Solarni 12V SLA polnilnik baterij: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Pred časom sem prišel v posest "limone" vzporednega ATV-ja. Dovolj je reči, da je s tem veliko narobe. V nekem trenutku sem se odločil, da "HEJ, samo zgraditi moram svoj močan polnilnik za sončno baterijo, samo da bo poceni baterija mrtva kot pri vratih napolnjena, medtem ko žarometi delujejo!" Sčasoma se je to razvilo v idejo, da "HEJ, jaz bi moral uporabiti to baterijo za napajanje nekaterih oddaljenih projektov, ki sem jih načrtoval!"

Tako se je rodil polnilnik sončnih baterij "Lead Buddy".

Sprva sem razmišljal o tem, da bi moj dizajn izpeljal iz Sparkfunovega "Sunny Buddy" (od tod tudi ime), vendar sem po naključju opazil, da je komponenta, ki sem jo že uporabljal v drugem projektu, dejansko imela opombo o uporabi kot polnilnik za sončno baterijo (ki sem ga zamudil med brskanjem po podatkovnem listu) - LTC4365 analogne naprave! Nima MPPT -ja, hej, niti Sparkfun -jev "Sunny Buddy" (vsaj tako ali tako ne pravi MPPT …). Torej, kako točno to popravimo? No, dragi bralec, listaš opombe aplikacije !!! Natančneje, Microchipov AN1521 "Praktični vodnik za izvajanje algoritmov MPPT za sončno ploščo". Pravzaprav je zelo zanimivo branje in ponuja več različnih načinov izvajanja nadzora MPPT. Potrebujete le dva senzorja, senzor napetosti (delilnik napetosti) in senzor toka, potrebujete pa točno en izhod. Naključno sem vedel za poseben senzor toka, ki ga je mogoče uporabiti z N-kanalnim MOSFET-om, imenovan IR25750 iz International Rectifier. Zanimivo branje je tudi njihov AN-1199 na IR25750. Nazadnje potrebujemo mikrokrmilnik, da vse povežemo skupaj, in ker potrebujemo le 3 nožice, vnesite ATtiny10!

1. korak: Izbira delov, risanje shem

Zdaj, ko imamo tri primarne dele, moramo začeti izbirati različne druge komponente, ki morajo spremljati naše IC. Naslednja pomembna komponenta so naši MOSFET-ji, za to revizijo (za več informacij o tem glejte zadnji korak) sem se odločil uporabiti DVA SQJB60EP dvojna N-kanalna MOSFET-a. En MOSFET upravlja izključno LTC4365, drugi MOSFET pa je nastavljen tako, da en FET deluje kot "idealna nizkocenovna dioda", namenjena zaščiti povratnega vhoda (če to iščete v googlu, verjetno ne boste našli aplikacijske opombe TI-ja in Maxim-a na to temo, sem moral to poiskati.), drugi FET pa nadzoruje 16-bitni časovnik PWM ATtiny10 (ali katero koli ločljivost, ki jo izberete …). Sledijo naši pasivi, ki jih iskreno ni tako pomembno naštevati. Sestavljeni so iz uporov za programiranje razdelilnikov napetosti/polnilnika in različnih obvodnih/shranjevalnih kondenzatorjev, samo poskrbite, da vaši upori prenesejo moč, ki se skozi njih razprši, in da imajo vaši kondenzatorji razumna temperaturna odstopanja (X5R ali bolje). Pomembno je omeniti, da mora biti zaradi načina izdelave na ploščo pritrjena baterija, da lahko deluje.

LTC4365 sem nastavil za polnjenje 12 ali 24V baterij s preklopom mostička (za zagotavljanje vtiča OV na polnilniku 0,5 V, ko je baterija napolnjena na približno 2,377 V/celico za 12 V baterije). Delilnik napetosti polnilnika je tudi temperaturno kompenziran s pomočjo 5k PTC upora, ki se poveže s ploščo prek 2,54 mm glave in se bo povezal s stransko stranjo baterije s toplotno prevodno lončeno maso ali celo lepilnim trakom. Pri načrtovanju moramo uporabiti tudi nekaj zenerov, in sicer za pogon MOSFET -a z vzvratno napetostjo (kot tudi za napajanje drugega FET -a, če komponent MPPT ne namestite prek mostička) in za zaščito LTC4365 zatiči zaradi prenapetosti. ATtiny10 bomo napajali s 5V avtomobilskim regulatorjem za vhod 40V.

