Solar 12V SLA Pil Şarj Cihazı: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bir süre önce, yan yana bir ATV'nin "Limonuna" sahip oldum. Söylemek yeterli, bunda çok fazla yanlış var. Bir noktada, "HEY, sadece farlar çalışırken ucuz bir kapı çivisi kadar ölü pili şarj etmek için kendi yüksek güçlü güneş pili şarj cihazımı inşa etmeliyim!" Diye karar verdim. Sonunda bu, "HEY, planladığım bazı uzak projelere güç sağlamak için o pili kullanmalıyım!" fikrine dönüştü.

Böylece "Lead Buddy" güneş pili şarj cihazı doğdu.

Başlangıçta, tasarımımı Sparkfun'un "Sunny Buddy"sinden türetmeye baktım (ismi buradan aldım), ancak şans eseri, zaten başka bir projede kullandığım bir bileşenin aslında kullanımla ilgili bir uygulama notu olduğunu fark ettim. bir güneş pili şarj cihazı olarak (daha önce veri sayfasını gözden geçirirken kaçırmıştım) - Analog Cihazın LTC4365'i! MPPT'si yok, ama hey, Sparkfun'un "Sunny Buddy"si de yok (en azından gerçek MPPT değil…). Peki, bunu tam olarak nasıl düzeltebiliriz? Pekala, sevgili okuyucu, uygulama notlarına bakıyorsun!!! Spesifik olarak, Microchip'in AN1521 "Güneş Paneli MPPT Algoritmalarını Uygulamak İçin Pratik Kılavuz". Aslında oldukça ilginç bir okumadır ve size MPPT kontrolünü uygulamak için birçok farklı yöntem sunar. Yalnızca iki sensöre, bir voltaj sensörüne (voltaj bölücü) ve bir akım sensörüne ihtiyacınız var ve tam olarak bir çıkışa ihtiyacınız var. Uluslararası Doğrultucu'dan IR25750 adlı N-Kanal MOSFET ile kullanılabilecek özel bir akım sensörü hakkında bilgi sahibi oldum. IR25750 üzerindeki AN-1199'ları da ilginç bir okumadır. Son olarak, her şeyi birbirine bağlamak için bir mikro denetleyiciye ihtiyacımız var ve sadece 3 pime ihtiyacımız olduğu için ATtiny10'a girin!

Adım 1: Parça Seçimi, Şema Çizimi

Artık 3 ana parçamız olduğuna göre, IC'lerimize eşlik etmesi gereken diğer çeşitli bileşenleri seçmeye başlamalıyız. Bir sonraki önemli bileşenimiz, özellikle bu revizyon için MOSFET'lerimizdir (bunun hakkında daha fazla bilgi için son adıma bakın), İKİ SQJB60EP Çift N-Kanal MOSFET kullanmayı seçtim. Bir MOSFET yalnızca LTC4365 tarafından kontrol edilir ve diğer MOSFET, bir FET'in ters giriş koruması için tasarlanmış "ideal düşük taraf diyot" görevi görecek şekilde kurulur (bunu google'da ararsanız, muhtemelen bulamayacaksınız). TI ve Maxim'den konuyla ilgili uygulama notları, bunun için kazmak zorunda kaldım.), diğer FET ise ATtiny10'un 16 bit PWM zamanlayıcısı (veya hangi çözünürlüğü seçerseniz seçin…) tarafından kontrol edilir. Sırada, dürüstçe listelenmesi o kadar da önemli olmayan pasiflerimiz geliyor. Voltaj bölücüler/şarj cihazı programlaması için dirençler ve çeşitli baypas/depolama kapasitörlerinden oluşurlar, sadece dirençlerinizin bunlar üzerinden harcanan gücü kaldırabildiğinden ve kapasitörlerinizin makul sıcaklık toleranslarına (X5R veya daha iyisi) sahip olduğundan emin olun. Bunun nasıl tasarlandığından dolayı, çalışabilmesi için karta bir pil TAKILMASI GEREKİR.

