Pengisi Daya Baterai Solar 12V SLA: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Beberapa waktu lalu, saya memiliki "Lemon" dari ATV berdampingan. Cukuplah untuk mengatakan, ada BANYAK yang salah dengan itu. Pada titik tertentu, saya memutuskan bahwa "HEI, saya sebaiknya membuat sendiri pengisi daya baterai surya bertenaga tinggi saya hanya untuk menjaga baterai mati-seperti-paku yang murah tetap terisi saat lampu depan menyala!" Akhirnya hal itu berkembang menjadi gagasan bahwa "HEI, saya harus menggunakan baterai itu untuk memberi daya pada beberapa proyek jarak jauh yang telah saya rencanakan!"

Dengan demikian, pengisi daya baterai surya "Lead Buddy" lahir.

Awalnya, saya melihat untuk menurunkan desain saya dari "Sunny Buddy" Sparkfun (karenanya saya mendapatkan namanya), tetapi secara kebetulan, saya memperhatikan bahwa komponen yang sudah saya gunakan di proyek lain, sebenarnya memiliki catatan aplikasi yang sedang digunakan sebagai pengisi daya baterai surya (yang saya lewatkan saat membaca lembar data sebelumnya) - LTC4365 Perangkat Analog! Itu tidak memiliki MPPT, tapi hei, "Sunny Buddy" Sparkfun juga tidak (setidaknya bukan MPPT yang benar…). Jadi, bagaimana tepatnya kita memperbaiki ini? Nah, pembaca yang budiman, Anda melihat-lihat catatan aplikasi!!! Secara khusus, AN1521 Microchip "Panduan Praktis untuk Menerapkan Algoritma MPPT Panel Surya". Ini sebenarnya bacaan yang cukup menarik, dan memberi Anda beberapa metode berbeda untuk menerapkan kontrol MPPT. Anda hanya memerlukan dua sensor, sensor tegangan (pembagi tegangan), dan sensor arus, dan Anda memerlukan tepat satu output. Saya kebetulan tahu tentang sensor arus khusus yang dapat digunakan dengan MOSFET N-Channel, yang disebut IR25750 dari Penyearah Internasional. AN-1199 mereka pada IR25750 juga merupakan bacaan yang menarik. Akhirnya, kita memerlukan mikrokontroler untuk menghubungkan semuanya, dan karena kita hanya membutuhkan 3 pin, masukkan ATtiny10!

Langkah 1: Memilih Bagian, Menggambar Skema

Sekarang kita memiliki 3 bagian utama kita, kita harus mulai memilih berbagai komponen lain yang perlu menyertai IC kita. Komponen penting kami berikutnya adalah MOSFET kami, khususnya, untuk revisi ini (lihat langkah terakhir untuk info lebih lanjut tentang itu), saya memilih untuk menggunakan DUA SQJB60EP Dual N-Channel MOSFET. Satu MOSFET dikendalikan secara eksklusif oleh LTC4365, dan MOSFET lainnya diatur sehingga satu FET bertindak sebagai "dioda sisi rendah yang ideal" yang dimaksudkan untuk perlindungan input terbalik (Jika Anda mencarinya di google, kemungkinan besar Anda tidak akan menemukan catatan aplikasi dari TI dan Maxim pada subjek, saya harus menggali untuk itu.), sedangkan FET lainnya dikendalikan oleh timer PWM 16-bit ATtiny10 (atau resolusi apa pun yang Anda pilih …). Berikutnya adalah pasif kita, yang sejujurnya tidak begitu penting untuk dicantumkan. Mereka terdiri dari resistor untuk pembagi tegangan/pemrograman pengisi daya, dan berbagai kapasitor bypass/penyimpanan, pastikan resistor Anda dapat menangani daya yang hilang melaluinya, dan kapasitor Anda memiliki toleransi suhu yang wajar (X5R atau lebih baik). Penting untuk dicatat, karena bagaimana ini dirancang, baterai HARUS dipasang pada papan agar dapat berfungsi.

