Încărcător solar 12V SLA: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Cu ceva timp în urmă, am intrat în posesia unui „Lemon” al unui ATV cot la cot. Este suficient să spunem că este foarte mult în neregulă. La un moment dat, am decis că „HEI, ar trebui să-mi construiesc propriul încărcător de baterii solare de mare putere doar pentru a menține încărcată bateria ieftină moartă ca o ușă în timp ce farurile funcționează!” În cele din urmă, aceasta a evoluat în ideea că „HEY, ar trebui să folosesc acea baterie pentru a alimenta unele proiecte la distanță pe care le-am planificat!”

Astfel, s-a născut încărcătorul solar de baterii „Lead Buddy”.

Inițial, m-am uitat la derivarea design-ului meu din „Sunny Buddy” de la Sparkfun (de unde am primit numele), dar, întâmplător, am observat că o componentă pe care o foloseam deja într-un alt proiect, avea de fapt o notă de aplicație privind utilizarea ca încărcător solar de baterii (pe care îl pierdusem în timp ce treceam prin foaia tehnică anterior) - LTC4365 al dispozitivului analogic! Nu are MPPT, dar hei, nici „Sunny Buddy” de la Sparkfun (cel puțin nu este MPPT adevărat …). Deci, cum anume rezolvăm problema? Ei bine, dragă cititoare, te uiți prin notele aplicației !!! Mai exact, AN1521 al Microchipului „Ghid practic pentru implementarea algoritmilor MPPT a panoului solar”. Este de fapt o lectură destul de interesantă și vă oferă mai multe metode diferite de implementare a controlului MPPT. Aveți nevoie doar de doi senzori, un senzor de tensiune (divizor de tensiune) și un senzor de curent și aveți nevoie exact de o ieșire. Știam întâmplător despre un senzor special de curent care poate fi utilizat cu un MOSFET cu canal N, numit IR25750 de la International Rectifier. AN-1199 de pe IR25750 este, de asemenea, o lectură interesantă. În cele din urmă, avem nevoie de un microcontroler pentru a lega totul împreună și, deoarece avem nevoie doar de 3 pini, introduceți ATtiny10!

Pasul 1: Alegerea pieselor, schemele de desen

Acum că avem cele trei părți principale, trebuie să începem să alegem diferitele alte componente care trebuie să însoțească IC-urile noastre. Următoarea noastră componentă importantă este MOSFET-urile noastre, în special pentru această revizuire (a se vedea ultimul pas pentru mai multe informații despre asta), am ales să folosesc DOUĂ MOSFET-uri N-Channel SQJB60EP duale. Un MOSFET este controlat exclusiv de LTC4365, iar celălalt MOSFET este configurat astfel încât un FET să acționeze ca o „diodă ideală pentru partea inferioară” destinată protecției de intrare inversă (Dacă căutați în Google, probabil că nu veți veni cu note de aplicație de la TI și Maxim pe acest subiect, a trebuit să caut pentru asta.), în timp ce celălalt FET este controlat de cronometrul PWM de 16 biți al ATtiny10 (sau orice rezoluție alegeți …). Urmează pasivele noastre, care sincer nu sunt atât de importante pe listă. Acestea sunt formate din rezistențe pentru programarea divizoarelor de tensiune / încărcătorului și diferiți condensatori de bypass / stocare, asigurați-vă că rezistențele dvs. pot gestiona puterea disipată prin ele și că condensatoarele dvs. au toleranțe rezonabile la temperatură (X5R sau mai bine). Este important să rețineți că, datorită modului în care este proiectat, o baterie TREBUIE să fie atașată la placă pentru a funcționa.

Am configurat LTC4365 pentru a putea încărca baterii de 12 sau 24V schimbând un jumper (pentru a furniza pinul OV de pe încărcător cu 0,5V când bateria este încărcată la aproximativ 2,387 V / celulă pentru bateriile de 12V). Divizorul de tensiune al încărcătorului este, de asemenea, compensat de temperatură printr-un rezistor PTC de 5k care se conectează la placă printr-un antet de 2,54 mm și se va conecta la partea laterală a bateriei fie cu compus termic conductiv, fie chiar cu bandă adezivă. De asemenea, trebuie să folosim câteva zenere pe tot parcursul proiectării, și anume pentru a conduce MOSFET de tensiune inversă (precum și pentru a furniza energie celuilalt FET în cazul în care nu instalați componentele MPPT printr-un jumper pad) și pentru a proteja LTC4365 pinii de la supratensiune. Vom alimenta ATtiny10 cu un regulator auto de 5V evaluat pentru intrare de 40V.

