes. ¿Qué consideraciones de diseño debo tener en cuenta al diseñar la PCB?

Investigué un poco y todo parece apuntar al uso de una barra colectora de PCB para transportar la corriente alta. Luego me bifurcaría del bus a cada Pi individual. La otra opción es usar un conector de alta potencia como este . Yo me inclino un poco por lo segundo.

Dicho esto, probablemente también debería proporcionar algún circuito de protección de nivel para las Pi en caso de una subida de tensión (aunque mi suministro, un Cotek AK-350-05 , debería poder proporcionar una buena cantidad de protección por sí mismo). Estaba pensando en colocar un PTC de 1.5A en serie con cada puerto USB.

¿Hay otras cosas que debería considerar? Gracias

Según el tipo de Raspberry Pi que vaya a utilizar, es posible que deba tener en cuenta las A máximas más altas por Pi. Puedo alimentar fácilmente B y B+ Pi "normales" desde una fuente de alimentación nominal de 1,5 A, pero tuve que cambiar a una fuente de alimentación nominal de 2,2 A para mis rPi 2 B+. Por lo tanto, su rango de 800 mA-1 A podría no ser suficiente y es posible que deba contar con 1,5 A-2 A por Pi (al menos durante los picos de inicio y procesamiento).
Hmm, eso podría ser un problema. Estoy usando R Pi 2
Tenga en cuenta que mis hallazgos son CON un combo de teclado / mouse USB y un dongle Edimax WiFi conectado, así como un monitor. Si planea ejecutar esta configuración como un clúster de cómputo solo de Ethernet, sin dispositivos USB, los amperios máximos pueden ser muy diferentes. Haría algunas mediciones en un solo Pi solo para descubrir con qué estás tratando.
Sí, solo usaré ethernet y ssh. Los puertos USB no se utilizarán

Respuestas (2)

Considere también un enfoque distribuido con convertidores de punto de carga (POL). La idea es que distribuya energía en todos los ámbitos a una corriente más baja y un voltaje más alto. Actualmente, está pensando en tener un convertidor AD/DC que genere 5V 32A que vaya directamente a RPis. Podría tener un AC/DC que emita 48V 3.5A. Cada RPi tiene un convertidor reductor CC-CC dedicado (el convertidor POL), que genera 5V 1A a partir de 48V. De esta manera, solo está tratando con corrientes más manejables de 3.5A y 1A en su tablero.

ingrese la descripción de la imagen aquí
( Fuente del diagrama.)

He trabajado antes en barras colectoras basadas en PCB (más de 1kW de potencia total) y pudimos arreglárnoslas con solo una PCB, sin barras colectoras externas.

Estas son algunas de las cosas a considerar:

  • Espesor de cobre: ​​use cobre de 2oz / 70um (o más) para su PCB.
  • Agregue islas de soldadura para aumentar aún más la capacidad de transporte de corriente. [ 1 ] [ 2 ]
  • Calcule el aumento de temperatura y agregue enfriamiento forzado si es necesario.

Aquí hay un ejemplo de cálculo rápido utilizando el kit de herramientas de PCB de Saturn:

Propiedades del conductor

Diseño de una PCB de alta potencia
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