Avancerad Arduino-baserad DC elektronisk belastning: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Detta projekt sponsras av JLCPCB.com. Designa dina projekt med EasyEda online -programvara, ladda upp dina befintliga Gerber (RS274X) filer och beställ sedan dina delar från LCSC och få hela projektet levererat direkt till din dörr.

Jag kunde konvertera KiCad -filerna direkt till JLCPCB gerber -filer och beställa dessa kort. Jag behövde inte ändra dem på något sätt. Jag använder webbplatsen JLCPCB.com för att spåra status på kortet medan det byggs, och de kom till min dörr inom 6 dagar efter att jag skickade beställningen. Just nu erbjuder de gratis frakt för ALLA kretskort och kretskortet kostar bara 2 dollar vardera!

Introduktion: Se den här serien på YouTube på "Scullcom Hobby Electronics" så att du kan få en fullständig förståelse för design och programvara. Ladda ner.zip_file från Video 7 i serien.

Jag återskapar och modifierar "Scullcom Hobby Electronic DC Load". Herr Louis designade ursprungligen all hårdvarulayout och mjukvara relaterad till detta projekt. Se till att han får rätt kredit om du replikerar denna design.

Steg 1: Kolla "The Combat Engineer" på YouTube för specifika detaljer om PCB -beställningsprocessen

Titta på den här videon, som är video 1 i serien, och lär dig hur du beställer dina skräddarsydda kretskort. Du kan få fantastiska erbjudanden på alla dina komponenter från LCSC.com och få skivorna och alla delar levererade tillsammans. När de anländer inspekterar du dem och börjar lödning av projektet.

Kom ihåg att siden på skärmen är toppen och du måste skjuta benen på delarna genom toppen och lödda dem på undersidan. Om din teknik är bra kommer en liten bit lödning att strömma igenom till ovansidan och suga in runt basen av delen. Alla IC: er (DAC, ADC, VREF, etc) går också på undersidan av kortet. Se till att du inte övervärmer de känsliga delarna medan spetsarna på ditt lödkolv. Du kan också använda "reflow" -tekniken på de små SMD -chipsen. Håll schemat till hands medan du bygger enheten och jag tyckte också att överlägget och layouten var extremt hjälpsam. Ta dig tid och se till att alla motstånd hamnar i rätt hål. När du har dubbelkollat att allt är på rätt plats använder du små sidoskär för att klippa bort överflödiga ledningar på delarna.

Tips: du kan använda benen på motstånden för att skapa hopplänkar för signalspåren. Eftersom alla motstånd är på 0,5W i öst, bär de signalen alldeles utmärkt.

Steg 2: Kalibrering

"SENSE" -linjen används för att läsa av spänningen vid lasten, medan lasten testas. Det är också ansvarigt för spänningsavläsningen du ser på LCD -skärmen. Du måste kalibrera "SENSE" -linjen med belastningen "på" och "av" vid olika spänningar för att säkerställa största noggrannhet. (ADC har 16-bitars upplösning så att du får en mycket exakt 100mV avläsning- du kan ändra avläsningen i programvaran, om det behövs).

Utgången från DAC kan justeras och ställer in drivspänningen för Mosfets Gate. I videon kommer du att se att jag kringgick 0,500V, spänningen dividerad och jag kan skicka alla 4,096V från VREF till Mosfets port. I teorin skulle tillåta upp till 40A ström att flöda genom lasten.* Du kan finjustera grindriftspänningen med 200Ohm 25-varvspotentiometern (RV4).

RV3 ställer in strömmen du ser på LCD-skärmen och enhetens strömdragning utan belastning. Du måste justera potentiometern så att avläsningen är korrekt på LCD -skärmen, samtidigt som du behåller så lite "OFF" strömdragning på lasten. Vad betyder detta frågar du? Tja, det är en liten brist detta feedback loop kontroll. När du ansluter en last till enhetens lastterminaler kommer en liten "läckström" att sippra igenom från din enhet (eller batteri) under testning och in i enheten. Du kan trimma ner detta till 0,000 med potentiometern, men jag har funnit att om du ställer in det till 0,000 är LCD -avläsningarna inte lika exakta som om du låter 0,050 smyga igenom. Det är en liten "brist" i enheten och det åtgärdas.

*Obs! Du måste justera programvaran om du försöker kringgå eller ändra spänningsdelaren och du gör det på din egen risk. Om du inte har stor erfarenhet av elektronik, lämna enheten inställd på 4A som originalversionen.

