מטען סוללות 12V SLA סולארי: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

לפני זמן מה, הגעתי לרשותו של "לימון" של טרקטורון זה לצד זה. די לומר, יש בזה הרבה טעות. בשלב מסוים, החלטתי ש"היי, אני פשוט צריך לבנות מטען סולארי סולארי רב עוצמה משלי רק כדי להשאיר את הסוללה הזולה המתה כדלת לדלת בזמן שהפנסים פועלים! " בסופו של דבר זה התפתח לרעיון ש"היי, אני צריך להשתמש בסיר סוללה כדי להפעיל כמה פרויקטים מרוחקים שתכננתי!"

כך נולד מטען סוללות השמש "Lead Buddy".

בתחילה, הסתכלתי על הפקת העיצוב שלי מ- "סאני באדי" של Sparkfun (מכאן מאיפה קיבלתי את השם), אך במקרה שמתי לב שברכיב שכבר השתמשתי בו בפרויקט אחר, יש למעשה הערת יישום לשימוש. כמטען סוללות סולאריות (שפספסתי בעת דילוג בגליון הנתונים קודם) - LTC4365 של מכשיר אנלוגי! אין בו MPPT, אבל היי, גם לא "סאני באדי" של Sparkfun (לפחות לא MPPT נכון …). אז איך בדיוק נתקן את זה? ובכן, קורא יקר, אתה מעיין בהערות אפליקציות !!! באופן ספציפי, AN1521 של Microchip "מדריך מעשי ליישום אלגוריתמים MPPT של פאנלים סולאריים". זה למעשה קריאה מעניינת למדי, ומספק לך מספר שיטות שונות ליישום בקרת MPPT. אתה צריך רק שני חיישנים, חיישן מתח (מחלק מתח) וחיישן זרם, ואתה צריך בדיוק פלט אחד. במקרה ידעתי על חיישן זרם מיוחד שניתן להשתמש בו עם MOSFET ערוצי N, הנקרא IR25750 מ- International Rectifier. AN-1199 שלהם על IR25750 הוא גם קריאה מעניינת. לבסוף, אנו זקוקים למיקרו -בקר כדי לקשר את כל העניין יחד, ומכיוון שאנו זקוקים רק ל -3 סיכות, היכנסו ל- ATtiny10!

שלב 1: בחירת חלקים, ציור תרשימים

כעת, כאשר יש לנו את 3 החלקים העיקריים שלנו, עלינו להתחיל לבחור את המרכיבים השונים האחרים שצריכים להתלוות למערכות ה- IC שלנו. המרכיב החשוב הבא שלנו הם ה- MOSFET שלנו, במיוחד עבור גרסה זו (ראה את השלב האחרון למידע נוסף על כך), בחרתי להשתמש בשני SOSJB60EP MOSFET כפולים של N-Channel. MOSFET אחד נשלט אך ורק על ידי LTC4365, ו- MOSFET השני מוגדר כך ש- FET אחד פועל כ"דיודה אידאלית בצד נמוך "המיועדת להגנה על קלט הפוך (אם תחפש בגוגל, סביר להניח שלא תצא עם הערות יישום מ- TI ומקסים בנושא, הייתי צריך לחפור בשביל זה.), בעוד שה- FET השני נשלט על ידי טיימר ה- PWM של 16 סיביות ATtiny10 (או כל רזולוציה שתבחר …). לאחר מכן מגיעים הפסיבים שלנו, שלמען האמת לא כל כך חשוב לרשום אותם. הם מורכבים מנגדים עבור מחיצות מתח/תכנות מטען, וקבלים עוקפים/אחסון שונים, רק וודא שהנגדים שלך יכולים להתמודד עם הכוח המתפזר דרכם, וכי לקבלים שלך יש סובלנות טמפרטורה סבירות (X5R ומעלה). חשוב לציין שבגלל האופן שבו זה מתוכנן, חייבת להיות מחוברת סוללה ללוח על מנת שתתפקד.

