شارژر باتری خورشیدی 12V SLA: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

چند وقت پیش ، من یک "لیمو" از یک ATV کنار هم را در اختیار گرفتم. کافی است بگویم ، اشتباه زیادی در آن وجود دارد. در نقطه ای ، من تصمیم گرفتم که "HEY ، من فقط باید یک شارژر باتری خورشیدی قدرتمند خودم بسازم تا بتوانم باتری ارزان قیمت را در حین روشن شدن چراغهای جلو شارژ کنم!" سرانجام این ایده تبدیل شد که "سلام ، من باید از این باتری برای تغذیه برخی از پروژه های دور برنامه ریزی شده استفاده کنم!"

بنابراین ، شارژر باتری خورشیدی "Lead Buddy" متولد شد.

در ابتدا ، من به دنبال این بودم که طرح خود را از "Sunny Buddy" Sparkfun (از اینجا نام آن را گرفتم) بگیرم ، اما به طور تصادفی متوجه شدم که م componentلفه ای که قبلاً در پروژه دیگری از آن استفاده می کردم ، در واقع یک یادداشت کاربردی در مورد استفاده داشت. به عنوان یک شارژر باتری خورشیدی (که قبلاً هنگام ورق زدن برگه اطلاعات از دست داده بودم) - LTC4365 دستگاه آنالوگ! MPPT ندارد ، اما سلام ، "Sunny Buddy" Sparkfun (حداقل به هر حال MPPT واقعی نیست …). بنابراین ، دقیقاً چگونه این را برطرف کنیم؟ خوب ، خواننده عزیز ، شما به یادداشت های برنامه نگاه می کنید !!! به طور خاص ، AN1521 Microchip "راهنمای عملی پیاده سازی الگوریتم های MPPT پنل خورشیدی". در واقع خواندن بسیار جالبی است و چندین روش مختلف برای پیاده سازی کنترل MPPT را در اختیار شما قرار می دهد. شما فقط به دو سنسور ، یک سنسور ولتاژ (تقسیم ولتاژ) و یک سنسور جریان نیاز دارید و دقیقاً به یک خروجی نیاز دارید. بطور اتفاقی در مورد یک سنسور جریان خاص که می تواند با یک ماسفت N-Channel استفاده شود ، با نام IR25750 از International Rectifier ، آگاهی داشتم. AN-1199 آنها در IR25750 نیز خواندن جالبی است. در نهایت ، ما به یک میکروکنترلر نیاز داریم تا همه چیز را به هم متصل کند ، و از آنجا که ما فقط به 3 پین نیاز داریم ، ATtiny10 را وارد کنید!

مرحله 1: انتخاب قطعات ، طراحی نقشه ها

اکنون که 3 قسمت اصلی خود را داریم ، باید شروع به انتخاب اجزای مختلف دیگری کنیم که نیاز به همراه IC ما دارند. جزء مهم بعدی ما MOSFET ها هستند ، به طور خاص ، برای این بازنگری (برای اطلاعات بیشتر به آخرین مرحله مراجعه کنید) ، من از دو ماسفت دو کاناله N-Channel دو SQJB60EP استفاده کردم. یکی MOSFET به طور انحصاری توسط LTC4365 کنترل می شود و دیگری MOSFET به گونه ای تنظیم شده است که یکی از FET ها بعنوان یک "دیود کم طرف ایده آل" برای حفاظت ورودی معکوس عمل می کند (اگر آن را در گوگل جستجو کنید ، احتمالاً به این نتیجه نخواهید رسید. یادداشت های کاربردی TI و Maxim در مورد این موضوع ، من باید آن را جستجو کنم) ، در حالی که FET دیگر توسط تایمر 16 بیتی PWM ATtiny10 (یا هر رزولوشن دیگری که شما انتخاب می کنید) کنترل می شود. بعد منفعلان ما می آیند ، که صادقانه ذکر آنها چندان مهم نیست. آنها شامل مقاومت هایی برای تقسیم ولتاژ/برنامه نویسی شارژر و خازن های مختلف بای پس/ذخیره سازی هستند ، فقط مطمئن شوید که مقاومت های شما می توانند قدرت اتلاف شده را تحمل کنند و خازن های شما تحمل دمای معقولی (X5R یا بهتر) دارند. توجه به این نکته ضروری است که به دلیل نحوه طراحی ، باید یک باتری به برد متصل شود تا بتواند کار کند.

