Solar 12V SLA Batterieladegerät - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Vor einiger Zeit kam ich in den Besitz einer "Lemon" eines Side-by-Side ATV. Es genügt zu sagen, es ist viel falsch daran. Irgendwann habe ich beschlossen, dass "HEY, ich sollte einfach mein eigenes Hochleistungs-Solarladegerät bauen, nur um die billige, nagelneue Batterie aufzuladen, während die Scheinwerfer laufen!" Daraus entwickelte sich schließlich die Idee: "HEY, ich sollte diesen Scheißkerl verwenden, um einige Remote-Projekte, die ich geplant habe, mit Strom zu versorgen!"

So war das Solarladegerät „Lead Buddy“geboren.

Anfangs habe ich versucht, mein Design von Sparkfuns "Sunny Buddy" abzuleiten (daher kam der Name), aber zufällig bemerkte ich, dass eine Komponente, die ich bereits in einem anderen Projekt verwendet habe, tatsächlich eine Anwendungsnotiz hatte als Solarladegerät (das ich beim Durchblättern des Datenblatts zuvor übersehen hatte) - LTC4365 von Analog Device! Es hat kein MPPT, aber hey, Sparkfuns "Sunny Buddy" auch nicht (zumindest kein echtes MPPT…). Also, wie genau beheben wir das? Nun, lieber Leser, schauen Sie sich die App-Notizen an!!! Insbesondere AN1521 von Microchip "Practical Guide to Implementing Solar Panel MPPT Algorithms". Es ist eigentlich eine ziemlich interessante Lektüre und bietet Ihnen mehrere verschiedene Methoden zur Implementierung der MPPT-Steuerung. Sie benötigen nur zwei Sensoren, einen Spannungssensor (Spannungsteiler) und einen Stromsensor, und Sie benötigen genau einen Ausgang. Ich wusste zufällig von einem speziellen Stromsensor, der mit einem N-Kanal-MOSFET verwendet werden kann, namens IR25750 von International Rectifier. Ihre AN-1199 auf dem IR25750 ist auch eine interessante Lektüre. Schließlich brauchen wir noch einen Mikrocontroller, um das Ganze miteinander zu verknüpfen, und da wir nur 3 Pins benötigen, geben Sie den ATtiny10 ein!

Schritt 1: Teile auswählen, Schaltpläne zeichnen

Jetzt, da wir unsere 3 Hauptteile haben, müssen wir beginnen, die verschiedenen anderen Komponenten auszuwählen, die unsere ICs begleiten müssen. Unsere nächste wichtige Komponente sind unsere MOSFETs, speziell für diese Überarbeitung (siehe den letzten Schritt für weitere Informationen dazu) habe ich mich für ZWEI SQJB60EP Dual N-Channel MOSFETs entschieden. Ein MOSFET wird ausschließlich vom LTC4365 gesteuert, und der andere MOSFET ist so eingerichtet, dass ein FET als "ideale Low-Side-Diode" für den Rückwärtseingangsschutz fungiert (Wenn Sie das in Google suchen, werden Sie wahrscheinlich nicht auf die Anwendungsnotizen von TI und Maxim zu diesem Thema, ich musste danach graben.), während der andere FET vom 16-Bit-PWM-Timer des ATtiny10 gesteuert wird (oder eine beliebige Auflösung, die Sie wählen…). Als nächstes kommen unsere Passiven, die ehrlich gesagt nicht so wichtig sind. Sie bestehen aus Widerständen für die Programmierung von Spannungsteilern / Ladegeräten und verschiedenen Bypass- / Speicherkondensatoren. Stellen Sie nur sicher, dass Ihre Widerstände die Verlustleistung verarbeiten können und dass Ihre Kondensatoren angemessene Temperaturtoleranzen haben (X5R oder besser). Es ist wichtig zu beachten, dass aufgrund der Konstruktionsweise eine Batterie an das Board angeschlossen werden MUSS, damit es funktioniert.

