power extender

Power Extender

Hardware und Software für eine PCB für Strom- und IO -Erweiterung mit aktueller Überwachung und I2C -Schnittstelle.

Dieses Projekt wurde großzügig von PCBWAY unterstützt. Lesen Sie mehr über dieses Projekt und auch meine Bewertung der Fertigung in meinem Blog: Design und Montage eines I2C -Relais -PCB

Verwendung

Verwenden Sie KICAD mit meiner CustomComponents -Bibliothek, um das Hardwareprojekt anzuzeigen und zu bearbeiten, oder laden Sie die Fabricationsdateien für PCB- und/oder PCBA -Herstellung herunter. Ich habe Kibom verwendet, um die BOM zu erzeugen. Sie können auch die vollständigen Schaltpläne als PDF herunterladen.

In der Arduino -Bibliotheksdokumentation für die Verwendung mit dem Arduino -Framework finden Sie. Die Bibliothek ist auch auf Plattform erhältlich. Verwenden Sie Visual Studio Code und das Plattformio -Plugin, um die Arduino -Bibliothek und die Tests zu bearbeiten.

In der Dokumentation der Raspberry Pi -Bibliothek finden Sie die Nutzung mit dem Raspberry Pi Python 3 smbus -Framework.

Merkmale und Spezifikationen

• Stromeingabe über 5V und 3V3 Pins
  • Min. 250mA @ 5V um alle vier Staffeln gleichzeitig zu betätigen
  • Weniger als 30mA @ 5V Standby -Strom
  • 3V3 -Spannungspegel ist nur für die Verschiebung des I2C -Pegels erforderlich, wenn der I2C -Signalpegel 3.3V anstelle von 5V beträgt
• I2C Bus für die Verbindung zu einem i2c Master über JST Header RPI
  • I2C -Bus -Passthrough über JST Header PASS
  • Interne Pullup -Widerstände
  • 3.3V - 5V -toleranter Bus auf Levelverschiebung
• Vier SRD-05VDC-SL-C Drei-Lead-Relais ( NC - COM - NO )
  • Jedes hat einen CC6902SO-10A Induktionsstrom, der IC misst, das über COM verbunden ist
  • Galvanisch isolierter Treiberschaltung mit einem Optokoppler
  • Flyback -Diodenschutz
  • Die LED der roten Status zeigt COM - NO Betätigung an
  • 2oz dicke Kupferspuren ermöglichen hohe Ströme
  • Das Isolationsfräsen verringert das Risiko einer Verknüpfung in feuchten Umgebungen
  • Maximale Leistung: 10A, 250VAC, 110VDC
  • Kontaktlastbewertung: Resistive 7A @ 28VDC , 10A @ 125VAC , 7A @ 240VAC , Induktiv 3A @ 120VAC , 3A @ 28VDC
• Ein PCA9557 8-Kanal-GPIO-Port (I2C-Adresse: 0x18 ), Logikstufe 0V | 5V
  • GPIO -Kanäle 0Z - 3 mit JST Header DIGITAL verbunden
  • Relais sind mit GPIO -Kanälen 4 - 7 verbunden
  • Maximaler Strom (außer Kanal 0Z ): 25mA Sink, 20mA Quelle pro Kanal, max. Gesamt: 100mA Sink, 85mA Quelle
  • Channel 0Z ist hohe Impedanz und Open-Drain (siehe Datenblatt für Details)
• Zwei ADS1115 4-Kanal 16-Bit-ADC-Anschlüsse, Spannungsbereich 0V - 5V
  • Alle vier Stifte von ADC 1, die mit dem aktuellen ICS -Messung verbunden sind (I2C -Adresse: 0x48 )
  • Alle vier Stifte von ADC 2 sind ANALOG an JST -Header angeschlossen (I2C -Adresse: 0x49 )
  • Konfigurierbare Stichprobenrate und Verstärkerverstärker
  • Max. 10mA kontinuierlicher Eingangsstrom

Für weitere Spezifikationen und Bewertungen finden Sie alle Datenblätter in diesem Repository.

Sensorkalibrierung

Aufgrund der inhärenten Natur von Magnetrelais erleben der induktive Strom, der ICs misst, und auch bei den ADCs einen Messversatz, während die Relais mit Energie versorgt werden. Es wird empfohlen, die tatsächliche Last in einem Abstand von der Karte zu messen, um Referenzwerte zu erhalten. Diese Referenzwerte sollten dann verwendet werden, um einen Offset oder eine Funktion für jeden Kanal zu berechnen und Relais mit Energie zu versorgen.

