Carregador de bateria Solar 12V SLA: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Fa un temps, vaig entrar en possessió d’un “Llimona” d’un quadricot de banda a banda. Només cal dir que hi ha molt malament. En algun moment, vaig decidir que "HEY, només hauria de construir el meu propi carregador de bateria solar d'alta potència només per mantenir la bateria barata de claus morts com a porta carregada mentre els fars funcionin." Finalment, això va evolucionar cap a la idea que "HEY, hauria d'utilitzar aquesta bateria per alimentar alguns projectes remots que he estat planejant!"

Així, va néixer el carregador de bateria solar "Lead Buddy".

Inicialment, vaig mirar de derivar el meu disseny del "Sunny Buddy" de Sparkfun (d'aquí on vaig obtenir el nom), però per casualitat, em vaig adonar que un component que ja estava utilitzant en un altre projecte, en realitat tenia una nota d'aplicació sobre l'ús com a carregador de bateria solar (que m’havia perdut mentre revisava el full de dades abans): LTC4365 del dispositiu analògic. No té MPPT, però vaja, tampoc el "Sunny Buddy" de Sparkfun (almenys no és cert MPPT …). Llavors, com solucionem això exactament? Bé, estimat lector, mireu les notes de l'aplicació !!! Concretament, AN1521 de Microchip "Guia pràctica per a la implementació d'algoritmes MPPT de panells solars". De fet, és una lectura molt interessant i us proporciona diversos mètodes diferents per implementar el control MPPT. Només necessiteu dos sensors, un sensor de tensió (divisor de tensió) i un sensor de corrent, i necessiteu exactament una sortida. Vaig conèixer un sensor de corrent especial que es pot utilitzar amb un MOSFET de canal N, anomenat IR25750 d’International Rectifier. El seu AN-1199 a l'IR25750 també és una lectura interessant. Finalment, necessitem un microcontrolador per enllaçar-ho tot, i com que només necessitem 3 pins, introduïu l'ATtiny10.

Pas 1: triar les parts, dibuixar esquemes

Ara que tenim les nostres tres parts principals, hem de començar a triar els altres components que necessiten acompanyar els nostres CI. El nostre següent component important són els nostres MOSFET; específicament, per a aquesta revisió (vegeu l’últim pas per obtenir més informació sobre això), vaig optar per utilitzar DOS MOSFET de doble canal SQJB60EP. Un MOSFET està controlat exclusivament pel LTC4365 i l’altre MOSFET està configurat de manera que un FET actua com un “díode de banda baixa ideal” destinat a la protecció d’entrada inversa (si cerqueu allò a Google, probablement no us aparegui el notes de l’aplicació de TI i Maxim sobre el tema, vaig haver de buscar-ne.), mentre que l’altre FET està controlat pel temporitzador PWM de 16 bits de l’ATtiny10 (o la resolució que trieu …). A continuació vénen els nostres passius, que sincerament no són tan importants a la llista. Consisteixen en resistències per a la divisió de tensió / programació del carregador i diversos condensadors de derivació / emmagatzematge, només cal que us assegureu que les resistències poden gestionar la potència dissipada a través d’ells i que els vostres condensadors tenen toleràncies de temperatura raonables (X5R o superior). És important tenir en compte que, per la forma en què es dissenya, s’ha de connectar una bateria a la placa perquè funcioni.

He configurat el LTC4365 per poder carregar bateries de 12 o 24 V canviant un pont (per proporcionar el pin OV del carregador amb 0,5 V quan la bateria es carrega a uns 2 387 V / cel·la per a bateries de 12 V). El divisor de tensió del carregador també es compensa amb la temperatura mitjançant una resistència PTC de 5 k que es connecta a la placa mitjançant una capçalera de 2,54 mm i que es connectarà al costat de la bateria amb compostos d’envasament conductors tèrmicament o fins i tot amb cinta adhesiva. També hem d’utilitzar un parell de zeners en tot el disseny, és a dir, per conduir el MOSFET de tensió inversa (a més de subministrar energia a l’altre FET en cas que no instal·leu els components MPPT mitjançant un jumper pad) i per protegir els LTC4365 pins de sobretensió. Alimentarem l’ATtiny10 amb un regulador automotriu de 5V que té una entrada de 40V.