Ich habe den LTC4365 so eingerichtet, dass er entweder 12- oder 24-V-Batterien laden kann, indem ich einen Jumper umschalte (um den OV-Pin am Ladegerät mit 0,5 V zu versorgen, wenn die Batterie bei 12-V-Batterien auf etwa 2,387 V/Zelle aufgeladen ist). Der Spannungsteiler des Ladegeräts ist auch über einen 5k-PTC-Widerstand temperaturkompensiert, der über einen 2,54 mm-Header mit der Platine verbunden ist und entweder mit wärmeleitender Vergussmasse oder sogar mit Klebeband an der Seite der Batterie angeschlossen wird. Wir müssen auch während des gesamten Designs ein paar Zener verwenden, nämlich zum Ansteuern des Sperrspannungs-MOSFET (sowie zur Stromversorgung des anderen FET, falls Sie die MPPT-Komponenten nicht über ein Jumper-Pad installieren) und zum Schutz der LTC4365 Pins vor Überspannung. Wir werden den ATtiny10 mit einem 5-V-Automobilregler versorgen, der für einen 40-V-Eingang ausgelegt ist.

Sicherungen…

Es ist wichtig zu beachten, dass Sie bei Batterieladegeräten IMMER Sicherungen an Ihren Ein- und Ausgängen haben sollten und dass Sie bei Hochstromeingängen (IE-Batterie) IMMER einen Überspannungsschutz verwenden sollten. Bei Niederstromeingängen kann OVP nicht ohne weiteres implementiert werden (IE-Crowbar-Schaltungen), da sie oft nicht genug Strom erzeugen können, um einen Leistungsschalter/eine Sicherung auszulösen. Dies kann zu einer fatalen Situation führen, in der Ihr TRIAC/SCR zu überhitzen beginnt und möglicherweise ausfällt, wodurch entweder Ihre Komponenten in der Leitung beschädigt werden oder Ihr Projekt in Flammen explodiert. Sie müssen in der Lage sein, genügend Strom zu liefern, um die Sicherung rechtzeitig durchzubrennen (was unsere 12-V-Batterie kann). Bei den Sicherungen habe ich mich für die 0453003. MR von Littlefuse entschieden. Es ist eine fantastische Sicherung in einem sehr kleinen SMD-Gehäuse. Wenn Sie sich für größere Sicherungen entscheiden, wie zum Beispiel 5x20mm Sicherungen, BITTE AUS LIEBE ZU IHREM HÖHEREN WESEN SIE BETEN….. Verwenden Sie keine Glassicherungen. Glassicherungen können zerspringen, wenn sie durchbrennen, und Teile von heißem, geschmolzenem Metall und scharfem Glas auf Ihrem Board verteilen und dabei alle Arten von Schäden verursachen. Verwenden Sie IMMER Keramiksicherungen, die meisten sind mit Sand gefüllt, damit sie, wenn sie durchbrennen, Ihr Board oder Ihr Haus nicht braten (ganz zu schweigen davon, dass die Keramik selbst auch zum Schutz beitragen sollte, ähnlich wie die verwendete Keramikrüstung zum Schutz moderner Kampffahrzeuge vor Hohlladungssprengköpfen/ REALLY HOT JETS OF PLASMA). In der Lage zu sein, dieses kleine Kabel in Ihrer Sicherung zu "sehen" (das Sie möglicherweise sowieso nicht sehen können, besonders wenn Sie fast blind sind) ist es nicht wert, einen glühenden Holzkohlehaufen dort zu haben, wo früher Ihr Haus war. Wenn Sie Ihre Sicherung testen müssen, verwenden Sie ein Multimeter, um ihren Widerstand zu überprüfen.

ESD-Schutz

Längst vorbei sind die Zeiten, in denen wir uns ausschließlich auf teure Varistoren im Wert von 5 bis 10 US-Dollar verließen, um unsere elektronischen Projekte zu schützen. Sie sollten IMMER einige TVS- oder Transient Voltage Supression-Dioden einsetzen. Es gibt buchstäblich keinen Grund, es nicht zu tun. Jeder Eingang, insbesondere ein Solarpanel-Eingang, sollte vor ESD geschützt werden. Im Falle eines Blitzeinschlags in der Nähe Ihrer Sonnenkollektoren / beliebiger Kabelstränge kann diese kleine TVS-Diode in Kombination mit einer Sicherung verhindern, dass Ihr Projekt durch ESD / EMP (was ein Blitz ist) beschädigt wird Streik ist, irgendwie….). Sie sind nicht annähernd so langlebig wie MOVs, aber sie können sicherlich die meiste Zeit die Arbeit erledigen.