Siguranțe …

Un lucru important de remarcat este că ar trebui să aveți întotdeauna siguranțe la intrări și ieșiri atunci când vine vorba de încărcătoare de baterii și că ar trebui să utilizați întotdeauna protecție OV la intrările de curent mare (baterie IE). Intrările de curent redus nu pot fi implementate cu ușurință OVP (circuite IE-crowbar), deoarece deseori nu pot produce suficient curent pentru a declanșa un întrerupător / siguranță. Acest lucru poate duce la o situație fatală în care TRIAC / SCR dvs. va începe să se supraîncălzească, potențial eșuând, cauzând deteriorarea componentelor de pe linie sau provocând explozia proiectelor dvs. în flăcări. Trebuie să puteți furniza suficient curent pentru a arde siguranța în timp util (ceea ce poate face bateria noastră de 12V). În ceea ce privește siguranțele, am decis să merg cu 0453003. MR de Littlefuse. Este o siguranță fantastică într-un pachet SMD foarte mic. Dacă decideți să mergeți cu siguranțe mai mari, cum ar fi siguranțe de 5x20mm, vă rugăm, PENTRU DRAGOSTEA CĂTREI SUPERIORI CARE FIȚI RUGATI SĂ ….. Nu utilizați siguranțe din sticlă. Siguranțele de sticlă se pot sparge atunci când suflă, trimitând bucăți de metal topit fierbinte și sticlă ascuțită pe toată placa dvs., provocând tot felul de daune în acest proces. Folosește întotdeauna siguranțe ceramice, cele mai multe dintre ele fiind umplute cu nisip, astfel încât, atunci când suflă, să nu-ți prăjești scândura sau casa (ca să nu mai vorbim că ceramica în sine ar trebui să ajute și la protecție, similar cu armura ceramică utilizată pentru a proteja vehiculele moderne de luptă împotriva focoaselor de încărcare în formă / JETURI DE PLASMĂ FĂRĂ FIERBINTE). A fi capabil să „vezi” acea sârmă mică din siguranța ta (asta, s-ar putea să nu poți vedea oricum, mai ales dacă ești aproape orb) nu merită să ai o grămadă mocnită de cărbune unde era casa ta. Dacă trebuie să vă testați siguranța, utilizați un multimetru pentru a verifica rezistența.

Protecție ESD

De mult au trecut zilele în care ne bazam exclusiv pe varistoare scumpe de 5-10 dolari pentru a ne proteja proiectele electronice. Ar trebui să aruncați ÎNTOTDEAUNA unele televizoare sau diode de supresie a tensiunii tranzitorii. Nu există literalmente niciun motiv pentru a nu face asta. Orice intrare, în special o intrare de panou solar, trebuie protejată de ESD. În cazul unui trăsnet în apropierea panourilor solare / a oricărui fir de fir, acea diodă TVS mică, combinată cu o siguranță, poate împiedica deteriorarea proiectului dvs. de orice fel de ESD / EMP (ceea ce este un fulger greva este, sorta ….). Nu sunt aproape la fel de durabile ca MOV-urile, dar cu siguranță pot face treaba de cele mai multe ori.

Ceea ce ne aduce la următorul nostru articol, Spark gap. "Ce sunt scânteile?!?" Ei bine, spațiile de scânteie sunt în esență doar o urmă care se extinde într-un plan de masă de la unul dintre pinii de intrare, care are masca de soldat scoasă din acesta și planul de masă local și este expusă în aer liber. Pur și simplu, permite ESD să se arce direct în planul dvs. de masă (calea celei mai puțin rezistente) și, sperăm, vă va economisi circuitul. Nu costă absolut nimic de adăugat, așa că ar trebui să le adăugați întotdeauna acolo unde puteți. Puteți calcula distanța de care aveți nevoie între urma dvs. și planul de la sol pentru a proteja o anumită tensiune prin Legea lui Paschen. Nu voi discuta cum să calculez acest lucru, dar este suficient să spun că este recomandată o cunoaștere generală a calculului. În caz contrar, ar trebui să fiți în regulă cu un spațiu de 6-10 mile între urmă și sol. Este de asemenea recomandabil să folosiți o urmă rotunjită. Vedeți poza pe care am postat-o pentru o idee despre cum să o implementați.