من LTC4365 را طوری تنظیم کرده ام که بتوانم با تعویض یک جامپر ، باتری های 12 یا 24 ولت را شارژ کنم (برای ارائه پین OV روی شارژر با 0.5 ولت هنگامی که باتری در حدود 2.387 ولت/سلول برای باتری های 12 ولت شارژ می شود). تقسیم کننده ولتاژ شارژر نیز از طریق مقاومت 5k PTC که از طریق سربرگ 2.54 میلی متری به برد متصل می شود ، جبران می شود و با استفاده از ترکیب گلدان رسانای حرارتی یا حتی نوار چسب به طرف باتری متصل می شود. ما همچنین باید در طول طراحی از چند زنر استفاده کنیم ، یعنی برای حرکت MOSFET با ولتاژ معکوس (و همچنین تأمین برق دیگر FET در صورتی که اجزای MPPT را از طریق بلوز نصب نکنید) و برای محافظت از LTC4365 پین های ناشی از ولتاژ بیش از حد ما ATtiny10 را با یک رگولاتور خودرو 5 ولت برای ورودی 40 ولت تغذیه می کنیم.

فیوزها…

نکته مهمی که باید به آن توجه کنید این است که هنگام وارد شدن به شارژرهای باتری ، همیشه باید فیوزها را روی ورودی و خروجی خود داشته باشید ، و همیشه باید از محافظ OV در ورودی های جریان بالا (باتری IE) استفاده کنید. ورودی های جریان کم نمی توانند به آسانی OVP (مدار IE- کولبر) را پیاده سازی کنند ، زیرا اغلب نمی توانند جریان کافی برای شکستن فیوز و قطع کننده ایجاد کنند. این می تواند منجر به یک وضعیت مرگبار شود که در آن TRIAC/SCR شما شروع به گرم شدن می کند ، به طور بالقوه خراب می شود ، یا باعث آسیب به اجزای شما در خط می شود ، یا باعث انفجار پروژه شما در شعله می شود. شما باید بتوانید جریان کافی را تامین کنید تا فیوز را به موقع بفروشد (که باتری 12 ولت ما می تواند این کار را انجام دهد). در مورد فیوزها ، تصمیم گرفتم از 0453003. MR توسط Littlefuse استفاده کنم. این یک فیوز فوق العاده در یک بسته SMD بسیار کوچک است. اگر تصمیم دارید از فیوزهای بزرگتر مانند فیوزهای 5x20 میلی متر استفاده کنید ، لطفاً برای دوست داشتن هر چه بیشتر دعا می کنید … از فیوزهای شیشه ای استفاده نکنید. فیوزهای شیشه ای هنگام دمیدن می توانند خرد شوند و تکه هایی از فلز مذاب داغ و شیشه تیز را به سراسر تخته ارسال کرده و انواع آسیب ها را در این فرایند وارد می کند. همیشه از فیوزهای سرامیکی استفاده کنید ، بیشتر آنها را با ماسه پر می کنند تا هنگام دمیدن ، تخته یا خانه شما را سرخ نکنند (ناگفته نماند که سرامیک نیز باید مانند محافظ سرامیکی مورد استفاده قرار گیرد.) برای محافظت از وسایل جنگی مدرن در برابر کلاهک های شارژ شکل دار/ جت های واقعاً داغ پلاسما). اینکه بتوانید سیم کوچک موجود در فیوز خود را "ببینید" (که ، به هر حال ممکن است نتوانید آن را ببینید) ، به خصوص اگر تقریباً نابینا هستید ، ارزش این را ندارد که یک توده ذغالی در حال سوختن در محل خانه خود داشته باشید. در صورت نیاز به آزمایش فیوز ، از مولتی متر برای بررسی مقاومت آن استفاده کنید.

حفاظت از ESD

آن روزهایی که ما منحصراً برای محافظت از پروژه های الکترونیکی خود به واریستورهای گران قیمت 5 تا 10 دلار متکی بودیم ، گذشته است. شما همیشه باید دیودهای TVS یا Transression Voltage Supression وارد کنید. به معنای واقعی کلمه دلیلی برای عدم وجود ندارد. هر گونه ورودی ، به ویژه ورودی پنل خورشیدی ، باید در برابر ESD محافظت شود. درصورت برخورد صاعقه در نزدیکی پنل های خورشیدی شما/هرگونه سیم کشیده ، آن دیود کوچک TVS ، همراه با فیوز ، می تواند از آسیب دیدن پروژه شما در برابر هر نوع ESD/EMP جلوگیری کند (که این همان صاعقه است اعتصاب است ، به نوعی …). آنها تقریباً به اندازه MOV دوام ندارند ، اما مطمئناً می توانند بیشتر اوقات کار را انجام دهند.