Was uns zu unserem nächsten Artikel bringt, Funkenstrecken. "Was sind Funkenstrecken?!?" Nun, Funkenstrecken sind im Wesentlichen nur eine Spur, die sich von einem Ihrer Eingangspins in eine Masseebene erstreckt, von der die Lötstoppmaske entfernt wurde und die lokale Masseebene und der offenen Luft ausgesetzt ist. Einfach ausgedrückt, ermöglicht es ESD, direkt in Ihre Masseebene (den Weg des geringsten Widerstands) überzugehen und wird hoffentlich Ihre Schaltung schonen. Das Hinzufügen kostet absolut nichts, daher sollten Sie sie immer hinzufügen, wo Sie können. Sie können den Abstand berechnen, den Sie zwischen Ihrer Leiterbahn und der Masseebene benötigen, um durch das Paschen-Gesetz vor einer gewissen Spannung zu schützen. Ich werde nicht diskutieren, wie man das berechnet, aber es genügt zu sagen, dass allgemeine Kenntnisse der Infinitesimalrechnung empfohlen werden. Andernfalls sollten Sie mit einem Abstand von 6-10 mil zwischen der Spur und dem Boden in Ordnung sein. Es ist auch ratsam, eine abgerundete Spur zu verwenden. Sehen Sie sich das Bild an, das ich für eine Idee zur Umsetzung gepostet habe.

Grundflächen

Es gibt keinen Grund, bei den meisten Elektronikprojekten keinen großen Bodenguss zu verwenden. Darüber hinaus ist es äußerst verschwenderisch, keine Bodengüsse zu verwenden, da das gesamte Kupfer abgeätzt werden muss. Sie zahlen bereits für das Kupfer, Sie könnten es genauso gut nicht die Wasserstraßen Chinas (oder wo auch immer) verschmutzen lassen und es als Ihre Grundfläche nutzen. Schraffierte Pours haben in der modernen Elektronik nur sehr begrenzte Einsatzmöglichkeiten und werden selten, wenn überhaupt, in diesem Sinne verwendet, da feste Ground Pours angeblich bessere Eigenschaften für Hochfrequenzsignale haben, ganz zu schweigen davon, dass sie empfindliche Leiterbahnen besser abschirmen UND einen gewissen Bypass bieten können Kapazität mit einer "lebenden" Ebene, wenn Sie eine Mehrschichtplatine verwenden. Es ist auch wichtig zu beachten, dass bei Verwendung eines Reflow-Ofens oder einer Heißluft-Rework-Station von festen Masseplattenverbindungen zu passiven Komponenten abgeraten wird, da diese beim Reflow "zu Grabsteinen" führen können, da die Masseplatte mehr thermische Masse hat die erhitzt werden muss, damit das Lot schmilzt. Sie können dies sicherlich tun, wenn Sie vorsichtig sind, aber Sie sollten Wärmeentlastungspads oder das, was EasyEDA "Spokes" nennt, verwenden, um das Massepad Ihrer passiven Komponente anzuschließen. Mein Board verwendet Wärmeschutzpads, obwohl es, da ich von Hand löte, wirklich egal ist.

