Beban Elektronik DC Berbasis Arduino Lanjutan: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Proyek ini disponsori oleh JLCPCB.com. Rancang proyek Anda menggunakan perangkat lunak online EasyEda, unggah file Gerber (RS274X) yang ada, lalu pesan suku cadang Anda dari LCSC dan kirimkan seluruh proyek langsung ke pintu Anda.

Saya dapat mengonversi file KiCad langsung ke file gerber JLCPCB dan memesan papan ini. Saya tidak perlu mengubahnya dengan cara apa pun. Saya menggunakan situs web JLCPCB.com untuk melacak status papan saat sedang dibangun, dan mereka berhasil sampai ke rumah saya dalam waktu 6 hari setelah saya mengirim pesanan. Saat ini mereka menawarkan pengiriman gratis untuk SEMUA PCB dan masing-masing PCB hanya $2!

Intro: Tonton serial ini di YouTube di "Scullcom Hobby Electronics" sehingga Anda bisa mendapatkan pemahaman yang lengkap tentang desain dan perangkat lunak. Unduh.zip_file dari Video 7 dari seri ini.

Saya membuat ulang dan memodifikasi "Scullcom Hobby Electronic DC Load". Tuan Louis awalnya merancang semua tata letak perangkat keras dan perangkat lunak yang terkait dengan proyek ini. Harap pastikan dia mendapat pujian jika Anda meniru desain ini.

Langkah 1: Lihat "The Combat Engineer" di YouTube untuk Detail Spesifik Tentang Proses Pemesanan PCB

Tonton video ini, yang merupakan video 1 dari seri, dan pelajari cara memesan PCB custom made Anda. Anda bisa mendapatkan penawaran hebat untuk semua komponen Anda dari LCSC.com dan memiliki papan dan semua suku cadang yang dikirimkan bersama-sama. Begitu mereka tiba, periksa mereka dan mulai menyolder proyek.

Ingat bahwa sisi layar sutra adalah bagian atas dan Anda harus mendorong kaki bagian melalui bagian atas dan menyoldernya di sisi bawah. Jika teknik Anda bagus, sedikit solder akan mengalir ke sisi atas dan meresap di sekitar pangkal bagian. Semua IC (DAC, ADC, VREF, dll) juga berada di sisi bawah papan. Pastikan Anda tidak terlalu memanaskan bagian sensitif saat ujung besi solder Anda. Anda dapat menggunakan teknik "reflow" pada chip SMD kecil juga. Simpan skema di tangan saat membangun unit dan saya menemukan overlay dan tata letak juga sangat membantu. Luangkan waktu Anda dan pastikan semua resistor berakhir di -lubang yang benar. Setelah Anda memeriksa kembali apakah semuanya berada di tempat yang tepat, gunakan pemotong samping kecil untuk memotong kelebihan timah pada bagian-bagiannya.

Petunjuk: Anda dapat menggunakan kaki resistor untuk membuat tautan jumper untuk jejak sinyal. Karena semua resistor berada di 0,5W timur, mereka membawa sinyal dengan baik.

Langkah 2: Kalibrasi

Garis “SENSE” digunakan untuk membaca tegangan pada beban, saat beban sedang diuji. Ini juga bertanggung jawab atas pembacaan tegangan yang Anda lihat di LCD. Anda perlu mengkalibrasi saluran "SENSE" dengan beban "on" dan "off" pada berbagai voltase untuk memastikan akurasi terbaik. (ADC memiliki resolusi 16-bit sehingga Anda mendapatkan pembacaan 100mV yang sangat akurat- Anda dapat mengubah pembacaan dalam perangkat lunak, jika diperlukan).

Output dari DAC dapat disesuaikan dan mengatur tegangan drive untuk Gerbang MOSFET. Dalam video, Anda akan melihat saya melewati 0.500V, tegangan dibagi dan saya dapat mengirim semua 4.096V dari VREF ke Gerbang MOSFET. Secara teori akan memungkinkan arus hingga 40A mengalir melalui beban.* Anda dapat menyetel tegangan penggerak gerbang dengan menggunakan potensiometer 25-putaran 200Ohm (RV4).

RV3 mengatur arus yang Anda lihat di LCD dan penarikan arus tanpa beban dari unit. Anda perlu menyesuaikan potensiometer sehingga pembacaan pada LCD benar, sambil mempertahankan penarikan arus "OFF" sesedikit mungkin pada beban. Apa artinya ini Anda bertanya? Nah, ini adalah kesalahan kecil pada kontrol loop umpan balik. Saat Anda menghubungkan beban ke terminal beban unit, "arus bocor" kecil akan merembes dari perangkat Anda (atau baterai) yang sedang diuji dan masuk ke unit. Anda dapat memangkas ini ke 0,000 dengan potensiometer, tetapi saya telah menemukan bahwa jika Anda mengaturnya ke 0,000 dari pembacaan LCD tidak seakurat jika Anda membiarkan 0,050 menyelinap. Ini adalah "cacat" kecil di unit dan sedang ditangani.

