Solar 12V SLA -laturi: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Jokin aika sitten sain haltuuni rinnakkaisen ATV: n "sitruunan". Pakko sanoa, että siinä on PALJON vikaa. Jossain vaiheessa päätin, että "HEI, minun pitäisi vain rakentaa oma suuritehoinen aurinkoakkulaturi vain pitääkseni halvan kuolleen oven akun ladattuna ajovalojen ollessa käynnissä!" Lopulta siitä kehittyi ajatus, että "HEI, minun pitäisi käyttää sitä paristoa virtalähteenä joihinkin etäprojekteihin, joita olen suunnitellut!"

Näin syntyi "Lead Buddy" -akkulaturi.

Aluksi harkitsin suunnitteluni johtamista Sparkfunin "Sunny Buddystä" (josta sain nimen), mutta sattumalta huomasin, että komponentilla, jota käytin jo toisessa projektissa, oli todella sovellushuomautus käytöstä aurinkoparistolaturina (jonka olin unohtanut selatessani tietolomaketta aiemmin) - Analog Device LTC4365! Siinä ei ole MPPT: tä, mutta hei, eikä Sparkfunin "Sunny Buddy" (ainakaan ainakaan oikea MPPT …). Joten miten tarkalleen korjaamme tämän? Hyvä lukija, katsot sovelluksen muistiinpanoja !!! Erityisesti Microchipin AN1521 "Käytännön opas aurinkopaneelin MPPT -algoritmien toteuttamiseen". Se on itse asiassa varsin mielenkiintoinen luettava ja tarjoaa sinulle useita erilaisia tapoja toteuttaa MPPT -ohjaus. Tarvitset vain kaksi anturia, jänniteanturin (jännitteenjakajan) ja virta -anturin, ja tarvitset täsmälleen yhden lähdön. Sain tietää erityisestä virta-anturista, jota voidaan käyttää N-kanavaisen MOSFETin kanssa, nimeltään IR25750 International Rectifierista. Niiden AN-1199 IR25750: ssä on myös mielenkiintoista luettavaa. Lopuksi tarvitsemme mikrokontrollerin, joka yhdistää koko asian yhteen, ja koska tarvitsemme vain 3 nastaa, kirjoita ATtiny10!

Vaihe 1: Osien valinta, piirustuskaaviot

Nyt kun meillä on kolme pääosaa, meidän on alettava valita erilaisia muita komponentteja, joiden on liitettävä IC: iimme. Seuraava tärkeä komponentti on MOSFET-laitteemme, erityisesti tätä versiota varten (katso lisätietoja viimeisestä vaiheesta), päätin käyttää KAKSI SQJB60EP-kaksikanavaista MOSFET-laitetta. Yhtä MOSFETiä ohjaa yksinomaan LTC4365, ja toinen MOSFET on asetettu siten, että yksi FET toimii "ihanteellisena matalan puolen diodina", joka on tarkoitettu käänteissyötön suojaukseen (Jos etsit sitä Googlessa, et todennäköisesti keksi Sovellusmuistiinpanoja TI: ltä ja Maximilta aiheesta, minun piti kaivaa sitä.), kun taas toista FET: ää ohjaa ATtiny10: n 16-bittinen PWM-ajastin (tai mikä tahansa valitsema resoluutio). Seuraavaksi tulevat passiivimme, jotka eivät rehellisesti ole niin tärkeitä luetella. Ne koostuvat vastuksista jännitteenjakajia/laturin ohjelmointia varten ja erilaisista ohitus-/varastointikondensaattoreista. Varmista vain, että vastuksesi kestävät niiden kautta haihtuvan tehon ja että kondensaattoreillasi on kohtuulliset lämpötoleranssit (X5R tai parempi). On tärkeää huomata, että koska tämä on suunniteltu, paristo on kiinnitettävä levyyn, jotta se toimisi.

