Solar 12V SLA batteriladdare: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

För en tid sedan kom jag i besittning av en "citron" av en ATV sida vid sida. Det räcker med att säga, det är MYCKET fel med det. Vid något tillfälle bestämde jag mig för att "HEJ, jag borde bara bygga min egen kraftfulla solbatteriladdare bara för att hålla det billiga döda-som-en-dörr-spikbatteriet laddat medan strålkastarna går!" Så småningom utvecklades det till tanken att "HEJ, jag borde använda batteriet för att driva några fjärrprojekt jag har planerat!"

Således föddes "Lead Buddy" solbatteriladdare.

Inledningsvis tittade jag på att härleda min design från Sparkfun's "Sunny Buddy" (därav var jag fick namnet), men av en slump märkte jag att en komponent jag redan använde i ett annat projekt, faktiskt hade en applikationsanmärkning om användning som en solbatteriladdare (som jag hade missat när jag läste igenom databladet tidigare) - Analog Device's LTC4365! Den har inte MPPT, men hej, inte heller Sparkfuns "Sunny Buddy" (åtminstone inte sant MPPT ändå …). Så hur fixar vi detta? Tja, kära läsare, du tittar igenom appanteckningar !!! Specifikt Microchips AN1521 "Practical Guide to Implementing Solar Panel MPPT Algorithms". Det är faktiskt ganska intressant läsning och ger dig flera olika metoder för att implementera MPPT -kontroll. Du behöver bara två sensorer, en spänningssensor (spänningsdelare) och en strömgivare, och du behöver exakt en utgång. Jag råkade veta om en speciell strömgivare som kan användas med en N-kanal MOSFET, kallad IR25750 från International Rectifier. Deras AN-1199 på IR25750 är också intressant läsning. Slutligen behöver vi en mikrokontroller för att länka ihop det hela, och eftersom vi bara behöver 3 stift anger du ATtiny10!

Steg 1: Välja delar, rita scheman

Nu när vi har våra tre primära delar måste vi börja välja de olika andra komponenterna som måste följa med våra IC: er. Vår nästa viktiga komponent är våra MOSFET, speciellt för denna översyn (se det sista steget för mer information om det), jag valde att använda TVÅ SQJB60EP dubbla N-kanal MOSFET. En MOSFET styrs uteslutande av LTC4365, och den andra MOSFET är konfigurerad så att en FET fungerar som en "ideal lågsidesdiod" avsedd för omvänd ingångsskydd (Om du söker efter det i Google kommer du sannolikt inte att hitta applikationsanteckningar från TI och Maxim om ämnet, jag var tvungen att gräva efter det.), medan den andra FET styrs av ATtiny10s 16-bitars PWM-timer (eller vilken upplösning du väljer …). Därefter kommer våra passiver, som ärligt talat inte är så viktiga att lista. De består av motstånd för spänningsdelare/laddningsprogrammering och olika bypass-/lagringskondensatorer, se bara till att dina motstånd kan hantera den effekt som försvinner genom dem och att dina kondensatorer har rimliga temperaturtoleranser (X5R eller bättre). Det är viktigt att notera att på grund av hur detta är utformat MÅSTE ett batteri anslutas till kortet för att det ska fungera.

Jag har ställt in LTC4365 för att kunna ladda antingen 12 eller 24V batterier genom att byta bygel (för att ge OV -stiftet på laddaren 0,5V när batteriet laddas till cirka 2,387V/cell för 12V batterier). Laddarens spänningsdelare är också temperaturkompenserad genom ett 5k PTC -motstånd som ansluts till kortet via en 2,54 mm header och ansluts till batteriets sida med antingen termiskt ledande grytförening eller till och med tejp. Vi måste också använda ett par zeners genom hela konstruktionen, nämligen för att driva MOSFET med omvänd spänning (såväl som strömförsörjning till den andra FET om du inte installerar MPPT -komponenterna via en bygel) och för att skydda LTC4365: s stift från överspänning. Vi kommer att driva ATtiny10 med en 5V fordonsregulator klassad för 40V ingång.

