Günəş 12V SLA batareya şarj cihazı: 6 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Bir müddət əvvəl, yan-yana ATV-nin "Limonu" na sahib oldum. Bunun çox səhv olduğunu söyləmək kifayətdir. Bir nöqtədə qərara gəldim ki, "HEY, fənərlər işləyərkən qapının ağzına qədər ucuz olan ölü batareyanı saxlamaq üçün özümün yüksək enerjili günəş batareyası şarj cihazımı qurmalıyam!" Nəhayət, "HEY, planlaşdırdığım bəzi uzaq layihələri gücləndirmək üçün o bataryadan istifadə etməliyəm!"

Beləliklə, "Lead Buddy" günəş batareyası şarj cihazı dünyaya gəldi.

Başlanğıcda, dizaynımı Sparkfun "Sunny Buddy" dən çıxarmağa baxdım (bu səbəbdən adını aldım), amma təsadüfən, artıq başqa bir layihədə istifadə etdiyim bir komponentin, həqiqətən də, istifadə haqqında bir tətbiq qeydinin olduğunu gördüm. Günəş batareyası şarj cihazı olaraq (əvvəllər məlumat cədvəlinə baxarkən əldən verdiyim) - Analog Cihazın LTC4365! MPPT yoxdur, amma hey, nə Sparkfun "Sunny Buddy" də (heç olmasa əsl MPPT deyil …). Yaxşı, bunu tam olaraq necə düzəldə bilərik? Yaxşı, əziz oxucu, tətbiq qeydlərinə baxırsınız !!! Xüsusilə, Microchip -in AN1521 "Günəş Paneli MPPT Alqoritmlərinin Tətbiqinə Praktiki Bələdçi". Əslində olduqca maraqlı bir oxu və MPPT nəzarətini həyata keçirməyin bir çox fərqli üsulu ilə təmin edir. Yalnız iki sensora ehtiyacınız var: bir gərginlik sensoru (gərginlik bölücü) və bir cərəyan sensoru və tam olaraq bir çıxışa ehtiyacınız var. International Rectifier-dən IR25750 adlı bir N-Channel MOSFET ilə istifadə edilə bilən xüsusi bir cərəyan sensoru haqqında bildim. IR25750 üzərindəki AN-1199 modelləri də maraqlı oxunur. Nəhayət, hər şeyi birləşdirmək üçün bir mikro nəzarətçiyə ehtiyacımız var və yalnız 3 sancağa ehtiyacımız olduğu üçün ATtiny10 -a daxil olun!

Addım 1: Parçaların seçilməsi, sxemlərin çəkilməsi

İndi 3 əsas hissəyə sahib olduğumuz üçün, IC -lərimizi müşayiət etmək üçün lazım olan digər komponentləri seçməyə başlamalıyıq. Növbəti vacib komponentimiz MOSFET'lərimizdir, xüsusən də bu versiya üçün (bu barədə daha çox məlumat üçün son addıma baxın) İKİ SQJB60EP İkili N-Kanallı MOSFET-lərdən istifadə etməyi seçdim. Bir MOSFET yalnız LTC4365 tərəfindən idarə olunur və digər MOSFET, bir FET-in əks giriş qorunması üçün nəzərdə tutulmuş "ideal aşağı tərəfli bir diod" kimi çıxış etməsi üçün qurulmuşdur (Google-da axtarış etsəniz, çox güman ki, TI və Maxim-dən mövzu ilə əlaqədar tətbiq qeydləri, bunun üçün qazmaq məcburiyyətində qaldım.), digər FET isə ATtiny10-un 16 bitlik PWM taymeri ilə idarə olunur (və ya seçdiyiniz qətnamə…). Ardından sadalamaq o qədər də vacib olmayan passivlərimiz gəlir. Gərginlik ayırıcılar/şarj cihazı proqramlaşdırması və müxtəlif bypass/saxlama kondansatörləri üçün rezistorlardan ibarətdir, yalnız rezistorlarınızın onlar tərəfindən yayılan enerjini idarə edə biləcəyinə və kondansatörlerinizin məqbul temperatur toleranslarına (X5R və ya daha yaxşı) malik olduğundan əmin olun. Qeyd etmək vacibdir ki, bunun necə dizayn edildiyindən, işləməsi üçün lövhəyə bir batareya bağlanmalıdır.