Varovalke…

Ena pomembna stvar, ki jo je treba omeniti, je, da morate pri polnilnikih akumulatorjev vedno imeti varovalke na vhodih in izhodih ter da morate vedno uporabljati zaščito OV na visokotokovnih vhodih (IE-baterija). Nizkotokovni vhodi ne morejo biti hitro implementirani OVP (IE-vezja), saj pogosto ne morejo proizvesti dovolj toka za izklop odklopnika/varovalke. To lahko privede do usodne situacije, ko se bo vaš TRIAC/SCR začel pregrevati, kar bi lahko povzročilo okvaro, poškodovanje vaših komponent ali povzročitev eksplozije vašega projekta. Morate biti sposobni napajati dovolj toka, da lahko pravočasno pregorete varovalko (kar lahko naredi naša 12V baterija). Kar zadeva varovalke, sem se odločil, da grem z 0453003. MR pri Littlefuse. To je fantastična varovalka v zelo majhnem SMD paketu. Če se odločite za večje varovalke, kot so varovalke 5x20 mm, PROSIMO, ZA LJUBEZEN NA VSE VIŠJE KOT MOLITE … Ne uporabljajte steklenih varovalk. Steklene varovalke se lahko med udarcem zdrobijo in pošiljajo delce vroče staljene kovine in ostro steklo po vsej deski, pri tem pa nastanejo vse vrste poškodb. VEDNO uporabljajte keramične varovalke, večina jih je napolnjenih s peskom, tako da ob pihanju ne ocvrtijo vaše deske ali vaše hiše (da ne omenjam, da bi morala tudi sama keramika pomagati pri zaščiti, podobno kot uporabljeni keramični oklep) za zaščito sodobnih bojnih vozil pred oblikovanimi nabojnimi glavami/ resnično vroči curki plazme). Sposobnost "videti" tisto žico v varovalki (ki je morda ne boste mogli videti, še posebej, če ste skoraj slepi) ni vredno imeti tlečega kupa oglja tam, kjer je bila nekoč vaša hiša. Če morate preizkusiti varovalko, z multimetrom preverite njen upor.

ESD zaščita

Davno so minili časi, ko smo se za zaščito svojih elektronskih projektov zanašali izključno na drage varistorje v vrednosti 5-10 USD. VEDNO vstavite diode TVS ali Transient Voltage Supression. Dobesedno ni razloga, da tega ne storite. Vsak vhod, zlasti vhod sončne celice, je treba zaščititi pred ESD. V primeru udara strele v bližini vaših sončnih kolektorjev/katere koli napeljave žice lahko ta majhna dioda TVS v kombinaciji z varovalko prepreči, da bi se vaš projekt poškodoval zaradi kakršnega koli ESD/EMP (kar je strela) stavka je, nekako …). Niso niti približno tako trpežni kot MOV, vendar zagotovo lahko večino časa opravijo delo.

Kar nas pripelje do naslednje točke, Spark gaps. "Kaj so iskrice?!?" No, iskrice so v bistvu le sled, ki se razteza v ozemljitveno ravnino z enega od vaših vhodnih zatičev, na katerem je spajkalna maska odstranjena z njega in z lokalne ozemljitvene ravnine ter je izpostavljena odprtemu zraku. Preprosto povedano, omogoča, da se ESD obrne naravnost v vašo ozemljitveno ravnino (pot najmanjšega upora) in upajmo, da bo prihranil vaše vezje. Dodajanje ne stane ničesar, zato jih morate vedno dodati, kjer lahko. Izračunate lahko razdaljo, ki jo potrebujete med sledom in ozemljitveno ravnino, da zaščitite nekaj napetosti s pomočjo Paschenovega zakona. Ne bom razpravljal o tem, kako to izračunati, ampak dovolj je reči, da je priporočljivo splošno poznavanje računa. V nasprotnem primeru bi morali biti v redu s 6-10 milil prostora med sledom in zemljo. Priporočljiva je tudi uporaba zaokrožene sledi. Oglejte si sliko, ki sem jo objavil, za idejo o tem, kako jo uresničiti.