Avioane la sol

Nu există niciun motiv să nu folosiți un singur turn mare la majoritatea proiectelor electronice. Mai mult decât atât, este extrem de risipitor să nu folosiți turnări la sol, deoarece tot cuprul va trebui scos. Plătiți deja pentru cupru, s-ar putea să nu-l poluați pe căile navigabile din China (sau oriunde) și să-l folosiți ca avion de sol. Sursele eclozate au utilizări foarte limitate în electronica modernă și sunt rareori, chiar dacă sunt folosite vreodată în acest sens, deoarece sferele solide solide ar avea calități mai bune pentru semnalele de înaltă frecvență, ca să nu mai vorbim că sunt mai bune la ecranarea urmelor sensibile ȘI pot oferi o anumită ocolire capacitate cu un plan „live” dacă utilizați o placă multi-strat. De asemenea, este important să rețineți că, dacă utilizați un cuptor de reflux sau o stație de prelucrare a aerului fierbinte, nu sunt recomandate conexiunile solide ale planului de masă cu componentele pasive, deoarece pot „face piatră funerară” atunci când sunt refluite, deoarece planul de sol are mai multă masă termică. care trebuie încălzit pentru a topi lipirea. Puteți face acest lucru cu siguranță dacă aveți grijă, dar ar trebui să utilizați tampoane cu relief termic sau ceea ce EasyEDA numește „Spokes” pentru a conecta placa de masă a componentei pasive. Placa mea folosește tampoane de relief termic, deși, din moment ce lipesc manual, nu contează în niciun fel.

La disiparea căldurii …

Încărcătorul nostru solar nu ar trebui să disipeze prea multă căldură, chiar și la curentul maxim de 3A (în funcție de siguranță). În cel mai rău caz, rezistența noastră SQJB60EP este de 0,016mOhm la 4,5V la 8A (SQJ974EP în a doua revizuire, la 0,0325mOhm, consultați notele mele la final pentru mai multe informații). Folosind Legea lui Ohms, P = I ^ 2 * R, disiparea noastră de putere este de 0,144 W la 3A (Acum vedeți de ce am folosit MOSFET-uri cu canal N pentru circuitul nostru MPPT și de „diodă” de tensiune inversă). Nici regulatorul nostru de 5V auto nu ar trebui să se disipeze prea mult, deoarece desenăm cel mult câteva zeci de miliamperi. Cu o baterie de 12V sau chiar o baterie de 24V, nu ar trebui să vedem suficiente pierderi de energie pe regulator pentru a fi nevoiți să ne facem griji cu privire la scufundarea căldurii, cu toate acestea, conform notei excelente de aplicare a TI cu privire la această problemă, cea mai mare parte a puterii dvs. s-a risipit, deoarece conduce înapoi în PCB în sine, deoarece este calea cu cea mai mică rezistență. De exemplu, SQJB60EP are o rezistență termică de 3,1C / W la plăcuța de scurgere, în timp ce pachetul de plastic are o rezistență termică de 85C / W. Îndepărtarea căldurii este mult mai eficientă atunci când se face prin PCB în sine, IE - așezând planuri mari și frumoase pentru componentele dvs. care disipă multă căldură (transformând astfel PCB-ul într-un împrăștiere pentru cap), sau direcționând via-uri către partea opusă a plăcii de la un plan mai mic în partea de sus pentru a permite modele mai compacte. (Direcționarea canalelor termice către un plan din partea opusă a plăcii face, de asemenea, posibilă atașarea cu ușurință a radiatorului / slugului în partea din spate a plăcii sau pentru ca această căldură să se disipeze prin planul de sol al altei plăci atunci când este atașat ca modul.) Un mod rapid și murdar de a calcula cât de multă putere puteți disipa în siguranță dintr-o componentă este (Tj - Tamb) / Rθja = Putere. Pentru mai multe informații, vă încurajez să citiți nota aplicației TI.

Și, în sfârșit…

Dacă doriți să aveți proiectul în interiorul unui container, așa cum intenționez să fac așa cum va fi folosit în mod evident în exterior, ar trebui să selectați întotdeauna containerul / cutia înainte de a așeza placa. În cazul meu, am ales EX-51 de la Polycase și mi-am proiectat placa ca atare. De asemenea, am proiectat o placă „panou frontal”, care se conectează la „găurile” încastrate ale intrării solare, sau mai precis, la sloturile (care se potrivesc unei plăci de 1,6 mm grosime). Lipiți-le împreună și sunteți bine să mergeți. Acest panou are conectori impermeabili de la Switchcraft. Nu m-am hotărât dacă voi folosi încă un „panou frontal” sau un „panou posterior”, dar, indiferent, voi avea nevoie și de o „presetupă impermeabilă” pentru intrare sau ieșire, precum și pentru termistorul nostru pentru baterie. În plus, încărcătorul meu poate fi instalat și pe o placă ca un modul (de aici găurile înclinate).

Pasul 2: Obținerea pieselor

Comandarea pieselor dvs. poate fi o sarcină chinuitoare, având în vedere câți furnizori există și având în vedere faptul că piesele mici se vor pierde din când în când (adică rezistențe, condensatori). De fapt, am pierdut rezistențele pentru circuitul de încărcare a bateriei de 24V. Din fericire, nu voi folosi circuitul de încărcare de 24V.

