Solar 12V SLA Battery Charger: 6 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ilang oras ang nakalipas, nakakuha ako ng isang "Lemon" ng isang tabi-tabi na ATV. Sapat na sabihin, maraming MALI ang mali dito. Sa ilang mga punto, napagpasyahan kong "HOY, dapat lang akong magtayo ng sarili kong de-koryenteng charger ng solar baterya upang mapanatili ang murang patay na baterya na patay na bilang isang pintuan habang tumatakbo ang mga headlight!" Sa paglaon ay nagbago sa ideya na "HOY, nararapat na gamitin ko ang turd ng isang baterya upang mapagana ang ilang mga malalayong proyekto na pinaplano ko!"

Kaya, ipinanganak ang "Lead Buddy" solar charger ng baterya.

Sa una, tiningnan ko ang pagkuha ng aking disenyo mula sa "Sunny Buddy" ni Sparkfun (kaya kung saan nakuha ko ang pangalan), ngunit nagkataon, napansin ko na ang isang sangkap na ginagamit ko na sa ibang proyekto, talagang mayroong isang tala ng application na ginagamit bilang isang solar charger ng baterya (na napalampas ko habang nag-sketch sa pamamagitan ng datasheet bago) - LTC4365 ng Analog Device! Wala itong MPPT, ngunit hey, at hindi rin ang "Sunny Buddy" ni Sparkfun (hindi bababa sa hindi totoong MPPT …). Kaya, paano talaga natin aayusin ito? Sa gayon, mahal na mambabasa, tiningnan mo ang mga tala ng app !!! Partikular, ang AN1521 na "Praktikal na Patnubay ng Microchip sa Pagpapatupad ng Mga Algorithm ng Solar Panel MPPT". Ito ay talagang isang kagiliw-giliw na basahin, at nagbibigay sa iyo ng maraming iba't ibang mga pamamaraan ng pagpapatupad ng kontrol ng MPPT. Kailangan mo lamang ng dalawang mga sensor, isang boltahe sensor (boltahe divider), at isang kasalukuyang sensor, at kailangan mo ng eksaktong isang output. Nalaman kong tungkol sa isang espesyal na kasalukuyang sensor na maaaring magamit sa isang N-Channel MOSFET, na tinatawag na IR25750 mula sa International Rectifier. Ang kanilang AN-1199 sa IR25750 ay isang nakawiwiling basahin din. Sa wakas, kailangan namin ng isang microcontroller upang maiugnay ang buong bagay, at dahil kailangan lamang namin ng 3 mga pin, ipasok ang ATtiny10!

Hakbang 1: Pagpili ng Mga Bahagi, Pagguhit ng Mga Skema

Ngayon na mayroon kaming aming 3 pangunahing bahagi, dapat naming simulan na pumili ng iba't ibang iba pang mga bahagi na kailangang samahan ng aming IC. Ang aming susunod na mahalagang sangkap ay ang aming MOSFETs, partikular, para sa rebisyon na ito (tingnan ang huling hakbang para sa karagdagang impormasyon tungkol doon), pinili kong gumamit ng DALAWANG SQJB60EP Dual N-Channel MOSFETs. Ang isang MOSFET ay eksklusibong kinokontrol ng LTC4365, at ang iba pang MOSFET ay na-set up upang ang isang FET ay gumaganap bilang isang "ideal na low-side diode" na inilaan para sa reverse proteksyon (Kung hahanapin mo iyon sa google, malamang na magkaroon ka ng ang mga tala ng aplikasyon mula sa TI at Maxim tungkol sa paksa, kinailangan kong maghukay para dito.), habang ang iba pang FET ay kinokontrol ng 16-bit na PWM timer ng ATtiny10 (o anumang resolusyon na pinili mo …). Susunod ay darating ang aming mga passive, na sa totoo lang hindi ganon kahalaga na ilista. Binubuo ang mga ito ng resistors para sa voltage divider / charger program, at iba't ibang bypass / imbakan ng mga capacitor, siguraduhin lamang na ang iyong resistors ay maaaring hawakan ang lakas na nawala sa pamamagitan ng mga ito, at ang iyong mga capacitor ay may makatwirang mga tolerance ng temperatura (X5R o mas mahusay). Mahalagang tandaan, na dahil sa kung paano ito dinisenyo, ang isang baterya ay DAPAT ikabit sa board upang gumana ito.