Olen määrittänyt LTC4365: n lataamaan joko 12 tai 24 V paristoja vaihtamalla hyppyjohtimen (jotta laturin OV -nastan jännite olisi 0,5 V, kun akku on ladattu noin 2,387 V/kenno 12 V: n akkuja varten). Laturin jännitteenjakaja on myös lämpötilakompensoitu 5k PTC -vastuksen kautta, joka liitetään levyyn 2,54 mm: n otsikon kautta ja joka liitetään akun kylkeen joko lämpöä johtavalla ruiskutusseoksella tai jopa teipillä. Meidän on myös käytettävä useita zenereitä koko suunnittelussa, nimittäin taajuusmuuttajan MOSFET ajamiseen (sekä virran syöttämiseen muille FET -laitteille, jos et asenna MPPT -komponentteja hyppyjohtimen kautta) ja LTC4365: n suojaamiseen nastat ylijännitteestä. Käytämme ATtiny10: tä 5 V: n autosäätimellä, joka on mitoitettu 40 V: n tulolle.

Sulakkeet…

Yksi tärkeä asia on huomata, että sinulla on AINA oltava sulakkeet tuloissa ja lähtöissä, kun kyse on akkulaturista, ja että sinun on AINA käytettävä OV-suojausta suurvirtatuloissa (IE-akku). Pienvirtaiset tulot eivät voi helposti ottaa käyttöön OVP: tä (IE-sulkupiirit), koska ne eivät usein pysty tuottamaan tarpeeksi virtaa katkaisijan/sulakkeen laukaisemiseksi. Tämä voi johtaa kuolemaan johtavaan tilanteeseen, jossa TRIAC/SCR -laitteesi alkaa ylikuumentua ja mahdollisesti epäonnistua, mikä voi johtaa siihen, että komponentit vaurioituvat linjassa tai projektisi räjähtää liekkeihin. Sinun on kyettävä toimittamaan tarpeeksi virtaa, jotta sulake todella puhaltaa ajoissa (mitä 12 V: n akku VOI tehdä). Mitä tulee sulakkeisiin, päätin mennä Littlefusen 0453003. MR: n kanssa. Se on fantastinen sulake hyvin pienessä SMD -paketissa. Jos päätät käyttää suurempia sulakkeita, kuten 5x20 mm: n sulakkeita, OLETTAVA SINUN RAKKAUDESI, JOKA KORKEAMPI olet rukoilemassa….. Älä käytä lasisulakkeita. Lasisulakkeet voivat särkyä puhaltaessaan ja lähettävät kuumaa sulaa metallia ja terävää lasia koko levyllesi, mikä aiheuttaa kaikenlaisia vahinkoja prosessissa. Käytä AINA keraamisia sulakkeita, useimmat niistä on täytetty hiekalla, jotta ne eivät puhaltaessaan paista lautaasi tai kotiasi (puhumattakaan siitä, että keraamisen itsensä pitäisi myös auttaa suojaamaan, kuten käytetty keraaminen panssari nykyaikaisten taisteluajoneuvojen suojaamiseksi muotoilluilta latauspäiltä/ REALLY HOT JETS OF PLASMA). Mahdollisuus "nähdä" se pieni lanka sulakkeessa (jota et ehkä näe joka tapauksessa, varsinkin jos olet lähes sokea) ei kannata ottaa höyryävää kasa hiiliä siellä, missä kotisi oli. Jos sinun on testattava sulake, tarkista sen vastus yleismittarilla.

ESD -suoja

Kauan ovat menneet ajat, jolloin luotimme yksinomaan kalliisiin 5-10 dollarin varistoreihin sähköisten projektiemme suojaamiseksi. Sinun tulisi AINA heittää joitakin TVS -laitteita tai ohimeneviä jännitteenvaimennuksia. Ei ole kirjaimellisesti mitään syytä olla tekemättä. Kaikki tulot, erityisesti aurinkopaneelin tulot, on suojattava ESD: ltä. Jos salama iskee aurinkopaneeleidesi/minkä tahansa johtosarjan lähelle, tämä pieni TVS-diodi yhdistettynä sulakkeeseen voi estää projektisi vahingoittumasta minkäänlaisesta ESD/EMP: stä (mikä on salama) lakko on tavallaan …). Ne eivät ole läheskään yhtä kestäviä kuin MOV: t, mutta ne voivat varmasti tehdä työn suurimman osan ajasta.

