شاحن بطارية SLA بالطاقة الشمسية 12 فولت: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

منذ بعض الوقت ، استحوذت على "ليمونة" من مركبة رباعية الدفع جنبًا إلى جنب. يكفي القول ، هناك الكثير من الخطأ. في مرحلة ما ، قررت أنه "مرحبًا ، يجب أن أقوم ببناء شاحن بطارية يعمل بالطاقة الشمسية خاص بي فقط للحفاظ على شحن البطارية الرخيصة أثناء تشغيل المصابيح الأمامية!" في النهاية تطور ذلك إلى فكرة أنه "مهلاً ، يجب أن أستخدم غائط البطارية هذا لتشغيل بعض المشاريع البعيدة التي كنت أخطط لها!"

وهكذا ، وُلد شاحن البطاريات الشمسية "Lead Buddy".

في البداية ، نظرت في اشتقاق تصميمي من Sparkfun's "Sunny Buddy" (ومن هنا حصلت على الاسم) ، ولكن عن طريق الصدفة ، لاحظت أن أحد المكونات التي كنت أستخدمها بالفعل في مشروع آخر ، كان يحتوي بالفعل على ملاحظة تطبيق بشأن الاستخدام كشاحن بطارية شمسي (فاتني أثناء تصفح ورقة البيانات مسبقًا) - LTC4365 للجهاز التناظري! لا يحتوي على MPPT ، لكن مهلا ، لا يحتوي Sparkfun's "Sunny Buddy" (على الأقل ليس MPPT صحيحًا على أي حال …). لذا ، كيف بالضبط نصلح هذا؟ حسنًا ، عزيزي القارئ ، يمكنك إلقاء نظرة على ملاحظات التطبيق !!! على وجه التحديد ، AN1521 من Microchip "الدليل العملي لتطبيق خوارزميات MPPT للألواح الشمسية". إنها بالفعل قراءة مثيرة للاهتمام ، وتوفر لك عدة طرق مختلفة لتنفيذ التحكم في MPPT. ما عليك سوى اثنين من أجهزة الاستشعار ، ومستشعر الجهد (مقسم الجهد) ، ومستشعر التيار ، وتحتاج إلى خرج واحد بالضبط. لقد عرفت عن مستشعر تيار خاص يمكن استخدامه مع N-Channel MOSFET ، يسمى IR25750 من المعدل الدولي. AN-1199 على IR25750 هي أيضًا قراءة ممتعة. أخيرًا ، نحتاج إلى متحكم دقيق لربط كل شيء معًا ، وبما أننا نحتاج فقط إلى 3 دبابيس ، أدخل ATtiny10!

الخطوة 1: اختيار الأجزاء ، رسم المخططات

الآن بعد أن أصبح لدينا 3 أجزاء أساسية ، يجب أن نبدأ في اختيار المكونات الأخرى المختلفة التي تحتاج إلى مرافقة IC لدينا. المكون المهم التالي لدينا هو MOSFETs الخاصة بنا ، على وجه التحديد ، لهذه المراجعة (انظر الخطوة الأخيرة لمزيد من المعلومات حول ذلك) ، اخترت استخدام وحدتي MOSFET ثنائي القناة SQJB60EP. يتم التحكم في إحدى وحدات MOSFET حصريًا بواسطة LTC4365 ، ويتم إعداد MOSFET الأخرى بحيث يعمل أحدهما كـ "صمام ثنائي منخفض الجانب مثالي" مصمم لحماية الإدخال العكسي (إذا بحثت عن ذلك في google ، فمن المحتمل أنك لن تأتي بـ ملاحظات التطبيق من TI و Maxim حول هذا الموضوع ، كان علي البحث عنه.) ، بينما يتم التحكم في FET الآخر بواسطة مؤقت PWM 16 بت ATtiny10 (أو أي دقة تختارها …). بعد ذلك ، تأتي العناصر السلبية لدينا ، والتي هي بصراحة ليست بهذه الأهمية لإدراجها. إنها تتكون من مقاومات لفواصل الجهد / برمجة الشاحن ، ومكثفات تجاوز / تخزين مختلفة ، فقط تأكد من أن المقاومات الخاصة بك يمكنها التعامل مع الطاقة المشتتة من خلالها ، وأن المكثفات الخاصة بك تتمتع بتفاوتات معقولة في درجة الحرارة (X5R أو أفضل). من المهم ملاحظة أنه نظرًا لكيفية تصميم ذلك ، يجب توصيل بطارية باللوحة حتى تعمل.

