Solar 12V SLA akkumulátor töltő: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Valamikor régebben birtokba vettem egy "citromot" egy egymás melletti ATV-t. Elég annyit mondani, hogy NAGYON baj van vele. Valamikor úgy döntöttem, hogy "HÉ, csak építsek saját nagyteljesítményű napelemes töltőt, csak hogy az olcsó halott ajtó köröm akkumulátort tölthessem a fényszórók működése közben!" Végül ez alakult ki abban a gondolatban, hogy "Hé, ezt az akkumulátort kellene használnom néhány távoli projekt áramellátására, amit terveztem!"

Így született meg a "Lead Buddy" napelemes töltő.

Kezdetben azt néztem, hogy a dizájnomat a Sparkfun "Sunny Buddy" -jéből származtassam le (innen kaptam a nevet), de véletlenül észrevettem, hogy egy olyan komponenshez, amelyet már használtam egy másik projektben, valójában volt egy alkalmazási megjegyzés a használatról napelemes töltőként (amit lemaradtam az adatlap átolvasása előtt) - Analóg eszköz LTC4365! Nincs MPPT, de hé, a Sparkfun "Sunny Buddy" -ja sem (legalábbis nem igaz MPPT …). Szóval, hogyan oldjuk meg pontosan ezt? Nos, kedves olvasó, nézd meg az alkalmazás jegyzeteit !!! Pontosabban a Microchip AN1521 "Praktikus útmutatója a napelemes MPPT algoritmusok megvalósításához" c. Valójában nagyon érdekes olvasmány, és számos különböző módszert kínál az MPPT vezérlés megvalósítására. Csak két érzékelőre van szüksége, egy feszültségérzékelőre (feszültségosztó) és egy áramérzékelőre, és pontosan egy kimenetre van szüksége. Véletlenül tudtam egy speciális áramérzékelőről, amely N-csatornás MOSFET-el használható, az International Rectifier IR25750-nek hívják. Az IR25750-es AN-1199-esük is érdekes olvasmány. Végül szükségünk van egy mikrokontrollerre, hogy összekapcsoljuk az egészet, és mivel csak 3 csapra van szükségünk, lépjünk be az ATtiny10 -be!

1. lépés: Alkatrészek kiválasztása, rajzok rajzai

Most, hogy megvan a három elsődleges részünk, el kell kezdenünk választani a különböző egyéb összetevőket, amelyeknek csatolniuk kell az IC -ket. Következő fontos alkotóelemünk a MOSFET-eink, különös tekintettel erre a felülvizsgálatra (további információért lásd az utolsó lépést), KÉT SQJB60EP Dual N-Channel MOSFET-et választottam. Az egyik MOSFET-et kizárólag az LTC4365 vezérli, a másik MOSFET-et úgy állítják be, hogy az egyik FET "ideális alacsony oldali diódaként" működjön, amely fordított bemeneti védelemre szolgál (Ha rákeres a Google-on, valószínűleg nem találja ki a TI és a Maxim alkalmazási megjegyzéseit a témában, meg kellett ásnom.), míg a másik FET-et az ATtiny10 16 bites PWM időzítője vezérli (vagy bármilyen felbontást választ …). Ezután a passzívjaink következnek, akiket őszintén nem olyan fontos felsorolni. Ezek feszültségosztó/töltőprogramozási ellenállásokból és különböző bypass/tároló kondenzátorokból állnak, csak győződjön meg arról, hogy az ellenállások képesek kezelni az általuk leadott energiát, és a kondenzátorok ésszerű hőmérséklet tűréssel rendelkeznek (X5R vagy jobb). Fontos megjegyezni, hogy ennek a kialakításnak köszönhetően az elemet KELL csatlakoztatni a panelhez, hogy működjön.