Tämä tuo meidät seuraavaan kohteeseen, Spark -aukkoihin. "Mitä ovat kipinäaukot?!?" No, kipinävälit ovat pohjimmiltaan vain jälki, joka ulottuu maatasolle yhdestä syöttötapastasi, josta on poistettu juotosmaski ja paikallinen maataso ja joka on alttiina ulkoilulle. Yksinkertaisesti sanottuna se mahdollistaa ESD: n kaaren suoraan maatasolle (vähimmän vastuksen polku) ja toivottavasti säästää piiriäsi. Ne eivät maksa mitään, joten sinun on aina lisättävä ne aina, kun voit. Voit laskea tarvitsemasi etäisyyden jäljen ja maatason välillä jonkin jännitteen suojaamiseksi Paschenin lain avulla. En aio keskustella siitä, miten se lasketaan, mutta riittää, kun sanon, että yleistä tietoa laskennasta suositellaan. Muussa tapauksessa sinun pitäisi olla kunnossa, kun jäljen ja maan välissä on 6-10 millimetrin tila. Pyöristetyn jäljen käyttäminen on myös suositeltavaa. Katso lähettämästäni kuvasta idea sen toteuttamiseksi.

Maakoneet

Ei ole mitään syytä olla käyttämättä yhtä suurta jauhetta useimmissa elektroniikkaprojekteissa. Lisäksi on erittäin tuhlaamatonta olla käyttämättä jauhettuja kaatoja, koska kaikki tämä kupari on syövytettävä pois. Maksat jo kuparista, et ehkä myöskään saastuta sitä Kiinan vesistöjä (tai missä tahansa) ja käytä sitä hyväksi maatasona. Viivattuja kaatoja käytetään hyvin rajoitetusti nykyaikaisessa elektroniikassa, ja niitä käytetään harvoin, jos niitä enää koskaan käytetään tähän tarkoitukseen, koska kiinteillä maadoituskaasuilla väitetään olevan parempia ominaisuuksia korkeataajuisille signaaleille, puhumattakaan siitä, että ne suojaavat paremmin herkkiä jälkiä JA voivat tarjota jonkin verran ohitusta kapasitanssi "live" -tasolla, jos käytät monikerroslevyä. On myös tärkeää huomata, että jos käytät reflow -uunia tai kuumailman uudelleenkäsittelyasemaa, kiinteitä maatasoja ei suositella passiivisiin komponentteihin, koska ne voivat "hautakiviä", kun ne täytetään uudelleen, koska maatasolla on enemmän lämpömassaa joka on lämmitettävä, jotta juote sulaa. Voit varmasti tehdä sen, jos olet varovainen, mutta sinun tulisi käyttää lämpösuojapehmusteita tai EasyEDA: n kutsumia "tapoja" liittääksesi passiivisen komponentin maadoituslevyn. Levylläni on lämpöhelpotustyynyt, vaikka koska juotan käsin, sillä ei todellakaan ole väliä kumpaankaan suuntaan.

