Entwurf einer Hochleistungsplatine

Ich versuche, einen Raspberry Pi-Cluster (mindestens 32 Pi) zu bauen, und ich brauche eine bequeme Möglichkeit, sie alle mit Strom zu versorgen. Ich möchte also eine Stromverteilungsplatine entwerfen. Die Verteilerplatine verfügt über USB-Stromanschlüsse für jeden Pi und wird von einem Atmel-Mikrocontroller gesteuert.

Ich habe derzeit eine 350-W-5-V-Versorgung, die sicher satte 60 A liefern kann. Unter der Annahme, dass jeder Pi zwischen 800 mA und 1 A zieht, sollte ich mehr als genug Strom haben.

Abgesehen davon habe ich als neuer Ingenieur (der sich auf digitale Elektronik spezialisiert hat) bisher nur eine Leiterplatte entworfen. Ich habe noch nie etwas mit hoher Leistung gemacht. Welche Designüberlegungen sollte ich beim Entwerfen der Leiterplatte berücksichtigen?

Ich habe ein wenig recherchiert und alles scheint darauf hinzudeuten, dass eine Leiterplatten-Sammelschiene verwendet wird , um den hohen Strom zu führen. Ich würde dann den Bus zu jedem einzelnen Pi abzweigen. Die andere Möglichkeit besteht darin , einen Hochleistungsstecker wie diesen zu verwenden . Ich tendiere eher zu letzterem.

Abgesehen davon sollte ich wahrscheinlich auch eine gewisse Schutzschaltung für die Pis im Falle eines Stromstoßes bereitstellen (obwohl mein Netzteil, ein Cotek AK-350-05 , in der Lage sein sollte, selbst einen angemessenen Schutz zu bieten). Ich dachte daran, einen 1,5-A-PTC in Reihe mit jedem USB-Anschluss zu platzieren.

Gibt es noch andere Dinge, die ich beachten sollte? Danke

Je nachdem, welche Art von Raspberry Pi Sie verwenden werden, müssen Sie möglicherweise höhere maximale A-Werte pro Pi berücksichtigen. Ich bin problemlos in der Lage, "normale" B- und B+-Pis mit einem 1,5-A-Netzteil zu versorgen, musste aber für meine rPi 2 B+ auf ein 2,2-A-Netzteil umsteigen. Ihr 800-mA-1-A-Bereich ist also möglicherweise nicht ausreichend, und Sie müssen möglicherweise mit 1,5-2 A pro Pi rechnen (zumindest während der Start- und Verarbeitungsspitzen).
Hm, das könnte ein Problem sein. Ich verwende R Pi 2
Beachten Sie, dass meine Ergebnisse MIT einer USB-Tastatur / Maus-Kombination und einem angeschlossenen Edimax-WLAN-Dongle sowie einem Monitor sind. Wenn Sie vorhaben, dieses Setup nur als Ethernet-Cluster ohne USB-Geräte auszuführen, können die maximalen Amperewerte sehr unterschiedlich sein. Ich würde einige Messungen an einem einzelnen Pi durchführen, um herauszufinden, womit Sie es zu tun haben.
Ja, ich werde nur Ethernet und SSH verwenden. Die USB-Anschlüsse werden nicht verwendet

Antworten (2)

Betrachten Sie auch einen verteilten Ansatz mit Point-of-Load (POL)-Konvertern. Die Idee ist, dass Sie die Leistung bei niedrigerem Strom und höherer Spannung über die Platine verteilen. Derzeit denken Sie darüber nach, einen AD / DC-Wandler zu haben, der 5 V 32 A ausgibt, der direkt an RPis geht. Sie könnten einen AC / DC haben, der 48 V 3,5 A ausgibt. Jeder RPi verfügt über einen dedizierten DC-DC-Abwärtswandler (den POL-Wandler), der aus 48 V 5 V 1 A erzeugt. Auf diese Weise haben Sie es auf Ihrem Board nur mit besser handhabbaren Strömen von 3,5 A und 1 A zu tun.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
( Quelle des Diagramms.)

Ich habe bereits an PCB-basierten Sammelschienen gearbeitet (über 1 kW Gesamtleistung) und wir konnten mit nur einer Leiterplatte auskommen, ohne externe Sammelschienen.

Hier sind einige der Dinge, die Sie beachten sollten:

  • Kupferdicke: Verwenden Sie 2oz / 70um (oder mehr) Kupfer für Ihre Leiterplatte.
  • Fügen Sie Lötinseln hinzu, um die Strombelastbarkeit weiter zu erhöhen. [ 1 ] [ 2 ]
  • Berechnen Sie den Temperaturanstieg und fügen Sie ggf. Zwangskühlung hinzu.

Hier ist eine kurze Beispielrechnung mit dem Saturn PCB Toolkit:

Leitereigenschaften

Entwurf einer Hochleistungsplatine
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