Úgy állítottam be az LTC4365 készüléket, hogy 12 vagy 24 voltos akkumulátort is fel tudja tölteni egy áthidaló kapcsolóval (hogy a töltő OV -érintkezőjét 0,5 V -os feszültséggel lássa el, amikor az akkumulátor körülbelül 2,387 V/cellára van feltöltve 12 V -os akkumulátorok esetén). A töltőfeszültség -elosztó hőmérsékletét is kompenzálja egy 5 k -es PTC ellenállás, amely 2,54 mm -es fejlécen keresztül csatlakozik a panelhez, és az akkumulátor oldalához csatlakozik akár hővezető cserepanyaggal, akár ragasztószalaggal. A tervezés során néhány zenert is használnunk kell, nevezetesen a fordított feszültségű MOSFET meghajtásához (valamint a többi FET áramellátásához, ha nem telepíti az MPPT alkatrészeket jumper padon keresztül), valamint az LTC4365 csapok a túlfeszültségtől. Az ATtiny10 tápellátását 5 V -os autós szabályzóval látjuk el, 40 V -os bemenetre.

Biztosítékok…

Egy fontos dolog, amit meg kell jegyezni, az, hogy MINDIG legyen biztosíték a bemeneteken és kimeneteken, amikor akkumulátor töltőkről van szó, és hogy MINDIG használjon OV védelmet nagyáramú bemeneteken (IE-akkumulátor). Az alacsony áramú bemeneteknél nem lehet könnyen megvalósítani az OVP-t (IE-feszítőáramkörök), mivel gyakran nem képesek elegendő áramot előállítani a megszakító/biztosíték kioldásához. Ez végzetes helyzethez vezethet, amikor a TRIAC/SCR túlmelegedni kezd, ami esetleg meghibásodhat, vagy a vezetékben lévő alkatrészek sérülését okozhatja, vagy a projekt lángokban robbanhat. Elegendő áramot kell biztosítani ahhoz, hogy a biztosítékot időben le lehessen fújni (amit a 12 V -os akkumulátorunk is tud). Ami a biztosítékokat illeti, úgy döntöttem, hogy a Littlefuse 0453003. MR -jével megyek. Ez egy fantasztikus biztosíték egy nagyon kicsi SMD csomagban. Ha úgy dönt, hogy nagyobb biztosítékokat használ, például 5x20 mm -es biztosítékokat, KÉRJÜK, MINDEN MAGASABB SZERETETÉRE, HOGY IMÁDIK….. Ne használjon üvegbiztosítékokat. Az üvegbiztosítékok összetörhetnek, amikor fújnak, és forró olvadt fémdarabokat és éles üvegeket bocsátanak ki az egész tábláról, és mindenféle kárt okoznak a folyamat során. MINDIG kerámia biztosítékokat használjon, legtöbbjük homokkal van megtöltve, hogy fújáskor ne süssék meg a táblát vagy a házat (nem beszélve arról, hogy maga a kerámia is elősegíti a védelmet, hasonlóan a használt kerámia páncélhoz) hogy megvédje a modern harci járműveket a formázott robbanófejektől/ REALLY HOT JETS OF PLASMA). Ha képes "látni" azt a kis vezetéket a biztosítékban (ezt esetleg nem látja, különösen, ha majdnem vak), nem éri meg füstölgő szénhalom ott, ahol a háza volt. Ha tesztelnie kell a biztosítékot, használjon multimétert az ellenállás ellenőrzéséhez.

ESD védelem

Rég elmúltak azok az idők, amikor kizárólag drága 5-10 dolláros varisztorokra támaszkodtunk elektronikus projektjeink védelmében. MINDIG dobjon be néhány TVS -t vagy átmeneti feszültségcsökkentő diódát. Szó szerint nincs ok arra, hogy ne. Minden bemenetet, különösen a napelemes bemenetet védeni kell az ESD -vel szemben. Villámcsapás esetén a napelemek/dróthálózat közelében, ez a kis TVS dióda, biztosítékkal kombinálva megakadályozhatja, hogy a projekt bármilyen ESD/EMP károsodást szenvedjen (ez a villám sztrájk, valahogy …). Közel sem olyan tartósak, mint a MOV -ok, de minden bizonnyal képesek elvégezni a munkát.