Lämmönpoistosta…

Aurinkolaturimme ei saisi hajottaa liikaa lämpöä edes suurimmalla 3A virralla (riippuen sulakkeesta). Pahimmillaan SQJB60EP: n resistanssimme on 0,016 mOhm 4,5 V jännitteellä 8A (SQJ974EP toisessa tarkistuksessani, 0,0325 mOhm, katso lisätietoja muistiinpanoistani lopussa). Käyttämällä Ohmin lakia, P = I^2 * R, tehohäviömme on 0,144 W 3A: ssa (Nyt näet, miksi olen käyttänyt N -kanavan MOSFET -laitteita MPPT- ja käänteisjännite "diodipiiriin"). Myös autojen 5V -säätimemme ei saisi haihtua liikaa, sillä piirrämme vain parikymmentä milliampeeria. 12 V: n tai jopa 24 V: n akun kanssa meidän ei pitäisi nähdä tarpeeksi tehon häviämistä säätimessä, jotta meidän todella pitäisi huolehtia lämmön upottamisesta, mutta TI: n erinomaisen sovellushuomautuksen mukaan suurin osa sähköstäsi haihtuu lämmön johtaa takaisin itse piirilevyyn, koska se on vähiten vastustava tie. Esimerkiksi SQJB60EP: n lämmönkestävyys on 3,1 C/W tyhjennystyynylle, kun taas muovipakkauksen lämmönkestävyys on 85 C/W. Lämmön uppoaminen on paljon tehokkaampaa, kun se suoritetaan itse piirilevyn läpi, IE- asetetaan kauniita suuria tasoja komponenteillesi, jotka poistavat paljon lämpöä (jolloin PCB muuttuu päänlevittimeksi), tai reitityslevyt levyn vastakkaiselle puolelle pienempi taso yläosassa kompaktimpien mallien mahdollistamiseksi. (Lämpölevyjen reititys levyn vastakkaisella puolella olevaan tasoon mahdollistaa myös jäähdytyselementin/etanan helpon kiinnittämisen levyn takapuolelle tai lämmön haihtumisen toisen levyn maatason läpi, kun se kiinnitetään Yksi nopea ja likainen tapa voit laskea kuinka paljon tehoa voit turvallisesti hajottaa komponentista (Tj - Tamb) / Rθja = Teho. Jos haluat lisätietoja, suosittelen sinua lukemaan TI: n sovellusmuistion.

Ja lopuksi…

Jos haluat projektisi olevan säiliön sisällä, kuten aion tehdä, koska sitä ilmeisesti käytetään ulkona, sinun tulee aina valita kontti/laatikko ennen levyn asettamista. Minun tapauksessani valitsin Polycasen EX-51: n ja olen suunnitellut levyn sellaiseksi. Suunnittelin myös "etupaneelin" levyn, joka yhdistää aurinkopaneelin valettuihin "reikiin" tai tarkemmin sanoen aukkoihin (jotka sopivat 1,6 mm paksuiseen levyyn). Juottaa ne yhteen, ja olet hyvä mennä. Tässä paneelissa on Switchcraftin vedenpitävät liittimet. En ole vielä päättänyt, käytänkö "etupaneelia" vai "takapaneelia", mutta siitä huolimatta tarvitsen myös "vedenpitävää kaapeliläpivientiä" joko tuloon tai lähtöön sekä akun termistoriin. Lisäksi laturini voidaan asentaa myös levylle moduulina (tästä syystä valetut reiät).

Vaihe 2: Osien hankkiminen

Osien tilaaminen voi olla tuskallista, kun otetaan huomioon toimittajien määrä ja kun otetaan huomioon, että pieniä osia (esim. Vastukset, kondensaattorit) menetetään ajoittain. Itse asiassa menetin 24 V: n akun latauspiirin vastukset. Onneksi en käytä 24 V: n latauspiiriä.

Päätin tilata piirilevyn JLCPCB: ltä, koska se on halpaa. He ovat myös näyttäneet siirtyvän "valokuvakykyiseen" prosessiin, joka jättää kauniit raikkaat silkkipallot (ja juomanaamarit) sen jälkeen, kun viimeksi tilasin heiltä. Valitettavasti he eivät enää tarjoa ilmaista toimitusta, joten sinun on odotettava yksi tai kaksi viikkoa saadaksesi sen tai sinun on maksettava 20 dollaria+, jotta se lähetetään DHL: n kautta…. Mitä tulee komponenteihini, menin Arrow'n kanssa, koska niillä on ilmainen toimitus. Minun piti ostaa vain Digikeyn termistori, koska Arrowlla ei ollut sitä.

Tyypillisesti 0603-kokoiset passiivit ovat A-OK juotettavia. 0402 -kokoiset komponentit voivat olla vaikeita ja helposti kadonneita, joten tilaa vähintään kaksi kertaa tarvitsemasi. Tarkista aina, että kaikki komponentit ovat lähetetty sinulle. Tämä on erityisen tärkeää, jos he eivät yhdistä tilaustasi vaan lähettävät sinulle 20 eri laatikkoa FedExin kautta.