که ما را به مورد بعدی ما ، Spark gaps می رساند. "شکاف جرقه چیست؟!؟" خوب ، شکافهای جرقه در اصل فقط اثری است که از یکی از پین های ورودی شما به سطح زمین گسترش می یابد و ماسک جلد از آن و سطح زمین محلی برداشته شده و در معرض هوای آزاد قرار می گیرد. به زبان ساده ، به ESD اجازه می دهد تا مستقیماً به سطح زمین (مسیر کمترین مقاومت) برسد ، و امیدوارم مدار شما را نجات دهد. هیچ هزینه ای برای افزودن آنها وجود ندارد ، بنابراین همیشه باید آنها را در جایی که می توانید اضافه کنید. شما می توانید فاصله مورد نیاز خود را تا سطح زمین برای محافظت از ولتاژ از طریق قانون پاسچن محاسبه کنید. من قصد ندارم در مورد نحوه محاسبه آن بحث کنم ، اما کافی است بگویم که دانش عمومی حسابداری توصیه می شود. در غیر این صورت ، باید با فاصله 6 تا 10 میلی متری بین ردیابی و زمین خوب باشید. استفاده از ردیابی گرد نیز توصیه می شود. تصویری را که برای ایده ای در مورد نحوه اجرای آن ارسال کردم مشاهده کنید.

هواپیماهای زمینی

هیچ دلیلی وجود ندارد که در اکثر پروژه های لوازم الکترونیکی از یک پاشش زمین بزرگ استفاده نکنید. علاوه بر این ، بیهوده هدر دادن است که از ریشه های زمینی استفاده نکنید زیرا تمام آن مس باید از روی خاک خارج شود. شما در حال حاضر هزینه مس را پرداخت می کنید ، ممکن است آن را آلوده به آبراهه های چین (یا هرجای دیگر) نکنید و از آن به خوبی برای هواپیمای زمینی خود استفاده کنید. ریخته گری های بسیار کوچک در وسایل الکترونیکی مدرن کاربردهای بسیار محدودی دارند و به ندرت ، حتی اگر به این منظور دیگر مورد استفاده قرار گیرند ، زیرا ظاهراً ریزهای جامد دارای کیفیت بهتری برای سیگنال های فرکانس بالا هستند ، ناگفته نماند که آنها در محافظت از آثار حساس بهتر هستند و می توانند مقداری دور زدن را ارائه دهند. اگر از تخته چند لایه استفاده می کنید ، خازن با صفحه "زنده". همچنین توجه به این نکته ضروری است که در صورت استفاده از اجاق گاز مجدد یا ایستگاه بازسازی هوای گرم ، اتصال سطوح جامد به اجزای غیرفعال توصیه نمی شود ، زیرا هنگام جوشاندن مجدد می توانند "سنگ قبر" شوند ، زیرا سطح زمین دارای جرم حرارتی بیشتری است. که باید ذوب شود تا لحیم کاری ذوب شود. اگر مراقب باشید ، مطمئناً می توانید این کار را انجام دهید ، اما باید از پدهای تسکین دهنده حرارتی یا آنچه EasyEDA "Spokes" می نامد استفاده کنید تا پد زمینی قطعه منفعل خود را به آن متصل کنید. هیئت مدیره من از پد های تسکین دهنده حرارتی استفاده می کند ، اگرچه از آنجا که من با دست لحیم می زنم ، در هر دو صورت اهمیتی ندارد.

