Усовершенствованная электронная нагрузка постоянного тока на базе Arduino: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Этот проект спонсируется JLCPCB.com. Создавайте свои проекты с помощью онлайн-программного обеспечения EasyEda, загружайте существующие файлы Gerber (RS274X), затем заказывайте детали в LCSC и отправляйте весь проект прямо к вам.

Мне удалось преобразовать файлы KiCad напрямую в файлы JLCPCB gerber и заказать эти платы. Мне не пришлось никоим образом их переделывать. Я использую веб-сайт JLCPCB.com, чтобы отслеживать состояние платы, пока она строится, и они добрались до моей двери в течение 6 дней после того, как я отправил заказ. Прямо сейчас они предлагают бесплатную доставку для ВСЕХ печатных плат, а плата стоит всего 2 доллара за штуку!

Введение: посмотрите эту серию на YouTube на сайте «Scullcom Hobby Electronics», чтобы получить полное представление о конструкции и программном обеспечении. Загрузите.zip_file из видео 7 серии.

Я воссоздаю и модифицирую "Электронную нагрузку постоянного тока Scullcom Hobby". Первоначально г-н Луи разработал все аппаратное обеспечение и программное обеспечение, относящееся к этому проекту. Пожалуйста, убедитесь, что он получит должное признание, если вы воспроизведете этот дизайн.

Шаг 1: Посетите страницу «The Combat Engineer» на YouTube для получения подробной информации о процессе заказа печатных плат

Посмотрите это видео, которое является видео 1 из этой серии, и узнайте, как заказать печатную плату, изготовленную на заказ. Вы можете получить отличные предложения по всем вашим компонентам на сайте LCSC.com, а платы и все детали будут отправлены вместе. Как только они приедут, осмотрите их и приступайте к пайке проекта.

Помните, что сторона шелкографии - это верх, и вам нужно протолкнуть ножки деталей через верх и припаять их с нижней стороны. Если ваша техника хороша, небольшой кусочек припоя вытечет на верхнюю сторону и впитается вокруг основания детали. Все микросхемы (ЦАП, АЦП, VREF и т. Д.) Также находятся на нижней стороне платы. Убедитесь, что вы не перегреваете чувствительные части во время работы кончика паяльника. Вы также можете использовать технику «оплавления» на небольших микросхемах SMD. Держите схему под рукой при сборке устройства, и я нашел наложение и компоновку также чрезвычайно полезными. Не торопитесь и убедитесь, что все резисторы вставлены в правильные отверстия. Как только вы дважды убедитесь, что все в нужном месте, используйте маленькие боковые кусачки, чтобы обрезать лишние провода на деталях.

Подсказка: вы можете использовать ножки резисторов для создания перемычек для дорожек сигнала. Поскольку все резисторы на восток 0,5 Вт, они несут сигнал нормально.

Шаг 2: Калибровка

Строка «SENSE» используется для считывания напряжения на нагрузке, когда нагрузка находится в стадии тестирования. Он также отвечает за показания напряжения, которые вы видите на ЖК-дисплее. Вам потребуется откалибровать линию «SENSE» при «включенной» и «выключенной» нагрузке при различных напряжениях для обеспечения максимальной точности. (АЦП имеет 16-битное разрешение, поэтому вы получаете очень точные показания 100 мВ - вы можете изменить показания в программном обеспечении, если необходимо).

Выход ЦАП можно регулировать и устанавливать напряжение возбуждения для затвора МОП-транзисторов. На видео вы увидите, что я обошел 0,500 В, разделенное напряжение, и я могу отправить все 4,096 В с VREF на ворота Mosfet. Теоретически через нагрузку может протекать ток до 40 А. * Вы можете точно настроить напряжение управления затвором с помощью 25-виткового потенциометра на 200 Ом (RV4).

RV3 устанавливает ток, который вы видите на ЖК-дисплее, и ток холостого хода, потребляемый устройством. Вам нужно будет отрегулировать потенциометр так, чтобы показания на ЖК-дисплее были правильными, сохраняя при этом как можно меньшее потребление тока в состоянии «ВЫКЛ» на нагрузке. Что это значит, спросите вы? Что ж, это небольшой недостаток управления с обратной связью. Когда вы подключаете нагрузку к клеммам нагрузки устройства, небольшой «ток утечки» будет просачиваться из тестируемого устройства (или батареи) в устройство. Вы можете уменьшить это значение до 0,000 с помощью потенциометра, но я обнаружил, что если вы установите его на 0,000, то показания ЖК-дисплея не будут такими точными, как если бы вы позволили проскользнуть 0,050. Это небольшая «недоработка» в устройстве, и она исправляется.

