Fortschrittliche elektronische DC-Last auf Arduino-Basis - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Dieses Projekt wird von JLCPCB.com gesponsert. Entwerfen Sie Ihre Projekte mit der Online-Software EasyEda, laden Sie Ihre vorhandenen Gerber-Dateien (RS274X) hoch, bestellen Sie Ihre Teile bei LCSC und lassen Sie sich das gesamte Projekt direkt zu Ihnen nach Hause liefern.

Ich konnte die KiCad-Dateien direkt in JLCPCB-Gerber-Dateien konvertieren und diese Boards bestellen. Ich musste sie in keiner Weise ändern. Ich verwende die Website JLCPCB.com, um den Status des Boards während des Baus zu verfolgen, und sie haben es innerhalb von 6 Tagen nach dem Absenden der Bestellung an meine Tür geschafft. Im Moment bieten sie kostenlosen Versand für ALLE PCBs an und die PCBs kosten jeweils nur 2 US-Dollar!

Intro: Sehen Sie sich diese Serie auf YouTube unter "Scullcom Hobby Electronics" an, damit Sie ein umfassendes Verständnis über das Design und die Software erhalten. Laden Sie die.zip_file aus Video 7 der Serie herunter.

Ich erstelle und modifiziere die "Scullcom Hobby Electronic DC Load". Herr Louis hat ursprünglich das gesamte Hardware-Layout und die Software für dieses Projekt entworfen. Bitte stellen Sie sicher, dass er die gebührende Anerkennung erhält, wenn Sie dieses Design replizieren.

Schritt 1: Sieh dir "The Combat Engineer" auf YouTube an, um spezifische Details zum PCB-Bestellprozess zu erhalten

Sehen Sie sich dieses Video an, das Video 1 der Serie ist, und erfahren Sie, wie Sie Ihre kundenspezifischen PCBs bestellen. Sie können bei LCSC.com tolle Angebote für alle Ihre Komponenten erhalten und die Platinen und alle Teile zusammen liefern lassen. Sobald sie ankommen, überprüfen Sie sie und beginnen Sie mit dem Löten des Projekts.

Denken Sie daran, dass die Siebdruckseite die Oberseite ist und Sie die Beine der Teile durch die Oberseite schieben und auf der Unterseite verlöten müssen. Wenn Ihre Technik gut ist, fließt ein wenig Lot zur Oberseite und dringt um die Basis des Teils ein. Alle ICs (DAC, ADC, VREF usw.) befinden sich ebenfalls auf der Unterseite der Platine. Stellen Sie sicher, dass Sie die empfindlichen Teile nicht überhitzen, während Sie die Spitzen Ihres Lötkolbens verwenden. Sie können die "Reflow"-Technik auch auf den kleinen SMD-Chips anwenden. Halten Sie den Schaltplan beim Bau der Einheit griffbereit, und ich fand auch das Overlay und das Layout äußerst hilfreich. Nehmen Sie sich Zeit und stellen Sie sicher, dass alle Widerstände in den richtigen Löchern landen. Nachdem Sie überprüft haben, ob alles an der richtigen Stelle ist, verwenden Sie einen kleinen Seitenschneider, um die überschüssigen Leitungen an den Teilen abzuschneiden.

Hinweis: Sie können die Schenkel der Widerstände verwenden, um die Brücken für die Signalspuren zu erstellen. Da alle Widerstände bei 0,5 W liegen, übertragen sie das Signal einwandfrei.

Schritt 2: Kalibrierung

Die Leitung "SENSE" wird verwendet, um die Spannung an der Last zu lesen, während die Last getestet wird. Es ist auch für die Spannungsanzeige verantwortlich, die Sie auf dem LCD sehen. Sie müssen die "SENSE"-Leitung mit der Last "ein" und "aus" bei verschiedenen Spannungen kalibrieren, um die größte Genauigkeit zu gewährleisten. (Der ADC hat eine 16-Bit-Auflösung, sodass Sie eine sehr genaue 100-mV-Anzeige erhalten - Sie können die Anzeige bei Bedarf in der Software ändern).

Der Ausgang des DAC kann angepasst werden und legt die Ansteuerspannung für das Gate des Mosfets fest. Im Video sehen Sie, dass ich die 0,500 V umgangen habe, die Spannung geteilt habe und alle 4,096 V vom VREF zum Gate der Mosfets senden kann. Theoretisch könnten bis zu 40 A Strom durch die Last fließen.* Sie können die Gate-Ansteuerspannung mit dem 200 Ohm 25-Gang-Potentiometer (RV4) feinjustieren.

RV3 stellt den auf dem LCD angezeigten Strom und die Leerlaufstromaufnahme des Geräts ein. Sie müssen das Potentiometer so einstellen, dass die Anzeige auf dem LCD korrekt ist, während Sie so wenig wie möglich "AUS" -Stromaufnahme an der Last beibehalten. Was heißt das, fragen Sie? Nun, das ist ein kleiner Fehler in der Regelung der Rückkopplungsschleife. Wenn Sie eine Last an die Lastanschlüsse des Geräts anschließen, sickert ein kleiner "Leckstrom" von Ihrem zu prüfenden Gerät (oder Akku) in das Gerät. Sie können dies mit dem Potentiometer auf 0,000 trimmen, aber ich habe festgestellt, dass die LCD-Anzeigen nicht so genau sind, wenn Sie sie auf 0,000 einstellen, als ob Sie 0,050 durchschleichen lassen würden. Es ist ein kleiner "Fehler" im Gerät und wird behoben.