در مورد دفع حرارت…

شارژر خورشیدی ما نباید گرمای زیادی را حتی در حداکثر جریان طراحی شده 3A (بسته به فیوز) پخش کند. در بدترین حالت ، مقاومت SQJB60EP ما 0.016mOhm در 4.5V در 8A است (SQJ974EP در ویرایش دوم من ، در 0.0325mOhm ، یادداشت های من را در انتها برای اطلاعات بیشتر ببینید). با استفاده از قانون اهم ، P = I^2 * R ، اتلاف توان ما 0.144W در 3A است (حالا می بینید که چرا من از MOSFET های کانال N برای مدار MPPT و ولتاژ معکوس "دیود" خود استفاده کرده ام). تنظیم کننده 5V خودروی ما نیز نباید بیش از حد پراکنده شود ، زیرا ما حداکثر چند ده آمپر می کشیم. با استفاده از باتری 12 ولت یا حتی 24 ولت ، نباید شاهد افت توان کافی در رگولاتور باشیم تا واقعاً نگران غرق شدن آن باشیم ، اما طبق نکات کاربردی عالی TI در این مورد ، بیشتر قدرت شما به عنوان گرما اتلاف می شود. به خود PCB برگردید ، زیرا مسیر کمترین مقاومت است. به عنوان مثال ، SQJB60EP ما دارای مقاومت حرارتی 3.1C/W در پد تخلیه است ، در حالی که بسته پلاستیکی دارای مقاومت حرارتی 85C/W است. هنگامی که از طریق خود PCB انجام می شود ، گرمازدگی بسیار مثرتر است ، یعنی هواپیماهای بزرگ بزرگ را برای اجزای خود قرار می دهید که گرمای زیادی را از بین می برد (بنابراین PCB شما را به یک پخش کننده سر تبدیل می کند) ، یا مسیرهای ویاس را به طرف مقابل برد از یک صفحه هدایت می کند. صفحه کوچکتر در قسمت بالا برای طراحی های فشرده تر. (مسیریابی ویازهای حرارتی به هواپیمایی در طرف مقابل تخته نیز باعث می شود که به راحتی یک هیت سینک/یک حلزون را به پشت صفحه بچسبانید ، یا این که گرما هنگام اتصال به عنوان یک صفحه از سطح زمین یک تخته دیگر پخش شود. ماژول.) یکی از راههای سریع و کثیف برای محاسبه اینکه چقدر قدرت می توانید با خیال راحت از یک جزء تخلیه کنید (Tj - Tamb) / Rθja = Power است. برای اطلاعات بیشتر ، من به شدت شما را تشویق می کنم که یادداشت برنامه TI را بخوانید.

و در نهایت…

اگر می خواهید پروژه خود را درون ظرفی داشته باشید ، مانند کاری که من قصد دارم انجام دهم ، زیرا قرار است در خارج از آن استفاده شود ، همیشه باید ظرف/جعبه خود را قبل از چیدن تخته خود انتخاب کنید. در مورد من ، من EX-51 Polycase را انتخاب کردم و تخته خود را به این ترتیب طراحی کرده ام. من همچنین یک تخته "پنل جلویی" طراحی کردم که به "سوراخ" های ورودی خورشیدی متصل می شود ، یا به طور دقیق تر ، شکاف ها (که با یک تخته با ضخامت 1.6 میلی متر مناسب است) متصل می شود. آنها را با هم لحیم کنید ، خوب است بروید. این پنل دارای اتصالات ضد آب از Switchcraft است. من هنوز تصمیم نگرفته ام که آیا از "پنل جلویی" یا "پنل پشتی" استفاده کنم ، اما صرف نظر از این ، برای "ورودی یا خروجی" و همچنین ترمیستور باتری ما نیز به "غلاف کابل ضد آب" احتیاج دارم. علاوه بر این ، شارژر من همچنین می تواند بر روی برد به عنوان یک ماژول نصب شود (از این رو سوراخ های کاستل شده).

مرحله 2: تهیه قطعات خود

با توجه به تعداد فروشنده ها و با توجه به این واقعیت که قطعات کوچک گاه به گاه از بین می روند (یعنی مقاومت ها ، خازن ها) ، سفارش قطعات می تواند یک کار طاقت فرسا باشد. در واقع ، مقاومت مدار شارژ باتری 24 ولت را از دست دادم. خوشبختانه ، من از مدار شارژ 24 ولت استفاده نمی کنم.

من PCB خود را از JLCPCB سفارش دادم ، زیرا خاک آن ارزان است. همچنین به نظر می رسد که آنها از یک فرایند "قابلیت تصویربرداری عکس" استفاده می کنند ، که از آخرین باری که از آنها سفارش دادم ، صفحه های ابریشمی (و ماسک های جلدی) خوبی به جا می گذارد. متأسفانه ، آنها دیگر حمل و نقل رایگان ارائه نمی دهند ، بنابراین یا باید یک یا دو هفته منتظر بمانید تا آن را دریافت کنید ، یا باید 20 دلار+ پرداخت کنید تا از طریق DHL ارسال شود…. در مورد اجزای من ، من با Arrow رفتم ، زیرا حمل و نقل رایگان دارند. من فقط باید ترمیستور دیجیکی را بخرم ، زیرا ارو آن را نداشت.