Vaihe 3: Valmistautuminen…

Valmistautuminen juottamiseen…. Et todellakaan tarvitse niin paljon työkaluja juottamiseen. Halpa, kohtalaisen voimakas juotosrauta, flux, juotos, pinsetit ja katkaisimet ovat kaikki mitä tarvitset. Sinulla pitäisi olla myös sammutin valmiina, ja sinulla on AINA oltava naamio, joka on valmis suodattamaan ilmasta peräisin olevat epäpuhtaudet, jotka ovat syöpää aiheuttavia/myrkyllisiä.

Vaihe 4: Yhdistäminen

Piirilevyn kokoaminen on todella yksinkertaista. Se on melkein vain "tinaa yksi tyyny, juota yksi nasta kyseiselle välilehdelle ja" vedä juotos "loput nastat". SMD -komponenttien juottamiseen ei tarvita mikroskooppia tai hienoa työstöasemaa. Et tarvitse edes suurennuslasia mihinkään suurempiin kuin 0603 (ja joskus 0402) komponentteihin. Varmista vain, että siltoja ei ole ja että sinulla ei ole kylmiä liitoksia. Jos näet jotain "hauskaa", laita siihen vähän virtausta ja lyö sitä raudalla.

Mitä tulee fluxiin, sinun pitäisi todennäköisesti käyttää ei-puhdasta fluxia, koska se on turvallista jättää aluksellesi. Valitettavasti on todella vaikeaa puhdistaa se levyltä. Jos haluat puhdistaa "ei-puhdasta" -virtaa, poista niin paljon suuria tavaroita pois kuin mahdollista käyttämällä korkealaatuista alkoholia, yli 90% pitoisuutta, ja vanupuikolla. Harjaa seuraavaksi hyvin vanhalla hammasharjalla (vanhat sähköhammasharjat/hammasharjapäät toimivat kauniisti). Kuumenna lopuksi hieman tislattua vettä kuumaa vesihaudetta varten. Voit halutessasi käyttää astianpesuainetta (vain varmista, että se ei ruuvata levyäsi kuninkaallisesti, se ei saa vahingoittaa piirilevyn paljaita liitoksia, koska astianpesuaineet on suunniteltu "kiinnittymään" orgaanisiin komponentteihin hydrofobisen Hydrofobinen-hydrofiilinen vaikutus perustuu sen molekyylien polaariseen/ei-polaariseen hiilivety/alkalirakenteeseen, ja se voidaan pestä pois hydrofiilisen komponentin kautta. Oikeastaan ainoa ongelma on, kun sitä ei huuhdella kunnolla tislatulla vedellä tai jos se on erittäin syövyttävää). IFF: llä ihmeen avulla saat itse kaiken epäpuhtaan virran pois alkoholilla, ja luultavasti et, voit ohittaa laudan pesun yhdessä.

Noin 30 minuutin kuluttua kuuman veden pitäisi hajottaa loput tahmeasta jäännöksestä laudallasi, sitten voit mennä kaupunkiin hammasharjasi kanssa ja saada loput pois. Huuhtele hyvin ja anna sen kuivua alimmalle asetetulle leivänpaahtimelle tai anna kuivua vähintään 24 tuntia ulkona. Ihannetapauksessa sinun tulee käyttää joko leivänpaahdinta tai Harbor Freightin halpaa kuumailmapistoolia, jota pidetään riittävän kaukana, jotta se ei paista mitään. Voit käyttää myös paineilmaa samaan tarkoitukseen.

Sivuhuomautuksena, ole varovainen harjatessasi piirilevyjä, koska voit puristaa komponentit irti. Sinun ei tarvitse painaa voimakkaasti alas, vain tarpeeksi saadaksesi harjakset komponenttien väliin.

Vaihe 5: Aurinkopaneelit…