הגדרתי את ה- LTC4365 בכדי שתוכל לטעון 12 או 24V סוללות על ידי החלפת מגשר (כדי לספק את סיכת ה- OV על המטען עם 0.5V כאשר הסוללה טעונה בסביבות 2.387V/תא עבור סוללות 12V). מחלק המתח של המטען מתפזר גם בטמפרטורה באמצעות נגד PTC 5k המתחבר ללוח באמצעות כותרת בגודל 2.54 מ מ ויתחבר לצד הסוללה עם תרכובת עציץ מוליכה תרמית, או אפילו סרט דביק. עלינו גם להשתמש בכמה זנים לאורך כל העיצוב, כלומר להנעת MOSFET במתח לאחור (כמו גם לאספקת כוח ל- FET השני במקרה שלא תתקין את רכיבי MPPT באמצעות משטח מגשר) ולהגנה על ה- LTC4365 סיכות מתח יתר. אנו נפעיל את ה- ATtiny10 באמצעות וסת רכב 5V המדורג לכניסה של 40V.

נתיכים…

דבר אחד חשוב לציין הוא שתמיד צריך שיהיה לך נתיכים על הכניסות והיציאות שלך כשמדובר במטעני סוללות, ושאתה תמיד צריך להשתמש בהגנה על OV בכניסות זרם גבוה (IE- סוללה). קלט זרם נמוך לא יכול ליישם OVP (IE- מעגלים), מכיוון שהם לעתים קרובות אינם יכולים לייצר מספיק זרם כדי להפעיל מפסק/נתיך. זה יכול להוביל למצב קטלני שבו TRIAC/SCR שלך יתחיל להתחמם יתר על המידה, ועלול להיכשל ולגרום לפגיעה של הרכיבים שלך לאורך הקו, או לגרום להתפרצות הפרויקט שלך בלהבות. אתה צריך להיות מסוגל לספק מספיק זרם כדי באמת לפוצץ את הנתיך בזמן (מה שסוללת 12V שלנו יכולה לעשות). באשר לנתיכים, החלטתי ללכת עם ה- 0453003. MR של Littlefuse. זהו נתיך פנטסטי באריזה SMD קטנה מאוד. אם תחליט ללכת עם נתיכים גדולים יותר, כגון נתיכים בגודל 5x20 מ"מ, אנא, למען אהבת כל מה שאתה מתפלל אליו … אל תשתמש בנתיכי זכוכית. נתיכי זכוכית עלולים להתנפץ כאשר הם נושפים, ולשלוח פיסות מתכת מותכת חמה וזכוכית חדה לכל הלוח ולגרום לכל מיני נזקים בתהליך. השתמש תמיד בנתיכים קרמיים, רובם מלאים בחול כך שכאשר הם נושפים הם לא מטגנים את הלוח שלך, או את הבית שלך (שלא לדבר על כך שהקרמיקה עצמה צריכה לסייע גם בהגנה, בדומה לשריון הקרמיקה המשמש להגן על רכבי לחימה מודרניים מפני ראשי נפץ מעוצבים/ מטוסי חם ממש של פלסמה). היכולת "לראות" את החוט הקטן הזה בנתיך שלך (את זה, אולי ממילא לא תוכל לראות, במיוחד אם אתה כמעט עיוור) לא שווה ערימת פחם בוערת במקום שהבית שלך היה פעם. אם אתה צריך לבדוק את הפתיל שלך, השתמש במולטימטר כדי לבדוק את עמידותו.

הגנת ESD

הימים שבהם הסתמכנו אך ורק על וריסטורים יקרים של 5-10 $ להגנה על הפרויקטים האלקטרוניים שלנו. עליך תמיד לזרוק כמה דיודות טלוויזיה, או דיכוי מתח חולף. ממש אין סיבה שלא. כל קלט, במיוחד קלט פאנל סולארי, צריך להיות מוגן מפני ESD. במקרה של מכת ברק ליד הפאנלים הסולאריים שלך/כל חוט-תיל, דיודת הטלוויזיה הקטנה ההיא, בשילוב עם נתיך, יכולה למנוע מהפרוייקט שלך להינזק מכל סוג של ESD/EMP (וזהו ברק השביתה היא, בערך …). הם לא עמידים כמעט כמו של MOV, אבל הם בהחלט יכולים לבצע את העבודה רוב הזמן.