Na-set up ko ang LTC4365 upang ma-charge ang alinman sa 12 o 24V na baterya sa pamamagitan ng paglipat ng isang jumper (upang maibigay ang OV pin sa charger na may 0.5V kapag ang baterya ay sisingilin sa paligid ng 2.387V / cell para sa 12V na baterya). Ang divider ng boltahe ng charger ay temperatura din na nabayaran sa pamamagitan ng isang 5k PTC risistor na kumokonekta sa board sa pamamagitan ng isang 2.54mm header at makakonekta sa gilid ng baterya na may alinman sa thermally conductive potting compound, o kahit duct tape. Kailangan din naming gumamit ng isang pares ng mga zener sa buong disenyo, lalo para sa pagmamaneho ng reverse voltage MOSFET (pati na rin ang pagbibigay ng kapangyarihan sa iba pang FET sa kaso na hindi mo mai-install ang mga sangkap ng MPPT sa pamamagitan ng isang jumper pad) at para sa pagprotekta sa LTC4365's mga pin mula sa sobrang lakas ng loob. Papalakasin namin ang ATtiny10 na may isang 5V automotive regulator na na-rate para sa 40V input.

Mga piyus…

Ang isang mahalagang bagay na dapat tandaan, ay dapat kang palaging magkaroon ng mga piyus sa iyong mga input at output pagdating sa mga charger ng baterya, at dapat lagi kang gumamit ng proteksyon ng OV sa mga kasalukuyang kasalukuyang input (IE-baterya). Ang mga kasalukuyang kasalukuyang input ay hindi madaling maisagawa ang OVP na ipinatupad (mga circuit ng IE-crowbar), dahil madalas na hindi nakakagawa ng sapat na kasalukuyang upang maglakbay sa isang breaker / fuse. Maaari itong humantong sa isang nakamamatay na sitwasyon kung saan ang iyong TRIAC / SCR ay magsisimulang mag-init ng labis, na maaaring mabigo, na magdulot ng alinman sa iyong mga bahagi sa linya na nasira, o maging sanhi ng pagsabog ng iyong proyekto sa apoy. Dapat mong maibigay ang sapat na kasalukuyang upang aktwal na pumutok ang piyus sa isang napapanahong paraan (na MAAARI na gawin ang aming 12V na baterya). Tulad ng para sa mga piyus, nagpasya akong sumama sa 0453003. MR ng Littlefuse. Ito ay isang kamangha-manghang piyus sa isang napakaliit na SMD package. Kung magpasya kang pumunta sa mas malalaking piyus, tulad ng 5x20mm fuse, MANGYARING, PARA SA PAG-ibig NG KAHIT ANO MAN SA MAS MASASAKING PINAGDASALIN MO…. Huwag gumamit ng mga fuse ng salamin. Ang mga fuse ng salamin ay maaaring masira kapag pumutok sila, nagpapadala ng mga piraso ng mainit na tinunaw na metal at matalim na baso sa buong iyong board na gumagawa ng lahat ng mga uri ng pinsala sa proseso. Laging gumamit ng mga ceramic fuse, karamihan sa mga ito ay puno ng buhangin upang kapag pumutok sila, hindi nila pinrito ang iyong board, o ang iyong bahay (hindi man sabihing ang ceramic mismo ay dapat ding tumulong sa proteksyon, katulad ng ginamit na ceramic armor upang maprotektahan ang mga modernong sasakyang labanan mula sa mga hugis na warheads / TUNAY NA MAIT NA JET NG PLASMA). Ang kakayahang "Makita" ang maliit na kawad sa iyong piyus (iyon, baka hindi mo pa rin makita, lalo na kung halos bulag ka na) ay hindi nagkakahalaga ng pagkakaroon ng isang nagbabagang uling ng uling kung saan ang iyong bahay ay dating. Kung kailangan mong subukan ang iyong piyus, gumamit ng isang multimeter upang suriin ang paglaban nito.

Proteksyon ng ESD

Matagal nang nawala ang mga araw kung saan eksklusibo kaming umaasa sa mamahaling $ 5-10 varistors upang maprotektahan ang aming mga elektronikong proyekto. Dapat mong palaging magtapon ng ilang mga TVS, o Transient Voltage Supression, na mga diode. Walang literal na dahilan na hindi. Ang anumang input, lalo na ang isang pag-input ng solar panel, ay dapat protektahan mula sa ESD. Sa kaganapan ng isang welga ng kidlat malapit sa iyong mga solar panel / any-stretch-of-wire, ang maliit na diode ng TVS, na sinamahan ng isang piyus, ay maaaring maiwasan ang iyong proyekto na mapinsala mula sa anumang uri ng ESD / EMP (na kung saan ay isang kidlat ang welga ay, sorta….). Ang mga ito ay hindi gaanong matibay tulad ng MOV's, ngunit tiyak na makukuha nila ang trabaho sa halos lahat ng oras.