Bei keiner Last (schwebend) unter Verwendung eines Arduino Uno wurde festgestellt, dass der maximale absolute Messversatz ungefähr wie folgt ist.

Menge an Relais mit Energie	Offset bei energetisierter Kanal	Offset bei Behindertenkanal
0	0.05A	0.05A
1	1A	0.7A
2	1.5A	1.3A
3	2A	1.8A
4	2.4A	N / A

Bitte beachten Sie, dass diese Offsets von Last- und Umgebungsfaktoren abhängig sind.

PCB -Details

17 einzigartige Teile, 60 SMT- Teile, 12 Teile auf einem doppelseitigen 90mm x 71mm -Leiter mit 2oz Kupferfinish.

Komponentenkosten pro Board: ca. $25 (Ignorierung des Versands, Massenrabatte und Preisänderungen im Laufe der Zeit).

Bom

Artikel #	Bezeichnung	Menge	Hersteller	Hersteller Teil #	Beschreibung / Wert	Verteiler	Distributor Teil #	Paket / Fußabdruck	Typ	Notizen
1	C11, C21, C31, C41	4	Beliebig	TBD	CAP CER 100PF MAX. 5% min. 10V 0805 SMD	Beliebig	TBD	SMD 0805	Smd
2	C1, C2, C12, C22, C32, C42	6	Beliebig	TBD	CAP CER 100NF MAX. 5% min. 10V 0805 SMD	Beliebig	TBD	SMD 0805	Smd
3	D12, D22, D32, D42	4	Schatten	1N4007f	Diode 1N4007 SMAF	LCSC	C110856	Smaf	Smd
4	D11, D21, D31, D41	4	Everlight Elec	17-21Surc/S530-A3/TR8	LED rot 2V 0805 SMD	LCSC	C72037	SMD 0805	Smd
5	J1, J2, J3, J4	4	Beliebig	TBD	Conn JST-XH Pitch-2.50mm vertikaler männlicher 5-Pin	Beliebig	TBD	Durch Loch	PTH
6	J11, J21, J31, J41	4	Ningbo Kangnex Elec	WJ128V-5.0-3p	Conn Schraubanschluss-Pitch-5,0 mm 3 Pin 20a	LCSC	C8270	Durch Loch	PTH
7	K11, K21, K31, K41	4	Ningbo Sonle Relay	SRD-05VDC-SL-C	Relais versiegelte empfindliche 5 V 10a	LCSC	C35449	Durch Loch	PTH
8	Q1, Q2	2	Schatten	BSS138	MOSFET N-CH SOT-23-3	LCSC	C112239	SOT-23-3	Smd
9	Q11, Q21, Q31, Q41	4	Nexperia	PMBT3904,215	BJT NPN SOT-23-3	LCSC	C8667	SOT-23-3	Smd
10	R14, R24, R34, R44	4	Beliebig	TBD	Res 100 Ohm Max. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Beliebig	TBD	SMD 0805	Smd
11	R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42	8	Beliebig	TBD	Res 200 Ohm Max. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Beliebig	TBD	SMD 0805	Smd
12	R1, R13, R23, R33, R43	5	Beliebig	TBD	Res 1k ohm max. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Beliebig	TBD	SMD 0805	Smd
13	R2, R3, R4, R5, R15, R25, R35, R45	8	Beliebig	TBD	Res 10k Ohm Max. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Beliebig	TBD	SMD 0805	Smd
14	U1, U3	2	Texas Instrumente	ADS1115IDGSR	IC I2C 4 CH ADC VSSOP-10	LCSC	C37593	VSSOP-10	Smd
15	U12, U22, U32, U42	4	Cross Chip	CC6902SO-10A	IC-Stromsensor 5V 10A SOP-8	LCSC	C350865	SOP-8	Smd
16	U11, U21, U31, U41	4	Scharfe Mikroelektronik	PC817X2CSP9F	IC Optocoubler SMD-4	LCSC	C66405	SMD-4	Smd
17	U2	1	NXP Semicon	PCA9557PW, 118	IC I2C 8 CH IO Expander TSSOP-16	LCSC	C141380	TSSOP-16	Smd