מה שמביא אותנו לפריט הבא שלנו, פערים של ניצוצות. "מה הם פערי ניצוץ?!?" ובכן, פערי ניצוצות הם בעצם רק זכר המשתרע אל תוך מטוס קרקע מאחד מסיכות הקלט שלך, שמסירה את מסכת ההלחמה ממנו ואת המטוס הקרקע המקומי ונחשפת לאוויר הפתוח. במילים פשוטות, הוא מאפשר ל- ESD להתקדם ישר לתוך המטוס הקרקע שלך (נתיב ההתנגדות הפחותה), ובתקווה יחסוך מהמעגל שלך. הם לא עולים שום דבר להוסיף, אז אתה תמיד צריך להוסיף אותם היכן שאתה יכול. אתה יכול לחשב את המרחק שאתה צריך בין העקבות שלך לבין המטוס הקרקע כדי להגן על מתח כלשהו באמצעות חוק פשכן. אני לא עומד לדון כיצד לחשב זאת, אך די לומר כי מומלץ לידע כללי בחשבון. אחרת, אתה אמור להיות בסדר עם מרווח של 6-10 מיל בין המעקה לאדמה. רצוי גם להשתמש בעקבות מעוגלות. עיין בתמונה שפרסמתי לרעיון כיצד ליישם אותה.

מטוסי קרקע

אין סיבה שלא להשתמש במזל קרקע אחד גדול ברוב הפרויקטים האלקטרוניים. יתר על כן, זה בזבוז ביותר לא להשתמש במזיגה טחונה שכן כל נחושת זו תצטרך להיחרט. אתם כבר משלמים על הנחושת, יכול להיות שלא תזהמו את נתיבי המים בסין (או בכל מקום) ותשתמשו בו כמטוס הקרקע שלכם. לשפכים שנחלצו יש שימושים מוגבלים מאוד באלקטרוניקה המודרנית, ולעתים רחוקות, אם ישמשו אותם יותר לשם כך, מכיוון שלמזרות של קרקע מוצקה יש לכאורה תכונות טובות יותר לאותות בתדר גבוה, שלא לדבר על כך שהם טובים יותר בהגנה על עקבות רגישים ויכולים לספק מעקף כלשהו. קיבול עם מטוס "חי" אם אתה משתמש בלוח רב שכבתי. חשוב גם לשים לב שאם אתה משתמש בתנור הזרמה או תחנת עיבוד אוויר חם, לא מומלץ לבצע חיבורים של מטוס קרקע מוצק לרכיבים פסיביים, שכן הם יכולים "להצטבר" כאשר הם מוחזרים, מכיוון שלמטוס הקרקע יש מסה תרמית רבה יותר. שצריך לחמם כדי שההלחמה תימס. אתה בהחלט יכול לעשות זאת אם אתה זהיר, אך עליך להשתמש ברפידות הקלה תרמיות, או במה ש- EasyEDA מכנה "דוברים" לחיבור כרית הקרקע הפסיבית של הרכיב שלך. הלוח שלי משתמש ברפידות הקלה תרמיות, אם כי מכיוון שאני הלחמה ביד, זה באמת לא משנה בשני הכיוונים.

