Слънчево 12V SLA зарядно устройство за батерии: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Преди време попаднах във владение на „Лимон“на рамо до рамо ATV. Достатъчно е да се каже, че има много грешки в това. В един момент реших, че „ХЕЙ, просто трябва да построя собствено мощно зарядно устройство за слънчева батерия, само за да запазя евтината батерия„ мъртва като врата”, докато фаровете работят!” В крайна сметка това се превърна в идеята, че „ХЕЙ, трябва да използвам тази глупост на батерията, за да захранвам някои отдалечени проекти, които планирах!“

Така се роди зарядното устройство за слънчеви батерии "Lead Buddy".

Първоначално погледнах да извлека моя дизайн от „Sunny Buddy“на Sparkfun (откъдето получих името), но случайно забелязах, че компонент, който вече използвах в друг проект, всъщност имаше бележка за приложение за употреба като зарядно устройство за слънчева батерия (което бях пропуснал, докато разглеждах предишния лист с данни) - LTC4365 на аналоговото устройство! Той няма MPPT, но хей, нито "Sunny Buddy" на Sparkfun (поне така или иначе не е истински MPPT …). И така, как точно да поправим това? Е, скъпи читателю, разглеждаш бележките на приложението !!! По -конкретно, AN1521 на Microchip „Практическо ръководство за внедряване на алгоритми MPPT за слънчеви панели“. Всъщност е доста интересно четиво и ви предоставя множество различни методи за прилагане на MPPT контрол. Нуждаете се само от два сензора, сензор за напрежение (делител на напрежение) и сензор за ток и имате нужда от точно един изход. Случайно знаех за специален токов сензор, който може да се използва с N-Channel MOSFET, наречен IR25750 от International Rectifier. Техният AN-1199 на IR25750 също е интересно четиво. И накрая, имаме нужда от микроконтролер, за да свържем всичко заедно, и тъй като имаме нужда само от 3 пина, въведете ATtiny10!

Стъпка 1: Избор на части, рисуване на схеми

Сега, когато имаме нашите 3 основни части, трябва да започнем да избираме различните други компоненти, които трябва да придружават нашите интегрални схеми. Следващият ни важен компонент са нашите МОП-транзистори, по-специално за тази ревизия (вижте последната стъпка за повече информация), избрах да използвам ДВА SQJB60EP Двойни N-канални MOSFET-та. Един MOSFET се управлява изключително от LTC4365, а другият MOSFET е настроен така, че един FET действа като "идеален диод от ниска страна", предназначен за защита на обратния вход (Ако търсите това в google, вероятно няма да измислите бележки за приложение от TI и Maxim по темата, трябваше да копая за това.), докато другият FET се контролира от 16-битовия PWM таймер на ATtiny10 (или каквато и резолюция да изберете …). Следват нашите пасиви, които честно казано не са толкова важни за изброяване. Те се състоят от резистори за разделители на напрежение/програмиране на зарядно устройство и различни кондензатори за байпас/съхранение, просто се уверете, че вашите резистори могат да се справят с разсейваната през тях мощност и че вашите кондензатори имат разумни температурни отклонения (X5R или по -добри). Важно е да се отбележи, че поради начина, по който това е проектирано, трябва да бъде прикрепена батерия към дъската, за да може тя да функционира.

Настроих LTC4365 да може да зарежда 12 или 24V батерии чрез превключване на джъмпер (за да осигури OV щифт на зарядното устройство с 0.5V, когато батерията е заредена до около 2.387V/клетка за 12V батерии). Делителят на напрежението на зарядното устройство също е температурно компенсиран чрез 5k PTC резистор, който се свързва към платката чрез 2,54 мм хедър и ще се свърже отстрани на батерията с топлопроводима смес или дори тиксо. Също така трябва да използваме няколко зенера в целия дизайн, а именно за задвижване на MOSFET с обратно напрежение (както и за захранване на другия FET в случай, че не инсталирате MPPT компонентите чрез джъмпер) и за защита на LTC4365 щифтове от пренапрежение. Ще захранваме ATtiny10 с 5V автомобилен регулатор, предназначен за 40V вход.