لقد قمت بإعداد LTC4365 لأكون قادرًا على شحن إما بطاريات 12 أو 24 فولت عن طريق تبديل وصلة مرور (لتزويد دبوس OV على الشاحن بجهد 0.5 فولت عندما يتم شحن البطارية إلى حوالي 2.387 فولت / خلية لبطاريات 12 فولت). يتم أيضًا تعويض مقسم جهد الشاحن بدرجة الحرارة من خلال المقاوم 5k PTC الذي يتصل باللوحة عبر رأس 2.54 مم وسيتم توصيله بجانب البطارية إما بمركب بوتينغ موصل حراريًا أو حتى بشريط لاصق. يتعين علينا أيضًا استخدام زوج من zeners في جميع أنحاء التصميم ، أي لقيادة MOSFET للجهد العكسي (بالإضافة إلى توفير الطاقة إلى FET الأخرى في حالة عدم تثبيت مكونات MPPT عبر وسادة العبور) ولحماية LTC4365's دبابيس من الجهد الزائد. سنقوم بتشغيل ATtiny10 بمنظم سيارات 5 فولت مصنّف لإدخال 40 فولت.

الصمامات …

أحد الأشياء المهمة التي يجب ملاحظتها ، هو أنه يجب أن يكون لديك دائمًا صمامات في المدخلات والمخرجات عندما يتعلق الأمر بشواحن البطاريات ، وأنه يجب عليك دائمًا استخدام حماية OV على المدخلات عالية التيار (IE- بطارية). لا يمكن لمدخلات التيار المنخفض تنفيذ OVP بسهولة (دوائر IE- Crowbar) ، لأنها غالبًا لا تنتج تيارًا كافيًا لكسر قاطع / فتيل. يمكن أن يؤدي هذا إلى موقف قاتل حيث يبدأ TRIAC / SCR في ارتفاع درجة الحرارة ، ويحتمل أن يفشل ، مما يتسبب إما في تلف مكوناتك أسفل الخط ، أو يتسبب في انفجار مشروعك في ألسنة اللهب. يجب أن تكون قادرًا على توفير تيار كافٍ لتفجير المصهر فعليًا في الوقت المناسب (وهو ما يمكن لبطارية 12 فولت لدينا أن تفعله). بالنسبة للمصاهر ، قررت استخدام 0453003. MR من Littlefuse. إنه فتيل رائع في حزمة SMD صغيرة جدًا. إذا قررت استخدام مصاهر أكبر ، مثل مصاهر 5 × 20 مم ، فيرجى ، من أجل حب أي شيء أعلى ، تصلي من أجله….. لا تستخدم الصمامات الزجاجية. يمكن أن تتحطم الصمامات الزجاجية عندما تنفجر ، مما يؤدي إلى إخراج أجزاء من المعدن المنصهر الساخن والزجاج الحاد في جميع أنحاء السبورة مما يتسبب في جميع أنواع الضرر في هذه العملية. استخدم دائمًا الصمامات الخزفية ، ومعظمها ممتلئ بالرمل بحيث لا تقلى اللوح أو منزلك عند النفخ (ناهيك عن أن السيراميك نفسه يجب أن يساعد أيضًا في الحماية ، على غرار الدروع الخزفية المستخدمة لحماية المركبات القتالية الحديثة من الرؤوس الحربية ذات الشحنات المشكلة / النفاثات الساخنة بالفعل للبلازما). أن تكون قادرًا على "رؤية" هذا السلك الصغير في الفتيل الخاص بك (والذي قد لا تتمكن من رؤيته على أي حال ، خاصة إذا كنت شبه أعمى) لا يستحق أن يكون لديك كومة من الفحم المشتعلة في المكان الذي كان منزلك فيه. إذا كنت بحاجة إلى اختبار المصهر ، فاستخدم مقياسًا متعددًا للتحقق من مقاومته.

حماية البيئة والتنمية المستدامة

لقد ولت منذ فترة طويلة الأيام التي اعتمدنا فيها حصريًا على متغيرات باهظة الثمن من 5 إلى 10 دولارات لحماية مشاريعنا الإلكترونية. يجب عليك دائمًا إدخال بعض أجهزة التلفاز أو الثنائيات ثنائية الجهد العابر. لا يوجد سبب حرفيًا لعدم القيام بذلك. يجب حماية أي مدخلات ، وخاصة مدخلات الألواح الشمسية ، من ESD. في حالة حدوث ضربة صاعقة بالقرب من الألواح الشمسية / أي امتداد للسلك ، يمكن أن يمنع هذا الصمام الثنائي TVS الصغير ، جنبًا إلى جنب مع المصهر ، مشروعك من التلف من أي نوع من ESD / EMP (وهو ما يشبه البرق الإضراب نوعًا ما….). إنها ليست متينة مثل MOV ، لكن يمكنها بالتأكيد إنجاز المهمة معظم الوقت.

