[DIY] 파워모스펫과 비교기(OAMP)를 이용한 50V/20A급 아두이노 정전류 방전기(배터리 용량테스터) 자작기

 

 

 

들어가며...

 

요번 알리 서머 세일에 많이들 구입하는 EBD-A20H 방전기를 구입하려고 했다가,,,
네이버 이홈메이드 카페에 slotgodori님의 자작 방전기글이 떠올라 공부도 할 겸 직접 만들기로 마음이 바뀌었습니다.

50V/20A면 1000W 방전이겠지만 칩 스펙과 스케치는 가능하지만 빙얄시스템을 생각하면 언감생신...
전압/전류를 구분해서 생각해야합니다.
일단 첫 방전기는 200W급 정도를 생각하고 제작했습니다.

 

참고
아래는 원작자 님의 글이다. 일독을 권한다.

[ 방전기 ] 왕초보의 좌충우돌 .... 자작방전기 제작기 V6

결과 부품 수급 및 제작 그리고 스케치 파일 작성까지 2주가 소요된 나름 긴 프로젝트(?) 였습니다.
직접 만들고 테스트를 해보니 조금만 더 튜닝하면 꽤 쓸만한 방전기가 될 듯 싶습니다.
여하튼 방전기에 관심 두신 분들은 직접 제작에 도전을 권하고 싶습니다.

먼저 HW 적인 가공 및 좌충우돌 제작기를 올리고 회로와 메뉴 설명등 SW관련 스케치 파일은 다른 페이지에 올리겠습니다.

 

 

부품 준비

 

 

 

파워 모스펫 IRP250N 3개
50W 0.1Ω J급 션트저항 1개 (40W이상)
아두이노프로 미니 1개
LCD2004 I2C 4핀버전 1개
ADS1115 1개
 DAC MCP2725 1개
OAMP(UA741CP) 1개
정전압 7805CT 1개
NTC 10K 1개
  로터리 엔코더(Rotary Encoder) 1개
수동 혹은 능동 Buzzer 1개

저항 : 1K 5개, 10K 3개, 100K 1개
104 (0.1uF) 세라믹커패시터 1개
Green LED 1개
Red LED 1개
팬 컨트롤용 N채널 모스펫 1개
CPU팬 1개
케이스 1개
대형 방열판 1개 (우퍼 스피커에서 적출)
정전압레귤레이터와 N채널 모스펫 용 미니 방열판 1~2개 (옵션)
DC잭 1개
바나나잭 2개(Red, Black)
만능기판 1개

12V 아답터 기판 (크기상 1A~2A가 적당)
220V 파워 소켓 (아답터 혹은 PC파워에서 적출)

 

 

 

 

회로도

 

 

 

 

slotgodori님이 공유한 회로도와 비교하여 일부 소자가 변경되었고 엔코더와 버튼때문에 아두이노 핀 번호가 변경되었습니다.
회로도는 전기/전자 비전공자도 알 수 있도록 쉽게 그려봤습니다.

엔코더의 경우 좌우 회전이 바뀐 것들이 있는데 이 경우 2번과 3번 핀을 서로 바꾸어주면 됩니다.

 

파워 모스펫과 션트의 능력에 따라 방전 용량이 결정됩니다.
파워 모스펫은 병렬로 이어주고 션트 저항을 500W 이상을 사용하면 방전 용량을 충분히 늘릴 수 있고,
R1,R2 전압비에 따라 측정할 수 있는 전압도 설계시 반영할 수 있을 것 같습니다.
물론 방전용량이 늘어나면 방열판 또한 적절하게 키워야 합니다.

 

회로와 운영에 관한 내용은 따로 스케치 파일을 공유하면서 자세히 다룰 예정입니다.
사진이 많지만,, 잡업순으로 나열된거라 빠르게 스크롤 하면서 보면 될 듯 싶습니다.

 

 

왼쪽 검정색의 방열판은  폐 우퍼 스피커에서 떼어냅니다.
생각보다 어마어마해서 팬만 더해주면 1000W급 방전도 충분히 커버할 수 있을 것 같습니다.
파란색 DIY용 철 케이스는 90*200*165 크기로 네이버 자연에너지 카페에서 5,500원에 분양받았습니다.

 

 

일단 케이스 상단에 방열판을 올리니 딱 적당하게 그림이 그려집니다.
방전 모스펫과 션트를 방열판에 붙여 상단에 놓고, 팬으로 아래에서 쏘아주면 방열대책은 걱정없을 듯 싶네요..

 

 

 

 

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금속 케이스 가공

 

철판 가공은 처음인데,, 예전 알리 직구로 구입한 니블러와 저렴이 묻지마 비트를 가지고 가공을 시도해봤습니다.

역시 중국산 저렴이 데코(DEKO) 드릴로 작업했는데 나름 잘 쓰고 있습니다.
뭐 아끼지 말고 마모되면 HDD 그라인더로 세워 쓰거나 다시 구입하면 되니 부담없이 사용하는 편입니다.