Na nagdadala sa amin sa aming susunod na item, Spark gaps. "Ano ang mga spark gap?!?" Sa gayon, ang mga puwang ng spark ay mahalagang isang bakas lamang na umaabot sa isang eroplano sa lupa mula sa isa sa iyong mga pin na input, na tinanggal ang soldermask mula dito at ang lokal na ground plane at nakalantad sa bukas na hangin. Sa madaling salita, pinapayagan ang ESD na mag-arc nang diretso sa iyong ground plane (ang landas na hindi bababa sa paglaban), at inaasahan kong mailalayo ang iyong circuit. Ganap na walang gastos ang mga ito upang maidagdag, kaya dapat mong palaging idagdag ang mga ito kung saan mo magagawa. Maaari mong kalkulahin ang distansya na kailangan mo sa pagitan ng iyong bakas at ng ground plane upang maprotektahan ang ilang boltahe sa pamamagitan ng Batas ni Paschen. Hindi ko tatalakayin kung paano makalkula iyon, ngunit sapat na upang sabihin na pinapayuhan ang isang pangkalahatang kaalaman sa calculus. Kung hindi man, dapat kang maging OK sa isang 6-10mil na puwang sa pagitan ng bakas at lupa. Maipapayo rin ang paggamit ng isang bilugan na bakas. Tingnan ang larawang na-post ko para sa isang ideya kung paano ito ipapatupad.

Mga eroplano sa lupa

Walang dahilan upang hindi gumamit ng isang malaking ground pour sa karamihan ng mga proyekto sa electronics. Bukod dito, napakasayang upang hindi gumamit ng ground pours dahil ang lahat ng tanso na iyon ay kailangang maukit. Nagbabayad ka na para sa tanso, maaaring hindi mo ito nadumhan sa mga daanan ng tubig ng Tsina (o saanman) at magamit ito bilang iyong ground plan. Ang mga hatched pours ay may napaka-limitadong paggamit sa mga modernong electronics, at bihira, kung dati nang ginagamit sa epektong iyon habang ang solidong ground pours ay sinasabing mayroong mas mahusay na mga katangian para sa mga signal ng mataas na dalas, hindi man sabihing mas mahusay sila sa pagprotekta ng mga sensitibong bakas AT MAAARI ay makakapagbigay ng ilang bypass capacitance na may isang "live" na eroplano kung gumagamit ka ng isang multi-layer board. Mahalaga ring tandaan, na kung gumagamit ka ng isang refow oven o isang hot air rework station, hindi pinapayuhan ang mga solidong koneksyon sa eroplano sa mga passive na bahagi, dahil maaari silang "lapida" kapag sumasalamin, dahil ang ground plane ay may higit na thermal mass kailangan itong maiinit upang matunaw ang solder. Tiyak na magagawa mo ito kung maingat ka, ngunit dapat mong gamitin ang mga thermal relief pad, o kung tawagin sa EasyEDA na "Mga Spokes" upang ikonekta ang ground pad ng iyong passive na sangkap. Gumagamit ang aking board ng mga thermal relief pad, bagaman dahil ako ay naghahihinang sa pamamagitan ng kamay, talagang hindi ito mahalaga alinman sa paraan.

