Zaawansowane elektroniczne obciążenie DC oparte na Arduino: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Ten projekt jest sponsorowany przez JLCPCB.com. Zaprojektuj swoje projekty za pomocą oprogramowania EasyEda online, załaduj istniejące pliki Gerber (RS274X), a następnie zamów części w LCSC i zleć dostarczenie całego projektu bezpośrednio do Twoich drzwi.

Udało mi się przekonwertować pliki KiCad bezpośrednio na pliki gerber JLCPCB i zamówić te płyty. Nie musiałem ich w żaden sposób zmieniać. Korzystam ze strony internetowej JLCPCB.com do śledzenia stanu płyty podczas jej budowy, a oni dotarli do moich drzwi w ciągu 6 dni od wysłania zamówienia. W tej chwili oferują bezpłatną wysyłkę WSZYSTKICH płytek PCB, a każda płytka kosztuje tylko 2 dolary!

Wprowadzenie: Obejrzyj tę serię na YouTube w „Scullcom Hobby Electronics”, aby uzyskać pełne zrozumienie projektu i oprogramowania. Pobierz plik.zip z filmu 7 z serii.

Odtwarzam i modyfikuję "Scullcom Hobby Electronic DC Load". Pan Louis pierwotnie zaprojektował cały układ sprzętowy i oprogramowanie związane z tym projektem. Upewnij się, że otrzyma należne uznanie, jeśli powielisz ten projekt.

Krok 1: Sprawdź „Inżynier bojowy” na YouTube, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat procesu zamawiania płytek drukowanych

Obejrzyj ten film, który jest filmem 1 z serii, i dowiedz się, jak zamówić własne płytki PCB. Możesz uzyskać świetne oferty na wszystkie swoje komponenty na LCSC.com i zlecić wysyłkę płyt i wszystkich części razem. Po przybyciu sprawdź je i zacznij lutować projekt.

Pamiętaj, że strona z sitodrukiem jest na górze i musisz przepchnąć nogi części przez górę i przylutować je od spodu. Jeśli twoja technika jest dobra, niewielka ilość lutu przepłynie na górną stronę i wsiąknie wokół podstawy części. Wszystkie układy scalone (DAC, ADC, VREF, itp.) również znajdują się na spodzie płyty. Upewnij się, że nie przegrzewasz wrażliwych części podczas końcówek lutownicy. Możesz również użyć techniki "reflow" na małych chipach SMD. Trzymaj schemat pod ręką podczas budowania jednostki, a nakładka i układ również są dla mnie niezwykle pomocne. Nie spiesz się i upewnij się, że wszystkie rezystory trafiają do właściwych otworów. Po dokładnym sprawdzeniu, czy wszystko jest na swoim miejscu, użyj małych nożyków bocznych, aby odciąć nadmiar przewodów na częściach.

Podpowiedź: możesz użyć nóżek rezystorów do utworzenia zworek dla ścieżek sygnałowych. Ponieważ wszystkie rezystory mają moc wschodnią 0,5 W, przenoszą sygnał dobrze.

Krok 2: Kalibracja

Linia „SENSE” służy do odczytu napięcia na obciążeniu, podczas gdy obciążenie jest testowane. Odpowiada również za odczyt napięcia, który widzisz na wyświetlaczu LCD. Będziesz musiał skalibrować linię „SENSE” z obciążeniem „włączonym” i „wyłączonym” przy różnych napięciach, aby zapewnić największą dokładność. (ADC ma 16-bitową rozdzielczość, dzięki czemu otrzymujesz bardzo dokładny odczyt 100mV - w razie potrzeby możesz zmienić odczyt w oprogramowaniu).

Wyjście z DAC można regulować i ustawiać napięcie napędu dla bramki Mosfetów. Na filmie zobaczysz, że ominąłem 0.500V, napięcie dzielone i jestem w stanie wysłać całe 4.096V z VREF do bramki Mosfetów. Teoretycznie pozwoliłoby to na przepływ prądu o natężeniu do 40A.* Możesz precyzyjnie dostroić napięcie napędu bramki za pomocą 25-obrotowego potencjometru 200Ohm (RV4).

RV3 ustawia prąd widoczny na wyświetlaczu LCD i pobór prądu bez obciążenia urządzenia. Będziesz musiał wyregulować potencjometr tak, aby odczyt był prawidłowy na wyświetlaczu LCD, przy jednoczesnym utrzymaniu jak najmniejszego poboru prądu "OFF" na obciążeniu. Co to znaczy, pytasz? Cóż, jest mała wada w kontroli pętli sprzężenia zwrotnego. Gdy podłączysz obciążenie do zacisków obciążenia urządzenia, mały „prąd upływu” będzie przenikał z testowanego urządzenia (lub akumulatora) do urządzenia. Możesz zmniejszyć to do 0,000 za pomocą potencjometru, ale odkryłem, że jeśli ustawisz go na 0,000, odczyty LCD nie będą tak dokładne, jakbyś przepuścił 0,050. Jest to mała „wada” w urządzeniu i jest naprawiana.

