Carico elettronico DC avanzato basato su Arduino: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questo progetto è sponsorizzato da JLCPCB.com. Progetta i tuoi progetti utilizzando il software online EasyEda, carica i tuoi file Gerber (RS274X) esistenti, quindi ordina le tue parti da LCSC e ricevi l'intero progetto direttamente a casa tua.

Sono stato in grado di convertire i file KiCad direttamente in file gerber JLCPCB e ordinare queste schede. Non ho dovuto modificarli in alcun modo. Uso il sito Web JLCPCB.com per monitorare lo stato della scheda mentre è in fase di costruzione e sono arrivati alla mia porta entro 6 giorni dall'invio dell'ordine. In questo momento offrono la spedizione gratuita per TUTTI i PCB e i PCB costano solo $2 ciascuno!

Intro: guarda questa serie su YouTube su "Scullcom Hobby Electronics" in modo da avere una comprensione completa del design e del software. Scarica il.zip_file dal Video 7 della serie.

Sto ricreando e modificando il "Scullcom Hobby Electronic DC Load". Il signor Louis ha originariamente progettato tutto il layout hardware e il software relativi a questo progetto. Assicurati che ottenga il credito dovuto se replichi questo disegno.

Passaggio 1: controlla "The Combat Engineer" su YouTube per dettagli specifici sul processo di ordinazione PCB

Guarda questo video, che è il video 1 della serie, e impara come ordinare i tuoi PCB personalizzati. Puoi ottenere grandi affari su tutti i tuoi componenti da LCSC.com e farti spedire le schede e tutte le parti insieme. Una volta arrivati, ispezionateli e iniziate a saldare il progetto.

Ricorda che il lato serigrafato è quello superiore e devi spingere le gambe delle parti attraverso la parte superiore e saldarle sul lato inferiore. Se la tua tecnica è buona, un po' di saldatura scorrerà attraverso il lato superiore e si impregnerà intorno alla base della parte. Tutti i circuiti integrati (DAC, ADC, VREF, ecc.) vanno anche sul lato inferiore della scheda. Assicurati di non surriscaldare le parti sensibili mentre le punte del saldatore. Puoi usare la tecnica "reflow" anche sui piccoli chip SMD. Tieni lo schema a portata di mano mentre costruisci l'unità e ho trovato estremamente utili anche la sovrapposizione e il layout. Prenditi il tuo tempo e assicurati che tutti i resistori finiscano nei fori corretti. Dopo aver ricontrollato che tutto sia al posto giusto, usa dei piccoli tronchesi laterali per tagliare i cavi in eccesso sulle parti.

Suggerimento: è possibile utilizzare le gambe dei resistori per creare i ponticelli per le tracce del segnale. Poiché tutti i resistori sono a 0,5 W est, trasportano bene il segnale.

Passaggio 2: calibrazione

La riga "SENSE" viene utilizzata per leggere la tensione al carico, mentre il carico è in prova. È anche responsabile della lettura della tensione che vedi sul display LCD. Sarà necessario calibrare la linea "SENSE" con il carico "acceso" e "spento" a varie tensioni per garantire la massima precisione. (l'ADC ha una risoluzione a 16 bit in modo da ottenere una lettura molto accurata di 100 mV, è possibile modificare la lettura nel software, se necessario).

L'uscita dal DAC può essere regolata e imposta la tensione di pilotaggio per il Gate dei Mosfet. Nel video vedrai che ho bypassato 0,500V, tensione divisa e sono in grado di inviare tutti i 4.096V dal VREF al Gate dei Mosfet. In teoria consentirebbe il passaggio di una corrente fino a 40 A attraverso il carico.* È possibile regolare con precisione la tensione di pilotaggio del gate utilizzando il potenziometro a 25 giri da 200 Ohm (RV4).

RV3 imposta la corrente che vedi sul display LCD e l'assorbimento di corrente a vuoto dell'unità. Sarà necessario regolare il potenziometro in modo che la lettura sia corretta sul display LCD, mantenendo il minor assorbimento di corrente "OFF" sul carico. Cosa significa questo che chiedi? Bene, è un piccolo difetto questo il controllo del ciclo di feedback. Quando si collega un carico ai terminali di carico dell'unità, una piccola "corrente di dispersione" fuoriuscirà dal dispositivo (o dalla batteria) in prova e nell'unità. Puoi ridurlo a 0.000 con il potenziometro, ma ho scoperto che se lo imposti a 0.000 le letture LCD non sono così accurate come se lasciassi passare 0,050. È un piccolo "difetto" nell'unità e viene affrontato.

