Arduino Power Control Center: N-FET, P-FET, реле и RTC

Компоненты и материалы

Компонент	Количество	Примечание
IRF6201 N-FET	1	Ключ нагрузки (даташит) — купить где угодно
IRF9310 P-FET	1	Ключ питания (даташит) — купить где угодно
Твердотельное реле 8А AC	1
NPN-транзистор	1	Для открытия P-FET питания
Самовосстанавливающийся предохранитель 0.1А (PTC)	1	Защита питания Arduino
Самовосстанавливающийся предохранитель 2.2А (PTC)	1	Защита нагрузки
Шоттки-диод 1206 SMA 60В/2А	2
RTC-модуль	1	Часы реального времени для логирования — опционально
SparkFun Arduino Pro Mini 328 5V/16MHz	1	Мозг системы, можно 3.3В версию
Adafruit High-Side Current Monitor	1	Точный мониторинг тока/напряжения высокой стороны — опционально
OLED 0.96" SPI	1	Можно Adafruit, но нужно чуть изменить разводку
Кастомная PCB (OSH Park)	1	Мой дизайн — заказ на OSHPark, $30 за 3 шт. Open Hardware!
Шунтирующий резистор 0.1 Ом (1 Вт)	1	Задаёт предел тока/напряжения. 1 Вт → макс 3.16А, но хорошее разрешение по напряжению. Для большего тока — меньше сопротивление.

О проекте

Создал для типовых задач управления, измерений и автоматизации, с которыми сталкиваюсь регулярно. Старался сделать дизайн максимально модульным и гибким — под разные проекты. Это третья большая ревизия, первая, которой доволен.

Плата управляет и DC, и AC питанием. DC-сторона: до 40 В и 6 А, питание и нагрузка управляются независимо. Нагрузка может быть резистивной или индуктивной. Arduino управляет всем на плате, измеряет напряжения/токи как напрямую через АЦП, так и через Adafruit High-Side датчик. AC-реле добавил для полноты, хотя пока не придумал применение.

Пример использования: тест разряда батареи для IoT-устройства

1. Батарея к разъёму Source
2. Питание IoT-устройства к разъёмам Test
3. Худший случай нагрузки к разъёму Load
4. Термодатчик TMP36 на чип преобразователя и на аналоговый хэдер
5. Прошиваем профиль нагрузки ШИМ в Arduino (Tx, Awake, Sleep)
6. Запуск теста: Arduino логирует напряжения, токи, температуры
7. Важно: Arduino может остановить тест по заданным правилам производительности/безопасности

Другие крутые применения

• WiFi/Bluetooth модуль для удалённого управления
• Включение/выключение AC питания после завершения теста
• Управление DC/AC моторами через Load FET
• Работа с 3.3В логикой — просто заменить Pro Mini 5В на 3.3В
• Автоматизированное тестирование новых БП на соответствие спекам

EAGLE-файлы загружены — можно кастомизировать плату или заказать на OSHPark.

Код

Пример скетча на GitHub: тестирую DC-DC преобразователь на TEST-точках. TMP36 на чипе, LiPo 1S как источник. PWM нагрузки плавно расти от 0 до 100%.

https://github.com/chipmc/Battery_Rundown_Test

3D-модели и печатные платы

• Tester Board v3a.sch — схема EAGLE
• Tester Board v3a.brd — плата EAGLE

Схемы

OSH Park предпросмотр:

• Заказать PCB
• Скачать BRD
• Проект на OSH Park

Схема связей всех компонентов: