Solárna nabíjačka batérií 12V SLA: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Pred nejakým časom som sa dostal do vlastníctva „citróna“štvorkolky vedľa seba. Stačí povedať, že je na tom VEĽA zle. V určitom okamihu som sa rozhodol, že „Hej, mal by som si postaviť vlastnú vysokovýkonnú solárnu nabíjačku batérií, aby bola lacná batéria vybitá ako dvere nabitá, kým budú svietiť svetlomety!“Nakoniec sa to vyvinulo do myšlienky, že „Hej, mal by som použiť batériu na napájanie niektorých vzdialených projektov, ktoré som plánoval!“

Tak sa zrodila solárna nabíjačka „Lead Buddy“.

Pôvodne som sa pozeral na odvodenie svojho návrhu zo Sparkfun „Sunny Buddy“(odtiaľ som dostal meno), ale náhodou som si všimol, že komponent, ktorý som už používal v inom projekte, mal v skutočnosti poznámku k použitiu ako nabíjačka solárnej batérie (ktorá mi pri listovaní v technickom liste predtým chýbala) - LTC4365 od Analog Device! Nemá MPPT, ale hej, ani „Sunny Buddy“spoločnosti Sparkfun (aspoň nie je pravý MPPT …). Ako to teda presne vyriešime? Drahý čitateľ, prezeráte si poznámky k aplikácii !!! Konkrétne Microchip AN1521 „Praktický sprievodca implementáciou algoritmov MPPT solárnych panelov“. Je to skutočne celkom zaujímavé čítanie a ponúka vám niekoľko rôznych spôsobov implementácie riadenia MPPT. Potrebujete iba dva snímače, snímač napätia (delič napätia) a prúdový snímač a potrebujete presne jeden výstup. Náhodou som vedel o špeciálnom prúdovom senzore, ktorý je možné použiť s N-kanálovým MOSFETom, nazývaným IR25750 od International Rectifier. Ich AN-1199 na IR25750 je tiež zaujímavým čítaním. Nakoniec potrebujeme mikrokontrolér, ktorý to celé prepojí, a keďže nám stačia iba 3 piny, zadajte ATtiny10!

Krok 1: Výber dielov, schémy kreslenia

Teraz, keď máme tri hlavné časti, musíme začať vyberať rôzne ďalšie komponenty, ktoré musia sprevádzať naše integrované obvody. Našou ďalšou dôležitou súčasťou sú naše MOSFETy, konkrétne pre túto revíziu (ďalšie informácie nájdete v poslednom kroku) som sa rozhodol použiť DVA dvojité N-kanálové MOSFETY SQJB60EP. Jeden MOSFET je ovládaný výlučne LTC4365 a druhý MOSFET je nastavený tak, že jeden FET funguje ako „ideálna dióda s nízkou stranou“určená na ochranu reverzného vstupu (Ak to hľadáte v službe Google, pravdepodobne na to neprídete. poznámky k aplikácii od TI a Maxima k tejto téme, musel som sa pre to vykopať.), zatiaľ čo druhý FET je riadený 16-bitovým časovačom PWM ATtiny10 (alebo akýmkoľvek rozlíšením, ktoré si vyberiete …). Ďalej prídu na rad naše pasíva, ktorých uvedenie na zozname nie je úprimne dôležité. Skladajú sa z odporov na delenie napätia/programovania nabíjačiek a rôznych obtokových/skladovacích kondenzátorov, uistite sa však, že vaše odpory zvládajú výkon rozptýlený cez ne a že vaše kondenzátory majú primerané teplotné tolerancie (X5R alebo lepšie). Je dôležité poznamenať, že kvôli tomu, ako je to navrhnuté, MUSÍ byť k doske pripevnená batéria, aby fungovala.