Säkringar …

En viktig sak att notera är att du ALLTID ska ha säkringar på dina ingångar och utgångar när det gäller batteriladdare, och att du ALLTID ska använda OV-skydd på högströmsingångar (IE-batteri). Ingångar med låg ström kan inte enkelt implementera OVP (IE-kofotkretsar), eftersom de ofta inte kan producera tillräckligt med ström för att utlösa en brytare/säkring. Detta kan leda till en dödlig situation där din TRIAC/SCR kommer att börja överhettas, eventuellt misslyckas, vilket kan orsaka att antingen dina komponenter skadas eller att ditt projekt exploderar i lågor. Du måste kunna leverera tillräckligt med ström för att faktiskt spräcka säkringen i tid (vilket vårt 12V -batteri KAN göra). När det gäller säkringar bestämde jag mig för att gå med 0453003. MR från Littlefuse. Det är en fantastisk säkring i ett mycket litet SMD -paket. Om du bestämmer dig för att gå med större säkringar, till exempel 5x20 mm säkringar, VÄNLIGEN, FÖR KÄRLEKEN TILL DET HÖGRE SOM DU BÖNER TILL ….. Använd inte glas säkringar. Glas säkringar kan gå sönder när de blåser, skicka bitar av varm smält metall och skarpt glas ut över hela din bräda gör alla typer av skador i processen. Använd ALLTID keramiska säkringar, de flesta är fyllda med sand så att de inte steker din bräda eller ditt hus när de blåser (för att inte tala om att själva keramiken också ska hjälpa till i skydd, liknande den keramiska rustning som används för att skydda moderna stridsfordon från formade stridshuvuden/ RIKTIGT HETA JETS AV PLASMA). Att kunna "se" den där lilla tråden i din säkring (det kanske du inte kan se ändå, speciellt om du är nästan blind) är inte värt att ha en ulmande kolhög där ditt hus brukade vara. Om du behöver testa din säkring, använd en multimeter för att kontrollera dess motstånd.

ESD -skydd

Långt borta är de dagar då vi uteslutande förlitade oss på dyra $ 5-10 varistorer för att skydda våra elektroniska projekt. Du bör ALLTID slänga in några TVS, eller Transient Voltage Supression, dioder. Det finns bokstavligen ingen anledning att inte göra det. Alla ingångar, särskilt en solpanelingång, bör skyddas från ESD. I händelse av blixtnedslag nära dina solpaneler/alla trådsträckor kan den lilla TVS-dioden i kombination med en säkring förhindra att ditt projekt skadas av någon form av ESD/EMP (vilket är vad en blixt) strejk är, liksom …). De är inte alls lika hållbara som MOV, men de kan säkert få jobbet gjort för det mesta.

Vilket tar oss till vårt nästa objekt, gnistgap. "Vad är gnistgap?!?" Tja, gnistgap är i huvudsak bara ett spår som sträcker sig ut i ett markplan från en av dina inmatningsstift, som har lödmasken borttagen från den och det lokala markplanet och utsätts för friluft. Enkelt uttryckt, det gör att ESD kan böja över rakt in i ditt markplan (minsta motståndets väg), och förhoppningsvis kommer det att spara din krets. De kostar absolut ingenting att lägga till, så du bör alltid lägga till dem där du kan. Du kan beräkna avståndet du behöver mellan ditt spår och markplanet för att skydda för viss spänning genom Paschens lag. Jag tänker inte diskutera hur man beräknar det, men det räcker med att säga att en allmän kunskap om kalkyl rekommenderas. Annars borde du vara OK med ett 6-10mil-utrymme mellan spåret och marken. Det är också lämpligt att använda ett avrundat spår. Se bilden jag lade upp för en idé om hur man implementerar den.