به طور معمول ، اندازه های منفعل 0603 A-OK برای لحیم کاری هستند. اجزای اندازه 0402 می توانند مشکل باشند و به راحتی از بین می روند ، بنابراین حداقل دو برابر آنچه نیاز دارید سفارش دهید. همیشه بررسی کنید تا مطمئن شوید که آنها همه اجزای شما را برای شما ارسال کرده اند. این امر بسیار مهم است اگر آنها سفارش شما را تجمیع نکنند و در عوض 20 جعبه مختلف را از طریق FedEx برای شما ارسال کنند.

مرحله 3: آماده شدن…

آماده شدن برای لحیم کاری…. شما واقعاً برای لحیم کاری به ابزارهای زیادی احتیاج ندارید. یک دستگاه لحیم کاری ارزان ، قدرت متوسط ، شار ، لحیم کاری ، موچین و چنگال ، همه چیزهایی است که شما نیاز دارید. شما همچنین باید یک کپسول آتش نشانی آماده داشته باشید و همیشه باید یک ماسک آماده برای فیلتر کردن آلودگی های هوایی که توسط جریان خارج می شوند ، که سرطانی/سمی است ، آماده کنید.

مرحله 4: ترکیب آن

مونتاژ PCB شما بسیار ساده است. این تقریباً "یک پد را قلع بزنید ، یک پین را به آن برگه لحیم کنید ، سپس بقیه پین ها را" لحیم کنید ". برای لحیم کاری اجزای SMD نیازی به میکروسکوپ یا ایستگاه تجدیدنظر شیک ندارید. شما حتی برای اجزای بزرگتر و 0603 (و گاهی اوقات 0402) به ذره بین نیاز ندارید. فقط مطمئن شوید که هیچ سنجاق پل وجود ندارد و هیچ گونه مفاصل سردی ندارید. اگر چیزی "خنده دار" دیدید ، کمی روی آن بگذارید و با اتو ضربه بزنید.

تا آنجا که شار پیش می رود ، احتمالاً باید از شار بدون تمیز استفاده کنید ، زیرا باقی ماندن روی تخته ایمن است. متأسفانه تمیز کردن آن از روی تخته دردناک است. برای تمیز کردن جریان "بدون تمیز کردن" ، تا آنجا که می توانید مواد بزرگ را با مقداری الکل مالش بالا ، غلظت بالای 90، و یک سواب پنبه پاک کنید. در مرحله بعد ، آن را با یک مسواک قدیمی مسواک بزنید (مسواک های برقی قدیمی/سر مسواک به زیبایی کار می کند). در نهایت ، مقداری آب مقطر را برای حمام آب گرم گرم کنید. در صورت تمایل می توانید از شوینده های ظرف استفاده کنید (فقط مطمئن شوید که تخته شما بطور سلطنتی خراب نمی شود ، نباید به اتصالات برقی روی PCB شما آسیب برساند زیرا مواد شوینده ظرف برای "اتصال" به اجزای ارگانیک از طریق آبگریز طراحی شده اند. جزء صابون. عمل آبگریزی-آبگریزی توسط ساختار هیدروکربن قطبی/غیر قطبی/قلیایی مولکولهای آن انجام می شود و می توان آن را از طریق جزء آبدوست شستشو داد. در واقع ، تنها مسئله این است که به درستی شستشو نشود با آب مقطر یا اگر بسیار خورنده باشد). اگر به طرز معجزه آسایی در واقع تمام جریان بدون تمیز کردن را با الکل برطرف کنید ، و احتمالاً این کار را نخواهید کرد ، می توانید از شستن تخته خود با هم صرف نظر کنید.

بعد از 30 دقیقه یا بیشتر ، آب گرم باید بقیه باقی مانده چسبنده روی تخته را بشکند ، سپس می توانید با مسواک خود به شهر بروید و بقیه آن را بردارید. خوب بشویید و بگذارید در یک توستر که در کمترین حالت تنظیم شده است خشک شود ، یا بگذارید حداقل 24 ساعت در هوای آزاد خشک شود. در حالت ایده آل ، شما باید از یک توستر یا یک تفنگ هوای گرم ارزان از Harbor Freight استفاده کنید که به اندازه کافی دور نگه داشته شده است تا چیزی سرخ نشود. همچنین می توانید از هوای فشرده به همین منظور استفاده کنید.

به عنوان یک نکته جانبی ، هنگام مسواک زدن مدار چاپی خود مراقب باشید ، زیرا می توانید اجزای شیشه را شل کنید. شما نیازی به فشار زیاد ندارید ، فقط به اندازه ای که موها را بین اجزا قرار دهید.

مرحله 5: صفحات خورشیدی…