LTC4365 -ni 12 və ya 24 V batareyaları bir tullanan keçidlə doldurmaq üçün qurdum (batareya 12V batareyalar üçün təxminən 2.387V/hüceyrəyə doldurulduqda şarj cihazındakı OV pinini 0.5V ilə təmin etmək üçün). Şarj cihazının gərginlik bölücüsü, eyni zamanda lövhəyə 2.54 mm başlıq ilə bağlanan və ya termal keçirici çömçə qarışığı və ya hətta yapışan bantla batareyanın yan tərəfinə bağlanacaq 5k PTC rezistoru vasitəsilə temperaturu kompensasiya edir. Dizayn boyunca bir neçə zener istifadə etməliyik, yəni tərs MOSFET gerilimini idarə etmək üçün (həm də MPPT komponentlərini tullanan yastıq vasitəsilə quraşdırmadığınız halda digər FET -ə enerji vermək üçün) və LTC4365 -in qorunması üçün. pinlər həddindən artıq gərginlikdən. ATtiny10 -u 40V giriş üçün qiymətləndirilən 5V avtomobil tənzimləyicisi ilə təmin edəcəyik.

Sigortalar…

Diqqət etməyiniz lazım olan bir şey, batareya şarj cihazlarına gəldikdə həmişə giriş və çıxışlarınızda qoruyucuların olması və hər zaman yüksək cərəyan girişlərində (IE- batareya) OV qorumasından istifadə etməyinizdir. Aşağı cərəyan girişləri OVP-ni asanlıqla həyata keçirə bilməz (IE-lövbər sxemləri), çünki onlar tez-tez açarı/qoruyucunu açmaq üçün kifayət qədər cərəyan istehsal edə bilmirlər. Bu, TRIAC/SCR -nin həddindən artıq istiləşməyə başlayacağı, potensial olaraq uğursuz ola biləcəyi, ya komponentlərinizin zədələnməsinə və ya layihənizin alov alovlanmasına səbəb olacağı ölümcül bir vəziyyətə səbəb ola bilər. Sigortanı əslində vaxtında partlatmaq üçün kifayət qədər cərəyan verməlisiniz (12V batareyamızın edə biləcəyi). Sigortalara gəldikdə, Littlefuse tərəfindən 0453003. MR ilə getməyə qərar verdim. Çox kiçik bir SMD paketində fantastik bir qoruyucudur. Daha böyük sigortalarla, məsələn, 5x20 mm -lik sigortalarla getməyə qərar verərsənsə, LÜTFƏN, DAHA YÜKSƏK SEVGİNİN SEVGİSİ ÜÇÜN …. Şüşə qoruyucuları istifadə etmə. Şüşə qoruyucular partladıqda parçalana bilər, bu da hər cür zədələnmə gətirərək lövhənizin hər tərəfinə isti ərimiş metal və iti şüşə göndərir. Həmişə keramika qoruyuculardan istifadə edin, əksəriyyəti qumla doldurulub ki, əsəndə lövhənizi və ya evinizi qızartmasınlar (keramikanın özünün də istifadə olunan keramika zirehinə bənzər şəkildə qorunmağa kömək etməsi lazım olduğunu söyləmək olmaz) müasir döyüş maşınlarını formalı yüklənmiş döyüş başlıqlarından qorumaq üçün/ Həqiqətən də isti plazma təyyarələri). Kiçik teli qoruyucunuzda "görmək" qabiliyyətinə malik olmaq (hər halda görə bilməyəcəksiniz, xüsusən də demək olar ki, kor olsanız), əvvəllər evinizin olduğu yerdə yanan kömür yığınına dəyməz. Sigortanızı yoxlamaq lazımdırsa, müqavimətini yoxlamaq üçün bir multimetrdən istifadə edin.

ESD qorunması

Elektron layihələrimizi qorumaq üçün yalnız 5-10 dollarlıq bahalı varistorlara güvəndiyimiz günlər çox geridə qaldı. Həmişə bəzi TVS və ya Keçici Gerilim Bastırma diodları atmalısınız. Etməmək üçün əslində heç bir səbəb yoxdur. Hər hansı bir giriş, xüsusən də günəş paneli girişi ESD -dən qorunmalıdır. Günəş panellərinizin/hər hansı bir telin yaxınlığında bir ildırım vurması halında, kiçik bir TVS diodu, bir qoruyucu ilə birlikdə, layihənizin hər hansı bir ESD/EMP-dən zədələnməsinin qarşısını ala bilər. tətil elədir …). MOV -lar kimi demək olar ki, davamlı deyillər, amma çox vaxt işin öhdəsindən gələ bilərlər.