Markplan

Det finns ingen anledning att inte använda en stor markhäll i de flesta elektronikprojekt. Dessutom är det extremt slöseri att inte använda markhäll, eftersom allt koppar måste etsas bort. Du betalar redan för koppar, du kan lika gärna inte förorena Kinas vattenvägar (eller var som helst) och använda det som ditt markplan. Kläckta hällar har mycket begränsade användningsområden inom modern elektronik och används sällan, om de någonsin används längre för detta, eftersom fasta markhällningar påstås ha bättre kvaliteter för högfrekventa signaler, för att inte tala om att de är bättre på att skydda känsliga spår OCH kan ge viss bypass kapacitans med ett "levande" plan om du använder ett flerskiktskort. Det är också viktigt att notera att om du använder en återflödningsugn eller en varmluftsbehandlingsstation rekommenderas inte fasta jordplananslutningar till passiva komponenter, eftersom de kan "gravsten" när de återflödas, eftersom markplanet har mer termisk massa som måste värmas upp för att lödet ska smälta. Du kan verkligen göra det om du är försiktig, men du bör använda termiska avlastningsdynor, eller vad EasyEDA kallar "ekrar" för att ansluta din passiva komponents jordplatta till. Min bräda använder termiska lättnadskuddar, men eftersom jag lödder för hand spelar det ingen roll på något sätt.

Om värmeavledning …

Vår solcellsladdare bör inte släppa ut för mycket värme, även vid den maximala designade strömmen på 3A (beroende på säkringen). I värsta fall är våra SQJB60EP: s motstånd 0,016mOhm vid 4,5V vid 8A (SQJ974EP i min andra revision, vid 0,0325mOhm, se mina anteckningar i slutet för mer info). Med hjälp av Ohms Law, P = I^2 * R, är vår effektförlust 0,144 W vid 3A (Nu förstår du varför jag har använt N -kanal MOSFET för vår MPPT- och omvänd spänning "diod" -krets). Vår fordons 5V -regulator bör inte försvinna för mycket heller, eftersom vi bara drar högst ett par dussin milliampere. Med ett 12V, eller till och med ett 24V batteri, borde vi inte se tillräckligt med strömförlust på regulatorn för att verkligen behöva oroa dig för att värmen ska sänka den, men enligt TI: s utmärkta ansökningsanmärkning om frågan försvinner det mesta av din effekt som värme leda tillbaka in i själva kretskortet, eftersom det är vägen för minst motstånd. Som ett exempel har vår SQJB60EP ett termiskt motstånd på 3,1C/W mot dräneringsdynan, medan plastförpackningen har ett termiskt motstånd på 85C/W. Värmesänkning är mycket mer effektivt när det görs genom själva kretskortet, IE- lägger ut fina stora plan för dina komponenter som släpper ut mycket värme (vilket gör att kretskortet blir till en huvudspridare) eller leder vias till den motsatta sidan av brädet från en mindre plan på toppen för att möjliggöra mer kompakta mönster. (Att dirigera termiska vias till ett plan på motsatt sida av brädet gör det också möjligt att enkelt fästa en kylfläns/slug på brädans baksida, eller att värmen försvinner genom markplanet på ett annat bräde när den fästs som en modul.) Ett snabbt och smutsigt sätt kan du beräkna hur mycket effekt du säkert kan avleda från en komponent (Tj - Tamb) / Rθja = Effekt. För mer information, rekommenderar jag starkt att du läser TI: s appnotering.

Och slutligen…

Om du vill ha ditt projekt inuti en behållare, som jag planerar att göra som det uppenbarligen kommer att användas ute, bör du alltid välja din behållare/låda innan du lägger ut brädet. I mitt fall valde jag Polycases EX-51 och har designat min bräda som sådan. Jag konstruerade också en "frontpanel" -kort, som ansluts till solingångens kastellerade "hål", eller mer exakt, slitsar (som passar en 1,6 mm tjocklekskort). Lödda ihop dem, och du är bra att gå. Denna panel har vattentäta kontakter från Switchcraft. Jag har inte bestämt mig för om jag ska använda en "frontpanel" eller en "bakpanel" än, men oavsett kommer jag också att behöva en "vattentät kabelgenomföring" för antingen ingången eller utgången, liksom för vår batteritermistor. Dessutom kan min laddare också installeras på ett kort som en modul (därav de kastellerade hålen).

Steg 2: Skaffa dina delar

Att beställa dina delar kan vara en otrolig uppgift, med tanke på hur många leverantörer det finns, och med tanke på att små delar kommer att gå förlorade då och då (dvs. motstånd, kondensatorer). Faktum är att jag tappade motstånden för 24V batteriladdningskrets. Tack och lov kommer jag inte att använda 24V laddningskrets.

