Carga electrónica de CC avanzada basada en Arduino: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Este proyecto está patrocinado por JLCPCB.com. Diseñe sus proyectos utilizando el software en línea EasyEda, cargue sus archivos Gerber (RS274X) existentes y luego solicite sus piezas a LCSC y envíe todo el proyecto directamente a su puerta.

Pude convertir los archivos KiCad directamente a archivos gerber JLCPCB y pedir estas placas. No tuve que alterarlos de ninguna manera. Utilizo el sitio web JLCPCB.com para rastrear el estado de la placa mientras se está construyendo, y llegaron a mi puerta dentro de los 6 días posteriores a enviar el pedido. ¡En este momento están ofreciendo envío gratis para TODOS los PCB y los PCB cuestan solo $ 2 cada uno!

Introducción: Vea esta serie en YouTube en "Scullcom Hobby Electronics" para que pueda comprender completamente el diseño y el software. Descargue el archivo.zip del Video 7 de la serie.

Estoy recreando y modificando el "Scullcom Hobby Electronic DC Load". El Sr. Louis diseñó originalmente todo el diseño del hardware y el software relacionados con este proyecto. Asegúrese de que reciba el crédito debido si replica este diseño.

Paso 1: Consulte "The Combat Engineer" en YouTube para obtener detalles específicos sobre el proceso de pedido de PCB

Mire este video, que es el video 1 de la serie, y aprenda cómo pedir sus PCB personalizados. Puede obtener excelentes ofertas en todos sus componentes en LCSC.com y hacer que las placas y todas las piezas se envíen juntas. Una vez que lleguen, inspecciónelos y comience a soldar el proyecto.

Recuerda que el lado de la serigrafía es la parte superior y tienes que empujar las patas de las piezas por la parte superior y soldarlas en la parte inferior. Si su técnica es buena, un poco de soldadura fluirá hacia el lado superior y se empapará alrededor de la base de la pieza. Todos los circuitos integrados (DAC, ADC, VREF, etc.) también van en la parte inferior de la placa. Asegúrese de no calentar demasiado las partes sensibles mientras las puntas de su soldador. También puede utilizar la técnica de "reflujo" en los pequeños chips SMD. Mantenga el esquema a mano mientras construye la unidad y encontré la superposición y el diseño extremadamente útiles también. Tómese su tiempo y asegúrese de que todas las resistencias terminen en los orificios correctos. Una vez que verifique que todo esté en el lugar correcto, use cortadores laterales pequeños para cortar el exceso de cables en las piezas.

Sugerencia: puede usar las patas de las resistencias para crear los enlaces de puente para las trazas de señal. Dado que todas las resistencias están al este de 0,5 W, llevan la señal muy bien.

Paso 2: Calibración

La línea "SENSE" se usa para leer el voltaje en la carga, mientras la carga está bajo prueba. También es responsable de la lectura de voltaje que ve en la pantalla LCD. Deberá calibrar la línea "SENSE" con la carga "encendida" y "apagada" a varios voltajes para garantizar la mayor precisión. (el ADC tiene una resolución de 16 bits, por lo que obtiene una lectura de 100 mV muy precisa; puede modificar la lectura en el software, si es necesario).

La salida del DAC se puede ajustar y establece el voltaje de accionamiento para la puerta de los Mosfets. En el video, verá que pasé por alto los 0.500V, el voltaje dividido y puedo enviar todos los 4.096V desde el VREF a la Puerta de los Mosfets. En teoría, permitiría que fluyera una corriente de hasta 40 A a través de la carga. * Puede ajustar el voltaje de accionamiento de la puerta con el potenciómetro de 200 ohmios de 25 vueltas (RV4).

RV3 establece la corriente que ve en la pantalla LCD y el consumo de corriente sin carga de la unidad. Deberá ajustar el potenciómetro para que la lectura sea correcta en la pantalla LCD, mientras mantiene el menor consumo de corriente "APAGADO" posible en la carga. ¿Qué significa esto que preguntas? Bueno, hay un pequeño defecto en el control del circuito de retroalimentación. Cuando conecte una carga a los terminales de carga de la unidad, una pequeña "corriente de fuga" se filtrará desde su dispositivo (o batería) bajo prueba hacia la unidad. Puede recortar esto a 0,000 con el potenciómetro, pero he descubierto que si lo establece en 0,000, las lecturas de la pantalla LCD no son tan precisas como si dejara pasar 0.050. Es un pequeño "defecto" en la unidad y se está solucionando.