وهو ما يقودنا إلى العنصر التالي ، شرارة الفجوات. "ما هي شرارة الفجوات؟!؟" حسنًا ، فجوات الشرارة هي في الأساس مجرد أثر يمتد إلى مستوى أرضي من أحد دبابيس الإدخال الخاصة بك ، والذي تمت إزالة قناع اللحام منه والمستوى الأرضي المحلي ويتعرض للهواء المفتوح. ببساطة ، فإنه يسمح لـ ESD بالانحناء مباشرة إلى مستوى الأرض (المسار الأقل مقاومة) ، ونأمل أن يحافظ على دائرتك. لا تكلف أي شيء على الإطلاق لإضافتها ، لذلك يجب عليك دائمًا إضافتها حيثما يمكنك ذلك. يمكنك حساب المسافة التي تحتاجها بين التتبع الخاص بك والمستوى الأرضي لحماية بعض الجهد من خلال قانون باشن. لن أناقش كيفية حساب ذلك ، لكن يكفي أن أقول إن المعرفة العامة بحساب التفاضل والتكامل موصى به. خلاف ذلك ، يجب أن تكون على ما يرام مع وجود مسافة 6-10mil بين التتبع والأرض. يُنصح أيضًا باستخدام تتبع مستدير. شاهد الصورة التي نشرتها للحصول على فكرة حول كيفية تنفيذها.

الطائرات الأرضية

لا يوجد سبب لعدم استخدام صب أرضي كبير في معظم مشاريع الإلكترونيات. علاوة على ذلك ، من الهدر للغاية عدم استخدام صب الأرض حيث يجب حفر كل هذا النحاس. أنت تدفع بالفعل مقابل النحاس ، وقد لا تلوث الممرات المائية في الصين (أو في أي مكان) وتستخدمه جيدًا كطائرة أرضية. تستخدم المصبوبات المفرغة استخدامات محدودة للغاية في الإلكترونيات الحديثة ، ونادرًا ما يتم استخدامها لهذا الغرض ، إذا تم استخدامها على الإطلاق ، حيث يُزعم أن صب الأرض الصلبة تتمتع بصفات أفضل للإشارات عالية التردد ، ناهيك عن أنها أفضل في حماية الآثار الحساسة ويمكن أن توفر بعض الالتفافية السعة مع مستوى "حي" إذا كنت تستخدم لوحة متعددة الطبقات. من المهم أيضًا ملاحظة أنه في حالة استخدام فرن إعادة التدفق أو محطة إعادة العمل بالهواء الساخن ، لا يُنصح بتوصيل مستوى الأرض الصلبة بالمكونات السلبية ، حيث يمكن "وضع علامة مميزة" عند إعادة التدفق ، نظرًا لأن المستوى الأرضي يحتوي على كتلة حرارية أكبر يجب تسخينه حتى يذوب اللحام. يمكنك بالتأكيد القيام بذلك إذا كنت حريصًا ، ولكن يجب عليك استخدام وسادات تنفيس حرارية ، أو ما تسميه EasyEDA "Spokes" لتوصيل الوسادة الأرضية للمكون السلبي بها. يستخدم لوحتي وسادات تنفيس حراري ، على الرغم من أنني ألحم يدويًا ، فلا يهم حقًا في أي من الاتجاهين.

