Solarni 12V SLA punjač baterija: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Prije nekog vremena došao sam u posjed "limuna" rame uz rame ATV-a. Dovoljno je reći da s tim mnogo griješi. U jednom trenutku sam odlučio: "HEJ, trebao bih samo izgraditi vlastiti snažni punjač solarnih baterija samo kako bi jeftina baterija mrtva kao o ekser bila napunjena dok farovi rade!" Na kraju je to evoluiralo u ideju da "HEJ, trebao bih upotrijebiti to sranje baterije za napajanje nekih udaljenih projekata koje sam planirao!"

Tako je rođen "Lead Buddy" solarni punjač baterija.

U početku sam razmišljao o tome da izvedem svoj dizajn prema Sparkfun -ovom "Sunny Buddy" (otuda sam i dobio ime), ali slučajno sam primijetio da je komponenta koju sam već koristio u drugom projektu zapravo imala napomenu o upotrebi kao punjač solarnih baterija (koji sam propustio prilikom pregledavanja tablice s podacima ranije) - LTC4365 analognog uređaja! Nema MPPT, ali hej, nema ni Sparkfun -ov "Sunny Buddy" (barem ne pravi MPPT ionako …). Pa, kako ćemo to ispraviti? Pa, dragi čitatelju, listaš bilješke o aplikacijama !!! Konkretno, Microchip -ov AN1521 "Praktični vodič za implementaciju MPPT algoritama solarnih panela". Zaista je zanimljivo štivo i nudi vam više različitih metoda implementacije MPPT kontrole. Potrebna su vam samo dva senzora, osjetnik napona (razdjelnik napona) i osjetnik struje, a potreban vam je točno jedan izlaz. Slučajno sam znao za poseban senzor struje koji se može koristiti s N-kanalnim MOSFET-om, nazvan IR25750 iz International Rectifier. Njihovo AN-1199 na IR25750 također je zanimljivo štivo. Konačno, potreban nam je mikrokontroler za povezivanje cijele stvari zajedno, a budući da nam trebaju samo 3 pina, unesite ATtiny10!

Korak 1: Odabir dijelova, crtanje shema

Sada kada imamo naša 3 primarna dijela, moramo početi birati razne druge komponente koje trebaju pratiti naše IC -ove. Naša sljedeća važna komponenta su naši MOSFET-ovi, konkretno za ovu reviziju (pogledajte posljednji korak za više informacija o tome), odlučio sam koristiti DVA SQJB60EP Dual N-kanalna MOSFET-a. Jedan MOSFET kontrolira isključivo LTC4365, a drugi MOSFET je postavljen tako da jedan FET djeluje kao "idealna niska dioda" namijenjena za zaštitu od obrnutog ulaza (ako to tražite na google-u, vjerojatno nećete doći do bilješke o aplikacijama TI-a i Maxim-a na tu temu, morao sam to iskopati.), dok se drugim FET-om upravlja ATtiny10-ov 16-bitni PWM tajmer (ili bilo koju drugu rezoluciju koju odaberete …). Slijede naši pasivi, koje iskreno nije toliko važno navesti. Sastoje se od otpornika za programiranje razdjelnika napona/punjača i raznih zaobilaznih/skladišnih kondenzatora, samo se pobrinite da vaši otpornici mogu podnijeti snagu koja im se raspršuje i da li vaši kondenzatori imaju razumne tolerancije temperature (X5R ili bolje). Važno je napomenuti da zbog načina na koji je ovo dizajnirano, baterija MORA biti priključena na ploču kako bi mogla funkcionirati.

LTC4365 sam postavio tako da može puniti 12 ili 24V baterije prebacivanjem kratkospojnika (kako bi OV pin na punjaču dobio 0,5V kada je baterija napunjena na oko 2,377V/ćeliju za baterije od 12 V). Razdjelnik napona punjača je također temperaturno kompenziran preko 5k PTC otpornika koji se povezuje na ploču putem 2,54 mm zaglavlja i spojiće se na bočnu stranu baterije bilo toplinski provodljivom smjesom za zalijevanje, ili čak ljepljivom trakom. Također moramo koristiti nekoliko zenera u cijelom dizajnu, naime za pogon MOSFET -a s obrnutim naponom (kao i za napajanje drugog FET -a u slučaju da komponente MPPT ne instalirate putem skakača) i za zaštitu LTC4365 pinovi od prenapona. Napajat ćemo ATtiny10 sa 5V automobilskim regulatorom za ulaz 40V.