Bei der Wärmeableitung…

Unser Solarladegerät sollte auch bei seinem maximalen Nennstrom von 3A (abhängig von der Sicherung) nicht zu viel Wärme abführen. Im schlimmsten Fall beträgt der Widerstand unseres SQJB60EP 0,016 mOhm bei 4,5 V bei 8 A (SQJ974EP in meiner zweiten Revision bei 0,0325 mOhm, weitere Informationen finden Sie in meinen Anmerkungen am Ende). Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes, P = I ^ 2 * R, beträgt unsere Verlustleistung 0,144 W bei 3 A (Jetzt sehen Sie, warum ich N-Kanal-MOSFETs für unsere MPPT- und Sperrspannungs-"Dioden" -Schaltung verwendet habe). Unser automobiler 5V-Regler sollte auch nicht zu viel verbrauchen, da wir nur höchstens ein paar Dutzend Milliampere ziehen. Mit einer 12-V- oder sogar einer 24-V-Batterie sollten wir nicht genug Leistungsverlust am Regler sehen, um sich wirklich Sorgen um die Wärmeableitung machen zu müssen leiten zurück in die Leiterplatte selbst, da dies der Weg des geringsten Widerstands ist. Als Beispiel hat unser SQJB60EP einen Wärmewiderstand von 3,1C/W zum Drainpad, während das Kunststoffgehäuse einen Wärmewiderstand von 85C/W hat. Der Kühlkörper ist viel effektiver, wenn er durch die Platine selbst erfolgt, z. B. das Anlegen schöner großer Flächen für Ihre Komponenten, die viel Wärme ableiten (wodurch Ihre Platine in einen Head-Spreader verwandelt wird) oder das Verlegen von Durchkontaktierungen auf die gegenüberliegende Seite der Platine von a kleinere Ebene auf der Oberseite, um kompaktere Designs zu ermöglichen. (Das Verlegen von thermischen Vias zu einer Ebene auf der gegenüberliegenden Seite der Platine ermöglicht es auch, einfach einen Kühlkörper/Slug an der Rückseite der Platine anzubringen oder diese Wärme durch die Masseebene einer anderen Platine abzuführen, wenn sie als Modul.) Eine schnelle und schmutzige Methode, um zu berechnen, wie viel Leistung Sie sicher von einer Komponente ableiten können, ist (Tj - Tamb) / Rθja = Leistung. Für weitere Informationen empfehle ich Ihnen dringend, die App-Notiz von TI zu lesen.

Und schlussendlich…

Wenn Sie Ihr Projekt in einem Container haben möchten, wie ich es vorhabe, da es offensichtlich draußen verwendet wird, sollten Sie immer Ihren Container / Ihre Box auswählen, bevor Sie Ihr Board auslegen. In meinem Fall habe ich mich für die EX-51 von Polycase entschieden und mein Board als solches entworfen. Ich habe auch eine "Frontplatten" -Platine entworfen, die mit den zinnenförmigen "Löchern" des Solareingangs oder genauer gesagt mit Schlitzen (die zu einer 1,6 mm dicken Platine passen) verbunden ist. Löten Sie sie zusammen, und Sie können loslegen. Dieses Panel hat wasserdichte Anschlüsse von Switchcraft. Ich habe mich noch nicht entschieden, ob ich eine "Frontplatte" oder eine "Rückseite" verwenden werde, aber unabhängig davon benötige ich auch eine "wasserdichte Kabelverschraubung" für den Ein- oder Ausgang sowie für unseren Batteriethermistor. Darüber hinaus kann mein Ladegerät auch als Modul auf einer Platine installiert werden (daher die Zinnen).

Schritt 2: Erhalten Sie Ihre Teile

Die Bestellung Ihrer Teile kann eine qualvolle Aufgabe sein, wenn man bedenkt, wie viele Anbieter es gibt und wenn man bedenkt, dass von Zeit zu Zeit Kleinteile verloren gehen (zB Widerstände, Kondensatoren). Tatsächlich habe ich die Widerstände für den 24-V-Batterieladekreis verloren. Zum Glück werde ich die 24V-Ladeschaltung nicht verwenden.

Ich habe mich entschieden, meine Platine bei JLCPCB zu bestellen, weil sie spottbillig ist. Sie scheinen auch auf einen "Foto-Image-fähigen" Prozess umgestellt zu haben, der seit meiner letzten Bestellung bei ihnen schöne, scharfe Siebdrucke (und Lötstopplacke) hinterlässt. Leider bieten sie keinen kostenlosen Versand mehr an, so dass Sie entweder ein oder zwei Wochen warten müssen, um es zu erhalten, oder Sie müssen mehr als 20 US-Dollar für den Versand per DHL bezahlen…. Was meine Komponenten angeht, habe ich mich für Arrow entschieden, da sie versandkostenfrei sind. Ich musste nur den Thermistor von Digikey kaufen, da Arrow ihn nicht hatte.

In der Regel sind Passive der Größe 0603 A-OK zum Löten. Komponenten der Größe 0402 können schwierig sein und gehen leicht verloren. Bestellen Sie also mindestens das Doppelte, was Sie benötigen. Überprüfen Sie immer, ob Sie alle Ihre Komponenten erhalten haben. Dies ist besonders wichtig, wenn Ihre Bestellung nicht konsolidiert wird und Ihnen stattdessen 20 verschiedene Kartons über FedEx gesendet werden.

