Solar 12V SLA Battery Charger: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Beberapa waktu yang lalu, saya mendapat "Lemon" ATV bersebelahan. Cukup untuk mengatakan, terdapat BANYAK yang salah dengannya. Pada suatu ketika, saya memutuskan bahawa "HEY, saya harus membina pengecas bateri solar berkuasa tinggi saya sendiri hanya untuk memastikan bateri kuku mati-seperti-pintu-pintu yang murah tetap diisi semasa lampu depan sedang berjalan!" Akhirnya itu berkembang menjadi gagasan bahawa "HEY, saya harus menggunakan sebilangan besar bateri untuk menghidupkan beberapa projek terpencil yang telah saya rancangkan!"

Oleh itu, lahirlah pengecas bateri solar "Lead Buddy".

Pada mulanya, saya melihat mengeluarkan reka bentuk saya dari "Sunny Buddy" Sparkfun (oleh itu saya mendapat nama), tetapi secara kebetulan, saya menyedari bahawa komponen yang saya sudah gunakan dalam projek lain, sebenarnya mempunyai nota aplikasi yang digunakan sebagai pengecas bateri solar (yang saya terlepas semasa meneliti lembar data sebelumnya) - Analog Device LTC4365! Ia tidak mempunyai MPPT, tapi hei, tidak juga "Sunny Buddy" Sparkfun (paling tidak tidak benar MPPT …). Jadi, bagaimana sebenarnya kita membetulkannya? Nah, pembaca yang dikasihi, anda melihat melalui nota aplikasi !!! Secara khusus, Microchip AN1521 "Panduan Praktikal untuk Melaksanakan Algoritma MPPT Panel Suria". Ini sebenarnya sangat menarik, dan memberi anda pelbagai kaedah untuk melaksanakan kawalan MPPT. Anda hanya memerlukan dua sensor, sensor voltan (pembahagi voltan), dan sensor arus, dan anda memerlukan tepat satu output. Saya kebetulan mengetahui tentang sensor arus khas yang dapat digunakan dengan N-Channel MOSFET, yang disebut IR25750 dari International Rectifier. AN-1199 mereka pada IR25750 juga merupakan bacaan yang menarik. Akhirnya, kita memerlukan mikrokontroler untuk menghubungkan semuanya, dan kerana kita hanya memerlukan 3 pin, masukkan ATtiny10!

Langkah 1: Memilih Bahagian, Melukis Skema

Sekarang kita mempunyai 3 bahagian utama, kita mesti mula memilih pelbagai komponen lain yang perlu menyertai IC kita. Komponen penting kami yang seterusnya adalah MOSFET kami, khususnya, untuk semakan ini (lihat langkah terakhir untuk maklumat lebih lanjut mengenai hal itu), saya memilih untuk menggunakan DUA MQFET Dual N-Channel SQJB60EP. Satu MOSFET dikendalikan secara eksklusif oleh LTC4365, dan MOSFET yang lain disiapkan sehingga satu FET bertindak sebagai "diod sisi rendah yang ideal" yang bertujuan untuk perlindungan input terbalik (Jika anda mencarinya di google, kemungkinan anda tidak akan hadir dengan nota aplikasi dari TI dan Maxim mengenai perkara ini, saya terpaksa mencarinya.), sementara FET lain dikendalikan oleh pemasa PWM 16-bit ATtiny10 (atau resolusi apa pun yang anda pilih…). Selanjutnya, pasif kami, yang sebenarnya tidak begitu penting untuk disenaraikan. Mereka terdiri daripada perintang untuk pembahagi voltan / pengaturcara pengecas, dan pelbagai kapasitor pintas / penyimpanan, pastikan perintang anda dapat mengendalikan daya yang dilaluinya, dan bahawa kapasitor anda mempunyai toleransi suhu yang wajar (X5R atau lebih baik). Penting untuk diperhatikan, bahawa kerana cara ini dirancang, bateri HARUS dipasang ke papan agar berfungsi.