Предпазители…

Едно важно нещо, което трябва да се отбележи, е, че ВИНАГИ трябва да имате предпазители на вашите входове и изходи, когато става въпрос за зарядни устройства за батерии, и че ВИНАГИ трябва да използвате OV защита на високотокови входове (IE-батерия). Входовете с нисък ток не могат лесно да бъдат реализирани OVP (IE-лостове), тъй като те често не могат да произвеждат достатъчно ток, за да изключат прекъсвач/предпазител. Това може да доведе до фатална ситуация, при която вашият TRIAC/SCR ще започне да се прегрява, потенциално да се повреди, да причини повреда или на компонентите ви по линията, или да накара проекта ви да избухне в пламъци. Трябва да можете да подадете достатъчно ток, за да реално навреме изгорите предпазителя (което нашата 12V батерия МОЖЕ да направи). Що се отнася до предпазителите, реших да отида с 0453003. MR от Littlefuse. Това е фантастичен предпазител в много малък SMD пакет. Ако решите да отидете с по -големи предпазители, като предпазители 5x20 мм, МОЛЯ, ЗА ЛЮБОВТА НА КОЙТО И ПО -ВИСОК СЕ МОЛИТЕ … … Не използвайте стъклени предпазители. Стъклените предпазители могат да се счупят, когато духат, изпращайки парченца горещ разтопен метал и остро стъкло навсякъде по дъската, причинявайки всякакви повреди в процеса. ВИНАГИ използвайте керамични предпазители, повечето от тях са пълни с пясък, така че когато духат, те не изпържват дъската ви или къщата ви (да не говорим, че самата керамика също трябва да помогне за защита, подобно на използваната керамична броня за защита на съвременните бойни превозни средства от бойни глави с оформени заряди/ НАИСТИНА ГОРЕЩИ МОЩНОСТИ НА ПЛАЗМАТА). Да можеш да „видиш“тази малка жица във предпазителя си (това, може и да не виждаш така или иначе, особено ако си почти сляп) не си струва да имаш тлееща купчина въглен там, където е била къщата ти. Ако трябва да тествате предпазителя си, използвайте мултицет, за да проверите неговото съпротивление.

ESD защита

Отдавна са минали дните, в които разчитахме изключително на скъпи варистори от $ 5-10 за защита на нашите електронни проекти. ВИНАГИ трябва да хвърляте някои диоди от телевизори или преходно напрежение. Буквално няма причина да не го направите. Всеки вход, особено вход на слънчев панел, трябва да бъде защитен от ESD. В случай на удар на мълния в близост до вашите слънчеви панели/който и да е участък от проводник, този малък диод TVS, комбиниран с предпазител, може да попречи на проекта ви да се повреди от всякакъв вид ESD/EMP (което е светкавицата стачката е нещо такова …). Те не са толкова издръжливи, колкото тези на MOV, но със сигурност могат да свършат работата през повечето време.

Което ни води до следващия ни елемент, Spark gaps. "Какво представляват искровете?!?" Е, искровите междини са по същество само следа, която се простира в заземителна плоскост от един от вашите входни щифтове, с която маската за запояване е премахната от нея и от местната заземителна равнина и е изложена на открито. Най -просто казано, той позволява на ESD да се извие директно във вашата земна равнина (пътят на най -малкото съпротивление) и да се надяваме, че ще пощади вашата верига. Те не струват абсолютно нищо за добавяне, така че винаги трябва да ги добавяте, където можете. Можете да изчислите разстоянието, което ви е необходимо между вашата следа и заземяващата равнина, за да защитите за известно напрежение чрез закона на Пашен. Няма да обсъждам как да се изчисли това, но е достатъчно да се каже, че се препоръчват общи познания за смятането. В противен случай трябва да сте наред с 6-10 мили разстояние между следата и земята. Използването на закръглена следа също е препоръчително. Вижте снимката, която публикувах, за идея как да я приложим.