Osigurači…

Jedna važna stvar koju treba napomenuti je da biste UVIJEK trebali imati osigurače na ulazima i izlazima kada su u pitanju punjači baterija, te da UVIJEK trebate koristiti OV zaštitu na visokostrujnim ulazima (IE-baterija). Ulazi male struje ne mogu se lako implementirati OVP (IE-poluga), jer često ne mogu proizvesti dovoljno struje da isključe prekidač/osigurač. To može dovesti do fatalne situacije u kojoj će se vaš TRIAC/SCR početi pregrijavati, potencijalno neće uspjeti, uzrokujući oštećenje ili vaših komponenti u nizu, ili uzrokujući da vaš projekt eksplodira. Morate biti u mogućnosti isporučiti dovoljno struje da biste pravovremeno pregoreli osigurač (što naša baterija od 12 V MOŽE). Što se tiče osigurača, odlučio sam se za 0453003. MR kompanije Littlefuse. To je fantastičan osigurač u vrlo malom SMD pakiranju. Ako se odlučite za veće osigurače, poput osigurača 5x20 mm, MOLIMO VAS, ZA LJUBAV ŠTA VIŠE MOLITE …… Ne koristite staklene osigurače. Stakleni osigurači mogu se slomiti kada puknu, šaljući komadiće vrućeg rastopljenog metala i oštro staklo po cijeloj ploči čineći pritom svakakva oštećenja. UVIJEK koristite keramičke osigurače, većina ih je napunjena pijeskom, tako da prilikom puhanja neće ispržiti vašu dasku ili vašu kuću (da ne spominjemo da bi i sama keramika trebala pomoći u zaštiti, slično keramičkom oklopu koji se koristi za zaštitu modernih borbenih vozila od bojevih glava s nabojem/ STVARNO VRIJETNI MLAZOVI PLAZME). Mogućnost "vidjeti" onu žicu u vašem osiguraču (koju možda ionako nećete moći vidjeti, pogotovo ako ste gotovo slijepi) ne vrijedi imati tinjajuću gomilu ugljena tamo gdje je nekad bila vaša kuća. Ako trebate testirati osigurač, upotrijebite multimetar da provjerite njegov otpor.

ESD zaštita

Davno su prošli dani u kojima smo se oslanjali isključivo na skupe varistore od 5-10 USD za zaštitu naših elektroničkih projekata. UVIJEK biste trebali ubaciti neke TVS ili Transient Voltage Supression diode. Bukvalno nema razloga da to ne učinite. Svaki ulaz, posebno ulaz solarne ploče, trebao bi biti zaštićen od ESD -a. U slučaju udara groma u blizini vaših solarnih panela/bilo koje žice, ta mala TVS dioda, u kombinaciji s osiguračem, može spriječiti da se vaš projekt ošteti bilo kojom vrstom ESD/EMP-a (što je grom štrajk je, nekako….). Nisu ni približno izdržljivi kao MOV -ovi, ali zasigurno mogu obaviti posao većinu vremena.

Što nas dovodi do sljedeće stavke, Spark gaps. "Šta su iskre?!?" Pa, svjećice su u suštini samo trag koji se proteže u ravninu uzemljenja s jedne od vaših ulaznih pinova, na kojoj je maska za lemljenje uklonjena s nje i lokalne ravnine zemlje i izložena je otvorenom zraku. Jednostavno rečeno, omogućava ESD -u da lučno pređe u vašu ravninu uzemljenja (put najmanjeg otpora) i nadamo se da će poštedjeti vaš krug. Ne koštaju apsolutno ništa za dodavanje, pa ih uvijek trebate dodati gdje god možete. Pomoću Pašenovog zakona možete izračunati udaljenost koja vam je potrebna između vašeg traga i ravnine zemlje kako biste zaštitili određeni napon. Neću raspravljati o tome kako to izračunati, ali dovoljno je reći da se preporučuje opće poznavanje računa. U suprotnom, trebali biste biti u redu s razmakom od 6-10 milimetara između traga i tla. Također se preporučuje korištenje zaobljenog traga. Pogledajte sliku koju sam postavio za ideju o tome kako to primijeniti.