Saya telah mengatur LTC4365 untuk dapat mengisi baterai 12 atau 24V dengan mengganti jumper (untuk memberikan pin OV pada pengisi daya dengan 0,5V ketika baterai diisi ke sekitar 2,387V/sel untuk baterai 12V). Pembagi tegangan pengisi daya juga dikompensasikan dengan suhu melalui resistor PTC 5k yang terhubung ke papan melalui header 2,54mm dan akan terhubung ke sisi baterai dengan senyawa pot konduktif termal, atau bahkan selotip. Kami juga harus menggunakan beberapa zener di seluruh desain, yaitu untuk menggerakkan MOSFET tegangan balik (serta memasok daya ke FET lain jika Anda tidak memasang komponen MPPT melalui jumper pad) dan untuk melindungi LTC4365 pin dari tegangan lebih. Kami akan menyalakan ATtiny10 dengan regulator otomotif 5V yang diberi peringkat untuk input 40V.

Sekering…

Satu hal penting yang perlu diperhatikan, adalah bahwa Anda harus SELALU memiliki sekering pada input dan output Anda saat berhubungan dengan pengisi daya baterai, dan Anda harus SELALU menggunakan perlindungan OV pada input arus tinggi (baterai IE). Input arus rendah tidak dapat dengan mudah menerapkan OVP (sirkuit linggis IE), karena mereka sering tidak dapat menghasilkan arus yang cukup untuk membuat pemutus/sekring trip. Hal ini dapat menyebabkan situasi fatal di mana TRIAC/SCR Anda akan mulai terlalu panas, berpotensi gagal, menyebabkan komponen Anda rusak, atau menyebabkan proyek Anda meledak terbakar. Anda harus dapat memasok arus yang cukup untuk benar-benar meniup sekring pada waktu yang tepat (yang BISA dilakukan oleh baterai 12V kami). Adapun sekering, saya memutuskan untuk menggunakan 0453003. MR oleh Littlefuse. Ini adalah sekering yang fantastis dalam paket SMD yang sangat kecil. Jika Anda memutuskan untuk menggunakan sekering yang lebih besar, seperti sekering 5x20mm, TOLONG, UNTUK CINTA APA PUN YANG LEBIH TINGGI YANG ANDA DOA….. Jangan gunakan sekering kaca. Sekering kaca dapat pecah ketika meledak, mengirimkan potongan logam cair panas dan kaca tajam ke seluruh papan Anda yang menyebabkan semua jenis kerusakan dalam prosesnya. SELALU gunakan sekering keramik, kebanyakan diisi dengan pasir sehingga ketika meledak, mereka tidak menggoreng papan Anda, atau rumah Anda (belum lagi keramik itu sendiri juga harus membantu perlindungan, mirip dengan pelindung keramik yang digunakan untuk melindungi kendaraan tempur modern dari hulu ledak muatan berbentuk/REALLY HOT JETS OF PLASMA). Mampu "Melihat" kawat kecil di sekering Anda (yang, bagaimanapun, Anda mungkin tidak dapat melihat, terutama jika Anda hampir buta) tidak layak memiliki tumpukan arang yang membara di tempat rumah Anda dulu. Jika Anda perlu menguji sekering Anda, gunakan multimeter untuk memeriksa resistansinya.

Perlindungan ESD

Lama berlalu adalah hari-hari di mana kami hanya mengandalkan varistor $5-10 yang mahal untuk melindungi proyek elektronik kami. Anda harus SELALU memasukkan beberapa dioda TVS, atau Transient Voltage Supression. Secara harfiah tidak ada alasan untuk tidak melakukannya. Setiap input, terutama input panel surya, harus dilindungi dari ESD. Jika terjadi sambaran petir di dekat panel surya / kabel apa saja, dioda TVS kecil itu, dikombinasikan dengan sekering, dapat mencegah proyek Anda rusak dari segala jenis ESD / EMP (yang merupakan petir pemogokan adalah, agak ….). Mereka hampir tidak tahan lama seperti MOV, tetapi mereka pasti bisa menyelesaikan pekerjaan hampir sepanjang waktu.

