โหลด DC Electronic ขั้นสูงบน Arduino: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนโดย JLCPCB.com ออกแบบโครงการของคุณโดยใช้ซอฟต์แวร์ออนไลน์ EasyEda โหลดไฟล์ Gerber (RS274X) ที่มีอยู่ จากนั้นสั่งซื้อชิ้นส่วนของคุณจาก LCSC และให้ทั้งโครงการจัดส่งตรงถึงประตูคุณ

ฉันสามารถแปลงไฟล์ KiCad เป็นไฟล์ JLCPCB gerber ได้โดยตรงและสั่งซื้อบอร์ดเหล่านี้ ฉันไม่ต้องเปลี่ยนแปลงพวกเขาในทางใดทางหนึ่ง ฉันใช้เว็บไซต์ JLCPCB.com เพื่อติดตามสถานะของบอร์ดในขณะที่กำลังสร้าง และพวกเขาก็มาถึงหน้าประตูของฉันภายใน 6 วันหลังจากที่ฉันส่งคำสั่งซื้อ ตอนนี้พวกเขากำลังเสนอการจัดส่งฟรีสำหรับ PCB ทั้งหมดและ PCB มีราคาเพียง $ 2 ต่ออัน!

บทนำ: ดูซีรีส์นี้บน YouTube ที่ "Scullcom Hobby Electronics" เพื่อให้คุณเข้าใจอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับการออกแบบและซอฟต์แวร์ ดาวน์โหลด.zip_file จากวิดีโอ 7 ของซีรีส์

ฉันกำลังสร้างและแก้ไข "Scullcom Hobby Electronic DC Load" เดิมทีคุณหลุยส์เป็นผู้ออกแบบเลย์เอาต์ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับโครงการนี้ โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าเขาได้รับเครดิตที่ครบกำหนดหากคุณทำซ้ำการออกแบบนี้

ขั้นตอนที่ 1: ชำระเงิน "The Combat Engineer" บน YouTube สำหรับรายละเอียดเฉพาะเกี่ยวกับขั้นตอนการสั่งซื้อ PCB

ดูวิดีโอนี้ ซึ่งเป็นวิดีโอที่ 1 ของซีรีส์ และเรียนรู้วิธีสั่งซื้อ PCB ที่คุณกำหนดเอง คุณสามารถรับข้อเสนอสุดพิเศษสำหรับส่วนประกอบทั้งหมดของคุณจาก LCSC.com และนำบอร์ดและชิ้นส่วนทั้งหมดมารวมกัน เมื่อพวกเขามาถึงแล้ว ให้ตรวจสอบและเริ่มประสานโครงการ

จำไว้ว่าด้านซิลค์สกรีนคือด้านบน และคุณต้องดันขาของชิ้นส่วนผ่านด้านบนและบัดกรีที่ด้านล่าง หากเทคนิคของคุณดี บัดกรีเล็กๆ น้อยๆ จะไหลผ่านด้านบนและซึมเข้าไปรอบๆ ฐานของชิ้นส่วน IC ทั้งหมด (DAC, ADC, VREF ฯลฯ) จะอยู่ที่ด้านล่างของบอร์ดเช่นกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้ให้ความร้อนกับชิ้นส่วนที่บอบบางมากเกินไปในขณะที่ปลายหัวแร้งของคุณ คุณสามารถใช้เทคนิค "reflow" กับชิป SMD ขนาดเล็กได้เช่นกัน เก็บแผนผังไว้ให้พร้อมขณะสร้างยูนิต และฉันพบว่าการซ้อนทับและเลย์เอาต์มีประโยชน์อย่างมากเช่นกัน ใช้เวลาของคุณและตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวต้านทานทั้งหมดอยู่ใน - รูที่ถูกต้อง เมื่อคุณตรวจสอบอีกครั้งว่าทุกอย่างอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องแล้ว ให้ใช้เครื่องตัดด้านข้างขนาดเล็กเพื่อตัดลีดส่วนเกินออกจากชิ้นส่วน

คำแนะนำ: คุณสามารถใช้ขาของตัวต้านทานเพื่อสร้างจัมเปอร์ลิงก์สำหรับการติดตามสัญญาณ เนื่องจากตัวต้านทานทั้งหมดอยู่ที่ 0.5W ตะวันออก พวกมันจึงส่งสัญญาณได้ดี

ขั้นตอนที่ 2: การปรับเทียบ

บรรทัด "SENSE" ใช้สำหรับอ่านแรงดันไฟฟ้าที่โหลด ในขณะที่โหลดอยู่ระหว่างการทดสอบ นอกจากนี้ยังรับผิดชอบการอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าที่คุณเห็นบน LCD คุณจะต้องสอบเทียบสาย "SENSE" ด้วยโหลด "เปิด" และ "ปิด" ที่แรงดันไฟฟ้าต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำสูงสุด (ADC มีความละเอียด 16 บิต คุณจึงได้ค่าที่อ่านได้ 100mV ที่แม่นยำมาก คุณสามารถเปลี่ยนค่าที่อ่านได้ในซอฟต์แวร์ หากจำเป็น)