* Примечание: вам нужно будет настроить программное обеспечение, если вы попытаетесь обойти или изменить делитель напряжения, и ВЫ ДЕЛАЕТЕ ЭТО НА СВОЙ СОБСТВЕННЫЙ РИСК. Если у вас нет большого опыта работы с электроникой, оставьте устройство с 4А, как в оригинальной версии.

Шаг 3: охлаждение

Убедитесь, что вы разместили вентилятор так, чтобы обеспечить максимальный поток воздуха через МОП-транзисторы и радиатор *. Всего я собираюсь использовать три (3) вентилятора. Два для Mosfet / радиатора и один для регулятора напряжения LM7805. 7805 обеспечивает всю мощность для цифровых схем, и вы обнаружите, что он немного нагревается. Если вы планируете поместить его в футляр, убедитесь, что он достаточно большой, чтобы обеспечить достаточный поток воздуха над полевыми транзисторами и циркуляцию воздуха в остальном пространстве. Не позволяйте вентилятору обдувать конденсаторы горячим воздухом, так как это вызовет у них нагрузку и сократит срок их службы.

* Примечание: я еще не ставил радиатор в этот проект (на момент публикации), но БУДУТ, и ВАМ НУЖЕН ОДИН! Как только я выберу корпус (я собираюсь напечатать индивидуальный корпус на 3D-принтере), я обрежу радиаторы по размеру и установлю их.

Шаг 4: Программное обеспечение

Этот проект основан на IDE Arduino Nano и Arduino. Г-н Луи написал это в «модульной» манере, которая позволяет конечному пользователю настраивать его под свои нужды. (* 1) Поскольку мы используем опорное напряжение 4,096 В и 12-битный ЦАП, MCP4725A, мы можем отрегулируйте выходной сигнал ЦАП точно до 1 мВ на шаг (* 2) и точно управляйте напряжением управления затвором на полевых транзисторах (которые контролируют ток через нагрузку). 16-битный АЦП MCP3426A также управляется VREF, поэтому мы можем легко получить разрешение 0,000 В. для показаний напряжения нагрузки. Код, как есть, из.zip позволит вам тестировать нагрузки до 50 Вт или 4 А, в зависимости от того, что больше в режимах «постоянного тока», «постоянной мощности» или «постоянного сопротивления». Устройство также имеет встроенный режим тестирования батарей, который может подавать разрядный ток 1 А для всех основных химических компонентов батарей. Когда все будет готово, отобразится общая емкость каждой протестированной ячейки. Устройство также имеет переходный режим и другие замечательные функции, для получения более подробной информации ознакомьтесь с файлом. INO_file.

Прошивка также полна функций безопасности. Аналоговые датчики температуры позволяют регулировать скорость вращения вентилятора и автоматически отключать его при превышении максимальной температуры. В режиме работы от батареи есть предустановленные (регулируемые) отключения низкого напряжения для каждого химического режима, и все устройство отключится, если максимальная номинальная мощность будет превышена.

(* 1) что я и делаю. Я буду размещать больше видео и добавлять в этот проект по мере его развития.

(* 2) [(12-битный ЦАП = 4096 шагов) / (4.096Vref)] = 1 мВ. Поскольку нет ничего идеального, есть корректор для учета шума и других помех.

Шаг 5: что дальше

Я модифицирую этот проект, как аппаратное, так и программное, с целью сделать его стабильным при 300 Вт / 10 А. Это только начало того, что, несомненно, станет отличным тестером аккумуляторов / универсальной нагрузкой постоянного тока. Сопоставимое устройство от коммерческого поставщика обойдется вам в сотни, если не тысячи долларов, поэтому, если вы серьезно относитесь к тестированию своих DIY 18650 Powerwall на максимальную безопасность и производительность, я настоятельно рекомендую вам построить его для себя.

Следите за обновлениями:

1) Чехол, напечатанный на 3D-принтере с использованием OnShape

2) 3,5-дюймовый ЖК-дисплей TFT

3) Повышенная мощность и производительность

Не стесняйтесь задавать любые вопросы об этом проекте. Если я упустил что-нибудь существенное, я постараюсь вернуться и отредактировать его. Я собираю пару «частично собранных комплектов», включая печатную плату, резисторы, JST-разъемы, банановые разъемы, диоды, конденсаторы, запрограммированный Arduino., штифты заголовка, поворотный энкодер, выключатель питания с фиксацией, кнопка и т. д. и скоро они станут доступны. (Я не собираюсь делать «полные комплекты» из-за стоимости различных ИС, таких как ЦАП / АЦП / МОП-транзисторы и т. Д., Но вы сможете иметь около 80% готовых деталей в одном комплекте, с профессиональной печатной платой).

Спасибо и наслаждайтесь.