*Hinweis: Sie müssen die Software anpassen, wenn Sie versuchen, den Spannungsteiler zu umgehen oder zu ändern, und SIE MACHEN DIES AUF EIGENES RISIKO. Sofern Sie keine umfangreiche Erfahrung mit Elektronik haben, lassen Sie das Gerät wie die Originalversion auf 4A eingestellt.

Schritt 3: Kühlung

Stellen Sie sicher, dass Sie den Lüfter so positionieren, dass Sie einen maximalen Luftstrom über die Mosfets und den Kühlkörper* erhalten. Ich werde insgesamt drei (3) Lüfter verwenden. Zwei für den Mosfet/Kühlkörper und eine für den Spannungsregler LM7805. Der 7805 liefert die gesamte Leistung für die digitale Schaltung und Sie werden feststellen, dass er ziemlich warm wird. Wenn Sie vorhaben, dies in ein Gehäuse zu legen, stellen Sie sicher, dass das Gehäuse groß genug ist, um einen ausreichenden Luftstrom über die Fets zu ermöglichen und dennoch durch den Rest des Raums zirkuliert. Lassen Sie auch nicht zu, dass der Lüfter heiße Luft direkt über die Kondensatoren bläst, da dies diese überlastet und ihre Lebensdauer verkürzt.

* Hinweis: Ich habe den Kühlkörper noch nicht in dieses Projekt eingebaut (zum Zeitpunkt der Veröffentlichung), aber ich WERDE und SIE BENÖTIGEN EINEN! Sobald ich mich für ein Gehäuse entschieden habe (ich werde ein benutzerdefiniertes Gehäuse in 3D drucken), schneide ich die Kühlkörper zu und installiere sie.

Schritt 4: Die Software

Dieses Projekt basiert auf der Arduino Nano und Arduino IDE. Herr Louis hat dies auf "modulare" Weise geschrieben, die es dem Endbenutzer ermöglicht, es an seine Bedürfnisse anzupassen. (*1) Da wir eine Spannungsreferenz von 4,096 V und einen 12-Bit-DAC, den MCP4725A, verwenden, können wir Stellen Sie den Ausgang des DAC auf genau 1 mV pro Schritt (*2) ein und steuern Sie die Gate-Ansteuerspannung zu den Mosfets (die den Strom durch die Last steuert) genau. Der 16-Bit-MCP3426A-ADC wird ebenfalls vom VREF angesteuert, sodass wir problemlos eine Auflösung von 0,000 V für die Lastspannungsmesswerte erhalten können größer ist, entweder in den Modi "Konstantstrom", "Konstantleistung" oder "Konstantwiderstand". Das Gerät verfügt auch über einen integrierten Batterietestmodus, der einen Entladestrom von 1 A für alle wichtigen Batteriechemien anwenden kann. Wenn es fertig ist, wird die Gesamtkapazität jeder getesteten Zelle angezeigt. Das Gerät verfügt auch über einen Transient-Modus und andere großartige Funktionen. Sehen Sie sich die. INO_Datei an, um alle Details zu erfahren.

Die Firmware ist auch voller Sicherheitsfunktionen. Ein analoger Temperatursensor ermöglicht die Steuerung der Lüftergeschwindigkeit und eine automatische Abschaltung bei Überschreitung der Maximaltemperatur. Der Batteriemodus verfügt über voreingestellte (einstellbare) Niederspannungsabschaltungen für jede Chemie und das gesamte Gerät schaltet sich ab, wenn die maximale Nennleistung überschritten wird.

(*1) was ich tue. Ich werde weitere Videos veröffentlichen und dieses Projekt im Laufe des Fortschritts ergänzen.

(*2) [(12-Bit-DAC = 4096 Schritte) / (4.096Vref)] = 1mV. Da nichts perfekt ist, gibt es einen Trimmpotentiometer, um Rauschen und andere Störungen zu berücksichtigen.

Schritt 5: Was kommt als nächstes?

Ich ändere dieses Projekt, sowohl Hardware als auch Software, mit dem Ziel, es bei 300 W / 10 A stabil zu machen. Dies ist nur der Anfang von dem, was sicherlich ein ausgezeichneter DIY-Batterietester / Allzweck-DC-Last werden wird. Ein vergleichbares Gerät von einem kommerziellen Anbieter würde Sie Hunderte, wenn nicht Tausende von Dollar kosten. Wenn Sie also ernsthaft Ihre DIY 18650 Powerwalls auf maximale Sicherheit und Leistung testen möchten, empfehle ich Ihnen dringend, dies selbst zu bauen.

Bleiben Sie dran für weitere Updates:

1) Benutzerdefinierte 3D-gedruckte Hülle mit OnShape

2) 3,5 TFT-LCD-Display

3) Erhöhte Kraft und Leistung

Stellen Sie gerne Ihre Fragen zu diesem Projekt. Wenn ich etwas Wichtiges ausgelassen habe, werde ich versuchen, zurückzukommen und es zu bearbeiten. Ich stelle ein paar "Teilbausätze" zusammen, einschließlich der Platine, Widerstände, JST-Anschlüsse, Bananenbuchsen, Dioden, Kondensatoren, programmierter Arduino, Header-Pins, Drehgeber, rastender Netzschalter, Druckknopf usw. und werden sie in Kürze zur Verfügung stellen. (Ich werde aufgrund der Kosten für die verschiedenen ICs wie DAC/ADC/Mosfets/etc keine "kompletten Kits" herstellen, aber Sie werden in der Lage sein, ungefähr 80% der Teile in einem Kit einsatzbereit zu haben. mit Profi-Leiterplatte).

Vielen Dank und viel Spaß.