Обновление:

• 05/11/2020 — Добавлено видео процесс травления печатной платы

Имеется некое устройство, которое питается от литий-титанатных аккумуляторов (LTO). В аккумуляторной сборке используется BMS — контроллер который не даёт аккумуляторам перезарядиться или разредиться ниже минимального напряжения. Если напряжение падает ниже минимального, BMS отключает нагрузку.

Казалось бы, что проблемы ни какой нет и BMS отключит нагрузку при достижении минимального напряжения… Но нет…

Происходит следующая ситуация:

• Напряжение падает ниже порогового значения, BMS отключает нагрузку.
• Постепенно, на аккумуляторах начинает расти напряжение (такая особенность всех типов аккумуляторов — без нагрузки, напряжение растёт до некоего значения).
• Напряжение повышается выше минимального порога и BMS включает нагрузку.
• Через какое-то время, под нагрузкой, напряжение опять падает и BMS снова отключает нагрузку.
• И так по кругу…

Происходить это может сотни (или даже тысячи) раз, пока аккумулятор не разрядится до того уровня, что после снятия нагрузки, напряжение не вырастет до нужного минимально допустимого значения.

Это конечно может привести к выходу из строя оборудования.

Вот и стоит задача — сделать устройство, которым можно включать нагрузку нажатием кнопки и что бы оно отключало нагрузку при достижении минимального напряжения, а также если пропадёт напряжение (если BMS сработал раньше) и снова появится, уже не включал нагрузку (пока не нажмёшь кнопку).

Схема для устройства

На просторах Интернет’а нашлась подходящая схема.

Но схему пришлось доработать:

• Что бы сократить потери на переходе транзистора и не использовать радиатор для охлаждения, в параллель были поставлены три транзистора 50N06. Это снизило сопротивление перехода в 3 раза.
• Напряжение отключения определяет стабилитрон DV1, но мне нужна регулировка в плюс хотя бы в пределах 1,5В, для этого поставил подстроечный резистор R7.
• Изначально, схема находится в выключенном состоянии, по этому добавляю кнопку (ON).

Принцип работы схемы:

• В изначальном положении при любом напряжении на аккумуляторной батареи, транзисторы VT2-4 закрыты, то есть нагрузка отключена.
• Мы нажимаем и отпускаем кнопку (ON), транзисторы VT2-4, открываются, нагрузка подключается.
• Если при этом, напряжение на стабилитроне VD1 более 8,2В, то он открывается и соответственно открывается транзистор VT1, который будет поддерживать в открытом состоянии транзисторы VT2-4.
• По мере разряда аккумуляторной батареи, напряжение на VD1 будет снижаться и когда опустится ниже 8,2В (или которое настроено), стабилитрон закроется и тем самым закроет все транзисторы и нагрузка отключится.
• Резистивный делитель на R6-8, дает нам возможность плавной регулировки напряжения отключения (в пределах 1,5В). Основной порог отключения, определяет стабилитрон VD1. Его можно подбирать под необходимые параметры в каждом конкретном случае.

Опытный образец

Элементная база была в наличии, надо было срочно сделать плату и отдать на испытания.

Разработку платы как всегда начал в Sprint Layout и первая версия была распечатана на лазерном принтере используя термобумагу от старого факса.

Далее перенёс рисунок с помощью утюга на плату и выполнил травление в перекиси водорода с лимонной кислотой.

Результат меня не очень порадовал, но для опытной эксплуатации пойдет, собираем и отправляем на тестирование.

Как и предполагалось, испытания прошли на отлично.

Диапазон регулировки устроил, нагрев транзисторов VT2-4 был незначительный (при 10-12А, 14-9В). Схема отрабатывала свой функционал на все 100%.

Серийный образец

Печатная плата была немного оптимизирована. Добавлены клеммники для удобства подключения. Есть возможность использовать кнопку для ручного отключения, но для этого нужно разрезать дорожку под 3-4 контактом клеммника и установить нормально замкнутую кнопку. (Скачать окончательны вариант разводки платы в Sprint Layout).

Технология изготовления будет что и при изготовлении прототипа, единственная разница, попробую использовать глянцевую фотобумагу Lomond 150 gsm.

Тонер лег значительно плотнее и чётче, это не может не радовать. Дальше всё зависит от кривизны моих рук.

Теперь утюг в руки, лимонную кислоту в перекись водорода и вперед смотрим на результат.

Раствор готов, разогрет градусов до 40-50. Будем травить сразу 2 платы.

Теперь нужно просверлить отверстия, снять тонер мелкой шкуркой с водой и залудить дорожки.

Все комплектующие получены, можно приступать к сборке, более 30 минут это не займет.

После сборки все было покрыто лаком, условия эксплуатации планируются немного агрессивные.

Клеммы под выходы попросили не ставить, но потом все равно пришлось установить.

Это решение подойдет под любой тип аккумуляторов, а напряжение срабатывание можно подобрать под свои задачи.

Видео с проверкой платы

Ссылки

• Плата в формате Sprint Layout