Steg 3: Kylning

Se till att du placerar fläkten så att du får maximalt luftflöde över Mosfets och kylflänsen*. Jag kommer att använda tre (3) fans totalt. Två för Mosfet/kylflänsen och en för spänningsregulatorn LM7805. 7805 ger all kraft för den digitala kretsen och du kommer att upptäcka att den blir tyst varm. Om du planerar att placera detta i ett fodral, se till att fodralet är tillräckligt stort för att tillåta tillräckligt luftflöde över Fets och fortfarande cirkulerar genom resten av utrymmet. Låt inte fläkten blåsa varm luft direkt över kondensatorerna, eftersom detta kommer att stressa dem och förkorta deras livslängd.

*Obs: Jag har inte satt kylflänsen på detta projekt ännu (vid tidpunkten för publicering) men jag VILL och DU BEHÖVER EN! När jag bestämt mig för ett fodral (jag ska 3D -skriva ut ett anpassat fodral) kommer jag att klippa kylflänsarna i storlek och installera dem.

Steg 4: Programvaran

Detta projekt är baserat på Arduino Nano och Arduino IDE. Louis skrev detta på ett "modulärt" sätt som gör det möjligt för slutanvändaren att anpassa det efter hans/hennes behov. (*1) Eftersom vi använder en 4,096V spänningsreferens och en 12-bitars DAC, MCP4725A, kan vi justera utmatningen från DAC till exakt 1mV per steg (*2) och kontrollera noggrant Gate -drivspänningen till Mosfets (som styr strömmen genom belastningen). 16-bitars MCP3426A ADC, drivs också från VREF så att vi enkelt kan få en upplösning på 0,000V för lastspänningsavläsningarna. Koden, som den är, från.zip låter dig testa laster upp till 50W eller 4A, beroende på vilket är större, antingen i "konstantström", "konstant effekt" eller "konstant motstånd". Enheten har också ett inbyggt batteritestläge som kan applicera en 1A urladdningsström för alla större batterikemi. När den är klar visar den totala kapaciteten för varje testad cell. Enheten har också övergående läge och andra fantastiska funktioner bara kolla in. INO_filen för fullständiga detaljer.

Firmware är också krita full av säkerhetsfunktioner. En analog temp-sensor möjliggör fläkthastighetsreglering och en automatisk avstängning om den maximala temperaturen överskrids. Batteriläget har förinställda (justerbara) lågspänningsavbrott för varje kemi och hela enheten stängs av om maxeffekten överskrids.

(*1) vilket jag gör. Jag kommer att lägga upp fler videor och lägga till det här projektet när det fortskrider.

(*2) [(12-bitars DAC = 4096 steg) / (4.096Vref)] = 1mV. Eftersom ingenting är perfekt finns det en trimpott för att ta hänsyn till buller och andra störningar.

Steg 5: Vad är nästa?

Jag modifierar detta projekt, både hårdvara och programvara, med målet att göra det stabilt vid 300W/ 10A. Detta är bara början på det som säkert kommer att bli en utmärkt DIY -batteritester/ DC -laddning för allmänt ändamål. En jämförbar enhet från en kommersiell leverantör skulle kosta dig hundratals, om inte tusentals dollar, så om du är seriös med att testa din DIY 18650 Powerwalls för maximal säkerhet och prestanda, uppmuntrar jag dig starkt att bygga detta själv.

Håll ögonen öppna för fler uppdateringar:

1) Anpassat 3D -tryckt fodral med OnShape

2) 3,5 TFT LCD -skärm

3) Ökad effekt och perforering

Ställ gärna frågor du kan ha om detta projekt. Om jag har utelämnat något väsentligt kommer jag att försöka komma tillbaka och redigera det. Jag sätter ihop ett par "delvis byggsatser" inklusive kretskort, motstånd, JST-kontakter, banankontakter, dioder, kondensatorer, programmerade Arduino, sidhuvudstiften, roterande pulsgivare, spärrströmbrytare, tryckknapp, etc och gör dem tillgängliga snart. (Jag kommer inte att göra "kompletta kit" på grund av kostnaden för de olika IC som DAC/ADC/Mosfets/etc, men du kommer att kunna ha cirka 80% av delarna redo att gå, i ett kit, med professionellt kretskort).

Tack och njut.