Nastavil som LTC4365 tak, aby dokázal nabíjať buď 12 alebo 24 V batérie prepnutím prepojky (aby poskytol pin OV na nabíjačke 0,5 V, keď je batéria nabitá na približne 2,387 V/článok pre 12 V batérie). Delič napätia nabíjačky je tiež teplotne kompenzovaný pomocou 5k PTC rezistora, ktorý sa k doske pripája pomocou konektora 2,54 mm a na stranu batérie sa pripojí buď tepelne vodivou zalievacou zmesou, alebo dokonca lepiacou páskou. V návrhu musíme tiež použiť niekoľko zenerov, a to na riadenie spätného napätia MOSFET (ako aj na napájanie druhého FET v prípade, že komponenty MPPT neinštalujete pomocou prepojovacej podložky) a na ochranu LTC4365. piny z prepätia. ATtiny10 budeme napájať 5V automobilovým regulátorom dimenzovaným na vstup 40V.

Poistky…

Jedna dôležitá vec, ktorú je potrebné si uvedomiť, je, že pokiaľ ide o nabíjačky batérií, VŽDY by ste mali mať poistky na vstupoch a výstupoch a že na silnoprúdových vstupoch (batéria IE) by ste VŽDY mali používať ochranu proti OV. Nízkoprúdové vstupy nemôžu mať ihneď implementované OVP (obvody páčidla IE), pretože často nedokážu vytvoriť dostatok prúdu na vypnutie ističa/poistky. To môže viesť k smrteľnej situácii, kedy sa váš TRIAC/SCR začne prehrievať, pričom môže dôjsť k zlyhaniu, čo spôsobí poškodenie vašich komponentov v rade alebo výbuch vášho projektu v plameňoch. Musíte byť schopní dodať dostatok prúdu na to, aby ste poistku skutočne odpálili včas (čo dokáže naša 12 V batéria). Čo sa týka poistiek, rozhodol som sa ísť s 0453003. MR od Littlefuse. Je to fantastická poistka vo veľmi malom balení SMD. Ak sa rozhodnete ísť s väčšími poistkami, ako sú poistky 5 x 20 mm, PROSÍM, ZA LÁSKU VŠETKÝCH VYŠŠÍCH BÝVAJTE SA, ABYSTE SA MODLILI …… Nepoužívajte sklenené poistky. Sklenené poistky sa môžu rozbiť, keď sa rozbijú, pričom kúsky horúceho roztaveného kovu a ostré sklo vypadnú po celej doske a pritom spôsobia všetky druhy škôd. VŽDY používajte keramické poistky, väčšina z nich je naplnená pieskom, takže keď fúkajú, nesmažia vašu dosku ani váš dom (nehovoriac o tom, že samotná keramika by mala tiež pomáhať pri ochrane, podobne ako použité keramické brnenie na ochranu moderných bojových vozidiel pred tvarovanými nábojovými hlavicami/ SKUTOČNÝMI HORKÝMI tryskami PLAZMY). Byť schopný „vidieť“ten malý drôt vo vašej poistke (to by ste aj tak nemuseli vidieť, najmä ak ste takmer slepý) nestojí za to, aby ste tam, kde býval váš dom, dochádzalo tlejúce množstvo dreveného uhlia. Ak potrebujete otestovať poistku, pomocou multimetra skontrolujte jej odpor.

ESD ochrana

Dávno sú preč časy, keď sme sa pri ochrane našich elektronických projektov spoliehali výlučne na drahé varistory v hodnote 5 až 10 dolárov. VŽDY by ste mali prihodiť niekoľko diód TVS alebo prechodových napätí. Doslova nie je dôvod, prečo nie. Akýkoľvek vstup, najmä vstup solárneho panelu, by mal byť chránený pred ESD. V prípade zásahu bleskom v blízkosti vašich solárnych panelov/akéhokoľvek natiahnutého drôtu môže táto malá dióda TVS v kombinácii s poistkou zabrániť poškodeniu vášho projektu pred akýmkoľvek druhom ESD/EMP (čo je to, čo predstavuje blesk) štrajk je, sorta ….). Nie sú ani zďaleka také trvanlivé ako stroje MOV, ale väčšinu času prácu určite zvládnu.