Hansı ki, bizi növbəti maddə olan Spark boşluqlarına gətirir. "Qığılcım boşluqları nədir?!" Bəli, qığılcım boşluqları, giriş pinlərinizdən birindən yerə uzanan, soldermaskanın və yerli yer təyyarəsinin çıxarıldığı və açıq havaya məruz qalan bir izdir. Sadə dillə desək, ESD -nin birbaşa yerə (ən az müqavimət yolu) doğru əyilməsini təmin edir və inşallah dövrənizi bağışlayacaq. Əlavə etmək üçün heç bir dəyəri yoxdur, buna görə də onları həmişə bacardığınız yerə əlavə etməlisiniz. Paschen Qanunu ilə müəyyən bir gərginliyi qorumaq üçün izinizlə yerdəki təyyarə arasındakı məsafəni hesablaya bilərsiniz. Bunu necə hesablayacağımı müzakirə etməyəcəyəm, ancaq ümumi bir hesablama biliyinin tövsiyə olunduğunu söyləmək kifayətdir. Əks təqdirdə, iz ilə torpaq arasında 6-10 millik bir boşluqla yaxşı olmalısınız. Dairəvi bir iz istifadə etmək də məsləhətdir. Necə həyata keçiriləcəyi ilə bağlı fikir üçün göndərdiyim şəklə baxın.

Yer təyyarələri

Əksər elektronika layihələrində böyük bir torpaq istifadə etməməyin heç bir səbəbi yoxdur. Bundan əlavə, torpaq tökülməsindən istifadə etməmək son dərəcə israfçıdır, çünki bütün misin aşındırılması lazımdır. Artıq misin pulunu ödəyirsiniz, hətta Çinin su yollarını (və ya hər hansı bir yer) çirkləndirməməyiniz və yerüstü təyyarəniz kimi yaxşı istifadə etməyiniz də mümkündür. Çıxarılan tökmələr müasir elektronikada çox məhdud istifadəyə malikdir və nadir hallarda, əgər bundan sonra da istifadə olunarsa, bərk torpaq tökmələrinin yüksək frekanslı siqnallar üçün daha yaxşı keyfiyyətlərə malik olduğu iddia edilir, həssas izləri qorumaqda daha yaxşı olduqlarını və bəzi bypass təmin edə bildiklərini söyləmək olmaz. Çox qatlı bir lövhədən istifadə etsəniz, "canlı" bir təyyarə ilə tutum. Həm də qeyd etmək vacibdir ki, yenidən doldurma sobası və ya isti hava işləmə stansiyasından istifadə etsəniz, yerüstü təyyarənin daha çox termal kütləsi olduğu üçün, yenidən yuvarlandıqda "məzar daşı" qura biləcəyi üçün, pasif komponentlərə möhkəm yer səthi əlaqələri tövsiyə edilmir. Lehimin əriməsi üçün onu qızdırmaq lazımdır. Ehtiyatlı olsanız, əlbəttə edə bilərsiniz, ancaq termal relyef yastıqlarından istifadə etməlisiniz və ya EasyEDA -nın passiv komponentinizin torpaq yastığını bağlamaq üçün "Spokes" adlandırdığı şeylərdən istifadə etməlisiniz. Lövhəm termal relyef yastıqlarından istifadə edir, baxmayaraq ki, əllə lehim etdiyim üçün hər iki halda da fərq etməz.