Yang membawa kita ke item berikutnya, celah Spark. "Apa itu celah percikan?!" Nah, celah percikan pada dasarnya hanyalah jejak yang memanjang ke bidang tanah dari salah satu pin input Anda, yang melepas topeng solder darinya dan bidang tanah lokal dan terpapar ke udara terbuka. Sederhananya, ini memungkinkan ESD untuk melengkung lurus ke bidang tanah Anda (jalur dengan resistansi paling rendah), dan mudah-mudahan akan menyelamatkan sirkuit Anda. Mereka sama sekali tidak membutuhkan biaya untuk ditambahkan, jadi Anda harus selalu menambahkannya di mana pun Anda bisa. Anda dapat menghitung jarak yang Anda butuhkan antara jejak Anda dan bidang tanah untuk melindungi beberapa tegangan melalui Hukum Paschen. Saya tidak akan membahas cara menghitungnya, tetapi cukup untuk mengatakan bahwa pengetahuan umum tentang kalkulus disarankan. Jika tidak, Anda akan baik-baik saja dengan ruang 6-10mil di antara jejak dan tanah. Menggunakan jejak bulat juga disarankan. Lihat gambar yang saya posting untuk ide tentang cara menerapkannya.

Pesawat darat

Tidak ada alasan untuk tidak menggunakan satu tuang tanah besar di sebagian besar proyek elektronik. Selain itu, sangat boros untuk tidak menggunakan penuangan tanah karena semua tembaga itu harus tergores. Anda sudah membayar untuk tembaga, Anda mungkin juga tidak mencemari saluran air China (atau di mana pun) dan menggunakannya dengan baik sebagai pesawat darat Anda. Penuangan menetas memiliki kegunaan yang sangat terbatas dalam elektronik modern, dan jarang, jika pernah digunakan lagi untuk efek itu karena penuangan tanah padat diduga memiliki kualitas yang lebih baik untuk sinyal frekuensi tinggi, belum lagi mereka lebih baik dalam melindungi jejak sensitif DAN dapat memberikan beberapa bypass kapasitansi dengan bidang "hidup" jika Anda menggunakan papan multi-layer. Penting juga untuk dicatat, bahwa jika Anda menggunakan oven reflow atau stasiun pengerjaan ulang udara panas, sambungan ground plane yang solid ke komponen pasif tidak disarankan, karena dapat menjadi "batu nisan" saat di-reflow, karena ground plane memiliki lebih banyak massa termal. yang harus dipanaskan agar solder meleleh. Anda pasti dapat melakukannya jika Anda berhati-hati, tetapi Anda harus menggunakan bantalan pelepas termal, atau yang disebut EasyEDA "Jari-jari" untuk menghubungkan bantalan arde komponen pasif Anda. Papan saya menggunakan bantalan pelepas termal, meskipun karena saya menyolder dengan tangan, itu tidak masalah.