LTC4365'i bir jumper değiştirerek 12 veya 24V pilleri şarj edebilecek şekilde ayarladım (pil 12V piller için yaklaşık 2.387V/hücre şarj edildiğinde şarj cihazındaki OV pinini 0,5V sağlamak için). Şarj cihazı voltaj bölücü ayrıca, 2,54 mm'lik bir başlık aracılığıyla karta bağlanan ve pilin yanına termal olarak iletken çömlek bileşimi veya hatta koli bandı ile bağlanan 5k'lik bir PTC direnci aracılığıyla sıcaklık telafi edilir. Ayrıca tasarım boyunca birkaç zener kullanmamız gerekiyor, yani ters voltajlı MOSFET'i sürmek (ayrıca MPPT bileşenlerini bir jumper pedi aracılığıyla kurmamanız durumunda diğer FET'e güç sağlamak) ve LTC4365'leri korumak için. aşırı gerilimden pinler. ATtiny10'a 40V giriş için derecelendirilmiş 5V otomotiv regülatörü ile güç sağlayacağız.

Sigortalar…

Dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta, akü şarj cihazları söz konusu olduğunda DAİMA giriş ve çıkışlarınızda sigorta bulundurmanız ve DAİMA yüksek akım girişlerinde (IE-akü) OV koruması kullanmanız gerektiğidir. Düşük akım girişleri, genellikle bir kesiciyi/sigortayı devreye sokmak için yeterli akım üretemedikleri için, OVP'yi (IE-levye devreleri) kolayca uygulayamazlar. Bu, TRIAC/SCR'nizin aşırı ısınmaya başlayacağı, potansiyel olarak başarısız olacağı ve hatta bileşenlerinin hasar görmesine veya projenizin alevler içinde patlamasına neden olacağı ölümcül bir duruma yol açabilir. Sigortayı zamanında patlatmak için yeterli akımı sağlayabilmeniz gerekir (12V pilimiz bunu yapabilir). Sigortalara gelince, Littlefuse'un 0453003. MR modelini kullanmaya karar verdim. Çok küçük bir SMD paketinde harika bir sigorta. 5x20mm sigortalar gibi daha büyük sigortaları tercih etmeye karar verirseniz, LÜTFEN YÜKSEKLERİNİZİN SEVGİSİ İÇİN DUA EDİN….. Cam sigorta kullanmayın. Cam sigortalar patladıklarında parçalanabilir ve bu işlem sırasında her türlü hasarı yaparak tahtanızın her yerine sıcak erimiş metal ve keskin cam parçaları gönderir. DAİMA seramik sigortalar kullanın, çoğu kumla doldurulur, böylece patladıklarında tahtanızı veya evinizi kızartmazlar (kullanılan seramik zırha benzer şekilde seramiğin kendisinin de korumaya yardımcı olması gerektiğinden bahsetmiyorum bile) modern savaş araçlarını şekilli yük savaş başlıklarından/ GERÇEKTEN SICAK PLAZMA JETLERİNDEN korumak için). Sigortanızdaki o küçük kabloyu "görebilmek" (ki, özellikle neredeyse körseniz zaten göremeyebilirsiniz), eskiden evinizin olduğu yerde için için yanan bir kömür yığınına sahip olmaya değmez. Sigortanızı test etmeniz gerekiyorsa, direncini kontrol etmek için bir multimetre kullanın.

ESD koruması

Elektronik projelerimizi korumak için yalnızca 5-10$'lık pahalı varistörlere güvendiğimiz günler geride kaldı. DAİMA bazı TVS veya Geçici Gerilim Bastırma diyotları atmalısınız. Kelimenin tam anlamıyla olmaması için hiçbir sebep yok. Herhangi bir giriş, özellikle bir güneş paneli girişi, ESD'den korunmalıdır. Güneş panellerinizin/herhangi bir kablo gerilmesinin yakınında bir yıldırım düşmesi durumunda, bir sigorta ile birlikte bu küçük TVS diyotu, projenizin herhangi bir ESD/EMP'den (ki bu bir yıldırım) zarar görmesini önleyebilir. grev, sorta….). Neredeyse MOV'lar kadar dayanıklı değiller, ancak işi çoğu zaman kesinlikle yapabilirler.