על פיזור החום…

המטען הסולארי שלנו לא אמור לפזר יותר מדי חום, אפילו בזרם המתוכנן המרבי של 3A (תלוי בנתיך). במקרה הגרוע ביותר, ההתנגדות של SQJB60EP שלנו היא 0.016mOhm ב -4.5V ב 8A (SQJ974EP בגירסה השנייה שלי, ב- 0.0325mOhm, עיין בהערות שלי בסוף למידע נוסף). באמצעות חוק אוהם, P = I^2 * R, פיזור ההספק שלנו הוא 0.144W ב 3A (עכשיו אתה מבין למה השתמשתי ב- MOSFET ערוצים N עבור מעגל ה- MPPT והמתח ההפוך שלנו). הרגולטור 5V לרכב שלנו לא אמור להתפוגג יותר מדי, מכיוון שאנו מציירים לכל היותר כמה עשרות מיליאמפר. עם סוללה של 12 וולט או אפילו של 24 וולט, לא היינו צריכים לראות מספיק אובדן חשמל על הרגולטור בכדי באמת לדאוג לחום שיטביע אותו, אולם בהתאם להערת היישום המעולה של TI בנושא, רוב הכוח שלך מתפוגג כמו שחום התנהגות חזרה אל ה- PCB עצמו, מכיוון שהוא נתיב ההתנגדות הפחותה. כדוגמה, ל- SQJB60EP שלנו יש עמידות תרמית של 3.1C/W לכרית הניקוז, ואילו לאריזת הפלסטיק יש עמידות תרמית של 85C/W. שקיעת חום הרבה יותר אפקטיבית כאשר היא נעשית באמצעות הלוח עצמו, IE- פריסת מטוסים גדולים נחמדים לרכיבים שלך המפיצים חום רב (ובכך הופכים את הלוח הפנימי למפזר ראש), או ניתוב ויאס לצד הנגדי של הלוח מ מטוס קטן יותר בחלקו העליון כדי לאפשר עיצובים קומפקטיים יותר. (ניתוב ויאסות תרמיות למישור בצד הנגדי של הלוח מאפשר גם לחבר גוף קירור/שבלול בצד האחורי של הלוח, או שהחום יתפוגג דרך המטוס הקרקע של לוח אחר כשהוא מחובר כ- מודול.) דרך מהירה ומלוכלכת אחת שאתה יכול לחשב כמה כוח אתה יכול לפזר בבטחה מרכיב (Tj - Tamb) / Rθja = כוח. למידע נוסף, אני ממליץ בחום לקרוא את הערת האפליקציה של TI.

ולבסוף…

אם אתה רוצה שהפרויקט שלך יהיה בתוך מיכל, כמו שאני מתכוון לעשות כפי שהוא ברור שישמש בחוץ, עליך תמיד לבחור את המיכל/הארגז שלך לפני שתניח את הלוח החוצה. במקרה שלי, בחרתי ב- EX-51 של Polycase, ועיצבתי את הלוח שלי ככזה. עיצבתי גם לוח "פנל קדמי", המתחבר ל"חורים "הקלטים של הקלט הסולארי, או ליתר דיוק, חריצים (שמתאימים ללוח בעובי 1.6 מ"מ). הלחם אותם יחד, ואתה טוב ללכת. ללוח זה יש מחברים עמידים למים מ- Switchcraft. עדיין לא החלטתי אם אשתמש ב"פנל קדמי "או ב"פנל אחורי", אך ללא קשר, אצטרך גם "בלוטת כבלים עמידה למים" עבור הקלט או היציאה, כמו גם עבור התרמיסטור לסוללות שלנו. בנוסף, המטען שלי יכול להיות מותקן גם על לוח כמודול (ומכאן החורים הקסטליים).

שלב 2: השגת החלקים שלך

הזמנת החלקים שלך יכולה להיות משימה לא פשוטה, בהתחשב בכמה ספקים ויש בהתחשב בעובדה שחלקים קטנים יאבדו מדי פעם (כלומר- נגדים, קבלים). למעשה, איבדתי את הנגדים למעגל הטעינה של סוללת 24V. למרבה המזל, אני לא אשתמש במעגל הטעינה של 24V.

בחרתי להזמין את ה- PCB שלי מ- JLCPCB, כי הלכלוך שלו זול. נראה שהם גם עברו לתהליך "מסוגל לתמונת תמונה", שמשאיר מסכי משי (ועם מסכות הלחמה) יפים מאז שהזמנתי מהם בפעם האחרונה. למרבה הצער, הם כבר לא מספקים משלוח חינם, כך שתצטרך לחכות שבוע או שבועיים עד שתקבל את זה, או שתצטרך לשלם 20 $++ עד שנשלח באמצעות DHL. באשר לרכיבים שלי, הלכתי עם Arrow, מכיוון שיש להם משלוח חינם. הייתי צריך רק לקנות את התרמיסטור מהדיגייקי, כיוון שלא היה לחץ.