Pada pembuangan panas…

Pengisi daya surya kami seharusnya tidak membuang terlalu banyak panas, bahkan pada arus maksimum yang dirancang 3A (tergantung pada sekeringnya). Paling buruk, resistansi SQJB60EP kami adalah 0,016mOhm pada 4,5V pada 8A (SQJ974EP dalam revisi kedua saya, pada 0,0325mOhm, lihat catatan saya di akhir untuk info lebih lanjut). Menggunakan Hukum Ohm, P=I^2 * R, disipasi daya kami adalah 0,144W pada 3A (Sekarang Anda mengerti mengapa saya menggunakan MOSFET saluran N untuk rangkaian "dioda" MPPT dan tegangan balik kami). Regulator 5V otomotif kami juga tidak boleh hilang terlalu banyak, karena kami hanya menggambar paling banyak beberapa lusin miliampere. Dengan baterai 12V, atau bahkan 24V, kita seharusnya tidak melihat kehilangan daya yang cukup pada regulator untuk benar-benar khawatir tentang heat sinking, namun sesuai catatan aplikasi TI yang sangat baik tentang masalah ini, sebagian besar daya Anda hilang karena panas akan melakukan kembali ke PCB itu sendiri, karena merupakan jalur resistensi paling. Sebagai contoh, SQJB60EP kami memiliki ketahanan termal 3,1C/W ke bantalan pembuangan, sedangkan kemasan plastik memiliki ketahanan termal 85C/W. Peredam panas jauh lebih efektif bila dilakukan melalui PCB itu sendiri, yaitu meletakkan bidang besar yang bagus untuk komponen Anda yang membuang banyak panas (sehingga mengubah PCB Anda menjadi penyebar kepala), atau merutekan vias ke sisi berlawanan papan dari bidang yang lebih kecil di bagian atas untuk memungkinkan desain yang lebih ringkas. (Merahkan vias termal ke bidang di sisi berlawanan papan juga memungkinkan untuk dengan mudah memasang heatsink/slug ke sisi belakang papan, atau agar panas itu hilang melalui bidang dasar papan lain saat dipasang sebagai modul.) Salah satu cara cepat dan kotor untuk menghitung berapa banyak daya yang dapat Anda keluarkan dengan aman dari suatu komponen adalah (Tj - Tamb) / Rθja = Daya. Untuk info lebih lanjut, saya sangat menyarankan Anda untuk membaca catatan aplikasi TI.

Dan akhirnya…

Jika Anda ingin proyek Anda berada di dalam wadah, seperti yang saya rencanakan karena akan digunakan di luar, Anda harus selalu memilih wadah/kotak Anda sebelum meletakkan papan Anda. Dalam kasus saya, saya memilih EX-51 Polycase, dan telah mendesain papan saya seperti itu. Saya juga merancang papan "panel depan", yang menghubungkan ke "lubang" castellated input surya, atau lebih tepatnya, slot (yang sesuai dengan papan ketebalan 1.6mm). Solder bersama-sama, dan Anda siap melakukannya. Panel ini memiliki konektor tahan air dari Switchcraft. Saya belum memutuskan apakah saya akan menggunakan "panel depan" atau "panel belakang", tetapi terlepas dari itu, saya juga memerlukan "kelenjar kabel tahan air" untuk input atau output, serta untuk termistor baterai kami. Selain itu, pengisi daya saya juga dapat dipasang di papan sebagai modul (karenanya lubang castellated).

Langkah 2: Dapatkan Bagian Anda

Memesan suku cadang Anda bisa menjadi tugas yang berat, mengingat banyaknya vendor yang ada, dan mengingat fakta bahwa suku cadang kecil akan hilang dari waktu ke waktu (yaitu resistor, kapasitor). Bahkan, saya kehilangan resistor untuk sirkuit pengisian baterai 24V. Untungnya, saya tidak akan menggunakan sirkuit pengisian 24V.

Saya memilih untuk memesan PCB saya dari JLCPCB, karena harganya murah. Mereka juga tampaknya beralih ke proses "foto-gambar-mampu", yang meninggalkan silkscreens renyah yang bagus (dan soldermasks) sejak saya terakhir memesan dari mereka. Sayangnya, mereka tidak lagi menyediakan pengiriman gratis, jadi Anda harus menunggu satu atau dua minggu untuk mendapatkannya, atau Anda harus membayar $20+ untuk dikirim melalui DHL…. Adapun komponen saya, saya menggunakan Arrow, karena mereka memiliki pengiriman gratis. Saya hanya perlu membeli termistor dari Digikey, karena Arrow tidak memilikinya.