เอาต์พุตจาก DAC สามารถปรับและตั้งค่าแรงดันไดรฟ์สำหรับ Gate of the Mosfets ในวิดีโอ คุณจะเห็นว่าฉันข้าม 0.500V แรงดันถูกแบ่งออก และฉันสามารถส่ง 4.096V ทั้งหมดจาก VREF ไปยัง Gate of the Mosfets ได้ ตามทฤษฎีแล้วจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านโหลดได้สูงถึง 40A* คุณสามารถปรับแรงดันเกทไดรฟ์ได้โดยใช้โพเทนชิโอมิเตอร์ 25 รอบ 200 โอห์ม (RV4)

RV3 ตั้งค่ากระแสที่คุณเห็นบน LCD และการดึงกระแสที่ไม่มีโหลดของเครื่อง คุณจะต้องปรับโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อให้การอ่านค่าบน LCD ถูกต้อง ในขณะที่ยังคงใช้กระแสไฟ "ปิด" ในการโหลดให้น้อยที่สุด นี้หมายความว่าคุณถาม? นี่เป็นข้อบกพร่องเล็กน้อยในการควบคุมลูปป้อนกลับ เมื่อคุณเชื่อมต่อโหลดเข้ากับขั้วโหลดของเครื่อง "กระแสไฟรั่ว" ขนาดเล็กจะซึมผ่านจากอุปกรณ์ (หรือแบตเตอรี่) ของคุณภายใต้การทดสอบและเข้าสู่ตัวเครื่อง คุณสามารถตัดมันให้เหลือ 0.000 ด้วยโพเทนชิออมิเตอร์ แต่ฉันพบว่าถ้าคุณตั้งค่าเป็น 0.000 กว่าการอ่านค่า LCD นั้นจะไม่แม่นยำเท่ากับว่าคุณปล่อยให้ 0.050 แอบผ่าน มันเป็น "ข้อบกพร่อง" เล็กน้อยในหน่วยและกำลังได้รับการแก้ไข

*หมายเหตุ: คุณจะต้องปรับซอฟต์แวร์หากคุณพยายามเลี่ยงผ่านหรือเปลี่ยนตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า และคุณยอมรับความเสี่ยงเอง เว้นแต่คุณจะมีประสบการณ์มากมายเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ให้ปล่อยเครื่องไว้ที่ 4A เหมือนรุ่นดั้งเดิม

ขั้นตอนที่ 3: คูลลิ่ง

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณจัดตำแหน่งพัดลมเพื่อให้มีกระแสลมสูงสุดเหนือ Mosfets และฮีตซิงก์* ฉันจะใช้พัดลมทั้งหมดสาม (3) ตัว สองตัวสำหรับ Mosfet/ฮีตซิงก์ และอีกอันสำหรับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM7805 7805 ให้พลังงานทั้งหมดสำหรับวงจรดิจิตอล และคุณจะพบว่ามันอุ่นขึ้นอย่างเงียบเชียบ หากคุณวางแผนที่จะใส่สิ่งนี้ลงในเคส ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเคสมีขนาดใหญ่พอที่จะให้อากาศไหลผ่าน Fets ได้อย่างเพียงพอ และยังคงไหลเวียนไปทั่วพื้นที่ที่เหลือ อย่าให้พัดลมเป่าลมร้อนโดยตรงเหนือตัวเก็บประจุด้วย เพราะจะทำให้เครียดและทำให้อายุขัยสั้นลง

*หมายเหตุ: ฉันยังไม่ได้วางแผงระบายความร้อนในโครงการนี้ (ในขณะที่เผยแพร่) แต่ฉันต้องการและคุณต้องการ! เมื่อฉันตัดสินใจเกี่ยวกับเคส (ฉันจะพิมพ์เคสแบบกำหนดเอง 3 มิติ) ฉันจะตัดฮีตซิงก์ให้มีขนาดและติดตั้ง