Čím sa dostávame k ďalšej položke, Spark gaps. „Čo sú to iskričky?!?“Iskrové medzery sú v podstate len stopou, ktorá siaha do základnej roviny z jedného z vašich vstupných kolíkov, ktorá z neho a z miestnej pozemnej roviny odstráni prednú masku a je vystavená voľnému vzduchu. Jednoducho povedané, umožňuje ESD oblúkom priamo do vašej pozemnej roviny (cesta najmenšieho odporu), a dúfajme, že ušetrí váš obvod. Ich pridanie nestojí absolútne nič, takže by ste ich mali vždy pridať, kde sa dá. Pomocou Paschenovho zákona môžete vypočítať vzdialenosť, ktorú potrebujete medzi svojou trasou a zemskou rovinou na ochranu pred určitým napätím. Nebudem diskutovať o tom, ako to vypočítať, ale stačí povedať, že sa odporúčajú všeobecné znalosti o počte. V opačnom prípade by ste mali byť v poriadku s priestorom 6 až 10 miliónov medzi stopou a zemou. Odporúča sa použiť aj zaoblenú stopu. Na obrázku, ktorý som zverejnil, nájdete nápad, ako ho implementovať.

Pozemné lietadlá

Nie je dôvod nevyužiť väčšinu veľkých projektov elektroniky. Okrem toho je mimoriadne zbytočné nepoužívať zemné leštidlá, pretože všetka táto meď bude musieť byť odleptaná. Za meď už platíte, môže sa stať, že ju nebudete znečisťovať v čínskych vodných cestách (alebo kdekoľvek) a dobre ju využijete ako svoju pozemnú rovinu. Vyliahnuté vyliatia majú v modernej elektronike veľmi obmedzené použitie a len zriedka, ak sa na to niekedy používajú, majú pevné zemné polevy údajne lepšie vlastnosti pre vysokofrekvenčné signály, nehovoriac o tom, že lepšie chránia citlivé stopy A môžu poskytnúť určitý bypass. kapacitná kapacita so „živou“rovinou, ak používate viacvrstvovú dosku. Je tiež dôležité poznamenať, že ak používate reflow pec alebo teplovzdušnú prepracovaciu stanicu, neodporúča sa pevné prepojenie základnej roviny s pasívnymi komponentmi, pretože pri pretavení môžu „náhrobok“, pretože základná rovina má väčšiu tepelnú hmotnosť ktorý sa musí zahriať, aby sa spájka roztavila. Ak ste opatrní, určite to môžete urobiť, ale mali by ste použiť podložky s tepelným odľahčením alebo to, čo EasyEDA nazýva „lúče“, na pripojenie uzemňovacej podložky vášho pasívneho komponentu. Moja doska používa podložky s tepelným odľahčením, aj keď keďže spájkujem ručne, v skutočnosti to ani tak nie je dôležité.