*Uwaga: W przypadku próby obejścia lub zmiany dzielnika napięcia konieczne będzie dostosowanie oprogramowania. ROBICIE TO NA WŁASNE RYZYKO. O ile nie masz dużego doświadczenia z elektroniką, pozostaw urządzenie ustawione na 4A, tak jak w oryginalnej wersji.

Krok 3: Chłodzenie

Upewnij się, że wentylator jest ustawiony tak, aby uzyskać maksymalny przepływ powietrza nad mosfetami i radiatorem*. Łącznie użyję trzech (3) wentylatorów. Dwa dla Mosfeta/radiatora i jeden dla regulatora napięcia LM7805. 7805 zapewnia całą moc dla obwodów cyfrowych i przekonasz się, że robi się cicho i ciepło. Jeśli planujesz umieścić to w etui, upewnij się, że jest wystarczająco duży, aby umożliwić odpowiedni przepływ powietrza przez Fety i nadal krąży przez resztę przestrzeni. Nie pozwól, aby wentylator nadmuchał gorące powietrze bezpośrednio na kondensatory, ponieważ będzie to je obciążać i skrócić ich żywotność.

*Uwaga: nie zainstalowałem jeszcze radiatora w tym projekcie (w momencie publikacji), ale BĘDĘ i JESTEŚ POTRZEBUJESZ! Kiedy już zdecyduję się na obudowę (zamierzam wydrukować w 3D obudowę na zamówienie) przycinam radiatory na wymiar i instaluję.

Krok 4: Oprogramowanie

Ten projekt jest oparty na Arduino Nano i Arduino IDE. Pan Louis napisał to w sposób „modułowy”, co pozwala użytkownikowi końcowemu dostosować go do swoich potrzeb.(*1) Ponieważ używamy napięcia odniesienia 4,096 V i 12-bitowego przetwornika cyfrowo-analogowego MCP4725A, możemy dostosuj wyjście przetwornika cyfrowo-analogowego do dokładnie 1mV na krok (*2) i dokładnie kontroluj napięcie napędu bramki do Mosfetów (która kontroluje prąd przez obciążenie). 16-bitowy ADC MCP3426A jest również sterowany z VREF, dzięki czemu możemy łatwo uzyskać rozdzielczość 0,000V dla odczytów napięcia obciążenia. jest większa, albo w trybie „stały prąd”, „stała moc” lub „stały opór”. Urządzenie posiada również wbudowany tryb testowania baterii, który może zastosować prąd rozładowania 1A dla wszystkich głównych chemikaliów baterii. Po zakończeniu wyświetli całkowitą pojemność każdej testowanej komórki. Urządzenie ma również tryb przejściowy i inne wspaniałe funkcje, po prostu sprawdź plik. INO_file, aby uzyskać szczegółowe informacje.

Oprogramowanie układowe jest również pełne funkcji bezpieczeństwa. Analogowe czujniki temperatury umożliwiają sterowanie prędkością wentylatora i automatyczne odcięcie w przypadku przekroczenia maksymalnej temperatury. Tryb baterii ma wstępnie ustawione (regulowane) odcięcia niskiego napięcia dla każdej substancji chemicznej, a całe urządzenie wyłączy się, jeśli przekroczona zostanie maksymalna moc znamionowa.

(*1) co robię. Opublikuję więcej filmów i będę dodawał do tego projektu w miarę postępów.

(*2) [(12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy = 4096 kroków) / (4,096Vref)] = 1mV. Ponieważ nic nie jest idealne, istnieje potencjometr do regulacji szumów i innych zakłóceń.

Krok 5: Co dalej

Modyfikuję ten projekt, zarówno sprzętowy, jak i programowy, mając na celu uczynienie go stabilnym przy 300W/10A. To dopiero początek tego, co z pewnością stanie się doskonałym testerem akumulatorów do samodzielnego montażu/obciążeniem DC ogólnego przeznaczenia. Porównywalna jednostka od komercyjnego dostawcy kosztowałaby setki, jeśli nie tysiące dolarów, więc jeśli poważnie myślisz o przetestowaniu DIY 18650 Powerwalls dla maksymalnego bezpieczeństwa i wydajności, gorąco zachęcam do zbudowania tego dla siebie.

Czekajcie na więcej aktualizacji:

1) Niestandardowe etui z nadrukiem 3D przy użyciu OnShape

2) 3,5-calowy wyświetlacz TFT LCD

3) Zwiększona moc i wydajność

Zachęcamy do zadawania wszelkich pytań dotyczących tego projektu. Jeśli pominąłem coś znaczącego, postaram się wrócić i edytować. Przygotowuję kilka "częściowo zbudowanych zestawów", w tym płytkę drukowaną, rezystory, złącza JST, gniazda bananowe, diody, kondensatory, zaprogramowane Arduino, piny nagłówka, enkoder obrotowy, zatrzaskowy wyłącznik zasilania, przycisk itp. i wkrótce je udostępnią. (Nie zamierzam tworzyć „kompletnych zestawów” ze względu na koszt różnych układów scalonych, takich jak DAC/ADC/Mosfety/itd., ale będziesz mógł mieć około 80% gotowych części w jednym zestawie, z profesjonalną płytką drukowaną).

Dziękuję i ciesz się.