* Nota: Deberá ajustar el software si intenta desviar o alterar el divisor de voltaje y LO HACE BAJO SU PROPIO RIESGO. A menos que tenga una amplia experiencia con la electrónica, deje la unidad configurada en 4A como en la versión original.

Paso 3: enfriamiento

Asegúrese de colocar el ventilador de manera que obtenga el máximo flujo de aire sobre los Mosfets y el disipador de calor *. Voy a utilizar tres (3) ventiladores en total. Dos para el Mosfet / disipador de calor y uno para el regulador de voltaje LM7805. El 7805 proporciona toda la potencia para los circuitos digitales y encontrará que se calienta silenciosamente. Si planea poner esto en un estuche, asegúrese de que el estuche sea lo suficientemente grande para permitir un flujo de aire adecuado sobre los Fets y que aún circule por el resto del espacio. Tampoco permita que el ventilador sople aire caliente directamente sobre los condensadores, ya que esto los estresará y acortará su esperanza de vida.

* Nota: No he puesto el disipador de calor en este proyecto todavía (en el momento de la publicación), ¡pero LO HARÉ y USTED NECESITA UNO! Una vez que me decida por un estuche (voy a imprimir en 3D un estuche personalizado) cortaré los disipadores de calor a medida y los instalaré.

Paso 4: el software

Este proyecto se basa en Arduino Nano y Arduino IDE. Louis escribió esto de una manera 'modular' que permite al usuario final personalizarlo para sus necesidades. (* 1) Dado que estamos usando una referencia de voltaje de 4.096V y un DAC de 12 bits, el MCP4725A, podemos ajuste la salida del DAC a exactamente 1 mV por paso (* 2) y controle con precisión el voltaje de accionamiento de la puerta a los Mosfets (que controla la corriente a través de la carga). El ADC MCP3426A de 16 bits también se maneja desde el VREF, por lo que podemos obtener fácilmente una resolución de 0.000V para las lecturas de voltaje de las cargas. El código, tal como está, del.zip le permitirá probar cargas de hasta 50W o 4A, lo que sea es mayor, ya sea en los modos 'corriente constante', 'potencia constante' o 'resistencia constante'. La unidad también tiene un modo de prueba de batería incorporado que puede aplicar una corriente de descarga de 1A para todos los componentes químicos principales de la batería. Cuando termine, mostrará la capacidad total de cada celda probada. La unidad también tiene modo transitorio y otras excelentes características, solo consulte el archivo. INO_file para obtener todos los detalles.

El firmware también está lleno de características de seguridad. Un sensor de temperatura analógico permite el control de la velocidad del ventilador y un corte automático si se excede la temperatura máxima. El modo de batería tiene cortes de bajo voltaje preestablecidos (ajustables) para cada producto químico y toda la unidad se apagará si se excede la clasificación de potencia máxima.

(* 1) lo que estoy haciendo. Publicaré más videos y los agregaré a este proyecto a medida que avance.

(* 2) [(DAC de 12 bits = 4096 pasos) / (4.096Vref)] = 1mV. Como nada es perfecto, hay un potenciómetro para compensar el ruido y otras interferencias.

Paso 5: ¿Qué sigue?

Estoy modificando este proyecto, tanto de hardware como de software, con el objetivo de hacerlo estable a 300W / 10A. Este es solo el comienzo de lo que seguramente se convertirá en un excelente probador de batería de bricolaje / carga de CC de uso general. Una unidad comparable de un proveedor comercial le costaría cientos, si no miles, de dólares, por lo que si se toma en serio la prueba de sus DIY 18650 Powerwalls para obtener la máxima seguridad y rendimiento, le recomiendo que lo construya usted mismo.

Estén atentos para más actualizaciones:

1) Carcasa personalizada impresa en 3D con OnShape

2) Pantalla LCD TFT de 3,5"

3) Mayor potencia y rendimiento.

No dude en hacer cualquier pregunta que pueda tener sobre este proyecto. Si he omitido algo significativo, intentaré volver y editarlo. Estoy armando un par de "kits de construcción parcial" que incluyen PCB, resistencias, conectores JST, conectores banana, diodos, condensadores, Arduino programado., pines de cabezal, codificador rotatorio, interruptor de encendido con enclavamiento, botón pulsador, etc., y los pondrá a disposición pronto. (No voy a hacer "kits completos" debido al costo de varios IC como el DAC / ADC / Mosfets / etc., pero podrá tener alrededor del 80% de las piezas listas para usar, en un solo kit, con PCB profesional).

Gracias y disfruta.