Saya telah menyiapkan LTC4365 agar dapat mengecas bateri 12 atau 24V dengan menukar jumper (untuk menyediakan pin OV pada pengecas dengan 0.5V ketika bateri diisi sekitar 2.387V / sel untuk bateri 12V). Pembahagi voltan pengecas juga suhu dikompensasikan melalui perintang PTC 5k yang menghubungkan ke papan melalui header 2.54mm dan akan menyambung ke sisi bateri dengan sebatian pot konduktif termal, atau pita saluran. Kita juga mesti menggunakan beberapa zener sepanjang reka bentuk, iaitu untuk menggerakkan MOSFET voltan terbalik (serta membekalkan kuasa ke FET lain sekiranya anda tidak memasang komponen MPPT melalui jumper pad) dan untuk melindungi LTC4365 pin dari voltan berlebihan. Kami akan menghidupkan ATtiny10 dengan pengatur automotif 5V dinilai untuk input 40V.

Sekering…

Satu perkara penting yang perlu diperhatikan, adalah bahawa anda harus SELALU mempunyai sekering pada input dan output anda ketika datang ke pengecas bateri, dan anda harus SELALU menggunakan perlindungan OV pada input arus tinggi (bateri IE). Input arus rendah tidak dapat dilaksanakan OVP (litar crowbar IE), kerana sering tidak dapat menghasilkan arus yang cukup untuk mematikan pemutus / fius. Ini boleh menyebabkan situasi yang fatal di mana TRIAC / SCR anda akan mula terlalu panas, berpotensi gagal, menyebabkan komponen anda di talian rosak, atau menyebabkan projek anda meletup. Anda mesti dapat membekalkan arus yang cukup untuk benar-benar meletupkan fius tepat pada masanya (yang boleh dilakukan oleh bateri 12V kami). Mengenai fius, saya memutuskan untuk menggunakan 0453003. MR oleh Littlefuse. Ini sekering hebat dalam pakej SMD yang sangat kecil. Sekiranya anda memutuskan untuk menggunakan sekering yang lebih besar, seperti sekering 5x20mm, SILA, UNTUK CINTA APA YANG LEBIH TINGGI MENJADI ANDA….. Jangan gunakan sekering kaca. Sekering kaca boleh pecah ketika meletup, mengirimkan sedikit logam cair panas dan kaca tajam ke seluruh papan anda melakukan semua jenis kerosakan dalam prosesnya. SELALU menggunakan sekering seramik, kebanyakannya diisi dengan pasir sehingga ketika meletup, mereka tidak menggoreng papan anda, atau rumah anda (belum lagi bahawa seramik itu sendiri juga harus melindungi, sama dengan perisai seramik yang digunakan untuk melindungi kenderaan tempur moden dari hulu ledak cas berbentuk / JETS HOT PLASMA). Mampu "Melihat" wayar kecil di sekering anda (itu, anda mungkin tidak dapat melihatnya, terutamanya jika anda hampir buta) tidak semestinya mempunyai timbunan arang yang membara di mana rumah anda dulu. Sekiranya anda perlu menguji fius anda, gunakan multimeter untuk memeriksa ketahanannya.

Perlindungan ESD

Sudah lama berlalu di mana kita bergantung sepenuhnya pada varian $ 5-10 yang mahal untuk melindungi projek elektronik kita. Anda harus SELALU memasukkan beberapa dioda TVS, atau Penekanan Voltan Sementara. Tidak ada alasan untuk tidak melakukannya. Sebarang input, terutamanya input panel solar, harus dilindungi dari ESD. Sekiranya berlaku kilat di dekat panel suria anda / wayar mana-mana, dioda TVS kecil itu, digabungkan dengan fius, dapat mengelakkan projek anda dari kerosakan dari sebarang jenis ESD / EMP (yang mana kilat mogok adalah, agak….). Mereka hampir tidak tahan lama seperti MOV, tetapi mereka pasti dapat menyelesaikan tugasnya sepanjang masa.