Sa pagwawaldas ng init …

Ang aming solar charger ay hindi dapat magwaksi ng labis na init, kahit na ito ay maximum na dinisenyo kasalukuyang ng 3A (nakasalalay sa piyus). Sa pinakamalala, ang aming SQJB60EP's sa paglaban ay 0.016mOhm sa 4.5V sa 8A (SQJ974EP sa aking pangalawang rebisyon, sa 0.0325mOhm, tingnan ang aking mga tala sa dulo para sa karagdagang impormasyon). Gamit ang Batas ng Ohms, P = I ^ 2 * R, ang aming pagwawaldas ng kuryente ay 0.144W sa 3A (Ngayon nakikita mo kung bakit ginamit ko ang N channel MOSFETs para sa aming MPPT at pabalik na boltahe na "diode" circuit). Ang aming automotive 5V regulator ay hindi dapat magwawalay ng labis alinman, dahil gumuhit lamang kami ng higit sa isang dosenang dosenang milliamp. Sa isang 12V, o kahit isang 24V na baterya, hindi namin dapat makita ang sapat na pagkawala ng kuryente sa regulator upang talagang mag-alala tungkol sa init na lumulubog ito, subalit ayon sa mahusay na tala ng aplikasyon ng TI sa isyu, ang karamihan sa iyong lakas ay natapos bilang init. magsagawa muli sa PCB mismo, dahil ito ang daanan ng hindi gaanong resistensya. Bilang isang halimbawa, ang aming SQJB60EP ay may thermal resist na 3.1C / W sa drain pad, samantalang ang plastic package ay may thermal resist na 85C / W. Ang paglubog ng init ay mas epektibo kung tapos sa mismong PCB, IE-paglalagay ng magagandang mga eroplano para sa iyong mga bahagi na nagwawala ng maraming init (kaya't ginawang isang spreader ng ulo), o pagruruta ng vias sa kabaligtaran ng board mula sa isang mas maliit na eroplano sa itaas upang payagan ang mas maraming mga compact na disenyo. (Ang pag-target sa mga thermal vias sa isang eroplano sa tapat ng board ay ginagawang posible upang madaling maglakip ng heatsink / slug sa likod na bahagi ng board, o upang mawala ang init na iyon sa pamamagitan ng ground plane ng ibang board kapag nakakabit bilang isang module.) Isang mabilis at maruming paraan na maaari mong kalkulahin kung magkano ang lakas na maaari mong ligtas na mawala mula sa isang bahagi ay (Tj - Tamb) / Rθja = Power. Para sa karagdagang impormasyon, masidhi kong hinihikayat kang basahin ang tala ng app ni TI.

At sa wakas…

Kung nais mong magkaroon ng iyong proyekto sa loob ng isang lalagyan, tulad ng plano kong gawin dahil halatang gagamitin ito sa labas, dapat mong palaging piliin ang iyong lalagyan / kahon bago ilatag ang iyong board. Sa aking kaso, pinili ko ang Polycase's EX-51, at idinisenyo ang aking board na tulad nito. Dinisenyo ko rin ang isang "front panel" board, na kumokonekta sa castellated "hole" ng solar input, o mas tumpak, mga puwang (na umaangkop sa isang 1.6mm kapal na kapal). Maghinang silang magkasama, at mahusay kang pumunta. Ang panel na ito ay may mga konektor na hindi tinatagusan ng tubig mula sa Switchcraft. Hindi pa ako nagpasya kung gagamit ako ng isang "front panel" o isang "likurang panel" pa, ngunit anuman, kakailanganin ko rin ng isang "waterproof cable gland" para sa alinman sa input o output, pati na rin para sa aming thermistor ng baterya. Bilang karagdagan, ang aking charger ay maaari ding mai-install sa isang board bilang isang module (samakatuwid ay ang mga castellated hole).

Hakbang 2: Pagkuha ng Iyong Mga Bahagi

Ang pag-order ng iyong mga bahagi ay maaaring maging isang nakakapagpahirap na gawain, na ibinigay kung gaano karaming mga vendor, at isinasaalang-alang ang katunayan na ang maliliit na bahagi ay mawawala paminsan-minsan (hal. Resistors, capacitors). Sa katunayan, nawala ang mga resistors para sa circuit ng singilin ng baterya na 24V. Sa kabutihang palad, hindi ako gumagamit ng 24V na circuit ng singilin.

Pinili kong mag-order ng aking PCB mula sa JLCPCB, dahil ang dumi nito ay mura. Tila lumipat din sila sa isang proseso na "makakaya ng larawan", na nag-iiwan ng magagandang malulutong na silkscreens (at soldermasks) mula noong huli akong nag-order sa kanila. Sa kasamaang palad, hindi na sila nagbibigay ng libreng pagpapadala, kaya't maghihintay ka ng isa o dalawang linggo upang makuha ito, o kailangan mong magbayad ng $ 20 + para maipadala ito sa pamamagitan ng DHL…. Tulad ng para sa aking mga sangkap, sumama ako sa Arrow, dahil mayroon silang libreng pagpapadala. Kailangan ko lamang bilhin ang thermistor ng Digikey, tulad ng wala ito sa Arrow.

Karaniwan, 0603 ang laki ng mga passive ay A-OK sa panghinang. Ang 0402 na laki ng mga sangkap ay maaaring maging mahirap, at madaling mawala, kaya mag-order ng hindi bababa sa dalawang beses kung ano ang kailangan mo. Palaging suriin upang matiyak na ipinadala sa iyo ang lahat ng iyong mga bahagi. Ito ay lalong mahalaga kung hindi nila pagsasama-sama ang iyong order, at sa halip ay padalhan ka ng 20 magkakaibang mga kahon sa pamamagitan ng FedEx.