Jag valde att beställa mitt kretskort från JLCPCB, eftersom det är smutsigt billigt. De har också tycks byta till en "fotobildbar" process, som lämnar fina skarpa silkesdukar (och soldermasker) sedan jag senast beställde från dem. Tyvärr ger de inte längre fri frakt, så antingen måste du vänta en eller två veckor för att få det, eller så måste du betala $ 20+ för att det ska skickas via DHL…. När det gäller mina komponenter gick jag med Arrow, eftersom de har gratis frakt. Jag var bara tvungen att köpa termistorn från Digikey, eftersom Arrow inte hade det.

Normalt är 0603 passiva A-OK till lödning. Komponenter i storlek 0402 kan vara svåra och går lätt förlorade, så beställ minst dubbelt vad du behöver. Kontrollera alltid att de skickade alla dina komponenter. Detta är särskilt viktigt om de inte konsoliderar din beställning och istället skickar dig 20 olika lådor via FedEx.

Steg 3: Gör dig redo …

Gör dig redo att lödda …. Du behöver verkligen inte så många verktyg för att löda. Ett billigt, måttligt drivet lödkolv, flussmedel, löd, pincett och snips är ungefär allt du behöver. Du BÖR också ha en brandsläckare redo, och du bör ALLTID ha en mask redo att filtrera bort luftburna föroreningar som avstängs av flödet, vilket är cancerframkallande/giftigt.

Steg 4: Sätta ihop det

Att montera ditt kretskort är verkligen enkelt. Det är i stort sett bara "tina en kudde, löd en stift till den fliken, sedan" dra löd "resten av tapparna". Du behöver inte ett mikroskop eller en fin omarbetningsstation för att lödda SMD -komponenter. Du behöver inte ens ett förstoringsglas för något större än 0603 (och ibland 0402) komponenter. Se bara till att det inte finns några överbryggade stift och att du inte har några kalla leder. Om du ser något "roligt", sätt lite fluss på det och slå det med strykjärnet.

När det gäller flussmedel bör du förmodligen använda flussfritt, eftersom det är säkert att lämna det på ditt bräde. Tyvärr är det en smärta att faktiskt rengöra det från din bräda. För att rengöra flödet utan rengöring, ta bort så mycket av de stora grejerna som möjligt med lite spritsprit, över 90% koncentration och en bomullspinne. Borsta sedan väl med en gammal tandborste (gamla elektriska tandborstar/tandborsthuvuden fungerar vackert). Slutligen värm upp lite destillerat vatten för ett varmvattenbad. Du kan använda lite diskmedel om du vill (se bara till att det inte kommer att krossa brädet kungligt, det ska inte skada några fria anslutningar på din PCB eftersom diskmedel är utformade för att "fästa" på organiska komponenter genom det hydrofoba Den hydrofoba hydrofila verkan tillhandahålls av den polära/opolära kolväte/alkalistrukturen i dess molekyler och kan tvättas av via den hydrofila komponenten. Egentligen är det enda problemet när den inte sköljs ordentligt med destillerat vatten eller om det är extremt frätande). IFF av något mirakel får du faktiskt bort allt det rena flödet med alkohol, och du kommer förmodligen inte att göra det, du kan hoppa över att tvätta ditt bräde tillsammans.

Efter cirka 30 minuter ska det varma vattnet bryta upp resten av klibbiga rester på brädet, sedan kan du gå till stan med din tandborste och ta bort resten av det. Skölj väl och låt det torka i en brödrost som är inställd på lägsta inställning, eller låt det torka minst 24 timmar i det fria. Helst bör du använda antingen en brödrostugn eller en billig varmluftspistol från Harbor Freight som hålls tillräckligt långt bort för att inte steka någonting. Du kan också använda tryckluft med samma effekt.

Som en anmärkning, var försiktig när du borstar dina kretskort, eftersom du kan burka loss komponenter. Du behöver inte trycka ner särskilt hårt, bara tillräckligt för att få borsten mellan komponenterna.

Steg 5: Solpaneler …