Yang membawa kita ke item seterusnya, jurang Spark. "Apa jurang percikan itu?!?" Nah, jurang percikan pada dasarnya hanyalah jejak yang meluas ke bidang tanah dari salah satu pin input anda, yang telah dilepaskan soldermask daripadanya dan pesawat darat tempatan dan terkena udara terbuka. Ringkasnya, ia membolehkan ESD melengkung lurus ke bidang tanah anda (jalan paling sedikit rintangan), dan semoga dapat menyelamatkan litar anda. Mereka tidak memerlukan sebarang kos, jadi anda harus selalu menambahkannya di tempat yang anda boleh. Anda boleh mengira jarak yang anda perlukan antara jejak anda dan permukaan tanah untuk melindungi voltan melalui Undang-Undang Paschen. Saya tidak akan membincangkan cara menghitungnya, tetapi cukup untuk mengatakan bahawa pengetahuan umum mengenai kalkulus disarankan. Jika tidak, anda harus baik-baik saja dengan ruang 6-10mil di antara jejak dan tanah. Menggunakan jejak bulat juga disarankan. Lihat gambar yang saya hantar untuk mendapatkan idea bagaimana melaksanakannya.

Pesawat tanah

Tidak ada alasan untuk tidak menggunakan satu aliran besar di kebanyakan projek elektronik. Lebih jauh lagi, sangat tidak membazir untuk tidak menggunakan menuangkan tanah kerana semua tembaga itu harus digali. Anda sudah membayar tembaga, anda mungkin juga tidak mencemarkan saluran air China (atau di mana sahaja) dan menggunakannya dengan baik sebagai pesawat darat anda. Tuang menetas mempunyai kegunaan yang sangat terhad dalam elektronik moden, dan jarang sekali, jika pernah digunakan lagi kerana tuangan tanah padat diduga mempunyai kualiti yang lebih baik untuk isyarat frekuensi tinggi, belum lagi mereka lebih baik melindungi jejak sensitif DAN dapat memberikan beberapa jalan pintas kapasitans dengan satah "langsung" jika anda menggunakan papan pelbagai lapisan. Penting juga untuk diperhatikan, bahawa jika anda menggunakan oven reflow atau stesen kerja semula udara panas, sambungan pesawat tanah padat ke komponen pasif tidak disarankan, kerana mereka dapat "batu nisan" ketika di-reflow, kerana permukaan tanah mempunyai jisim termal yang lebih banyak yang mesti dipanaskan agar solder mencair. Anda pasti dapat melakukannya jika anda berhati-hati, tetapi anda harus menggunakan pad pelindung haba, atau apa yang dipanggil EasyEDA sebagai "Spokes" untuk menghubungkan pad tanah komponen pasif anda. Papan saya menggunakan bantalan pelindung haba, walaupun sejak saya menyolder dengan tangan, ia sama sekali tidak menjadi masalah.