Наземни самолети

Няма причина да не се използва един голям поток в повечето проекти за електроника. Освен това е изключително разточително да не се използват смлени изливания, тъй като цялата тази мед ще трябва да бъде гравирана. Вече плащате за медта, може и да не я замърсявате по водните пътища на Китай (или където и да е) и да я използвате добре като своя наземна равнина. Излюпените изливки имат много ограничена употреба в съвременната електроника и рядко, ако изобщо някога се използват за тази цел, тъй като твърдоземните наливници твърдят, че имат по -добри качества за високочестотни сигнали, да не говорим, че те са по -добри в защитата на чувствителни следи И могат да осигурят някакъв байпас капацитет с "жива" равнина, ако използвате многослойна платка. Важно е също така да се отбележи, че ако използвате фурна за претопяване или станция за преработка на горещ въздух, не се препоръчват връзки с твърда заземена равнина към пасивни компоненти, тъй като те могат да "надгробни плочи", когато се презареждат, тъй като заземената плоскост има по -голяма топлинна маса който трябва да се нагрее, за да се стопи спойката. Със сигурност можете да го направите, ако сте внимателни, но трябва да използвате терморелефни подложки или това, което EasyEDA нарича „Спици“, за да свържете заземяващата подложка на пасивния си компонент. Моята дъска използва термични релефни подложки, въпреки че, тъй като съм запоен на ръка, това няма значение в никакъв случай.

При разсейването на топлината …

Нашето слънчево зарядно устройство не трябва да разсейва прекалено много топлина, дори при максимално проектирания си ток от 3А (в зависимост от предпазителя). В най -лошия случай, нашето SQJB60EP на съпротивление е 0.016mOhm при 4.5V при 8A (SQJ974EP във втората ми редакция, при 0.0325mOhm, вижте моите бележки в края за повече информация). Използвайки закона на Ом, P = I^2 * R, разсейването на мощността ни е 0,144 W при 3A (Сега виждате защо съм използвал N канал MOSFET за нашата MPPT и "диодна" верига с обратно напрежение). Нашият автомобилен 5V регулатор също не трябва да се разсейва твърде много, тъй като ние само черпим най -много няколко десетки милиампера. С 12V, или дори 24V батерия, не трябва да виждаме достатъчно загуба на мощност на регулатора, за да трябва наистина да се притеснявате, че топлината ще го потопи, но според отличната бележка на TI по въпроса, повечето от вашата мощност се разсейва, тъй като топлината ще обратно в самата печатна платка, тъй като това е пътят на най -малкото съпротивление. Като пример, нашият SQJB60EP има термично съпротивление 3.1C/W към дренажната подложка, докато пластмасовият пакет има термично съпротивление 85C/W. Поглъщането на топлина е много по-ефективно, когато се извършва чрез самата печатна платка, IE- поставяне на хубави големи равнини за вашите компоненти, които разсейват много топлина (като по този начин превръщат вашата печатна платка в разпределител на глава) или насочване на проходи към противоположната страна на дъската по -малка равнина отгоре, за да се позволи по -компактен дизайн. (Пренасочването на топлинни отвори към равнина от противоположната страна на дъската също дава възможност лесно да се прикрепи радиатор/плъзгач към задната страна на дъската или тази топлина да се разсейва през равнината на земята на друга дъска, когато е прикрепена като модул.) Един бърз и мръсен начин можете да изчислите колко мощност можете безопасно да разсеете от компонент (Tj - Tamb) / Rθja = Мощност. За повече информация силно ви препоръчвам да прочетете бележката за приложението на TI.

И накрая…

Ако искате вашият проект да бъде вътре в контейнер, какъвто смятам да направя, тъй като очевидно ще се използва навън, винаги трябва да изберете вашия контейнер/кутия, преди да поставите дъската. В моя случай избрах Polycase EX-51 и проектирах дъската си като такава. Също така проектирах платка "преден панел", която се свързва с кастелираните "дупки" на слънчевия вход или по -точно слотовете (които отговарят на дъска с дебелина 1,6 мм). Запоявайте ги заедно и сте готови. Този панел има водоустойчиви конектори от Switchcraft. Все още не съм решил дали ще използвам „преден панел“или „заден панел“, но независимо от това ще ми трябва и „водоустойчив кабелен уплътнител“нито за входа, нито за изхода, както и за нашия термистор на батерията. Освен това зарядното ми устройство може да се монтира и на дъска като модул (оттук и кастелираните отвори).

Стъпка 2: Вземете вашите части

Поръчването на вашите части може да бъде мъчителна задача, като се има предвид колко доставчици има и като се има предвид фактът, че малки части ще се губят от време на време (т.е. резистори, кондензатори). Всъщност загубих резисторите за 24V верига за зареждане на батерията. За щастие, няма да използвам 24V верига за зареждане.