Fusibles …

Una cosa important a tenir en compte és que SEMPRE heu de tenir fusibles a les entrades i sortides quan es tracta de carregadors de bateries i que SEMPRE heu d’utilitzar protecció OV a les entrades d’alta intensitat (bateria IE). Les entrades de baix corrent no poden implementar-se fàcilment OVP (circuits IE-palanca), ja que sovint no produeixen prou corrent per disparar un interruptor / fusible. Això pot conduir a una situació fatal en què el TRIAC / SCR començarà a escalfar-se, potencialment fracassant, causant que els components de la línia es danyin o que el projecte exploti en flames. Heu de ser capaços de subministrar prou corrent per fer saltar el fusible de manera oportuna (cosa que la nostra bateria de 12V POT FER). Pel que fa als fusibles, vaig decidir anar amb el 0453003. MR de Littlefuse. És un fusible fantàstic en un paquet SMD molt petit. Si decidiu anar amb fusibles més grans, com ara fusibles de 5x20mm, SI US PLAU, PER L'AMOR DE QUALSEVOL SENYOR QUE SIGUI QUE OREU … No feu servir fusibles de vidre. Els fusibles de vidre poden trencar-se quan bufen, enviant trossos de metall fos calent i vidre afilat per tota la taula, causant tot tipus de danys durant el procés. SEMPRE utilitzen fusibles de ceràmica, la majoria s’omplen de sorra perquè, quan bufen, no fregiu el tauler ni la casa (sense oblidar que la mateixa ceràmica també hauria d’ajudar a la protecció, similar a l’armadura ceràmica que s’utilitza). per protegir els vehicles de combat moderns contra ogives de càrrega en forma / REALMENT JETS DE PLASMA). Ser capaç de "veure" aquest petit filferro al fusible (això, potser no podreu veure de totes maneres, sobretot si sou gairebé cec) no val la pena tenir una pila de carbó fumador on hi havia la vostra casa. Si necessiteu provar el fusible, utilitzeu un multímetre per comprovar-ne la resistència.

Protecció ESD

Ja han passat els dies en què confiavem exclusivament en costosos varistors de $ 5-10 per protegir els nostres projectes electrònics. SEMPRE hauríeu d’introduir alguns díodes de TVS o de supressió de tensió transitòria. Literalment no hi ha cap raó per no fer-ho. Qualsevol entrada, especialment una entrada de panell solar, hauria d’estar protegida de l’ESD. En cas de llamp a prop dels vostres panells solars / qualsevol tram de fil, aquest petit díode TVS, combinat amb un fusible, pot evitar que el projecte es faci malbé per qualsevol tipus d’ESD / EMP (que és el que és un llamp vaga és, sorta ….). No són tan duradors com els de MOV, però sens dubte poden fer la feina la major part del temps.

El que ens porta al nostre pròxim article, Spark gaps. "Què són les llacunes?!?" Doncs bé, els buits d’espurna són essencialment només una traça que s’estén cap a un pla de terra des d’un dels vostres pins d’entrada, que en treu la màscara soldada i el pla de terra local i s’exposa a l’aire lliure. En poques paraules, permet que l'ESD s'arqui directament cap al pla de terra (el camí de menor resistència) i, amb sort, us estalviarà el circuit. No costen absolutament res per afegir, de manera que sempre els heu d’afegir allà on pugueu. Podeu calcular la distància que necessiteu entre el traç i el pla terrestre per protegir una mica de tensió mitjançant la llei de Paschen. No discutiré com calcular-ho, però prou dir que s’aconsella un coneixement general del càlcul. En cas contrari, hauríeu d’estar bé amb un espai de 6-10 quilòmetres entre la traça i el terra. També és recomanable utilitzar un traç arrodonit. Vegeu la imatge que he publicat per obtenir una idea de com implementar-la.