Schritt 3: Vorbereiten…

Vorbereitungen zum Löten…. Zum Löten braucht man wirklich nicht so viele Werkzeuge. Ein billiger, mäßig betriebener Lötkolben, Flussmittel, Lötzinn, Pinzette und Schere sind alles, was Sie brauchen. Sie MÜSSEN auch einen Feuerlöscher bereithalten, und Sie sollten IMMER eine Maske bereithalten, um luftgetragene Verunreinigungen herauszufiltern, die durch das krebserregende/giftige Flussmittel abgeschieden werden.

Schritt 4: Zusammenbauen

Die Montage Ihrer Leiterplatte ist wirklich einfach. Es ist so ziemlich nur "ein Pad verzinnen, einen Pin an diese Lasche löten, dann den Rest der Pins "löten"". Zum Löten von SMD-Bauteilen benötigen Sie weder ein Mikroskop noch eine schicke Reworkstation. Für alles, was größer als und 0603 (und manchmal 0402) Komponenten ist, brauchen Sie nicht einmal eine Lupe. Stellen Sie nur sicher, dass keine überbrückten Pins vorhanden sind und Sie keine kalten Verbindungen haben. Wenn Sie etwas "Lustiges" sehen, geben Sie etwas Flussmittel darauf und schlagen Sie mit dem Bügeleisen darauf.

Was das Flussmittel betrifft, sollten Sie wahrscheinlich kein sauberes Flussmittel verwenden, da es sicher auf Ihrem Board belassen werden kann. Leider ist es mühsam, es tatsächlich von Ihrem Board zu reinigen. Um „No-Clean“-Flussmittel zu reinigen, entfernen Sie so viel wie möglich von den großen Dingen mit etwas hochwertigem Reinigungsalkohol (über 90% Konzentration) und einem Wattestäbchen. Als nächstes mit einer alten Zahnbürste gut putzen (alte elektrische Zahnbürsten/Zahnbürstenköpfe funktionieren wunderbar). Zum Schluss etwas destilliertes Wasser für ein heißes Wasserbad erhitzen. Sie können etwas Geschirrspülmittel verwenden, wenn Sie möchten (achten Sie nur darauf, dass es Ihre Platine nicht königlich verschraubt, es sollte keine blanken Verbindungen auf Ihrer Platine beschädigen, da Geschirrspülmittel so konzipiert sind, dass sie sich durch die Hydrophobie an organischen Komponenten "anheften". Bestandteil der Seife. Die hydrophob-hydrophile Wirkung wird durch die polare/unpolare Kohlenwasserstoff/Alkali-Struktur der Moleküle bereitgestellt und kann über die hydrophile Komponente abgewaschen werden. Wirklich, das einzige Problem ist, wenn es nicht richtig gespült wird mit destilliertem Wasser oder wenn es stark korrosiv ist). IFF Durch ein Wunder entfernen Sie tatsächlich das gesamte No-Clean-Flussmittel mit Alkohol, und Sie werden es wahrscheinlich nicht tun. Sie können das Waschen Ihres Boards ganz überspringen.

Nach ungefähr 30 Minuten sollte das heiße Wasser den Rest der klebrigen Rückstände auf Ihrem Brett auflösen, dann können Sie mit Ihrer Zahnbürste in die Stadt gehen und den Rest entfernen. Gut ausspülen und in einem Toaster auf niedrigster Stufe trocknen lassen oder mindestens 24 Stunden im Freien trocknen lassen. Idealerweise sollten Sie entweder einen Toaster oder eine billige Heißluftpistole von Harbour Freight verwenden, die weit genug entfernt ist, um nichts zu frittieren. Sie können zum gleichen Effekt auch Druckluft verwenden.

Als Randnotiz sollten Sie beim Bürsten Ihrer Leiterplatten vorsichtig sein, da Sie Komponenten lösen können. Sie müssen nicht sehr stark nach unten drücken, gerade genug, um die Borsten zwischen die Komponenten zu bekommen.

Schritt 5: Sonnenkollektoren…