Pada pelesapan haba …

Pengecas solar kami tidak boleh menghilangkan terlalu banyak haba, walaupun pada arus maksimum yang dirancang sebanyak 3A (bergantung pada fius). Paling teruk, ketahanan SQJB60EP kami ialah 0.016mOhm pada 4.5V pada 8A (SQJ974EP pada semakan kedua saya, pada 0.0325mOhm, lihat nota saya di akhir untuk maklumat lebih lanjut). Dengan menggunakan Ohms Law, P = I ^ 2 * R, pelesapan kuasa kami adalah 0.144W pada 3A (Sekarang anda lihat mengapa saya menggunakan N saluran MOSFET untuk MPPT dan litar "diod" voltan terbalik). Pengawal selia 5V automotif kami juga tidak boleh meleset terlalu banyak, kerana kami hanya menggunakan beberapa dozen miliamp. Dengan bateri 12V, atau bahkan 24V, kita seharusnya tidak melihat kehilangan kuasa yang cukup pada pengatur untuk benar-benar perlu bimbang tentang haba yang tenggelam, namun seperti yang dinyatakan oleh aplikasi TI yang sangat baik mengenai masalah ini, sebahagian besar kuasa anda hilang kerana panas akan melakukan kembali ke PCB itu sendiri, kerana ia adalah jalan paling rendah. Sebagai contoh, SQJB60EP kami mempunyai ketahanan haba 3.1C / W ke pad pembuangan, sedangkan bungkusan plastik mempunyai ketahanan terma 85C / W. Heat sinking jauh lebih berkesan apabila dilakukan melalui PCB itu sendiri, iaitu meletakkan pesawat besar yang bagus untuk komponen anda yang menghilangkan banyak haba (sehingga menjadikan PCB anda menjadi penyebar kepala), atau mengalihkan vias ke seberang papan dari satah yang lebih kecil di bahagian atas untuk membolehkan reka bentuk lebih padat. (Mengarahkan titik haba ke pesawat di seberang papan juga memungkinkan untuk melampirkan pemanas / slug heatsink ke bahagian belakang papan dengan mudah, atau membiarkan haba itu meleset melalui bidang tanah papan lain apabila dipasang sebagai modul.) Satu cara cepat dan kotor anda dapat mengira berapa banyak daya yang dapat anda lupuskan dengan selamat dari komponen adalah (Tj - Tamb) / Rθja = Kuasa. Untuk maklumat lebih lanjut, saya sangat menggalakkan anda membaca nota aplikasi TI.

Dan akhirnya…

Sekiranya anda ingin memasukkan projek anda ke dalam bekas, seperti yang saya rencanakan untuk dilakukan kerana ia jelas akan digunakan di luar, anda harus selalu memilih bekas / kotak anda sebelum meletakkan papan anda keluar. Dalam kes saya, saya memilih EX-51 Polycase, dan telah merancang papan saya seperti itu. Saya juga merancang papan "panel depan", yang menghubungkan ke "lubang" castellated input solar, atau lebih tepat lagi, slot (yang sesuai dengan papan ketebalan 1.6mm). Selesaikan bersama-sama, dan anda boleh pergi. Panel ini mempunyai penyambung kalis air dari Switchcraft. Saya belum memutuskan sama ada saya akan menggunakan "panel depan" atau "panel belakang", tetapi bagaimanapun, saya juga memerlukan "kelenjar kabel kalis air" untuk input atau output, dan juga untuk termistor bateri kami. Selain itu, pengecas saya juga boleh dipasang di papan sebagai modul (oleh itu lubang-lubang castellated).

Langkah 2: Dapatkan Bahagian Anda

Memesan alat ganti anda boleh menjadi tugas yang luar biasa, memandangkan berapa banyak vendor yang ada, dan mempertimbangkan fakta bahawa bahagian kecil akan hilang dari semasa ke semasa (iaitu- perintang, kapasitor). Sebenarnya, saya kehilangan perintang untuk litar pengecasan bateri 24V. Syukurlah, saya tidak akan menggunakan litar pengecasan 24V.

Saya memilih untuk memesan PCB saya dari JLCPCB, kerana kotorannya murah. Mereka juga seolah-olah beralih ke proses "foto-mampu", yang meninggalkan silkscreens renyah (dan soldermasks) sejak saya terakhir memesan dari mereka. Malangnya, mereka tidak lagi memberikan penghantaran percuma, jadi anda perlu menunggu satu atau dua minggu untuk mendapatkannya, atau anda perlu membayar $ 20 + untuk dihantar melalui DHL…. Bagi komponen saya, saya pergi dengan Arrow, kerana mereka mempunyai penghantaran percuma. Saya hanya perlu membeli termistor Digikey, kerana Arrow tidak memilikinya.