Ez elvezet minket a következő tételhez, a Spark résekhez. "Mik azok a szikraközök?!?" Nos, a szikraközök lényegében csak nyomok, amelyek az egyik bemeneti csapból egy földi síkba nyúlnak ki, amelyből eltávolították a forrasztómaszkot és a helyi talajsíkot, és ki vannak téve a szabad levegőnek. Egyszerűen fogalmazva, lehetővé teszi, hogy az ESD egyenesen áthajoljon a földi síkba (a legkisebb ellenállás útja), és remélhetőleg megkíméli az áramkört. Hozzáadásuk egyáltalán nem kerül semmibe, ezért mindig add hozzá, ahol tudod. A Paschen -törvény segítségével kiszámíthatja a nyomkövetés és az alaplap közötti távolságot, amely bizonyos feszültségek védelme érdekében szükséges. Nem fogom tárgyalni, hogyan kell ezt kiszámítani, de elég, ha azt mondom, hogy a számítás általános ismerete javasolt. Ellenkező esetben rendben kell lennie, ha a nyom és a föld között 6-10 milliméternyi tér van. A lekerekített nyom használata is ajánlott. Tekintse meg az általam közzétett képet, hogy megtudja, hogyan kell megvalósítani.

Földi repülőgépek

Nincs ok arra, hogy a legtöbb elektronikai projektben ne használjon egy nagy földi öntést. Ezenkívül rendkívül pazarló, ha nem használ őrölt öntőanyagot, mivel az összes rézből le kell maratni. Már fizet a rézért, lehet, hogy nem szennyezi Kína vízi útjait (vagy bárhol), és jól használja földi síkjaként. A kikelt öntések nagyon korlátozottan használhatók a modern elektronikában, és ritkán, ha valaha is használják ilyen célokra, mivel a szilárd talajú öntvények állítólag jobb tulajdonságokkal rendelkeznek a nagyfrekvenciás jelek számára, nem beszélve arról, hogy jobban védik az érzékeny nyomokat, és némi kitérőt is biztosíthatnak kapacitás "élő" síkkal, ha többrétegű lapot használ. Fontos megjegyezni azt is, hogy ha visszafolyó kemencét vagy forrólevegő -átdolgozó állomást használ, akkor nem ajánlott szilárd alapú csatlakozásokat kötni a passzív alkatrészekhez, mivel azok "sírkövek" lehetnek, ha újraforgatják, mivel az alaplap nagyobb hőtömeggel rendelkezik. fel kell melegíteni, hogy a forrasztóanyag megolvadjon. Bizonyára megteheti, ha óvatos, de használjon hővédő párnákat, vagy az EasyEDA úgynevezett "küllőit" a passzív komponens földelő párnájának csatlakoztatásához. A táblám hővédő párnákat használ, bár mivel kézzel forrasztom, ez így sem mindegy.