Pri odvode tepla…

Naša solárna nabíjačka by nemala odvádzať príliš veľa tepla, a to ani pri maximálnom projektovanom prúde 3A (v závislosti od poistky). V najhoršom prípade je náš odpor SQJB60EP 0,016 mOhm pri 4,5 V pri 8 A (SQJ974EP v mojej druhej revízii, pri 0,0325 mOhm, ďalšie informácie nájdete v mojich poznámkach na konci). Použitím Ohmovho zákona, P = I^2 * R, je náš stratový výkon 0,144 W pri 3A (Teraz vidíte, prečo som použil N -kanálové MOSFETy pre náš obvod „diódy“MPPT a spätného napätia). Náš automobilový 5V regulátor by sa tiež nemal príliš rozptýliť, pretože čerpáme iba niekoľko desiatok miliampérov. S batériou 12 V alebo dokonca 24 V by sme nemali vidieť dostatočnú stratu energie na regulátore, aby sme sa museli skutočne starať o to, ako by ju teplo pohlcovalo, ale podľa vynikajúcej poznámky k aplikácii TI k tomuto problému sa väčšina vašej energie rozptýli ako teplo. viesť späť do samotnej DPS, pretože je to cesta najmenšieho odporu. Náš SQJB60EP má napríklad tepelný odpor 3,1 ° C/W k odtokovej podložke, zatiaľ čo plastové balenie má tepelný odpor 85 ° C/W. Chladenie je oveľa efektívnejšie, keď sa vykonáva cez samotnú dosku plošných spojov, IE- rozloženie pekných veľkých rovín pre vaše súčiastky, ktoré odvádzajú veľa tepla (čím sa vaša doska plošných spojov zmení na rozmetadlo hlavy), alebo smerovanie priechodiek na opačnú stranu dosky z menšia rovina v hornej časti, aby sa umožnil kompaktnejší dizajn. (Vedenie tepelných priechodiek do roviny na opačnej strane dosky tiež umožňuje ľahké pripevnenie chladiča/slimáka na zadnú stranu dosky alebo nechanie tepla odvádzať cez základnú rovinu inej dosky, ak je pripevnené ako modul.) Jeden rýchly a špinavý spôsob, ako vypočítať, koľko energie môžete bezpečne odviesť z komponentu, je (Tj - Tamb) / Rθja = výkon. Ak chcete získať ďalšie informácie, dôrazne vám odporúčame prečítať si poznámku k aplikácii TI.

A nakoniec…

Ak chcete, aby váš projekt bol v kontajneri, ako to plánujem urobiť, pretože sa očividne bude používať vonku, pred položením dosky by ste mali vždy vybrať svoj kontajner/škatuľu. V mojom prípade som si vybral Polycase EX-51 a navrhol som svoju dosku ako takú. Tiež som navrhol dosku „predného panelu“, ktorá sa pripája k vydutým „dieram“slnečného vstupu, presnejšie povedané, k štrbinám (ktoré sa hodia na dosku s hrúbkou 1,6 mm). Spájajte ich dohromady a môžete ísť. Tento panel má vodotesné konektory od spoločnosti Switchcraft. Ešte som sa nerozhodol, či budem používať „predný panel“alebo „zadný panel“, ale bez ohľadu na to budem potrebovať „vodotesnú káblovú priechodku“buď pre vstup alebo výstup, ako aj pre batériový termistor. Okrem toho môže byť moja nabíjačka nainštalovaná aj na dosku ako modul (z toho dôvodu vyvýšené otvory).

Krok 2: Získanie dielov

Objednanie vašich dielov môže byť neznesiteľná úloha, vzhľadom na to, koľko predajcov je, a vzhľadom na skutočnosť, že sa z času na čas stratia malé diely (tj. Odpory, kondenzátory). V skutočnosti som stratil odpory pre obvod nabíjania 24 V batérie. Našťastie nebudem používať 24V nabíjací obvod.

Rozhodol som sa objednať svoju DPS z JLCPCB, pretože je veľmi lacná. Zdá sa, že tiež prešli na proces „schopný fotografického obrazu“, ktorý od poslednej objednávky u nich zanecháva pekné ostré sieťotlače (a predné masky). Žiaľ, už neposkytujú bezplatnú dopravu, takže na jeho získanie budete musieť čakať jeden alebo dva týždne, alebo musíte zaplatiť 20 $ a viac za odoslanie prostredníctvom DHL …. Pokiaľ ide o moje komponenty, išiel som so šípkou, pretože majú bezplatnú dopravu. Musel som kúpiť iba termistor z Digikey, pretože Arrow ho nemal.

