Carga eletrônica DC baseada em Arduino avançada: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este projeto está sendo patrocinado pela JLCPCB.com. Projete seus projetos usando o software online EasyEda, carregue seus arquivos Gerber (RS274X) existentes e, em seguida, solicite suas peças da LCSC e receba todo o projeto diretamente em sua porta.

Consegui converter os arquivos KiCad diretamente para arquivos gerber JLCPCB e solicitar essas placas. Eu não tive que alterá-los de forma alguma. Eu uso o site JLCPCB.com para rastrear o status da placa enquanto ela está sendo construída, e eles chegaram à minha porta 6 dias após eu ter enviado o pedido. No momento, eles estão oferecendo remessa gratuita para TODOS os PCBs e os PCBs custam apenas $ 2 cada!

Introdução: assista a esta série no YouTube em "Scullcom Hobby Electronics" para obter um entendimento completo sobre o design e o software. Baixe o.zip_file do Vídeo 7 da série.

Estou recriando e modificando o "Scullcom Hobby Electronic DC Load". O Sr. Louis originalmente projetou todo o layout de hardware e software relacionado a este projeto. Certifique-se de que ele receba o devido crédito se você reproduzir este design.

Etapa 1: Verifique "The Combat Engineer" no YouTube para obter detalhes específicos sobre o processo de pedido do PCB

Assista a este vídeo, que é o vídeo 1 da série, e aprenda como fazer o pedido de seus PCBs personalizados. Você pode obter ótimas ofertas em todos os seus componentes em LCSC.com e ter as placas e todas as peças enviadas juntas. Assim que chegarem, inspecione-os e comece a soldar o projeto.

Lembre-se de que o lado da serigrafia é o topo e você deve empurrar as pernas das peças pela parte superior e soldá-las na parte inferior. Se sua técnica for boa, um pequeno pedaço de solda fluirá para o lado superior e ficará embebido ao redor da base da peça. Todos os ICs (DAC, ADC, VREF, etc) vão na parte inferior da placa também. Certifique-se de não aquecer demais as partes sensíveis enquanto as pontas do seu ferro de solda. Você também pode usar a técnica de "refluxo" nos pequenos chips SMD. Mantenha o esquema à mão enquanto constrói a unidade e também achei a sobreposição e o layout extremamente úteis. Não tenha pressa e certifique-se de que todos os resistores acabam nos orifícios corretos. Depois de verificar se tudo está no lugar certo, use pequenos cortadores laterais para cortar o excesso de fios das peças.

Dica: você pode usar as pernas dos resistores para criar os links de jumper para os traços de sinal. Como todos os resistores estão a leste de 0,5W, eles transmitem o sinal perfeitamente.

Etapa 2: Calibração

A linha "SENSE" é usada para ler a tensão na carga, enquanto a carga está sendo testada. Ele também é responsável pela leitura de tensão que você vê no LCD. Você precisará calibrar a linha "SENSE" com a carga "ligada" e "desligada" em várias tensões para garantir a maior precisão. (o ADC tem resolução de 16 bits para que você obtenha uma leitura muito precisa de 100 mV - você pode alterar a leitura no software, se necessário).

A saída do DAC pode ser ajustada e define a tensão da unidade para o Gate dos Mosfets. No vídeo vocês verão que ignorei 0,500V, tensão dividida e estou apto a enviar todos os 4,096V do VREF para o Gate dos Mosfets. Teoricamente, permitiria o fluxo de corrente de até 40A através da carga. * Você pode ajustar a tensão de acionamento do gate usando o potenciômetro de 25 voltas de 200Ohm (RV4).

RV3 define a corrente que você vê no LCD e o consumo de corrente sem carga da unidade. Você precisará ajustar o potenciômetro para que a leitura esteja correta no LCD, enquanto mantém o menor consumo de corrente "OFF" possível na carga. O que isso significa que você pergunta? Bem, é uma pequena falha esse controle de loop de feedback. Quando você conecta uma carga aos terminais de carga da unidade, uma pequena "corrente de fuga" vaza do dispositivo (ou bateria) sob teste e entra na unidade. Você pode reduzir para 0,000 com o potenciômetro, mas descobri que se você definir para 0,000, as leituras do LCD não serão tão precisas como se você deixasse 0,050 passar furtivamente. É uma pequena "falha" na unidade e está sendo corrigida.