حول تبديد الحرارة …

لا ينبغي أن يبدد الشاحن الشمسي الكثير من الحرارة ، حتى في أقصى تيار مصمم له 3 أمبير (يعتمد على المصهر). في أسوأ الأحوال ، تبلغ المقاومة SQJB60EP 0.016mOhm عند 4.5V عند 8A (SQJ974EP في مراجعي الثاني ، عند 0.0325mOhm ، راجع ملاحظاتي في النهاية لمزيد من المعلومات). باستخدام قانون أوم ، P = I ^ 2 * R ، تبديد الطاقة لدينا هو 0.144W عند 3A (الآن ترى لماذا استخدمت N channel MOSFETs لقناة N لدائرة MPPT والجهد العكسي "الصمام الثنائي"). لا ينبغي لمنظم السيارات 5V الخاص بنا أن يتبدد كثيرًا أيضًا ، لأننا لا نرسم سوى بضع عشرات من المللي أمبير على الأكثر. مع وجود بطارية بجهد 12 فولت أو حتى 24 فولت ، لا ينبغي أن نرى ما يكفي من فقدان الطاقة على المنظم للقلق حقًا بشأن امتصاص الحرارة ، ولكن وفقًا لملاحظة تطبيق TI الممتازة حول هذه المشكلة ، فإن معظم طاقتك تبدد بسبب الحرارة. العودة إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور نفسه ، لأنه الطريق الأقل مقاومة. على سبيل المثال ، تتميز SQJB60EP بمقاومة حرارية تبلغ 3.1 درجة مئوية / وات إلى وسادة التصريف ، بينما تتميز العبوة البلاستيكية بمقاومة حرارية تبلغ 85 درجة مئوية / واط. يكون الغرق الحراري أكثر فاعلية عند القيام به من خلال ثنائي الفينيل متعدد الكلور نفسه ، أي - وضع طائرات كبيرة لطيفة لمكوناتك التي تبدد الكثير من الحرارة (وبالتالي تحويل ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى موزع رئيسي) ، أو توجيه الفتحات إلى الجانب الآخر من اللوحة من طائرة أصغر في الجزء العلوي للسماح بتصميمات أكثر إحكاما. (إن توجيه فتحات حرارية إلى مستوى على الجانب الآخر من اللوحة يجعل من الممكن أيضًا إرفاق خافض حرارة / سبيكة على الجانب الخلفي من اللوحة ، أو جعل هذه الحرارة تتبدد عبر المستوى الأرضي للوحة أخرى عند توصيلها على شكل إحدى الطرق السريعة والقذرة التي يمكنك من خلالها حساب مقدار الطاقة التي يمكنك تبديدها بأمان من أحد المكونات هي (Tj - Tamb) / Rθja = Power. لمزيد من المعلومات ، أشجعك بشدة على قراءة ملاحظة تطبيق TI.

وأخيرًا…

إذا كنت تريد أن يكون مشروعك داخل حاوية ، مثل أخطط للقيام بذلك لأنه من الواضح أنه سيتم استخدامه في الخارج ، فيجب عليك دائمًا تحديد الحاوية / الصندوق الخاص بك قبل وضع اللوحة الخاصة بك. في حالتي ، اخترت Polycase's EX-51 ، وقد صممت لوحتي على هذا النحو. لقد صممت أيضًا لوحة "اللوحة الأمامية" ، والتي تتصل بـ "الثقوب" المصقولة لمدخل الطاقة الشمسية ، أو بشكل أكثر دقة ، الفتحات (التي تلائم لوحًا بسمك 1.6 مم). جندهم معًا ، وأنت على ما يرام. تحتوي هذه اللوحة على موصلات مقاومة للماء من Switchcraft. لم أقرر بعد ما إذا كنت سأستخدم "اللوحة الأمامية" أو "اللوحة الخلفية" حتى الآن ، ولكن بغض النظر ، سأحتاج أيضًا إلى "غدة كبل مقاومة للماء" للإدخال أو الإخراج ، بالإضافة إلى الثرمستور الخاص بالبطارية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تثبيت الشاحن الخاص بي على لوحة كوحدة نمطية (ومن هنا جاءت الثقوب المصقولة).

الخطوة 2: الحصول على أجزائك

يمكن أن يكون طلب أجزائك مهمة شاقة ، بالنظر إلى عدد البائعين ، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الأجزاء الصغيرة ستضيع من وقت لآخر (مثل المقاومات والمكثفات). في الواقع ، لقد فقدت المقاومات الخاصة بدائرة شحن البطارية بجهد 24 فولت. لحسن الحظ ، لن أستخدم دائرة الشحن 24 فولت.

اخترت أن أطلب ثنائي الفينيل متعدد الكلور من JLCPCB ، لأن الأوساخ رخيصة. كما يبدو أنهم يتحولون إلى عملية "صورة قادرة على التقاط الصور" ، والتي تترك شاشات حريرية هشة لطيفة (وأقنعة لحام) منذ أن طلبت منهم آخر مرة. لسوء الحظ ، لم يعدوا يوفرون شحنًا مجانيًا ، لذلك سيتعين عليك إما الانتظار أسبوعًا أو أسبوعين للحصول عليه ، أو يتعين عليك دفع 20 دولارًا أمريكيًا لشحنه عبر DHL…. أما بالنسبة للمكونات الخاصة بي ، فقد ذهبت مع Arrow ، حيث لديهم شحن مجاني. كان علي فقط شراء الثرمستور من Digikey ، حيث لم يكن لدى Arrow ذلك.