Biasanya, pasif berukuran 0603 adalah A-OK untuk disolder. Komponen bersaiz 0402 boleh menjadi sukar, dan mudah hilang, jadi pesan sekurang-kurangnya dua kali dari yang anda perlukan. Sentiasa periksa untuk memastikan bahawa mereka menghantar semua komponen anda kepada anda. Ini sangat penting jika mereka tidak menggabungkan pesanan anda, dan sebaliknya menghantar 20 kotak berbeza kepada anda melalui FedEx.

Langkah 3: Bersedia …

Bersedia untuk memateri…. Anda benar-benar tidak memerlukan banyak alat untuk menyolder. Pateri solek, fluks, solder, pinset, dan jepit yang berkuasa rendah dan sederhana, adalah semua yang anda perlukan. Anda HARUS juga memiliki alat pemadam api yang siap, dan anda SELALU mempunyai topeng yang siap untuk menyaring bahan cemar udara yang dikeluarkan oleh fluks, yang berisiko barah / beracun.

Langkah 4: Menyatukannya

Pemasangan PCB anda sangat mudah. Cukup sekadar "timah satu pad, pateri satu pin ke tab itu, kemudian 'tarik solder' selebihnya pin". Anda tidak memerlukan mikroskop atau stesen kerja semula yang mewah untuk menyolder komponen SMD. Anda bahkan tidak memerlukan kaca pembesar untuk komponen yang lebih besar daripada dan 0603 (dan kadang-kadang 0402). Pastikan tidak ada pin yang dipasang, dan anda tidak mempunyai sendi yang sejuk. Sekiranya anda melihat sesuatu yang "lucu", letakkan sedikit fluks di atasnya dan pukul dengan seterika.

Sejauh fluks berlaku, anda mungkin harus menggunakan fluks yang tidak bersih, kerana selamat ditinggalkan di papan anda. Malangnya sungguh menyakitkan untuk membersihkannya dari papan anda. Untuk membersihkan fluks 'tidak bersih', keluarkan sebanyak mungkin barang dengan alkohol gosok bermutu tinggi, kepekatan di atas 90%, dan kapas. Seterusnya, gosokkannya dengan berus gigi lama (sikat gigi elektrik lama / kepala sikat gigi berfungsi dengan cantik). Akhirnya, panaskan sedikit air suling untuk mandi air panas. Anda boleh menggunakan sebilangan pencuci pinggan jika anda mahu (pastikan ia tidak mengacaukan papan anda secara royan, ia tidak boleh merosakkan sambungan kosong pada PCB anda kerana bahan pencuci pinggan direka untuk "melekatkan" komponen organik melalui hidrofobik) komponen sabun. Tindakan hidrofobik-hidrofilik disediakan oleh struktur hidrokarbon polar / bukan polar molekulnya, dan dapat dicuci melalui komponen hidrofilik. Sungguh, satu-satunya masalah ialah apabila ia tidak dibilas dengan betul dengan air suling atau jika ia sangat menghakis). JIKA dengan keajaiban, anda benar-benar menghilangkan semua aliran yang tidak bersih dengan alkohol, dan anda mungkin tidak akan melakukannya, anda boleh melangkau mencuci papan anda bersama-sama.

Selepas 30 minit atau lebih, air panas akan memecah sisa sisa lekapan di papan anda, kemudian anda boleh pergi ke bandar dengan berus gigi dan mengeluarkannya. Bilas dengan baik, dan biarkan kering dalam ketuhar pemanggang yang ditetapkan ke suhu paling rendah, atau biarkan kering sekurang-kurangnya 24 jam di udara terbuka. Sebaiknya, anda harus menggunakan ketuhar pemanggang roti atau pistol udara panas yang murah dari Harbour Freight yang terletak cukup jauh untuk tidak menggoreng apa-apa. Anda juga boleh menggunakan udara termampat untuk kesan yang sama.

Sebagai catatan, berhati-hatilah ketika menyikat PCB anda, kerana komponen anda boleh longgar. Anda tidak perlu menekan dengan kuat, cukup untuk mendapatkan bulu di antara komponen.

Langkah 5: Panel Suria…