A hőelvezetésről…

A napelemes töltőnknek nem szabad túl sok hőt elvezetnie, még a maximális 3A áramerősségnél sem (a biztosíték függvényében). A legrosszabb esetben az SQJB60EP ellenállása 0,016 mOhm 4,5 V -on 8A -nál (SQJ974EP a második felülvizsgálatomnál, 0,0325 mOhm, lásd a megjegyzéseimet a végén további információkért). Az Ohms -törvény (P = I^2 * R) segítségével a teljesítményeloszlásunk 0,144 W 3A -nál (Most látod, miért használtam N -csatornás MOSFET -eket MPPT és fordított feszültségű "dióda" áramkörünkhöz). Az autóipari 5 V -os szabályozónknak sem szabad túlságosan eloszlania, mivel legfeljebb pár tucat milliampert rajzolunk. Egy 12 V -os, vagy akár egy 24 V -os akkumulátor esetén nem kell elég áramveszteséget tapasztalnunk a szabályozóban ahhoz, hogy valóban aggódnunk kell a hő elnyelése miatt, azonban a TI kiváló alkalmazási megjegyzése szerint ezzel a problémával a legtöbb energia eloszlik a hő hatására vissza kell vezetni magába a NYÁK -ba, mivel ez a legkisebb ellenállás útja. Például az SQJB60EP termikus ellenállása 3,1C/W a leeresztő párnával szemben, míg a műanyag csomagolás hőmérsékleti ellenállása 85C/W. A hőelnyelés sokkal hatékonyabb, ha magán a NYÁK-on keresztül történik, IE- szép nagy síkokat helyez el az alkatrészei számára, amelyek sok hőt eloszlatnak (így a PCB-t fejosztóvá alakítják), vagy a viasokat a tábla másik oldalára irányítják kisebb sík a tetején, hogy kompaktabb kialakítást tegyen lehetővé. (A termikus nyílások átirányítása a tábla másik oldalán lévő síkba lehetővé teszi a hűtőborda/csiga egyszerű csatlakoztatását a tábla hátsó oldalához, vagy azt, hogy ez a hő egy másik tábla alaplapján keresztül oszlik el, ha modul.) Egy gyors és piszkos módszerrel kiszámíthatja, hogy mennyi energiát tud biztonságosan eloszlatni egy komponensből (Tj - Tamb) / Rθja = Teljesítmény. További információért erősen javaslom, hogy olvassa el a TI alkalmazásjegyzetét.

És végül…

Ha azt szeretné, hogy a projektje egy konténerben legyen, mint ahogy azt tervezem, hogy nyilvánvalóan kint fogják használni, akkor mindig válassza ki a tartályt/dobozt, mielőtt lerakná a táblát. Esetemben a Polycase EX-51-ét választottam, és úgy terveztem meg a táblát. Terveztem egy "elülső panel" táblát is, amely csatlakozik a szolár bemenet kasztellált "lyukaihoz", pontosabban a résekhez (amelyek megfelelnek egy 1,6 mm vastagságú táblának). Forrasztja össze őket, és már indulhat is. Ez a panel a Switchcraft vízálló csatlakozóival rendelkezik. Még nem döntöttem el, hogy "előlapot" vagy "hátsó panelt" fogok használni, de ettől függetlenül szükségem lesz egy "vízálló kábel tömszelencére" akár a bemenetre, akár a kimenetre, valamint az akkumulátor termisztorára. Ezenkívül a töltőm modulra is felszerelhető a táblára (tehát a kasztillált lyukak).

2. lépés: Az alkatrészek beszerzése

Az alkatrészek megrendelése kínos feladat lehet, tekintettel arra, hogy hány gyártó van, és figyelembe véve azt a tényt, hogy időnként elvesznek a kis alkatrészek (például ellenállások, kondenzátorok). Valójában elvesztettem a 24 V -os akkumulátor töltőáramkörének ellenállásait. Szerencsére nem fogom használni a 24V -os töltőáramkört.

Úgy döntöttem, hogy megrendelem a PCB -t a JLCPCB -től, mert olcsó. Úgy tűntek, hogy áttértek egy "fotóképes" eljárásra is, amely szép ropogós selyemvédőt (és forrasztómaszkot) hagy maga után, mióta utoljára rendeltem tőlük. Sajnos már nem biztosítanak ingyenes szállítást, ezért vagy várnia kell egy -két hetet, amíg megkapja, vagy 20 dollárt kell fizetnie ahhoz, hogy DHL -en keresztül szállítsák…. Ami az alkatrészeimet illeti, az Arrow -val mentem, mivel ingyenes szállítással rendelkeznek. Csak a Digikey -ből kellett megvásárolnom a termisztort, mivel Arrow -nál nem volt.