* Observação: você precisará ajustar o software se tentar ignorar ou alterar o divisor de tensão e VOCÊ FAZER ISSO POR SUA PRÓPRIA CONTA E RISCO. A menos que você tenha vasta experiência com eletrônica, deixe a unidade configurada para 4A como na versão original.

Etapa 3: resfriamento

Certifique-se de posicionar o ventilador de forma que você obtenha o máximo de fluxo de ar sobre os Mosfets e o dissipador de calor *. Vou usar três (3) ventiladores no total. Dois para o Mosfet / dissipador de calor e um para o regulador de tensão LM7805. O 7805 fornece toda a energia para o circuito digital e você perceberá que ele aquece silenciosamente. Se você planeja colocá-lo em uma caixa, certifique-se de que a caixa seja grande o suficiente para permitir o fluxo de ar adequado sobre os Fets e ainda circular pelo resto do espaço. Não permita que a ventoinha sopre ar quente diretamente sobre os capacitores, pois isso os sobrecarregará e reduzirá sua expectativa de vida.

* Nota: Ainda não coloquei o dissipador de calor neste projeto (no momento da publicação), mas VOU FAZER e VOCÊ PRECISA DE UM! Assim que eu decidir sobre uma caixa (vou imprimir em 3D uma caixa personalizada), cortarei os dissipadores de calor no tamanho certo e os instalarei.

Etapa 4: o software

Este projeto é baseado no Arduino Nano e no Arduino IDE. O Sr. Louis escreveu isso de uma maneira 'modular' que permite ao usuário final personalizá-lo de acordo com suas necessidades. (* 1) Como estamos usando uma referência de tensão de 4,096 V e um DAC de 12 bits, o MCP4725A, podemos ajuste a saída do DAC para exatamente 1mV por etapa (* 2) e controle com precisão a tensão de acionamento do Gate para os Mosfets (que controla a corrente através da carga). O ADC MCP3426A de 16 bits também é acionado pelo VREF para que possamos facilmente obter resolução de 0,000V para as leituras de tensão de cargas. O código, como está, do.zip permitirá que você teste cargas de até 50W ou 4A, o que for é maior, tanto nos modos de 'corrente constante', 'potência constante' ou 'resistência constante'. A unidade também possui um modo de teste de bateria embutido que pode aplicar uma corrente de descarga de 1A para todos os principais componentes químicos da bateria. Quando estiver pronto, ele exibirá a capacidade total de cada célula testada. A unidade também possui modo transiente e outros excelentes recursos, basta verificar o. INO_file para obter todos os detalhes.

O firmware também está cheio de recursos de segurança. Um sensor de temperatura analógico permite o controle da velocidade do ventilador e um desligamento automático se a temperatura máxima for excedida. O modo de bateria tem cortes de baixa tensão predefinidos (ajustáveis) para cada química e toda a unidade será desligada se a classificação de energia máxima for excedida.

(* 1) que estou fazendo. Vou postar mais vídeos e adicionar a este projeto à medida que avança.

(* 2) [(DAC de 12 bits = 4.096 etapas) / (4.096Vref)] = 1mV. Como nada é perfeito, há um potenciômetro de compensação para compensar o ruído e outras interferências.

Etapa 5: o que vem a seguir

Estou modificando este projeto, tanto de hardware quanto de software, com o objetivo de torná-lo estável em 300W / 10A. Este é apenas o começo do que certamente se tornará um excelente testador de bateria DIY / Carga CC de uso geral. Uma unidade comparável de um fornecedor comercial custaria centenas, senão milhares, de dólares, portanto, se você realmente deseja testar seus Powerwalls 18650 DIY para obter o máximo de segurança e desempenho, eu o encorajo a construir por si mesmo.

Fique atento para mais atualizações:

1) Caixa impressa em 3D personalizada usando OnShape

2) Visor LCD TFT de 3,5"

3) Maior potência e desempenho

Sinta-se à vontade para fazer qualquer pergunta que você possa ter sobre este projeto. Se deixei de fora algo significativo, tentarei voltar e editá-lo. Estou reunindo alguns "kits parcialmente construídos", incluindo PCB, resistores, conectores JST, conectores banana, diodos, capacitores, Arduino programado, pinos de cabeçalho, codificador giratório, interruptor de alimentação de travamento, botão de pressão, etc. e os disponibilizará em breve. (Não vou fazer "kits completos" devido ao custo de vários IC como o DAC / ADC / Mosfets / etc, mas você poderá ter cerca de 80% das peças prontas para uso, em um kit, com PCB profissional).

Obrigado e aproveite.