종이컵에 찬 물을 담아 뜨거워진 비트를 식히면서 조금씩 진행했습니다.

 

 

 

철판을 자르는 니블러 라는 도구입니다.
알리에서 11달러인데 같은 제품을 국내몰에서 3만원 이상 받는 것 같습니다.
구입하고 첫 사용이네요.. ㅎ

 

 

 

드릴에 물려 사용하는데 손잡이를 잡고 밀면 벌레가 나뭇잎 파먹듯이 조금식 앞으로 나갑니다.
두꾸두꾸두꾸 기차소리가 납니다.
^^;;;

결국 잘라냈습니다. ㅎ
살짝 힘이 들고, 가이드 없이 작업해 삐뚤빼뚤해도 이게 어딘가? 싶습니다.

 

 

 

하단 부 원형가공
팬 보호그릴 위치를 잡고 고정부위와 중앙 부위 원형을 마스킹

요건 니블러로 깔끔하게 할 자신이 없어,, 목공용 홀쏘로 시도했으나 실패!!
결국 두꺼운 비트로 원형 라인을 따라 촘촘하게 구멍을 뚫고 니퍼로 잘라주었습니다.

어찌어찌 떼어냈습니다.
하이박스 가공보다 2~3배는 힘든 듯....ㅠ

 

 

 

그릴과 팬 장착한 모습

 

 

 

뒷판에 220V 소켓 가공.. 힘겨움의 연속입니다.
위 작업과 같은 방식으로 작은 비트로 촘촘하게 구멍을 내고 마지막에 줄로 다듬어 주었습니다.

 

 

 

12V 아답터 모듈 기판 하단 절연처리
아답터 모듈과 소켓 장착 완료

220V 아답터 모듈은 2개 나사로 고정했습니다.
아무래도 글루건보다 나사로 체결하면 소손시 교체가 쉽습니다.

 

 

 

대충 그림이 나오네요..

 

 

 

앞서 공유한 배선대로 만능기판에 꾸민 회로입니다.
전면 사진은 완성 전 모습이고 후면은 완성된 사진입니다.
짜집기 하다보니... ㅎ

 

 

 

방열판에 방전 모스펫과 션트저항을 달아준다.
열전도 써멀구리스가 있다면 발라주면 좋을 듯 싶은데 없어서 스킵!!
대신 폐 전자기기에 달린 모스펫과 방열판 사이에 있던 실리콘 패드를 덧대어 주었습니다.

 

 

 

 

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배선에 따라 대전류가 이동하는 라인은 굵은 케이블을 사용해야합니다.
14awg 정도면 충분합니다.

+
다만 폐 전선을 이용했는데 이게 실수 인 듯 싶네요..
저항치가 높아 조정이 힘들다. 추후 교체 예정!!

케이블은 가급적 새 것을 사용하는 것을 추천합니다.

 

+
원작자님께서 지적해주신 사항 업데이트 합니다.
모스펫 병렬연결시 사진처럼 릴레이 형식으로 연결할 경우 첫 번째 모스펫에 부하가 많이 걸려 소손될 수 있다고 합니다.
가급적 각각의 모스펫에 전선의 길이를 같게 하는 것을 추천합니다.

 

 

 

 

NTC 온도센서는 파워 모스펫에 내열 실리콘을 사용하여 고정합니다.
온도에 따라 팬을 컨트롤하고 하드코딩된 설정 값을 넘어 고온으로 치솟을 경우 부저와 LCD에 경고를 표시하는 데 사용합니다.

 

 

 

전면판 가공
LCD 홀가공이 필요한데 철체 판에는 깔끔한 사각타공이 불가능에 가까워 예전에 사 둔 검정색 포맥스를 이용했습니다..
재단은 칼로 쓱쓱 자르면 됩니다.

 

 

 

완셩
절판 재단이후 포맥스 재단은 일도 아님.. 응!?

 

 

 

아두이노 콘솔 커넥터는 6핀 항공잭을 사용했습니다.
프로미니의 경우 1핀은 안쓰니 5핀짜리 항곡잭도 가능합니다.
프로그램 업그레이드와 콘솔로 방전 데이타를 전달받아 엑셀에 챠트를 그릴 수 있는 용도입니다.

 

 

 

부품들을 재단한 전면판에 실장합니다.

 

 

 

배선 연결

 

 

 

구동 테스트

OK!!

 

 

 

동작을 확인했으니 아두이노 모듈을 지지대를 이용하여 나사로 고정해줍니다.

 

 

 

아답타에 적출한 모듈을 보니 세워저 있는 퓨즈와 만능기판의 소자와 접촉시 차단기가 트립될 수 있어
스폰지 테잎으로 절연을 해줍니다.

전체적으로 다시 한 번 배선을 점검하고 닫아줍니다.