Általában 0603 méretű passzív A-OK forrasztásra alkalmas. A 0402 méretű alkatrészek nehézkessé válhatnak, és könnyen elveszhetnek, ezért legalább kétszer rendelje meg, amire szüksége van. Mindig ellenőrizze, hogy minden alkatrészét elküldte -e Önnek. Ez különösen akkor fontos, ha nem konszolidálják megrendelését, hanem 20 különböző dobozt küldenek a FedEx -en keresztül.

3. lépés: Felkészülés…

Felkészülés a forrasztásra…. Valójában nincs szüksége ennyi szerszámra a forrasztáshoz. Egy olcsó, mérsékelt teljesítményű forrasztópáka, fluxus, forrasztópisztoly, csipesz és csipesz körülbelül minden, amire szüksége van. Tűzoltó készüléket is készenlétben kell tartania, és MINDIG készen kell állnia egy maszkkal, amely kiszűri a levegőben lévő szennyeződéseket, amelyeket a fluxus eltávolít, ami rákos/mérgező.

4. lépés: Összeállítás

A PCB összeszerelése nagyon egyszerű. Nagyjából csak "be kell bádogozni egy betétet, forrasztani egy tűt ehhez a fülhöz, majd" húzni a forrasztást "a többi csaphoz". Az SMD alkatrészek forrasztásához nincs szükség mikroszkópra vagy díszes átdolgozó állomásra. Még nagyítóra sincs szüksége a 0603 (és néha 0402) komponenseknél nagyobb darabokhoz. Csak győződjön meg arról, hogy nincsenek áthidalott csapok, és nincsenek hideg ízületek. Ha valami "vicceset" lát, tegyen rá egy kis fluxust, és üsse meg a vasalóval.

Ami a fluxust illeti, valószínűleg nem tiszta fluxust kell használnia, mivel biztonságosan hagyhatja a táblán. Sajnos fájdalmas ténylegesen megtisztítani a tábláról. A „nem tiszta” fluxus tisztításához távolítson el annyi nagy cuccot, amennyit csak tud, 90% feletti koncentrációjú, jó minőségű alkohollal és pamut törlővel. Ezután alaposan mossa le egy régi fogkefével (a régi elektromos fogkefék/fogkefefejek szépen működnek). Végül melegítsen fel néhány desztillált vizet forró vízfürdőhöz. Használhat némi mosogatószert, ha akarja (csak ügyeljen arra, hogy ne csavarja királyi módon a táblát, ne károsítsa a csupasz csatlakozókat a PCB -n, mivel a mosogatószereket úgy tervezték, hogy a hidrofób úton "kötődjenek" a szerves összetevőkhöz) A hidrofób-hidrofil hatást a molekulák poláris/nem poláris szénhidrogén/alkáli szerkezete biztosítja, és a hidrofil komponensen keresztül lemosható. Valójában az egyetlen probléma az, ha nem megfelelően öblítik le desztillált vízzel vagy rendkívül maró hatású). Az IFF valami csoda folytán alkohollal távolítja el az összes tiszta folyadékot, és valószínűleg nem is fogja, kihagyhatja a tábla mosását.

Körülbelül 30 perc elteltével a forró víznek fel kell törnie a maradék ragadós maradékot a táblán, majd mehetsz a városba a fogkeféddel, és leszedheted a többit. Öblítse le jól, és hagyja megszáradni a legalacsonyabb fokozatra állított kenyérpirító sütőben, vagy hagyja száradni legalább 24 órát a szabadban. Ideális esetben használjon kenyérpirítót vagy a Harbor Freight olcsó hőlégpisztolyát, amelyet elég távol tartanak, hogy ne süssenek semmit. Sűrített levegőt is használhat ugyanilyen hatás érdekében.

Mellékben meg kell jegyezni, hogy a PCB -k ecsetelésénél legyen óvatos, mivel az alkatrészeket kilazíthatja. Nem kell nagyon lenyomni, csak annyira, hogy a sörték az alkatrészek közé kerüljenek.

5. lépés: Napelemek…