Bu da bizi bir sonraki öğemiz olan Kıvılcım boşluklarına getiriyor. "Kıvılcım boşlukları nedir?!?" Eh, kıvılcım boşlukları aslında sadece giriş pinlerinizden birinden bir toprak düzlemine uzanan, lehim maskesinin ondan ve yerel toprak düzleminden çıkarıldığı ve açık havaya maruz kalan bir izdir. Basitçe söylemek gerekirse, ESD'nin doğrudan yer düzleminize (en az dirençli yol) yay yapmasını sağlar ve umarım devrenizi kurtarır. Eklemek için kesinlikle hiçbir maliyeti yoktur, bu yüzden onları her zaman mümkün olan yere eklemelisiniz. Paschen Yasası ile bir miktar voltajı korumak için iziniz ile yer düzlemi arasında ihtiyacınız olan mesafeyi hesaplayabilirsiniz. Bunun nasıl hesaplanacağını tartışmayacağım, ancak genel bir kalkülüs bilgisinin tavsiye edildiğini söylemek yeterli. Aksi takdirde, iz ve zemin arasında 6-10mil boşluk bırakmalısınız. Yuvarlak bir iz kullanılması da tavsiye edilir. Nasıl uygulanacağına dair bir fikir için gönderdiğim resme bakın.

yer uçakları

Çoğu elektronik projesinde büyük bir zemin dökümü kullanmamak için hiçbir neden yoktur. Ayrıca, tüm bu bakırın kazınması gerekeceğinden, toprak dökümlerini kullanmamak son derece israftır. Bakır için zaten para ödüyorsunuz, Çin'in su yollarını (veya herhangi bir yerde) kirletmesine izin vermeyebilir ve onu yer uçağınız olarak iyi bir şekilde kullanabilirsiniz. Taranmış dökmelerin modern elektronikte çok sınırlı kullanımları vardır ve katı zemin dökülmelerinin yüksek frekanslı sinyaller için daha iyi niteliklere sahip oldukları iddia edildiğinden, hassas izleri korumada daha iyi olduklarından VE bazı baypas sağlayabildiklerinden bahsetmiyoruz, çünkü artık bu amaçla kullanılıyorsa nadiren kullanılır. çok katmanlı bir tahta kullanıyorsanız "canlı" bir düzlemle kapasitans. Ayrıca, bir yeniden akış fırını veya bir sıcak hava yeniden işleme istasyonu kullanıyorsanız, yer düzlemi daha fazla termal kütleye sahip olduğundan, yeniden akışa alındığında "mezar taşı" olabileceğinden, pasif bileşenlere katı zemin düzlemi bağlantılarının önerilmediğini de belirtmek önemlidir. Lehimin erimesi için ısıtılması gerekir. Dikkatli olursanız kesinlikle yapabilirsiniz, ancak pasif bileşeninizin zemin pedini bağlamak için termal kabartma pedleri veya EasyEDA'nın "Spokes" dediği şeyi kullanmalısınız. Kartımda termal rölyef pedleri kullanılıyor, ancak elle lehimleme yaptığım için her iki şekilde de gerçekten önemli değil.