Избрах да поръчам моята печатна платка от JLCPCB, защото мръсотията й е евтина. Те също така изглежда са преминали към процес на „фотоизображение“, който оставя хубави хрупкави копринени екрани (и маски за запояване), откакто за последно поръчах от тях. За съжаление, те вече не предоставят безплатна доставка, така че или ще трябва да изчакате една или две седмици, за да я получите, или трябва да платите $ 20+, за да бъде изпратена чрез DHL…. Що се отнася до моите компоненти, аз отидох с Arrow, тъй като те имат безплатна доставка. Трябваше само да купя термистора от Digikey, тъй като Arrow го нямаше.

Обикновено пасивите с размер 0603 са подходящи за запояване. Компонентите с размер 0402 могат да бъдат трудни и лесно се губят, затова поръчайте поне два пъти това, от което се нуждаете. Винаги проверявайте дали са ви изпратили всичките ви компоненти. Това е особено важно, ако те не консолидират вашата поръчка и вместо това ви изпращат 20 различни кутии чрез FedEx.

Стъпка 3: Подготовка …

Подготовка за запояване…. Наистина не се нуждаете от толкова много инструменти за запояване. Евтин, умерено задвижван поялник, флюс, спойка, пинсета и срезки са всичко, от което се нуждаете. ТРЯБВА също да имате готов пожарогасител и ВИНАГИ трябва да имате готова маска за филтриране на замърсителите във въздуха, изхвърлени от потока, който е раков/токсичен.

Стъпка 4: Сглобявайки го заедно

Сглобяването на вашата печатна платка е наистина лесно. Това е почти просто "калайдисайте една подложка, запоявайте един щифт към този раздел, след това" плъзнете спойка "останалите щифтове". Не се нуждаете от микроскоп или изискана преработвателна станция за запояване на SMD компоненти. Дори не се нуждаете от лупа за нещо по -голямо от и 0603 (а понякога и 0402) компоненти. Просто се уверете, че няма мостови щифтове и че нямате студени фуги. Ако видите нещо "смешно", поставете малко поток върху него и го ударете с желязото.

Що се отнася до флюса, вероятно трябва да използвате нечист поток, тъй като е безопасно да оставите на дъската си. За съжаление е истинска болка да го почистите от дъската. За да почистите потока „без почистване“, свалете колкото се може повече от големите неща с малко висококачествен алкохол за втриване, над 90% концентрация и памучен тампон. След това го изчеткайте добре със стара четка за зъби (старите електрически четки за зъби/главите на четките за зъби работят прекрасно). Накрая загрейте малко дестилирана вода за баня с гореща вода. Бихте могли да използвате някакъв препарат за съдове, ако желаете (просто се уверете, че няма да прецака дъската ви по кралски, не трябва да повреди никакви голи връзки на вашата печатна платка, тъй като детергентите за съдове са проектирани да се "прикрепят" към органични компоненти чрез хидрофобния компонент на сапуна. Хидрофобно-хидрофилното действие се осигурява от полярната/неполярна въглеводородна/алкална структура на неговите молекули и може да се отмие чрез хидрофилния компонент. Наистина, единственият проблем е, когато не се изплаква правилно с дестилирана вода или ако е изключително корозивна). IFF по някакво чудо всъщност премахвате целия нечист поток с алкохол и вероятно няма да го направите, можете да пропуснете измиването на дъската заедно.

След около 30 минути горещата вода трябва да разбие остатъка от лепкавия остатък на дъската ви, след което можете да отидете в града с четката за зъби и да свалите останалата част от нея. Изплакнете добре и оставете да изсъхне в тостерна фурна с най -ниска настройка или оставете да изсъхне поне 24 часа на открито. В идеалния случай трябва да използвате тостер или евтин пистолет с горещ въздух от Harbour Freight, държан достатъчно далеч, за да не пържите нищо. Можете също да използвате сгъстен въздух за същия ефект.

Като странична забележка, бъдете внимателни, когато четкате вашите печатни платки, тъй като можете да разхлабите компонентите. Не е нужно да натискате много силно, достатъчно е да накарате четините между компонентите.

Стъпка 5: Слънчеви панели …