Plànols terrestres

No hi ha cap raó per no utilitzar un gran abocador de terra a la majoria de projectes electrònics. A més, és extremadament inútil no utilitzar abocadors de terra, ja que s'haurà de gravar tot aquest coure. Ja esteu pagant pel coure, és possible que no el tingueu contaminant per les vies fluvials de la Xina (o on sigui) i el feu servir com a avió terrestre. Els abocaments eclosionats tenen un ús molt limitat en l’electrònica moderna, i poques vegades, fins i tot si s’utilitzen per aquest motiu, ja que els abocaments de sòlid terreny suposadament tenen millors qualitats per als senyals d’alta freqüència, sense oblidar que són millors per protegir les traces sensibles I poden proporcionar algun bypass de capacitat amb un pla "actiu" si utilitzeu una placa multicapa. També és important tenir en compte que, si utilitzeu un forn de reflux o una estació de reelaboració d’aire calent, no s’aconsellen les connexions sòlides del pla de terra amb components passius, ja que poden ser “làpides” quan es reflueixen, ja que el pla de terra té més massa tèrmica. que s’ha d’escalfar perquè la soldadura es fongui. Sens dubte, podeu fer-ho si teniu cura, però hauríeu d’utilitzar coixinets d’alleujament tèrmic o el que EasyEDA anomena “Spokes” per connectar el coixinet de terra del vostre component passiu. La meva placa utilitza coixinets d’alleujament tèrmic, tot i que, com que estic soldant a mà, realment no importa de cap manera.

En dissipació de calor …

El nostre carregador solar no hauria de dissipar massa calor, fins i tot amb un corrent màxim dissenyat de 3A (depenent del fusible). En el pitjor dels casos, la resistència del nostre SQJB60EP és de 0,016 mOhm a 4,5 V a 8 A (SQJ974EP a la meva segona revisió, a 0,0325 mOhm, vegeu les meves notes al final per obtenir més informació). Utilitzant la Llei d’Ohms, P = I ^ 2 * R, la nostra dissipació de potència és de 0,144 W a 3A (ara veieu per què he utilitzat MOSFET de canal N per al nostre circuit de "díode" MPPT i de tensió inversa). El nostre regulador de 5V per a automòbils tampoc no s’hauria de dissipar massa, ja que només estem dibuixant com a màxim un parell de dotzenes de miliamperis. Amb una bateria de 12V o fins i tot de 24V, no hauríem de veure prou pèrdua d’alimentació al regulador com per preocupar-nos realment d’enfonsar-la, però, segons l’excel·lent nota d’aplicació de TI sobre el problema, la major part de la vostra energia es dissiparà a mesura que la calor tornar a conduir cap a la pròpia PCB, ja que és el camí de menys resistència. Com a exemple, el nostre SQJB60EP té una resistència tèrmica de 3,1 C / W al coixí de drenatge, mentre que el paquet de plàstic té una resistència tèrmica de 85 C / W. L’enfonsament de calor és molt més eficaç quan es realitza a través del propi PCB, és a dir, que dissenya plans grans i agradables per als components que dissipen molta calor (convertint així el PCB en un escampador de capçal) o encaminant les vies cap al costat oposat de la placa des d’un pla més petit a la part superior per permetre dissenys més compactes. (L’enrutament de les vies tèrmiques a un pla situat al costat oposat de la placa també permet connectar fàcilment un dissipador de calor a la part posterior de la placa o fer que aquesta calor es dissipi pel pla de terra d’una altra placa quan s’uneix com a mòdul.) Una manera ràpida i bruta de calcular quanta potència podeu dissipar amb seguretat d’un component és (Tj - Tamb) / Rθja = Potència. Per obtenir més informació, us recomano que llegiu la nota de l'aplicació de TI.

I finalment…

Si voleu que el vostre projecte estigui dins d'un contenidor, tal com penso fer ja que, òbviament, s'utilitzarà fora, sempre heu de seleccionar el contenidor / caixa abans de col·locar el tauler. En el meu cas, vaig triar l’ex-51 de Polycase i he dissenyat la meva placa com a tal. També vaig dissenyar una placa "de panell frontal", que es connecta als "forats" acoblats de l'entrada solar, o més exactament, a les ranures (que s'adapten a una placa de 1,6 mm de gruix). Soldeu-los junts i ja esteu bé. Aquest panell té connectors impermeables de Switchcraft. Encara no he decidit si utilitzaré un "panell frontal" o un "panell posterior", però, independentment, també necessitaré un "passacables impermeable" per a l'entrada o sortida, així com per al termistor de la nostra bateria. A més, el meu carregador també es pot instal·lar en una placa com a mòdul (d’aquí els forats acoblats).

Pas 2: Obtenir les seves peces

Ordenar les vostres peces pot ser una tasca pesant, atès el nombre de proveïdors que hi ha, i tenint en compte que de tant en tant es perdran peces petites (és a dir, resistències, condensadors). De fet, he perdut les resistències del circuit de càrrega de la bateria de 24V. Afortunadament, no faré servir el circuit de càrrega de 24V.