Isı dağılımı hakkında…

Solar şarj cihazımız, tasarlanan maksimum 3A akımında bile (sigortaya bağlı olarak) çok fazla ısı yaymamalıdır. En kötü ihtimalle, SQJB60EP'imizin direnci 8A'da 4.5V'de 0.016mOhm'dur (ikinci revizyonumda SQJ974EP, 0.0325mOhm'da, daha fazla bilgi için sondaki notlarıma bakın). Ohm Yasasını kullanarak, P=I^2 * R, güç tüketimimiz 3A'da 0.144W'dir (Şimdi MPPT ve ters voltaj "diyot" devremiz için neden N kanallı MOSFET kullandığımı görüyorsunuz). Otomotiv 5V regülatörümüz de çok fazla dağılmamalı, çünkü sadece en fazla birkaç düzine miliamper çekiyoruz. 12V, hatta 24V pil ile, regülatörde gerçekten ısınma konusunda endişelenmek zorunda kalacak kadar güç kaybı görmemeliyiz, ancak TI'nin konuyla ilgili mükemmel uygulama notuna göre, gücünüzün çoğu ısı olarak dağılır. en az dirençli yol olduğu için PCB'nin kendisine geri iletin. Örnek olarak, SQJB60EP ürünümüz drenaj pedine 3,1C/W termal dirence sahipken, plastik ambalaj 85C/W termal dirence sahiptir. Isı emici, PCB'nin kendisi aracılığıyla yapıldığında çok daha etkilidir, IE- bileşenleriniz için çok fazla ısı yayan (böylece PCB'nizi bir kafa dağıtıcıya dönüştüren) güzel büyük düzlemler düzenler veya bir Daha kompakt tasarımlara izin vermek için üstte daha küçük düzlem. (Termal yolların kartın karşı tarafındaki bir düzleme yönlendirilmesi, aynı zamanda, kartın arka tarafına bir soğutucu/sümüklü böcek parçasının kolayca takılmasını veya bir panel olarak takıldığında bu ısının başka bir kartın zemin düzlemi boyunca dağılmasını sağlar. modülü.) Bir bileşenden ne kadar güç harcayabileceğinizi hesaplamanın hızlı ve kirli bir yolu (Tj - Tamb) / Rθja = Güç'tür. Daha fazla bilgi için TI'nin uygulama notunu okumanızı şiddetle tavsiye ederim.

Ve sonunda…

Eğer projenizi dışarıda kullanmayı planladığım gibi bir konteynerin içinde yapmak istiyorsanız, tahtanızı yerleştirmeden önce her zaman konteynerinizi/kutunuzu seçmelisiniz. Benim durumumda Polycase'in EX-51'ini seçtim ve kartımı bu şekilde tasarladım. Ayrıca güneş enerjisi girişinin mazgallı "deliklerine" veya daha doğrusu yuvalara (1.6 mm kalınlığında bir panoya uyan) bağlanan bir "ön panel" panosu tasarladım. Onları birbirine lehimleyin ve gitmeye hazırsınız. Bu panel, Switchcraft'tan su geçirmez konektörlere sahiptir. Henüz bir "ön panel" mi yoksa "arka panel" mi kullanacağıma karar vermedim, ancak ne olursa olsun, pil termistörümüzün yanı sıra giriş veya çıkış için de bir "su geçirmez kablo rakoruna" ihtiyacım olacak. Ek olarak, şarj cihazım modül olarak bir panoya da takılabilir (dolayısıyla mazgallı delikler).

2. Adım: Parçalarınızı Alma

Kaç tane satıcı olduğu ve zaman zaman küçük parçaların (yani dirençler, kapasitörler) kaybolacağı düşünüldüğünde, parçalarınızı sipariş etmek zor bir iş olabilir. Aslında, 24V akü şarj devresi için dirençleri kaybettim. Neyse ki 24V şarj devresini kullanmayacağım.

Kiri ucuz olduğu için PCB'mi JLCPCB'den sipariş etmeyi seçtim. Ayrıca, onlardan en son sipariş ettiğimden beri güzel net serigrafiler (ve lehim maskeleri) bırakan "fotoğraf görüntüsüne uygun" bir sürece geçiyor gibi görünüyorlar. Ne yazık ki, artık ücretsiz kargo hizmeti vermiyorlar, bu yüzden ya almak için bir ya da iki hafta beklemeniz gerekecek ya da DHL ile gönderilmesi için 20$+ ödemeniz gerekecek…. Bileşenlerime gelince, ücretsiz kargoları olduğu için Arrow ile gittim. Arrow'da olmadığı için sadece Digikey'den termistör satın almak zorunda kaldım.

Tipik olarak, 0603 boyutlu pasifler lehimlemeye uygundur. 0402 boyutlu bileşenler zor olabilir ve kolayca kaybolabilir, bu nedenle ihtiyacınız olanın en az iki katını sipariş edin. Size tüm bileşenlerinizi gönderdiklerinden emin olmak için her zaman kontrol edin. Bu, siparişinizi konsolide etmezlerse ve bunun yerine size FedEx aracılığıyla 20 farklı kutu gönderirlerse özellikle önemlidir.