*Catatan: Anda perlu menyesuaikan perangkat lunak jika Anda mencoba untuk melewati atau mengubah pembagi tegangan dan ANDA MELAKUKANNYA DENGAN RISIKO ANDA SENDIRI. Kecuali Anda memiliki pengalaman yang luas dengan elektronik, biarkan unit disetel ke 4A seperti versi aslinya.

Langkah 3: Pendinginan

Pastikan Anda memposisikan kipas sehingga Anda mendapatkan aliran udara maksimum di atas MOSFET dan unit pendingin*. Saya akan menggunakan tiga (3) kipas secara total. Dua untuk MOSFET/heat sink dan satu untuk regulator tegangan LM7805. 7805 menyediakan semua daya untuk sirkuit digital dan Anda akan merasakan kehangatan yang tenang. Jika Anda berencana untuk memasukkan ini ke dalam kasing, pastikan kasingnya cukup besar untuk memungkinkan aliran udara yang cukup di atas Fets dan masih bersirkulasi melalui sisa ruang. Jangan biarkan kipas meniupkan udara panas langsung di atas kapasitor, karena ini akan membuat mereka stres dan memperpendek masa pakainya.

*Catatan: Saya belum memasang heat sink pada proyek ini (pada saat penerbitan) tapi SAYA AKAN dan ANDA MEMBUTUHKAN SATU! Setelah saya memutuskan kasing (saya akan mencetak kasing khusus 3D) saya akan memotong unit pendingin sesuai ukuran dan memasangnya.

Langkah 4: Perangkat Lunak

Proyek ini didasarkan pada Arduino Nano dan Arduino IDE. Tuan Louis menulis ini dengan cara 'modular' yang memungkinkan pengguna akhir untuk menyesuaikannya dengan kebutuhannya.(*1) Karena kami menggunakan referensi tegangan 4.096V dan DAC 12-bit, MCP4725A, kami dapat sesuaikan output DAC hingga tepat 1mV per langkah (*2) dan secara akurat mengontrol tegangan penggerak Gerbang ke MOSFET (yang mengontrol arus melalui beban). ADC MCP3426A 16-bit, juga digerakkan dari VREF sehingga kami dapat dengan mudah mendapatkan resolusi 0,000V untuk pembacaan tegangan beban. Kode, apa adanya, dari.zip akan memungkinkan Anda menguji beban hingga 50W atau 4A, mana saja lebih besar, baik dalam mode 'arus konstan', 'daya konstan', atau 'resistensi konstan'. Unit ini juga memiliki mode uji baterai internal yang dapat menerapkan arus pelepasan 1A untuk semua bahan kimia baterai utama. Setelah selesai, ia akan menampilkan total kapasitas setiap sel yang diuji. Unit ini juga memiliki mode sementara dan fitur hebat lainnya, cukup periksa. INO_file untuk detail lengkapnya.

Firmware ini juga penuh dengan fitur keselamatan. Sensor suhu analog memungkinkan kontrol kecepatan kipas dan pemutusan otomatis jika suhu maksimum terlampaui. Mode baterai memiliki pemutus tegangan rendah yang telah ditetapkan (dapat disesuaikan) untuk setiap bahan kimia dan seluruh unit akan mati jika peringkat daya maksimum terlampaui.

(*1) yang saya lakukan. Saya akan memposting lebih banyak video dan menambah proyek ini seiring berjalannya waktu.

(*2) [(DAC 12-bit = 4096 langkah) / (4.096Vref)] = 1mV. Karena tidak ada yang sempurna, ada pot trim untuk memperhitungkan kebisingan dan gangguan lainnya.

Langkah 5: Apa Selanjutnya

Saya memodifikasi proyek ini, baik perangkat keras maupun perangkat lunak, dengan tujuan membuatnya stabil pada 300W/10A. Ini hanyalah awal dari apa yang pasti akan menjadi Penguji Baterai DIY / Beban DC Tujuan Umum yang luar biasa. Unit yang sebanding dari vendor komersial akan dikenakan biaya ratusan, jika bukan ribuan dolar, jadi jika Anda serius menguji Anda DIY 18650 Powerwalls untuk keamanan dan kinerja maksimum, saya sangat menganjurkan Anda untuk membuatnya sendiri.

Tetap disini untuk pembaruan lebih lanjut:

1) Kasing cetak 3D khusus menggunakan OnShape

2) Layar LCD TFT 3,5"

3) Peningkatan Daya dan kinerja

Jangan ragu untuk mengajukan pertanyaan apa pun yang Anda miliki tentang proyek ini. Jika saya telah meninggalkan sesuatu yang signifikan, saya akan mencoba untuk mendapatkan kembali dan mengeditnya. Saya menyusun beberapa "kit membangun sebagian" termasuk PCB, resistor, konektor JST, jack pisang, dioda, kapasitor, Arduino terprogram, pin header, rotary encoder, sakelar daya pengunci, tombol tekan, dll dan akan segera tersedia. (Saya tidak akan membuat "kit lengkap" karena biaya berbagai IC seperti DAC/ADC/Mosfets/dll, tetapi Anda akan dapat memiliki sekitar 80% suku cadang yang siap pakai, dalam satu kit, dengan PCB profesional).

Terima kasih dan Selamat Menikmati.