Na spájkovanie je typicky A-OK pasívnych pasív veľkosti 0603. Komponenty veľkosti 0402 môžu byť náročné a ľahko sa stratia, preto si objednajte najmenej dvakrát to, čo potrebujete. Vždy skontrolujte, či vám boli odoslané všetky vaše súčasti. Toto je obzvlášť dôležité, ak nekonsoliduje vašu objednávku a namiesto toho vám pošle 20 rôznych políčok prostredníctvom systému FedEx.

Krok 3: Príprava…

Príprava na spájkovanie…. Na spájkovanie skutočne nepotrebujete toľko nástrojov. Lacná, stredne výkonná spájkovačka, tavidlo, spájkovačka, pinzeta a strihače sú všetko, čo potrebujete. MALI by ste mať pripravený aj hasiaci prístroj a VŽDY by ste mali mať pripravenú masku na filtrovanie vzduchom prenášaných kontaminantov odradených tavivom, ktoré je rakovinové/toxické.

Krok 4: Spojenie

Zostavenie DPS je veľmi jednoduché. Je to do značnej miery len „pocínujte jednu podložku, spájkujte jeden kolík k tejto záložke a potom„ ťahajte spájku “ostatné piny“. Na spájkovanie súčiastok SMD nepotrebujete mikroskop ani efektnú prepracovaciu stanicu. Na nič väčšie ako a 0603 (a niekedy aj 0402) súčiastky nepotrebujete ani lupu. Uistite sa, že neexistujú žiadne premostené kolíky a že nemáte studené spoje. Ak vidíte niečo „vtipné“, dajte na to trochu tavidla a udierajte ho žehličkou.

Pokiaľ ide o tok, pravdepodobne by ste mali použiť tok, ktorý nie je čistý, pretože je bezpečné nechať ho na doske. Bohužiaľ je skutočne bolestivé ho vyčistiť od dosky. Ak chcete vyčistiť „nevyčistený“tok, odstráňte čo najviac veľkých vecí pomocou kvalitného alkoholu na trenie nad 90% koncentrácie a vatového tampónu. Ďalej ho dobre vyčistite starou zubnou kefkou (staré elektrické zubné kefky/hlavy zubných kefiek fungujú krásne). Nakoniec zahrejte trochu destilovanej vody na horúci vodný kúpeľ. Ak chcete, môžete použiť nejaký umývací prostriedok na riad (uistite sa, že nebude kráľovsky skrutkovať vašu dosku, nemal by poškodiť žiadne holé spoje na vašej DPS, pretože umývacie prostriedky na riad sú navrhnuté tak, aby sa "prichytili" k organickým zložkám prostredníctvom hydrofóbneho Hydrofóbno-hydrofilný účinok je zabezpečený polárnou/nepolárnou uhľovodíkovou/zásaditou štruktúrou jeho molekúl a je možné ho zmyť prostredníctvom hydrofilnej zložky. Jediným problémom je, keď nie je správne opláchnutý destilovanou vodou alebo ak je extrémne korozívna). IFF nejakým zázrakom v skutočnosti zbavíte alkohol všetkých nečistých tokov a pravdepodobne to neurobíte, môžete preskočiť umývanie dosky dohromady.

Asi po 30 minútach by horúca voda mala rozbiť zvyšok lepkavých zvyškov na vašej doske. Potom môžete ísť do mesta so zubnou kefkou a odstrániť zvyšok. Dobre opláchnite a nechajte uschnúť v hriankovači, nastavenom na najnižšie nastavenie, alebo nechajte schnúť aspoň 24 hodín na čerstvom vzduchu. V ideálnom prípade by ste mali použiť buď hriankovač, alebo lacnú teplovzdušnú pištoľ z prístavu Freight, držanú dostatočne ďaleko, aby ste nič nesmažili. Na rovnaký účinok môžete použiť aj stlačený vzduch.

Vedľajšia poznámka: Buďte opatrní pri čistení PCB, pretože môžete uvoľniť súčiastky. Nemusíte príliš tlačiť, len aby sa štetiny dostali medzi komponenty.

Krok 5: Solárne panely…