Zemljani avioni

Nema razloga da se u većini projekata elektronike ne koristi jedna velika masa za uzemljenje. Nadalje, krajnje je rasipno ne koristiti mljevene sipače jer će se sav bakar morati nagrizati. Već plaćate bakar, možda ga i ne biste zagađivali na kineskim vodenim putevima (ili bilo gdje drugdje) i dobro ga iskoristili kao svoj zemljani avion. Izleženi izljevi imaju vrlo ograničenu uporabu u modernoj elektronici, te se rijetko, ako se ikad više koriste u tu svrhu, budući da izlivači na čvrstom tlu navodno imaju bolje kvalitete za visokofrekventne signale, a da ne spominjemo da su bolji u zaštiti osjetljivih tragova I mogu pružiti neki zaobilazni put kapacitivnost s ravninom pod naponom ako koristite višeslojnu ploču. Također je važno napomenuti da ako koristite pećnicu s ponovnim punjenjem ili stanicu za preradu toplog zraka, ne preporučuje se spajanje čvrstih uzemljenih ravnina na pasivne komponente jer mogu "nadgrobni spomenik" kada se ponovo napune, jer zemlja ima veću toplinsku masu mora se zagrijati da bi se lem otopio. To svakako možete učiniti ako ste oprezni, ali trebali biste koristiti termalne zaštitne jastučiće ili ono što EasyEDA naziva "žbice" za spajanje uzemljenja vaše pasivne komponente. Moja ploča koristi termo -rastezljive jastučiće, iako budući da lemim ručno, to u svakom slučaju nije važno.

O rasipanju toplote…

Naš solarni punjač ne bi trebao odvoditi previše topline, čak ni pri maksimalno projektiranoj struji od 3A (ovisno o osiguraču). U najgorem slučaju, naš SQJB60EP ima otpor na 0.016mOhm na 4.5V na 8A (SQJ974EP u mojoj drugoj reviziji, na 0.0325mOhm, pogledajte moje bilješke na kraju za više informacija). Koristeći Ohmov zakon, P = I^2 * R, naša disipacija snage je 0,144 W na 3A (Sada vidite zašto sam koristio N -kanalne MOSFET -ove za naš MPPT i "diodni" krug obrnutog napona). Naš automobilski regulator od 5 V također se ne bi trebao previše rasipati, jer crtamo samo nekoliko desetaka miliampera. S baterijom od 12 V, pa čak i 24 V, ne bismo trebali vidjeti dovoljan gubitak energije na regulatoru da bismo zaista morali brinuti o toplini koja će ga potopiti, međutim, prema izvrsnoj napomeni TI -a o tom pitanju, većina vaše energije će se rasipati jer će toplina provoditi natrag u samu PCB, jer je to put najmanjeg otpora. Na primjer, naš SQJB60EP ima toplinski otpor od 3,1C/W prema odvodnoj podlozi, dok plastično pakiranje ima toplinski otpor od 85C/W. Toplota je mnogo učinkovitija ako se vrši preko same PCB-a, postavljanjem lijepih velikih ravnina za vaše komponente koje rasipaju mnogo topline (pretvarajući tako vašu PCB-u u rasipač glave) ili usmjeravanjem prelaza na suprotnu stranu ploče manja ravnina na vrhu za kompaktniji dizajn. (Usmjeravanje toplinskih vija u ravninu na suprotnoj strani ploče također omogućuje jednostavno pričvršćivanje hladnjaka/puža na stražnju stranu ploče ili da se ta toplina rasipa kroz ravninu uzemljenja druge ploče kada je pričvršćena kao modul.) Na jedan brz i prljav način možete izračunati koliko snage možete sigurno rasipati iz komponente (Tj - Tamb) / Rθja = Snaga. Za više informacija, toplo vas ohrabrujem da pročitate bilješku o aplikaciji TI.

I na kraju…

Ako želite da vaš projekat bude unutar kontejnera, kao što planiram da uradim jer će se očigledno koristiti van, uvek morate izabrati svoj kontejner/kutiju pre nego što postavite ploču. U mom slučaju, odabrao sam Polycaseov EX-51 i dizajnirao sam svoju ploču kao takvu. Dizajnirao sam i ploču "prednje ploče", koja se povezuje sa kasteliranim "rupama" solarnog ulaza, ili preciznije, utorima (koji odgovaraju ploči debljine 1,6 mm). Spajajte ih zajedno i spremni ste. Ova ploča ima vodootporne konektore kompanije Switchcraft. Još nisam odlučio hoću li koristiti "prednju ploču" ili "stražnju ploču", ali bez obzira na to, trebat će mi i "vodootporna kabelska uvodnica" bilo za ulaz ili izlaz, kao i za naš baterijski termistor. Osim toga, moj punjač se može instalirati i na ploču kao modul (otuda i kastelirane rupe).

Korak 2: Nabavite svoje dijelove

Naručivanje vaših dijelova može biti mučan zadatak, s obzirom na to koliko ima prodavača, i s obzirom na činjenicu da će se mali dijelovi s vremena na vrijeme izgubiti (npr. Otpornici, kondenzatori). U stvari, izgubio sam otpornike za krug punjenja baterije od 24V. Srećom, neću koristiti 24V krug za punjenje.