בדרך כלל, פסיבים בגודל 0603 מתאימים להלחמה. רכיבים בגודל 0402 יכולים להיות קשים ולאבדים בקלות, אז הזמינו לפחות פי שניים ממה שאתם צריכים. בדוק תמיד כדי לוודא שהם שלחו לך את כל הרכיבים. זה חשוב במיוחד אם הם לא מגבשים את ההזמנה שלך, ובמקום זאת שולחים לך 20 קופסאות שונות באמצעות FedEx.

שלב 3: הכנה…

מתכוננים להלחמה…. אתה באמת לא צריך כל כך הרבה כלים להלחמה. מגהץ, זרם, הלחמה, פינצטה וקטעים זול ומונע, הם בערך כל מה שאתה צריך. אתה צריך גם להיות מטף מוכן, ותמיד כדאי שיהיה לך מסכה מוכנה לסנן מזהמים באוויר שמדחיפים את השטף שהוא מסרטן/רעיל.

שלב 4: חיבור זה יחד

הרכבת ה- PCB שלך היא ממש פשוטה. זה פחות או יותר "הפוך כרית אחת, הלחם סיכה אחת ללשונית ההיא, ואז 'גרור הלחמה' שאר הפינים". אינך צריך מיקרוסקופ או תחנת עיבוד מפוארת להלחמת רכיבי SMD. אתה אפילו לא צריך זכוכית מגדלת לכל דבר גדול מ- 0603 (ולפעמים 0402) רכיבים. רק וודא שאין סיכות מגשרות ושאין לך מפרקים קרים. אם אתה רואה משהו "מצחיק", שים עליו מעט שטף והכה אותו במגהץ.

בכל הנוגע לשטף, סביר להניח שתשתמש בשטף ללא ניקוי, כיוון שזה בטוח להשאיר על הלוח שלך. למרבה הצער, זה ממש כואב לנקות אותו מהלוח שלך. כדי לנקות את השטף ה'לא נקי ', הסר כמה שיותר מהחומרים הגדולים עם קצת אלכוהול שפשוף ברמה גבוהה, מעל 90% ריכוז ומקלון צמר גפן. לאחר מכן, צחצח אותו היטב בעזרת מברשת שיניים ישנה (מברשות שיניים חשמליות ישנות/ראשי מברשות שיניים עובדות יפה). לבסוף, מחממים מעט מים מזוקקים לאמבט מים חמים. אתה יכול להשתמש בחומר ניקוי כלים אם תרצה (רק וודא שהוא לא ידפוק את הלוח שלך באופן מלכותי, הוא לא אמור לפגוע בחיבורים חשופים במחשב הלוח שלך מכיוון שחומרי ניקוי כלים נועדו "להתחבר" לרכיבים אורגניים דרך ההידרופובי. המרכיב של הסבון. הפעולה ההידרופובית-הידרופילית מסופקת על ידי המבנה הפחמימני/אלקלי הקוטבי/הלא-קוטבי של המולקולות שלו, וניתן לשטוף אותו באמצעות המרכיב ההידרופילי. באמת, הבעיה היחידה היא כאשר הוא לא נשטף כראוי. עם מים מזוקקים או אם הוא מאכל במיוחד). IFF על ידי נס אתה בעצם מוריד את כל השטף הלא נקי עם אלכוהול, וכנראה שלא, תוכל לדלג על שטיפת הלוח שלך ביחד.

לאחר 30 דקות בערך, המים החמים אמורים לפרק את שארית השאריות הדביקות שעל הלוח שלך, ואז תוכל ללכת לעיר עם מברשת השיניים שלך ולהוריד את שארית. יש לשטוף היטב ולתת לו להתייבש בתנור טוסטר שהוגדר למצב הנמוך ביותר, או לתת לו להתייבש לפחות 24 שעות באוויר הפתוח. באופן אידיאלי, עליך להשתמש בתנור טוסטר או באקדח אוויר חם זול מהארבור פרייט המורחק מספיק רחוק כדי לא לטגן שום דבר. אתה יכול גם להשתמש באוויר דחוס לאותו אפקט.

כהערה צדדית, היזהר בעת צחצוח ה- PCB שלך, מכיוון שתוכל לצנזר רכיבים רופפים. אתה לא צריך ללחוץ חזק מאוד, מספיק כדי להכניס את הזיפים בין הרכיבים.

שלב 5: פאנלים סולאריים …