Zemeljska letala

Nobenega razloga ni, da v večini elektronskih projektov ne bi uporabili enega velikega tla. Poleg tega je zelo potratno, če ne uporabljate zmlete zemlje, saj bo treba ves ta baker jedkati. Za baker že plačujete, morda pa tudi ne bi onesnažil vodnih poti Kitajske (ali kjer koli) in ga dobro izkoristil kot svojo zemeljsko letalo. Izvaljeni izlivi imajo zelo omejeno uporabo v sodobni elektroniki in se le redko, če sploh kdaj več uporabljajo v ta namen, saj imajo mešanice iz trdnih tal domnevno boljše lastnosti za visokofrekvenčne signale, da ne omenjam, da so boljši pri zaščiti občutljivih sledi IN lahko zagotovijo nekaj obvoda kapacitivnost z "živo" ravnino, če uporabljate večplastno ploščo. Pomembno je tudi omeniti, da če uporabljate peč za ponovno polnjenje ali postajo za predelavo vročega zraka, povezave s trdno ozemljitveno ravnino s pasivnimi komponentami niso priporočljive, saj lahko pri ponovnem polnjenju "nagrobnik", saj ima talna plošča večjo toplotno maso ga je treba segreti, da se spajka stopi. Vsekakor lahko to storite, če ste previdni, vendar uporabite toplotne blazinice ali tisto, kar EasyEDA imenuje "žlice" za priključitev ozemljitvene ploščice vaše pasivne komponente. Moja plošča uporablja termične blazinice, čeprav to ni pomembno tako, ker spajkam ročno.

Pri odvajanju toplote …

Naš sončni polnilnik ne bi smel odvajati preveč toplote, tudi pri največjem načrtovanem toku 3A (odvisno od varovalke). V najslabšem primeru je naš upor SQJB60EP 0,016 mOhm pri 4,5 V pri 8A (SQJ974EP v drugi reviziji pri 0,0325 mOhm, za več informacij glejte moje opombe na koncu). Z Ohmovim zakonom, P = I^2 * R, je naša razpršitev moči 0,144 W pri 3A (Zdaj vidite, zakaj sem uporabil N -kanalne MOSFET -e za naše vezje "diode" z obratno napetostjo). Tudi avtomobilski regulator 5V se ne bi smel preveč razpršiti, saj črpamo le nekaj deset miliamperov. Z 12V ali celo 24V baterijo ne bi smeli videti dovolj izgube energije na regulatorju, da bi res morali skrbeti, da ga bo toplota potopila, vendar se po odlični opombi TI o tem vprašanju večina vaše energije razprši, saj bo toplota vrniti v tiskano vezje, saj je to pot najmanjšega upora. Na primer, naš SQJB60EP ima toplotno upornost 3,1C/W proti odtočni blazinici, medtem ko ima plastična embalaža toplotno upornost 85C/W. Toplotni potop je veliko učinkovitejši, če ga izvedete prek samega tiskanega vezja, IE- postavitev lepih velikih ravnin za vaše komponente, ki odvajajo veliko toplote (s tem pretvorite tiskano vezje v razdelilnik glave) ali usmerjanje prehodov na nasprotno stran plošče manjša ravnina na vrhu, ki omogoča kompaktnejše zasnove. (Usmerjanje toplotnih vias v ravnino na nasprotni strani plošče omogoča tudi enostavno pritrditev hladilnika/polža na zadnjo stran plošče ali pa, da se ta toplota razprši skozi ozemljitveno ravnino druge plošče, če je pritrjena kot modul.) En hiter in umazan način lahko izračunate, koliko moči lahko varno razpršite s komponente (Tj - Tamb) / Rθja = Moč. Za več informacij vas toplo priporočam, da preberete opombo o aplikaciji TI.

In končno…

Če želite, da je vaš projekt v posodi, kot jo nameravam narediti, saj se bo očitno uporabljala zunaj, morate pred polaganjem deske vedno izbrati svojo posodo/škatlo. V mojem primeru sem izbral Polycaseov EX-51 in tako oblikoval svojo ploščo. Zasnoval sem tudi ploščo za "sprednjo ploščo", ki se poveže s kasteliranimi "luknjami" solarnega vhoda ali natančneje režami (ki ustrezajo plošči debeline 1,6 mm). Spajajte jih skupaj in dobro je, da greste. Ta plošča ima vodoodporne priključke podjetja Switchcraft. Nisem se še odločil, ali bom uporabil "sprednjo ploščo" ali "zadnjo ploščo", vendar ne glede na to bom potreboval "vodotesno kabelsko uvodnico" za vhod ali izhod, pa tudi za naš akumulatorski termistor. Poleg tega je moj polnilnik lahko nameščen tudi na ploščo kot modul (zato kastelirane luknje).

2. korak: Pridobite svoje dele

Naročanje vaših delov je lahko mučna naloga, glede na to, koliko prodajalcev je, in glede na dejstvo, da se občasno izgubijo majhni deli (npr. Upori, kondenzatorji). Pravzaprav sem izgubil upore za 24V polnilno vezje baterije. Na srečo ne bom uporabljal 24V polnilnega tokokroga.