İstilik yayılmasında…

Günəş şarj cihazımız, maksimum dizayn edilmiş 3A cərəyanında da (sigortadan asılı olaraq) çox istilik yaymamalıdır. Ən pis halda, SQJB60EP müqavimətimiz 8A -da 4.5V -da 0.016mOhm -dir (ikinci versiyamda SQJ974EP, 0.0325mOhm -də, daha çox məlumat üçün sonunda qeydlərimə baxın). Ohms Qanunu, P = I^2 * R istifadə edərək, güc dağılımımız 3A -da 0,144W -dir (İndi Niyə MOSFET -ləri MPPT və əks gerilim "diod" dövrəsi üçün istifadə etdiyimi görürsünüz). Avtomobil 5V tənzimləyicimiz də çox dağılmamalıdır, çünki ən çox bir neçə milliamp çəkirik. 12V və ya hətta 24V batareya ilə, tənzimləyicidə istiliyi batırmaqdan narahat olmaq üçün kifayət qədər güc itkisi görməməliyik, lakin TI -nin bu mövzuda verdiyi əla tətbiq qeydinə görə, gücünüzün çoxu istilik kimi dağılır. ən az müqavimət yolu olduğu üçün PCB -nin özünə qaytarın. Nümunə olaraq, SQJB60EP drenaj yastığına 3.1C/W istilik müqavimətinə malikdir, plastik paket isə 85C/W istilik müqavimətinə malikdir. İstilik batırılması, PCB-nin özünün vasitəsi ilə edildikdə daha təsirli olur, IE- çoxlu istilik yayan komponentləriniz üçün gözəl böyük təyyarələr düzəldin (beləliklə PCB-ni baş yayıcıya çevirir) və ya lövhənin lövhənin əks tərəfinə Daha kompakt dizaynlara imkan vermək üçün yuxarıdakı kiçik təyyarə. (Termal viyasaların lövhənin əks tərəfindəki bir təyyarəyə yönəldilməsi, lövhənin arxa tərəfinə asanlıqla bir soyuducu/şlak bağlamağa və ya başqa bir lövhənin yer müstəvisindən bu istiliyin dağılmasına imkan verir. moduldan.) Bir komponentdən təhlükəsiz şəkildə nə qədər güc ayıra biləcəyinizi hesablamağın bir sürətli və çirkli yolu (Tj - Tamb) / Rθja = Gücdür. Daha çox məlumat üçün TI -nin tətbiq qeydini oxumağı şiddətlə tövsiyə edirəm.

Və nəhayət…

Layihənizi açıq şəkildə xaricdə istifadə ediləcəyini düşündüyüm kimi bir konteynerin içərisində olmasını istəyirsinizsə, lövhənizi qoymadan əvvəl həmişə konteynerinizi/qutunuzu seçməlisiniz. Mənim vəziyyətimdə Polycase-in EX-51-ni seçdim və lövhəmi belə dizayn etdim. Günəş girişinin kastelli "çuxurlarına" və ya daha doğrusu yuvalara (1,6 mm qalınlıqdakı lövhəyə uyğun) bağlanan "ön panel" lövhəsi də hazırladım. Onları birlikdə lehimləyin və getməyiniz yaxşıdır. Bu paneldə Switchcraft -dan su keçirməyən bağlayıcılar var. Hələ bir "ön panel" və ya "arxa panel" istifadə edib etməyəcəyimə qərar verməmişəm, amma nə olursa olsun, həm giriş, həm də çıxış üçün, həmçinin batareya termistorumuz üçün "su keçirməyən kabel yuvasına" ehtiyacım olacaq. Əlavə olaraq, şarj cihazım da bir modul olaraq bir lövhəyə quraşdırıla bilər (buna görə delikli deliklər).

Addım 2: Parçalarınızı əldə edin

İstehsalçıların sayını nəzərə alsaq və zaman zaman kiçik hissələrin (yəni rezistorlar, kondansatörlər) itiriləcəyini nəzərə alsaq, hissələrinizin sifarişi çətin ola bilər. Əslində, 24V batareya şarj dövrəsi üçün rezistorları itirdim. Şükürlər olsun ki, 24V şarj dövrəsini istifadə etməyəcəyəm.

PCB -ni JLCPCB -dən sifariş etməyi seçdim, çünki kiri ucuzdur. Onlardan son sifariş verdiyim vaxtdan bəri gözəl xırtıldayan ekranlar (və lehim maskaları) buraxan "şəkil çəkə bilən" bir prosesə keçmək kimi görünürdülər. Təəssüf ki, artıq pulsuz göndərmə təmin etmirlər, buna görə ya bir və ya iki həftə gözləməli olacaqsınız, ya da DHL vasitəsilə göndərilməsi üçün 20 dollar ödəməlisiniz. Komponentlərimə gəldikdə, Arrow ilə getdim, çünki pulsuz göndərmə var. Arrowda olmadığı üçün yalnız Digikey -dən termistor almaq məcburiyyətində qaldım.