Adım 3: Hazırlanmak…

Lehimlemeye hazırlanıyor…. Lehimlemek için gerçekten o kadar çok alete ihtiyacınız yok. Ucuz, orta güçte bir havya, lehim, lehim, cımbız ve makas, ihtiyacınız olan her şey. Ayrıca hazırda bir yangın söndürücü bulundurmanız GEREKİR ve DAİMA, kanserli/toksik olan akı tarafından yayılan havadaki kirleticileri filtrelemek için hazır bir maskeniz olmalıdır.

Adım 4: Bir araya getirmek

PCB'nizi monte etmek gerçekten basittir. Hemen hemen "kalay bir ped, bir pimi o sekmeye lehimleyin, ardından pimlerin geri kalanını 'lehimi sürükleyin'". SMD bileşenlerini lehimlemek için bir mikroskoba veya süslü bir yeniden işleme istasyonuna ihtiyacınız yoktur. 0603 (ve bazen 0402) bileşenlerinden daha büyük herhangi bir şey için büyüteç bile gerekmez. Sadece köprülü pimler olmadığından ve soğuk bağlantılarınız olmadığından emin olun. "Komik" bir şey görürseniz, üzerine biraz akı koyun ve ütüyle vurun.

Akı söz konusu olduğunda, tahtanızda bırakmak güvenli olduğu için muhtemelen temiz olmayan akı kullanmalısınız. Ne yazık ki, onu tahtanızdan temizlemek gerçekten acı verici. 'Temizlenmeyen' eritkeni temizlemek için, %90'ın üzerinde konsantrasyonda yüksek dereceli ovma alkolü ve pamuklu çubukla mümkün olduğunca büyük parçalardan kurtulun. Ardından, eski bir diş fırçasıyla iyice fırçalayın (eski elektrikli diş fırçaları/diş fırçası başlıkları çok güzel çalışır). Son olarak, sıcak su banyosu için biraz damıtılmış su ısıtın. İsterseniz biraz bulaşık deterjanı kullanabilirsiniz (sadece tahtanızı asil bir şekilde vidalaymayacağından emin olun, bulaşık deterjanları hidrofobik aracılığıyla organik bileşenlere "bağlanacak" şekilde tasarlandığından PCB'nizdeki herhangi bir çıplak bağlantıya zarar vermemelidir. sabunun bileşeni. Hidrofobik-hidrofilik etki, moleküllerinin polar/polar olmayan hidrokarbon/alkali yapısı tarafından sağlanır ve hidrofilik bileşeni ile yıkanabilir. Gerçekten tek sorun, düzgün durulanmamasıdır. distile su ile veya aşırı derecede aşındırıcı ise). IFF, bir mucize eseri, alkolle temiz olmayan akıntının tamamını gerçekten alıyorsunuz ve muhtemelen yapmayacaksınız, tahtanızı hep birlikte yıkamayı atlayabilirsiniz.

Yaklaşık 30 dakika sonra, sıcak su tahtanızdaki kalan yapışkan kalıntıları parçalamalıdır, sonra diş fırçanızla şehre gidip kalanını çıkarabilirsiniz. İyice durulayın ve en düşük ayara ayarlanmış bir tost makinesinde kurumaya bırakın veya en az 24 saat açık havada kurumaya bırakın. İdeal olarak, ya bir tost makinesi fırını ya da hiçbir şeyi kızartmamak için yeterince uzakta tutulan Harbour Freight'ten ucuz bir sıcak hava tabancası kullanmalısınız. Aynı etki için basınçlı hava da kullanabilirsiniz.

Bir yan not olarak, PCB'lerinizi fırçalarken dikkatli olun, çünkü bileşenleri gevşetebilirsiniz. Çok sert bastırmanıza gerek yok, sadece bileşenlerin arasına kılları sokmaya yetecek kadar.

Adım 5: Güneş Panelleri…