Odlučio sam naručiti svoj PCB od JLCPCB, jer je prljavština jeftina. Činilo se da su se također prebacili na proces "foto slike", koji ostavlja lijepe oštre svilene ekrane (i maske za lemljenje) otkad sam zadnji put naručio od njih. Nažalost, više ne pružaju besplatnu dostavu, pa ćete ili morati pričekati jednu ili dvije sedmice da je nabavite, ili morate platiti 20 USD+ da bi bila isporučena putem DHL -a…. Što se tiče mojih komponenti, išao sam sa Arrow -om jer imaju besplatnu dostavu. Morao sam samo kupiti termistor od Digikey -a, jer ga Arrow nije imao.

Obično su pasivi veličine 0603 A-OK za lemljenje. Komponente veličine 0402 mogu biti teške i lako se gube, pa naručite barem dvostruko više nego što vam je potrebno. Uvijek provjerite jesu li vam poslali sve vaše komponente. Ovo je posebno važno ako ne objedine vašu narudžbu, već vam umjesto toga šalju 20 različitih kutija putem FedExa.

Korak 3: Priprema …

Priprema za lemljenje…. Za lemljenje vam zaista ne treba toliko alata. Jeftino lemilica, fluks, lemljenje, pinceta i šnale sa umjerenim pogonom su sve što vam treba. TREBA imati i spreman aparat za gašenje požara, a UVIJEK biste trebali imati pripremljenu masku za filtriranje zagađivača iz zraka koji nastaje zbog fluksa, koji je kancerogen/otrovan.

Korak 4: Sastavite to zajedno

Sastavljanje vašeg PCB -a je zaista jednostavno. To je otprilike samo "kositrite jednu podlogu, lemite jednu iglu na tu pločicu, a zatim 'povucite lemljenje' ostatak pinova". Za lemljenje SMD komponenti nije vam potreban mikroskop ili otmjena prepravna stanica. Ne trebate čak ni povećalo za ništa veće od 0603 (a ponekad i 0402) komponenti. Samo pazite da nema premoštenih igala i da nemate hladnih spojeva. Ako vidite nešto "smiješno", stavite malo fluksa na njega i udarite ga željezom.

Što se tiče fluksa, vjerojatno biste trebali koristiti fluks koji nije čist jer je sigurno ostaviti ga na ploči. Nažalost, bol je očistiti ga sa ploče. Da biste očistili fluks koji se ne čisti, uklonite što je moguće veće stvari s malo visokokvalitetnog alkohola za trljanje, koncentracije iznad 90%, i štapićem od pamuka. Zatim je dobro očetkajte starom četkicom za zube (stare električne četkice za zube/glave četkica za zube odlično funkcioniraju). Na kraju, zagrijte malo destilirane vode za kupku s toplom vodom. Možete koristiti neki deterdžent za suđe ako želite (samo pazite da vam kraljevski ne zašrafi ploču, ne bi trebao oštetiti gole veze na vašoj PCB -u jer su deterdženti za posuđe dizajnirani da se "pričvršćuju" na organske komponente putem hidrofobnih materijala) komponenta sapuna. Hidrofobno-hidrofilno djelovanje osigurava polarna/nepolarna ugljikovodična/alkalna struktura njegovih molekula i može se isprati pomoću hidrofilne komponente. Zaista, jedino je pitanje kada se ne ispere pravilno destiliranom vodom ili ako je izuzetno korozivna). IFF nekim čudom zaista uklonite sav nečisti fluks alkoholom, a vjerojatno nećete, možete preskočiti pranje ploče zajedno.

Nakon otprilike 30 minuta, vruća voda trebala bi razbiti ostatak ljepljivih ostataka na ploči, a zatim možete otići u grad sa četkicom za zube i skinuti ostatak. Dobro isperite i pustite da se osuši u tosteru na najnižoj temperaturi ili ostavite da se osuši najmanje 24 sata na otvorenom. U idealnom slučaju, trebali biste koristiti ili toster ili jeftin pištolj s vrućim zrakom iz Harbour Freight -a koji je dovoljno udaljen da ne pržite ništa. Na isti način možete koristiti i komprimirani zrak.

Kao napomenu, budite oprezni prilikom četkanja PCB -a jer možete olabaviti komponente. Ne morate pritiskati jako, tek toliko da čekinje uđu između komponenti.

Korak 5: Solarni paneli …