عادةً ما تكون العناصر الخاملة بحجم 0603 مناسبة للحام. يمكن أن تكون المكونات ذات الحجم 0402 صعبة ، ويمكن فقدها بسهولة ، لذا اطلب ضعف ما تحتاجه على الأقل. تحقق دائمًا للتأكد من أنهم أرسلوا لك جميع مكوناتك. هذا مهم بشكل خاص إذا لم يقوموا بتوحيد طلبك ، وبدلاً من ذلك أرسلوا لك 20 صندوقًا مختلفًا عبر FedEx.

الخطوة الثالثة: الاستعداد …

يستعد لحام…. أنت حقًا لا تحتاج إلى العديد من الأدوات للحام. كل ما تحتاجه هو مكواة لحام رخيصة الثمن وذات طاقة معتدلة والتدفق واللحام والملاقط والقصاصات. يجب أن يكون لديك أيضًا مطفأة حريق جاهزة ، ويجب أن يكون لديك دائمًا قناع جاهز لتصفية الملوثات المحمولة بالهواء التي تم تأجيلها بسبب التدفق ، وهو سرطاني / سام.

الخطوة 4: ضعها معًا

تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بك أمر بسيط حقًا. إنها إلى حد كبير مجرد "لوحة واحدة من الصفيح ، قم بلحام دبوس واحد في علامة التبويب هذه ، ثم" اسحب اللحام "لبقية المسامير". لا تحتاج إلى مجهر أو محطة إعادة عمل فاخرة لحام مكونات SMD. لا تحتاج حتى إلى عدسة مكبرة لأي شيء أكبر من 0603 (وأحيانًا 0402). فقط تأكد من عدم وجود دبابيس موصلة ، وأنك لا تعاني من أي مفاصل باردة. إذا رأيت شيئًا "مضحكًا" ، ضع القليل من التدفق عليه واضربه بالمكواة.

بقدر ما يذهب التدفق ، ربما يجب عليك استخدام التدفق غير النظيف ، لأنه من الآمن تركه على لوحك. لسوء الحظ ، من المؤلم تنظيفه بالفعل من لوحك. لتنظيف التدفق "غير النظيف" ، قم بإزالة أكبر قدر ممكن من الأشياء الكبيرة باستخدام بعض الكحول المحمر عالي الجودة ، بتركيز أعلى من 90٪ ، ومسحة قطنية. بعد ذلك ، قم بتنظيفها جيدًا باستخدام فرشاة أسنان قديمة (تعمل فراشي الأسنان الكهربائية القديمة / رؤوس فرشاة الأسنان بشكل جميل). أخيرًا ، قم بتسخين بعض الماء المقطر للاستحمام بالماء الساخن. يمكنك استخدام بعض منظفات الأطباق إذا كنت ترغب في ذلك (فقط تأكد من أنها لن تثبت اللوح بشكل ملكي ، ولا ينبغي أن تلحق الضرر بأي وصلات عارية على PCB حيث أن منظفات الأطباق مصممة "لتعلق" بالمكونات العضوية من خلال المواد الكارهة للماء مكون الصابون. يتم توفير التأثير المضاد للماء بواسطة التركيب الهيدروكربوني / القلوي / غير القطبي لجزيئاته ، ويمكن غسله عن طريق المكون المحب للماء. حقًا ، المشكلة الوحيدة هي عدم شطفه بشكل صحيح بالماء المقطر أو إذا كان شديد التآكل). IFF من خلال بعض المعجزة ، فأنت في الواقع تحصل على كل التدفق غير النظيف بالكحول ، وربما لن تفعل ذلك ، يمكنك تخطي غسل السبورة معًا.

بعد 30 دقيقة أو نحو ذلك ، يجب أن يكسر الماء الساخن باقي البقايا اللاصقة على لوحك ، ثم يمكنك الذهاب إلى المدينة بفرشاة أسنانك والتخلص من الباقي. اشطفها جيدًا واتركها تجف في فرن محمصة على أقل درجة أو اتركها تجف لمدة 24 ساعة على الأقل في الهواء الطلق. من الناحية المثالية ، يجب عليك استخدام إما فرن محمصة أو مسدس هواء ساخن رخيص من Harbour Freight بعيدًا بما يكفي لعدم قلي أي شيء. يمكنك أيضًا استخدام الهواء المضغوط لنفس التأثير.

كملاحظة جانبية ، كن حذرًا عند تنظيف مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالفرشاة ، حيث يمكنك تفريغ مكونات البرطمان. لا تحتاج إلى الضغط بشدة ، يكفي فقط لوضع الشعيرات بين المكونات.

الخطوة 5: الألواح الشمسية …