Biasanya, pasif berukuran 0603 A-OK untuk disolder. Komponen berukuran 0402 bisa jadi sulit, dan mudah hilang, jadi pesanlah setidaknya dua kali lipat dari yang Anda butuhkan. Selalu periksa untuk memastikan bahwa mereka mengirimi Anda semua komponen Anda. Ini sangat penting jika mereka tidak mengkonsolidasikan pesanan Anda, dan malah mengirimi Anda 20 kotak berbeda melalui FedEx.

Langkah 3: Bersiap…

Persiapan solder…. Anda benar-benar tidak membutuhkan banyak alat untuk menyolder. Setrika solder yang murah dan bertenaga sedang, fluks, solder, pinset, dan gunting, adalah semua yang Anda butuhkan. Anda juga HARUS menyiapkan alat pemadam api, dan Anda harus SELALU menyiapkan masker untuk menyaring kontaminan di udara yang disebabkan oleh fluks, yang bersifat kanker/beracun.

Langkah 4: Menyatukannya

Merakit PCB Anda sangat sederhana. Ini cukup banyak hanya "timah satu bantalan, solder satu pin ke tab itu, lalu 'seret solder' sisa pin". Anda tidak memerlukan mikroskop atau stasiun pengerjaan ulang yang mewah untuk menyolder komponen SMD. Anda bahkan tidak memerlukan kaca pembesar untuk komponen yang lebih besar dari dan 0603 (dan terkadang 0402). Pastikan saja tidak ada pin yang dijembatani, dan Anda tidak memiliki sambungan yang dingin. Jika Anda melihat sesuatu yang "lucu", taruh sedikit fluks di atasnya dan pukul dengan setrika.

Sejauh fluks berjalan, Anda mungkin harus menggunakan fluks tanpa pembersihan, karena aman untuk ditinggalkan di papan Anda. Sayangnya sangat sulit untuk benar-benar membersihkannya dari papan Anda. Untuk membersihkan fluks 'tidak bersih', singkirkan sebanyak mungkin bahan yang besar dengan alkohol gosok bermutu tinggi, konsentrasi di atas 90%, dan kapas. Selanjutnya, sikat dengan baik dengan sikat gigi bekas (sikat gigi elektrik tua/kepala sikat gigi berfungsi dengan baik). Terakhir, panaskan air suling untuk mandi air panas. Anda bisa menggunakan beberapa deterjen piring jika Anda mau (pastikan itu tidak akan mengacaukan papan Anda, seharusnya tidak merusak koneksi telanjang pada PCB Anda karena deterjen piring dirancang untuk "menempel" ke komponen organik melalui hidrofobik. komponen sabun. Tindakan hidrofobik-hidrofilik disediakan oleh struktur hidrokarbon / alkali polar/non-polar dari molekulnya, dan dapat dicuci melalui komponen hidrofilik. Sungguh, satu-satunya masalah adalah ketika tidak dibilas dengan benar dengan air suling atau jika sangat korosif). JIKA dengan keajaiban Anda benar-benar mendapatkan semua fluks tidak bersih dengan alkohol, dan Anda mungkin tidak akan melakukannya, Anda dapat melewatkan mencuci papan Anda bersama-sama.

Setelah sekitar 30 menit, air panas akan memecah sisa residu lengket di papan Anda, lalu Anda bisa pergi ke kota dengan sikat gigi dan membersihkan sisanya. Bilas dengan baik, dan biarkan kering dalam oven pemanggang roti yang diatur ke pengaturan terendah, atau biarkan kering setidaknya 24 jam di udara terbuka. Idealnya, Anda harus menggunakan oven pemanggang roti atau hot air gun murah dari Harbour Freight yang dipegang cukup jauh untuk tidak menggoreng apa pun. Anda juga bisa menggunakan udara terkompresi untuk efek yang sama.

Sebagai catatan tambahan, berhati-hatilah saat menyikat PCB Anda, karena Anda dapat mengotori komponen. Anda tidak perlu menekan terlalu keras, cukup untuk mendapatkan bulu di antara komponen.

Langkah 5: Panel Surya…