Tipik olaraq, 0603 ölçülü passivlər lehim üçün A-OK-dir. 0402 ölçülü komponentlər çətin ola bilər və asanlıqla itirə bilər, buna görə ehtiyacınız olan ən azı iki dəfə sifariş verin. Həmişə bütün komponentlərinizi sizə göndərdiklərini yoxlayın. Sifarişinizi konsolidasiya etməsələr və FedEx vasitəsilə sizə 20 fərqli qutu göndərsələr, bu xüsusilə vacibdir.

Addım 3: Hazırlıq…

Lehimləməyə hazırlaşırıq …. Lehimləmək üçün bu qədər alətə ehtiyacınız yoxdur. Ucuz, orta gücdə bir lehimləmə dəmiri, axı, lehim, cımbız və qəlpələr, sizə lazım olan hər şeydir. Hazır vəziyyətdə yanğınsöndürmə vasitəniz olmalıdır və hər zaman xərçəngli/zəhərli olan hava axını ilə atılan çirkləndiriciləri süzmək üçün hazır bir maska olmalıdır.

Addım 4: Bir yerə qoyun

PCB -ni yığmaq həqiqətən sadədir. Bu, sadəcə "bir yastığı qalay, bir çubuğu o nişana lehimləmək, sonra qalan sancaqları" lehimlə sürükləmək "deməkdir. SMD komponentlərini lehimləmək üçün mikroskop və ya xülya işləmə stansiyasına ehtiyac yoxdur. Daha böyük bir şey və 0603 (və bəzən 0402) komponentlər üçün böyüdücü şüşəyə belə ehtiyacınız yoxdur. Yalnız köprülü sancaqlar olmadığından və soyuq oynaqlarınız olmadığından əmin olun. "Gülməli" bir şey görürsənsə, üstünə bir az axış qoy və dəmirlə vur.

Lövhədə qalmaq təhlükəsiz olduğu üçün axına gəldikdə, ehtimal ki, təmiz olmayan bir axını istifadə etməlisiniz. Təəssüf ki, lövhədən təmizləmək çox ağrılıdır. 'Təmiz olmayan' axını təmizləmək üçün, 90% -dən yuxarı konsentrasiyadan və pambıq çubuqdan istifadə edə bilərsiniz. Sonra köhnə bir diş fırçası ilə yaxşıca fırçalayın (köhnə elektrik diş fırçaları/diş fırçası başları gözəl işləyir). Nəhayət, isti su hamamı üçün bir az distillə edilmiş suyu qızdırın. İstəsəniz, bəzi qabyuyan yuyucu vasitələrdən istifadə edə bilərsiniz (lövhənizi korlamayacağına əmin olun, bu da PCB -də heç bir çılpaq əlaqəyə zərər verməməlidir, çünki qabyuyan yuyucu maddələr hidrofobik vasitələrlə üzvi komponentlərə "yapışmaq" üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hidrofob-hidrofilik təsir molekullarının polar/polar olmayan karbohidrogen/qələvi quruluşu ilə təmin edilir və hidrofilik komponent vasitəsilə yuyula bilər. distillə edilmiş su ilə və ya çox aşındırıcıdırsa). IFF bir möcüzə ilə əslində təmizlənməyən bütün axını spirtlə alırsınız və ehtimal ki, lövhənizi bir yerdə yuyub atlaya bilməzsiniz.

30 dəqiqədən sonra isti su taxtanızda qalan yapışqan qalıqları parçalamalıdır, sonra diş fırçanızla şəhərə gedə bilərsiniz və qalan hissəsini də götürə bilərsiniz. Yaxşı yuyun və ən aşağı səviyyəyə qoyulmuş bir tost sobasında qurudun və ya ən azı 24 saat açıq havada qurudun. İdeal olaraq, bir tost sobası və ya heç bir şey qızartmamaq üçün kifayət qədər uzaqda tutulan Harbor Freight -dan ucuz bir isti hava silahı istifadə etməlisiniz. Eyni təsir üçün sıxılmış hava da istifadə edə bilərsiniz.

Əlavə olaraq, PCB -lərinizi fırçalayarkən diqqətli olun, çünki komponentləri sərbəst buraxa bilərsiniz. Çox sıxmaq lazım deyil, komponentlər arasında kılların olması kifayətdir.

Addım 5: Günəş Panelləri…