Разработка PCB управления питанием мобильного робота на ESP32-C3

Требуется разработать принципиальную схему и компактную печатную плату модуля управления питанием и зарядкой мобильного робота.

Основные функции

- управление питанием робота;
- зарядка аккумулятора 3S от док-станции;
- измерение зарядного тока и напряжения;
- определение подключения к док-станции;
- управление и телеметрия через ESP32-C3;
- USB, Wi-Fi, HTTP, MQTT и OTA.

Основные параметры

- аккумулятор: 3S Li-ion/LiPo, до 12,6 В;
- питание нагрузки: 12 В;
- ток робота в покое: 2–3 А;
- пиковый ток при движении: 6–7 А;
- зарядный ток: ориентировочно 1 А;
- общая земля для силовой и управляющей частей.

ESP32-C3

На плате необходимо предусмотреть посадочное и крепёжное место под модуль ESP32-C3.

Требуется:

- USB для прошивки и обмена данными;
- кнопки Boot и Reset;
- тестовые точки UART;
- светодиоды питания и состояния;
- свободная зона около антенны без меди, дорожек и компонентов;
- защита от обратной подачи питания через USB.

Конкретный модуль ESP32-C3 согласовать до начала разводки.

Интеграция компонентов

Для экономии места желательно отказаться от готовых модулей и разместить компоненты непосредственно на PCB:

- DC-DC-преобразователи;
- CC/CV-зарядное устройство 3S;
- датчик тока и напряжения;
- силовые MOSFET-ключи;
- защитные диоды и предохранители;
- входные и выходные фильтры.

Основное питание робота предпочтительно коммутировать MOSFET-ключом, рассчитанным минимум на 10 А с запасом по напряжению и импульсному току.

Для управления зарядкой желательно использовать вход Enable зарядного контроллера или отдельный MOSFET, а не релейный модуль.

Требования к плате

- предпочтительно 2 слоя, допускается 4 слоя;
- компактные размеры;
- широкие силовые дорожки и медные полигоны;
- расчёт цепей на длительный ток не менее 7 А;
- запас по кратковременному и пусковому току;
- разделение силовой, аналоговой и цифровой частей;
- Kelvin-подключение измерительного шунта;
- защита от переполюсовки, обратного тока и короткого замыкания;
- безопасное состояние силовых выходов при загрузке или сбросе ESP32-C3;
- монтажные отверстия и 3D-модель платы.

САПР может быть любой: KiCad, Altium Designer, EasyEDA и т. п.

Результат работы

Исполнитель должен предоставить:

- принципиальную схему;
- исходный проект PCB;
- Gerber и Drill;
- BOM с точными артикулами;
- Pick&Place;
- таблицу GPIO;
- PDF схемы;
- STEP-модель платы;
- расчёт силовых цепей и теплового режима.

До начала трассировки необходимо согласовать архитектуру питания, выбранные компоненты, размеры платы, расположение разъёмов и крепёжных отверстий.

При отклике просьба прислать примеры плат с ESP32, DC-DC-преобразователями, зарядкой аккумуляторов и коммутацией нагрузок 5–10 А.

Рабочая