ขั้นตอนที่ 4: ซอฟต์แวร์

โครงการนี้ใช้ Arduino Nano และ Arduino IDE คุณหลุยส์เขียนสิ่งนี้ในลักษณะ 'โมดูลาร์' ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้ปลายทางสามารถปรับแต่งตามความต้องการของเขา/เธอ (*1) เนื่องจากเราใช้แรงดันไฟฟ้าอ้างอิง 4.096V และ DAC 12 บิต MCP4725A เราจึงสามารถ ปรับเอาต์พุตของ DAC เป็น 1mV ต่อขั้นตอน (*2) และควบคุมแรงดันของ Gate Drive ไปยัง Mosfets ได้อย่างแม่นยำ (ซึ่งควบคุมกระแสผ่านโหลด) นอกจากนี้ MCP3426A ADC แบบ 16 บิตยังถูกขับเคลื่อนจาก VREF อีกด้วย ดังนั้นเราจึงสามารถรับความละเอียด 0.000V สำหรับการอ่านค่าแรงดันไฟโหลดได้อย่างง่ายดาย โค้ดตามที่เป็นจาก.zip จะช่วยให้คุณทดสอบโหลดได้สูงสุด 50W หรือ 4A แล้วแต่จำนวนใด มากกว่าในโหมด 'กระแสคงที่', 'กำลังคงที่' หรือ 'ความต้านทานคงที่' หน่วยยังมีโหมดทดสอบแบตเตอรี่ในตัวที่สามารถใช้กระแสไฟ 1A สำหรับสารเคมีของแบตเตอรี่ที่สำคัญทั้งหมด เมื่อเสร็จแล้วจะแสดงความจุรวมของแต่ละเซลล์ที่ทดสอบ หน่วยยังมีโหมดชั่วคราวและคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอื่น ๆ เพียงตรวจสอบ. INO_file สำหรับรายละเอียดทั้งหมด

เฟิร์มแวร์นั้นเต็มไปด้วยคุณสมบัติด้านความปลอดภัยเช่นกัน เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบแอนะล็อกช่วยให้ควบคุมความเร็วพัดลมและตัดไฟอัตโนมัติหากอุณหภูมิเกินสูงสุด โหมดแบตเตอรี่มีการตัดแรงดันไฟฟ้าต่ำที่ตั้งไว้ล่วงหน้า (ปรับได้) สำหรับสารเคมีแต่ละชนิด และทั้งยูนิตจะปิดตัวลงหากเกินพิกัดพลังงานสูงสุด

(*1) ที่ฉันทำอยู่ ฉันจะโพสต์วิดีโอเพิ่มเติมและเพิ่มในโครงการนี้เมื่อดำเนินการ

(*2) [(12 บิต DAC = 4096 ขั้น) / (4.096Vref)] = 1mV เนื่องจากไม่มีสิ่งใดสมบูรณ์แบบ จึงมีที่ครอบตัดเสียงรบกวนและการรบกวนอื่นๆ

ขั้นตอนที่ 5: มีอะไรต่อไป

ฉันกำลังแก้ไขโปรเจ็กต์นี้ ทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ โดยมีเป้าหมายเพื่อให้มีความเสถียรที่ 300W / 10A นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของสิ่งที่จะกลายเป็นเครื่องมือทดสอบแบตเตอรี่ DIY ที่ยอดเยี่ยม / โหลด DC วัตถุประสงค์ทั่วไป หน่วยเทียบเคียงจากผู้ขายเชิงพาณิชย์จะเสียค่าใช้จ่ายหลายร้อยหรือหลายพันดอลลาร์ ดังนั้นหากคุณจริงจังเกี่ยวกับการทดสอบ DIY 18650 Powerwalls เพื่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพสูงสุด เราขอแนะนำให้คุณสร้างสิ่งนี้สำหรับตัวคุณเอง

คอยติดตามการปรับปรุงมากขึ้น:

1) กรณีพิมพ์ 3 มิติแบบกำหนดเองโดยใช้ OnShape

2) 3.5 TFT LCD display

3) พลังที่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพ

อย่าลังเลที่จะถามคำถามใด ๆ ที่คุณอาจมีเกี่ยวกับโครงการนี้ ถ้าฉันทิ้งสิ่งสำคัญออกไป ฉันจะพยายามกลับไปแก้ไข ฉันกำลังรวบรวม " ชุดสร้างบางส่วน" สองสามชุด ซึ่งรวมถึง PCB, ตัวต้านทาน, ขั้วต่อ JST, แจ็คกล้วย, ไดโอด, ตัวเก็บประจุ, Arduino ที่ตั้งโปรแกรมไว้, หมุดส่วนหัว, ตัวเข้ารหัสแบบหมุน, สวิตซ์เปิดปิด, ปุ่มกด ฯลฯ และจะเปิดให้บริการในเร็วๆ นี้ (ฉันจะไม่ทำ "ชุดที่สมบูรณ์" เนื่องจากค่าใช้จ่ายของ IC ต่างๆ เช่น DAC/ADC/Mosfets/ฯลฯ แต่คุณจะสามารถมีชิ้นส่วนพร้อมใช้ประมาณ 80% ในชุดเดียว ด้วย PCB มืออาชีพ)

ขอขอบคุณและเพลิดเพลิน