Am ales să-mi comand PCB-ul de la JLCPCB, pentru că este ieftin. De asemenea, au părut să treacă la un proces „capabil să fotografieze”, care lasă serigrafii (și soldermasks) frumoase de la ultima comandă de la ei. Din păcate, acestea nu mai oferă livrare gratuită, deci fie va trebui să așteptați una sau două săptămâni pentru a obține, fie va trebui să plătiți 20 USD + pentru a fi expediat prin DHL … În ceea ce privește componentele mele, am mers cu Arrow, deoarece acestea au transport gratuit. A trebuit să cumpăr termistorul de pe Digikey, deoarece Arrow nu îl avea.

De obicei, pasivele cu dimensiunea 0603 sunt A-OK de lipit. Componentele de dimensiuni 0402 pot fi dificile și se pierd cu ușurință, deci comandați cel puțin de două ori mai mult decât aveți nevoie. Verificați întotdeauna pentru a vă asigura că v-au trimis toate componentele. Acest lucru este important mai ales dacă nu vă consolidează comanda și vă trimit în schimb 20 de cutii diferite prin FedEx.

Pasul 3: Pregătirea …

Pregătirea pentru lipire…. Chiar nu aveți nevoie de atât de multe instrumente pentru a lipi. Un fier de lipit ieftin, cu putere moderată, flux, lipit, pensete și tăieturi, sunt cam tot ce aveți nevoie. Ar trebui să aveți, de asemenea, un extinctor gata și ar trebui să aveți întotdeauna o mască gata pentru a elimina contaminanții din aer, eliminați de flux, care este canceros / toxic.

Pasul 4: Puneți-l împreună

Asamblarea PCB-ului dvs. este foarte simplă. Este destul de mult doar „tin un singur tampon, lipiți un ac în acea filă, apoi„ trageți lipiți”restul de ace”. Nu aveți nevoie de un microscop sau de o stație de prelucrare elegantă pentru a lipi componentele SMD. Nu aveți nevoie nici măcar de o lupă pentru nimic mai mare decât componentele 0603 (și uneori 0402). Asigurați-vă că nu există știfturi punte și că nu aveți articulații reci. Dacă vedeți ceva „amuzant”, puneți un pic de flux pe el și loviți-l cu fierul.

În ceea ce privește fluxul, probabil că ar trebui să utilizați fluxul curat, deoarece este sigur să îl lăsați pe tablă. Din păcate, este o durere să o curățați de pe tablă. Pentru a curăța fluxul „fără curățenie”, scoateți cât mai multe din lucrurile mari cu alcool de frecare de înaltă calitate, cu concentrație peste 90% și un tampon de bumbac. Apoi, spălați-l bine cu o periuță de dinți veche (periuțele electrice vechi / capetele periuței de dinți funcționează frumos). În cele din urmă, încălziți puțină apă distilată pentru o baie cu apă fierbinte. Ați putea folosi un detergent pentru vase dacă doriți (asigurați-vă că nu vă înșurubează în mod regal placa, nu ar trebui să deterioreze conexiunile goale de pe PCB, deoarece detergenții pentru vase sunt proiectați pentru a „atașa” componentele organice prin intermediul hidrofobului acțiunea hidrofobă-hidrofilică este asigurată de structura polar / nepolară / hidrocarbură / alcalină a moleculelor sale și poate fi spălată prin componenta hidrofilică. Într-adevăr, singura problemă este când nu este clătită corect cu apă distilată sau dacă este extrem de corozivă). IFF printr-un miracol, de fapt, eliminați tot fluxul fără curat cu alcool și, probabil, nu o veți putea, puteți sări peste spălarea plăcii toate împreună.

După aproximativ 30 de minute, apa fierbinte ar trebui să spargă restul de reziduuri lipicioase de pe scândură, apoi puteți merge în oraș cu periuța de dinți și puteți scoate restul. Clătiți bine și lăsați-l să se usuce într-un cuptor cu prăjitor de pâine setat la cea mai mică setare sau lăsați-l să se usuce cel puțin 24 de ore în aer liber. În mod ideal, ar trebui să utilizați fie un cuptor cu prăjitor de pâine, fie un pistol ieftin cu aer cald de la Harbor Freight ținut suficient de departe pentru a nu prăji nimic. Ați putea folosi și aer comprimat în același efect.

Ca o notă laterală, aveți grijă când vă periați PCB-urile, deoarece puteți debarasa componentele. Nu trebuie să apăsați foarte tare, suficient cât să introduceți firele între componente.

Pasul 5: Panouri solare …