 

 

 

 

방전 케이블 제작

 

20A 방전용으로 만든 바나나 숫단자와 악어클립
그리고 전압체크용으로 아답터 케이블에 악어클립을 달아서 만들었습니다.

 

 

 

중간에 메시망은 컴퓨터 파워에서 떼어내 달아주었습니다다. (옵션)
마무리는 수축 튜브안에 글루건을 조금 쏘고 열풍기로 쏘면 깔끔하게 고정됩니다.

다용도로 사용하기 위해 바나나 숫-숫 케이블도 만들고,,

 

 

 

아누이도 시리얼 콘솔도 항공잭 숫단자와 듀폰케이블로 만들어 주었습니다.
이 케이블을 통해 프로그램을 업그레이드하거나 방전데이타를 콘솔로 받아 볼 수 있습니다.

 

 

 

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완성

 

라벨지에 프린티해서 스티커 작업까지 해주니 제법 그럴싸한 계측기 느낌이 납니다.

^^*

 

 

 

화면 설명

 

동영상에서 전체적인 화면 구성을 볼 수 있습니다.
전체적으로 화면면 캡쳐 간단하게 설명하고 보다 자세한 사항은 스케치편에서 다루기로 합니다.

 

 

전원을 넣으면 부팅시 로고와 버전을 표시하고 대기모드로 들어갑니다.

 

 

배터리가 연결되면 녹색 불이 켜지고, 1A로 방전을 시키고 내부저항 값을 측정합니다.

방전시에 붉은 색 LED가 켜져서 상태를 알 수 있는데,,
내부저항값은 케이블의 저항치도 있어 일단 추가 디버깅이 필요합니다.

 

 

방전 설정화면
CC/CV/KILL 모드가 있다.
Cut-Off 전압 설정과, Cut-mAh 설정 그리고 방전 전류값을 설정할 수 있습니다.

+
Cut-mAH는 이홈메이드 클럽의 '무선조정'님의 의견을 반영했습니다.
설정된 방전 전류량 이후 멈추는 기능입니다.

 

 

 

전압비와 방전시 전압/전류 조정
이 단계를 거치면 측정 전압의 신뢰도가 테스터기 수준가지 올라갑니다.

이 단계에서 방전시 Drop되는 전압을 조정과,
션트 전류 오차를 보상해서 보다 정확한 전류를 측정할 수 있습니다.

실제 설정된 전류값으로 방전이 진행되며,
테스터기를 연결하여 실시간으로 보면서 테스터기와 일치시키면 됩니다.

 

 

 

그밖에 팬 구동 온도, 자동 멈춤 시간, 백라이트 등을 설정할 수 있도록 했습니다.
백라이트 켜져있는 기본 시간은 5분입니다.

 

 

 

 

방전 화면

 

엔코더를 2~3초 눌러 방전시작한다.
방전에 앞서 실측값을 비교하여 설정 된 전류값에 토대로 비교기(oamp)의 Power를 조정하는 단계를 거치게 됩니다.
이 부분은 slotgodori님의 아이디어와 로직인데 꽤 괜찮은 아이디어입니다.

 

 

 

1A로 방전 시작.
실측값은 1.002A이고, 방전시는 시간뒤 D가 깜빡임

 

 

엔코더를 돌릴 때마다 디버깅 모드와 일반 모드로 토글된다.
디버깅 모드에서는 션트 저항을 통과한 전압과, DAC 전압이 표시 됩니다.
엔코더를 클릭하면 홀딩/재시작합니다.

 

 

Cutt OFF 조건에 의해 방전이 종료 될 수 있지만,
엔코더를 2~3초 누르면 강제 종료됩니다.

 

 

 

전압/전류 조정

- Callibration -

이 작업은 정확한 배터리 용량을 얻기 위해서는 가장 처음 해주어야 합니다.

크게 3단계로 이루어져 있는데, 가장 먼저 무부하시 실제 배터리의 전압을 맞추고,
그 다음 설정된 방전 전류값으로 방전할 때 Drop되는 전압과 전류량을 조정합니다.

이 작업을 위해서는 신뢰할 만한 테스터기가 추가로 필요합니다.
소수점 3자리 표시되는 테스터기면 더 좋습니다.

 

 

 

방전시 전압/전류값을 맞추는 단계입니다.
이 단계를 마치면 방전량 데이타의 신뢰도가 증가합니다.

칼리브레이션은 아래 아두이노 스케치공유페이지에서 자세히 다룹니다.

 

이렇게 첫 번째 아두이노 방전기 제작기를 마칩니다.
이제 방전데이타를 쌓고 또 튜닝을 해야할 것 같습니다.
감사합니다.

 

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아두이노 스케치 파일

비교기(OAMP)와 파워 모스펫을 사용한 아두이노 정전류 방전기 스케치 파일 공유합니다.

 

 

 

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