Hakbang 3: Paghahanda…

Paghahanda upang maghinang …. Talagang hindi mo kailangan ang maraming mga tool upang maghinang. Ang isang murang, medyo pinapatakbo na bakal na panghinang, pagkilos ng bagay, panghinang, sipit, at snip, ay tungkol sa lahat ng kailangan mo. DAPAT ka ring magkaroon ng pamatay apoy sa handa na, at dapat kang palaging magkaroon ng isang maskara na handa upang i-filter ang mga kontaminadong nasa hangin na inilagay ng pagkilos ng bagay, na kung saan ay nakaka-cancer / nakakalason.

Hakbang 4: Pagsasama-sama Ito

Ang pagtitipon ng iyong PCB ay talagang simple. Ito ay medyo "tin isang pad, solder isang pin sa tab na iyon, pagkatapos ay 'drag solder' ang natitirang mga pin". Hindi mo kailangan ng isang mikroskopyo o isang fancy rework station upang maghinang ng mga bahagi ng SMD. Hindi mo rin kailangan ng isang magnifying glass para sa anumang mas malaki sa at 0603 (at kung minsan 0402) na mga bahagi. Siguraduhin lamang na walang mga bridged na pin, at wala kang anumang malamig na kasukasuan. Kung nakakita ka ng isang bagay na "nakakatawa", maglagay ng kaunting pagkilos ng bagay dito at pindutin ito ng bakal.

Hanggang sa mapunta ang pagkilos ng bagay, marahil ay dapat kang gumamit ng walang malinis na pagkilos ng bagay, dahil ligtas na umalis sa iyong board. Sa kasamaang palad ito ay isang sakit upang aktwal na linisin ito mula sa iyong board. Upang linisin ang 'walang malinis' na pagkilos ng bagay, kumuha ng maraming mga malalaking bagay hangga't maaari na may ilang mataas na marka ng paghuhugas ng alkohol, higit sa 90% na konsentrasyon, at isang cotton swab. Susunod, kuskusin ito nang maayos gamit ang isang lumang sipilyo ng ngipin (maganda ang paggana ng mga lumang electric toothbrush / ulo ng sipilyo). Sa wakas, painitin ang ilang dalisay na tubig para sa isang mainit na paliguan. Maaari kang gumamit ng ilang detergent ng pinggan kung nais mo (siguraduhin lamang na hindi ito marunong mag-turnilyo sa iyong board, hindi dapat mapinsala ang anumang mga hubad na koneksyon sa iyong PCB dahil ang mga detergent ng pinggan ay idinisenyo upang "ilakip" ang mga organikong sangkap sa pamamagitan ng hydrophobic sangkap ng sabon. Ang aksyon na hydrophobic-hydrophillic ay ibinibigay ng istraktura ng polar / non-polar hydrocarbon / alkali ng mga molekula nito, at maaaring mahugasan sa pamamagitan ng bahagi ng hydrophillic. Talaga, ang nag-iisang isyu ay kapag hindi ito hugasan nang maayos na may dalisay na tubig o kung ito ay labis na kinakaing unlios). Ang IFF sa pamamagitan ng ilang himala ay talagang nakuha mo ang lahat ng walang malinis na pagkilos ng bagay sa alkohol, at malamang na hindi mo, maaari mong laktawan ang paghuhugas ng iyong board nang magkasama.

Pagkatapos ng 30 minuto o higit pa, ang mainit na tubig ay dapat masira ang natitirang malagkit na nalalabi sa iyong board, pagkatapos ay maaari kang pumunta sa bayan gamit ang iyong sipilyo at alisin ang natitirang bahagi nito. Hugasan ng mabuti, at hayaang matuyo ito sa isang toaster oven na nakatakda sa pinakamababang setting, o hayaang matuyo kahit 24hrs sa bukas na hangin. Sa isip, dapat mong gamitin ang alinman sa isang toaster oven o isang murang hot air gun mula sa Harbour Freight na gaganapin sapat na ang layo upang hindi magprito ng anuman. Maaari mo ring gamitin ang naka-compress na hangin sa parehong epekto.

Bilang isang tala sa gilid, mag-ingat kapag brushing ang iyong mga PCB, dahil maaari mong malaya ang mga sangkap ng garapon. Hindi mo kailangang pindutin ang napakahirap, sapat lamang upang makuha ang bristles sa pagitan ng mga bahagi.

Hakbang 5: Mga Solar Panel…