*Nota: sarà necessario modificare il software se si tenta di bypassare o alterare il divisore di tensione e LO FARE A PROPRIO RISCHIO. A meno che tu non abbia una vasta esperienza con l'elettronica, lascia l'unità impostata su 4A come la versione originale.

Passaggio 3: raffreddamento

Assicurati di posizionare la ventola in modo da ottenere il massimo flusso d'aria sui Mosfet e sul dissipatore di calore*. Userò tre (3) ventole in totale. Due per il Mosfet/dissipatore e uno per il regolatore di tensione LM7805. Il 7805 fornisce tutta la potenza per i circuiti digitali e scoprirai che si riscalda in modo silenzioso. Se hai intenzione di metterlo in una custodia, assicurati che sia abbastanza grande da consentire un flusso d'aria adeguato sui Fet e che continui a circolare attraverso il resto dello spazio. Non consentire nemmeno alla ventola di soffiare aria calda direttamente sui condensatori, poiché ciò li stresserà e ridurrà la loro aspettativa di vita.

*Nota: non ho ancora messo il dissipatore di calore su questo progetto (al momento della pubblicazione) ma LO FACCIO e VOI BISOGNA UNO! Una volta deciso su un caso (sto per stampare in 3D un caso personalizzato) taglierò i dissipatori di calore a misura e li installerò.

Passaggio 4: il software

Questo progetto è basato su Arduino Nano e Arduino IDE. Il signor Louis ha scritto questo in un modo "modulare" che consente all'utente finale di personalizzarlo per le sue esigenze.(*1) Poiché stiamo utilizzando un riferimento di tensione a 4.096V e un DAC a 12 bit, l'MCP4725A, possiamo regolare l'uscita del DAC esattamente a 1 mV per passo (*2) e controllare con precisione la tensione del gate drive ai Mosfet (che controlla la corrente attraverso il carico). Anche l'ADC MCP3426A a 16 bit è pilotato dal VREF in modo da poter facilmente ottenere una risoluzione di 0,000 V per le letture della tensione dei carichi. Il codice, così com'è, dal file.zip ti consentirà di testare carichi fino a 50 W o 4 A, a seconda di quale è maggiore, in modalità "corrente costante", "potenza costante" o "resistenza costante". L'unità dispone anche di una modalità di test della batteria incorporata che può applicare una corrente di scarica di 1A per tutte le principali sostanze chimiche della batteria. Al termine, verrà visualizzata la capacità totale di ciascuna cella testata. L'unità ha anche la modalità transitoria e altre fantastiche funzionalità, controlla il file. INO_per tutti i dettagli.

Anche il firmware è pieno di funzioni di sicurezza. Un sensore di temperatura analogico consente il controllo della velocità della ventola e l'autospegnimento in caso di superamento della temperatura massima. La modalità batteria ha interruzioni di bassa tensione preimpostate (regolabili) per ciascuna sostanza chimica e l'intera unità si spegne se viene superata la potenza nominale massima.

(*1) che sto facendo. Pubblicherò altri video e aggiungerò a questo progetto man mano che procede.

(*2) [(DAC a 12 bit = 4096 passi) / (4.096Vref)] = 1 mV. Poiché nulla è perfetto, c'è un trim pot per tenere conto del rumore e di altre interferenze.

Passaggio 5: cosa c'è dopo

Sto modificando questo progetto, sia hardware che software, con l'obiettivo di renderlo stabile a 300W/10A. Questo è solo l'inizio di quello che diventerà sicuramente un eccellente tester per batterie fai-da-te / carico CC per uso generale. Un'unità comparabile di un venditore commerciale ti costerebbe centinaia, se non migliaia, di dollari, quindi se sei seriamente intenzionato a testare i tuoi Powerwall 18650 fai-da-te per la massima sicurezza e prestazioni, ti incoraggio vivamente a costruirlo da solo.

Restate sintonizzati per ulteriori aggiornamenti:

1) Custodia personalizzata stampata in 3D utilizzando OnShape

2) Display LCD TFT da 3,5"

3) Maggiore potenza e prestazioni

Sentiti libero di porre qualsiasi domanda tu possa avere su questo progetto. Se ho tralasciato qualcosa di significativo, cercherò di tornare indietro e modificarlo. Sto mettendo insieme un paio di "kit di costruzione parziale" inclusi PCB, resistori, connettori JST, jack a banana, diodi, condensatori, Arduino programmato, pin di intestazione, encoder rotativo, interruttore di alimentazione a scatto, pulsante, ecc. e li renderà presto disponibili. (Non ho intenzione di realizzare "kit completi" a causa del costo dei vari IC come DAC/ADC/Mosfet/ecc, ma sarai in grado di avere circa l'80% delle parti pronte all'uso, in un kit, con PCB professionale).

Grazie e buon divertimento.