Vaig optar per demanar el meu PCB a JLCPCB, perquè la seva brutícia és barata. Sembla que també han canviat a un procés "capaç d'imatges fotogràfiques", que deixa boniques serigrafies nítides (i soldermasks) des que els vaig demanar per última vegada. Malauradament, ja no ofereixen enviaments gratuïts, de manera que caldrà esperar una o dues setmanes per aconseguir-ho, o bé haurà de pagar més de 20 dòlars perquè s’enviï mitjançant DHL … Pel que fa als meus components, vaig anar amb Arrow, ja que tenen enviament gratuït. Només vaig haver de comprar el termistor de Digikey, ja que Arrow no el tenia.

Normalment, els passius de mida 0603 no es poden soldar. Els components de la mida 0402 poden ser difícils i es poden perdre fàcilment; per tant, demaneu com a mínim el doble del que necessiteu. Comproveu sempre que us hagin enviat tots els components. Això és especialment important si no consoliden la vostra comanda i, en canvi, us envien 20 caixes diferents a través de FedEx.

Pas 3: Preparació …

Preparant-se per soldar … Realment no necessiteu tantes eines per soldar. Tot el que necessiteu és un soldador, flux, soldadura, pinces i talls de ferro barats amb una potència moderada. També hauríeu de tenir un extintor a punt i SEMPRE hauríeu de tenir una màscara a punt per filtrar els contaminants transmesos per l’aire provocats pel flux, que és cancerós / tòxic.

Pas 4: ajuntar-lo

Muntar el PCB és molt senzill. És gairebé simplement "estanyar un coixinet, soldar un passador a aquesta pestanya i, a continuació," arrossegar soldar "la resta dels passadors". No necessiteu un microscopi ni una estació de reelaboració per soldar components SMD. Ni tan sols necessiteu una lupa per a res més gran que els components 0603 (i de vegades 0402). Assegureu-vos que no hi hagi passadors de pont i que no tingueu juntes fredes. Si veieu alguna cosa "divertit", poseu-hi una mica de flux i colpeu-lo amb la planxa.

Pel que fa al flux, probablement hauríeu d’utilitzar flux no net, ja que és segur deixar-lo al tauler. Malauradament, és un dolor netejar-lo del tauler. Per netejar el flux "sense netejar", traieu la major quantitat de coses grans que pugueu amb una mica d'alcohol per a fregar d'alt nivell, per sobre del 90% de concentració, i un hisop de cotó. A continuació, raspalleu-lo bé amb un raspall de dents antic (els raspalls de dents elèctrics antics / els caps de raspall de dents funcionen molt bé). Finalment, escalfeu una mica d’aigua destil·lada per fer un bany d’aigua calenta. Podeu utilitzar un detergent per a plats si ho desitgeu (només assegureu-vos que no cargolarà la vostra placa de manera real, no hauria de danyar cap connexió nua a la vostra PCB ja que els detergents per a plats estan dissenyats per "fixar-se" a components orgànics mitjançant el sistema hidrofòbic L’acció hidrofòbia-hidrofílica la proporciona l’estructura hidrocarbonada / alcalina polar / no polar de les seves molècules i es pot rentar mitjançant el component hidrofílic. Realment, l’únic problema és quan no s’esbandida correctament. amb aigua destil·lada o si és extremadament corrosiva). IFF per algun miracle que realment obtingueu tot el flux sense netejar amb alcohol, i probablement no ho fareu, podeu saltar-vos el rentat de la taula tots junts.

Al cap de 30 minuts més o menys, l’aigua calenta hauria de trencar la resta de residus enganxosos del tauler i, a continuació, podeu anar a la ciutat amb el raspall de dents i treure’n la resta. Esbandiu bé i deixeu-lo assecar en un forn de torradora ajustat al nivell més baix o deixeu-lo assecar almenys 24 hores a l'aire lliure. L’ideal seria utilitzar un forn de torradora o una pistola d’aire calent barata de Harbor Freight que es mantingui prou lluny per no fregir res. També podríeu utilitzar aire comprimit amb el mateix efecte.

Com a nota lateral, tingueu precaució a l’hora de raspallar els PCB, ja que podeu perdre components. No cal que premeu molt fort, només el suficient per posar les truges entre els components.

Pas 5: panells solars …