Odločil sem se, da bom PCB naročil pri JLCPCB, ker je umazanija poceni. Zdelo se je tudi, da so prešli na postopek, ki omogoča "fotografiranje slik", kar pušča lepe hrustljave svilene zaslone (in spajkalne maske), odkar sem pri njih nazadnje naročil. Na žalost ne ponujajo več brezplačne pošiljke, zato boste morali počakati en ali dva tedna, da jo dobite, ali pa boste morali plačati 20 USD+, da bo odpremljena prek DHL … Kar se tiče mojih komponent, sem se odločil za Arrow, saj imajo brezplačno pošiljanje. Moral sem kupiti samo termistor od Digikeyja, saj ga Arrow ni imel.

Običajno so pasivi velikosti 0603 A-OK za spajkanje. Sestavni deli velikosti 0402 so lahko težki in se zlahka izgubijo, zato naročite vsaj dvakrat več, kot potrebujete. Vedno preverite, ali so vam poslali vse komponente. To je še posebej pomembno, če ne združijo vašega naročila in vam namesto tega pošljejo 20 različnih škatel prek FedExa.

3. korak: Priprava …

Priprava na spajkanje … Za spajkanje res ne potrebujete toliko orodij. Poceni spajkalnik, fluks, spajkanje, pinceta in odrezki z zmerno močjo so skoraj vse, kar potrebujete. MORAJTE imeti tudi pripravljen gasilni aparat, VEDNO pa morate imeti pripravljeno masko za filtriranje onesnaževal v zraku, ki jih odstranjuje tok, ki je rak/strupen.

4. korak: Sestavite skupaj

Sestavljanje tiskanega vezja je zelo preprosto. To je skoraj samo "kosite eno blazinico, spajajte en zatič na ta jeziček, nato pa preostale zatiče" povlecite ". Za spajkanje komponent SMD ne potrebujete mikroskopa ali domiselne predelave. Povečevalnega stekla niti ne potrebujete za nič večjega od 0603 (in včasih 0402) sestavnih delov. Prepričajte se le, da ni premostljenih zatičev in da nimate hladnih spojev. Če vidite kaj "smešnega", nanj nanesite malo fluksa in ga udarite z železom.

Kar zadeva fluks, bi verjetno morali uporabiti čistilo brez čistke, saj je varno, da ga pustite na deski. Na žalost je bolečina, da ga dejansko očistite s plošče. Če želite očistiti fluks "brez čiščenja", odstranite čim več velikih stvari z nekaj visokokakovostnega alkohola, koncentracijo nad 90% in vato. Nato ga dobro očistite s staro zobno ščetko (stare električne zobne ščetke/glave zobnih ščetk delujejo odlično). Na koncu segrejte nekaj destilirane vode za kopel s toplo vodo. Če želite, lahko uporabite nekaj detergenta za posodo (pazite le, da vam ne bo kraljevsko privil deske, da ne poškoduje golih povezav na tiskanem vezju, saj so detergenti za posodo "pritrjeni" na organske sestavine s pomočjo hidrofobnih sestavina mila. Hidrofobno-hidrofilno delovanje zagotavlja polarna/nepolarna ogljikovodikova/alkalna struktura njegovih molekul in se lahko spere s hidrofilno komponento. Resnično je edino vprašanje, če se ne spere pravilno z destilirano vodo ali če je zelo jedka). IFF po nekem čudežu z alkoholom v resnici odstraniš ves čist tok, česar pa verjetno ne boš, lahko celo pranje deske preskočiš.

Po približno 30 minutah bi morala vroča voda razbiti preostanek lepljivih ostankov na deski, nato pa lahko z zobno ščetko odidete v mesto in odstranite preostanek. Dobro sperite in pustite, da se posuši v opekaču za kruh, nastavljenem na najnižjo nastavitev, ali pustite, da se posuši vsaj 24 ur na prostem. V idealnem primeru bi morali uporabiti opekač za kruh ali poceni pištolo z vročim zrakom iz pristanišča Harbour Freight, ki je dovolj oddaljena, da ne ocvrete ničesar. Na enak način lahko uporabite tudi stisnjen zrak.

Kot stransko opozorilo bodite previdni pri ščetkanju tiskanih vezij, saj lahko sestavine zrahljate. Ni vam treba pritisniti zelo močno, dovolj je, da se ščetine vstavijo med komponente.

5. korak: Sončni paneli …