power extender

Extensor de poder

Hardware y software para una PCB de extensión de potencia e IO con monitoreo actual y interfaz I2C.

Este proyecto ha sido generosamente compatible con PCBway. Lea más sobre este proyecto y también mi revisión de la fabricación en mi blog: Diseño y ensamblaje de una PCB de retransmisión I2C

Uso

Use Kicad con mi biblioteca de componentes personalizados para ver y editar el proyecto de hardware, o descargue los archivos de fabricación para PCB y/o la fabricación de PCBA. Usé Kibom para generar la LA BOM. También puede descargar los esquemas completos como PDF.

Vea la documentación de la Biblioteca Arduino para su uso con el marco Arduino. La biblioteca también está disponible en Platformio. Use el código Visual Studio y el complemento Platformio para editar la biblioteca y las pruebas Arduino.

Vea la documentación de la biblioteca Raspberry Pi para su uso con el marco smbus Raspberry Pi Python 3.

Características y especificaciones

• Entrada de energía a través de pasadores 5V y 3V3
  • Mínimo 250mA @ 5V para actuar los cuatro relés simultáneamente
  • Menos de 30mA @ 5V corriente de espera
  • El nivel de voltaje 3V3 solo se requiere para el cambio de nivel I2C si el nivel de señal I2C es de 3.3V en lugar de 5V
• Bus i2c para conexión a un maestro I2C a través de JST encabezado RPI
  • I2C Passhrough de autobús a través de Jst Header PASS
  • Resistencias de pullada internas
  • Cambio de nivel 3.3V - 5V BUS tolerante
• Cuatro relés magnético SRD-05VDC-SL-C de tres líderes ( NC - COM - NO )
  • Cada uno tiene una corriente inductiva CC6902SO-10A que mide IC conectada a través de COM
  • Circuito del controlador aislado galvánicamente usando un optoacopler
  • Protección de diodos de volante
  • LED de estado rojo indica COM - NO actuación
  • Las trazas de cobre de 2oz de espesor permiten altas corrientes
  • La fresación de aislamiento reduce el riesgo de cortocircuito en entornos húmedos
  • Potencia máxima: 10A, 250VAC, 110VDC
  • Clasificación de carga de contacto: Resistive 7A @ 28VDC , 10A @ 125VAC , 7A @ 240VAC , inductivo 3A @ 120VAC , 3A @ 28VDC
• Un puerto GPIO de 8 canales PCA9557 (dirección I2C: 0x18 ), Nivel lógico 0V | 5V
  • Canales GPIO 0Z - 3 conectados a JST Header DIGITAL
  • Los relés están conectados a los canales GPIO 4 - 7
  • Corriente máxima (excepto el canal 0Z ): sumidero 25mA , fuente 20mA por canal, máx. Total: fregadero 100mA , fuente 85mA
  • El canal 0Z es de alta impedancia y de drenaje abierto (ver hoja de datos para más detalles)
• Dos puertos ADC ADS1115 de 4 canales de 16 canales de 16 bits, rango de voltaje 0V - 5V
  • Los cuatro pines de ADC 1 conectados a IC de medición de corriente (dirección I2C: 0x48 )
  • Los cuatro pines de ADC 2 conectados a JST Header ANALOG (dirección I2C: 0x49 )
  • Amplificador de velocidad de muestra configurable y ganancia
  • Max. Corriente de entrada continua 10mA

Para más especificaciones y calificaciones, todas las hojas de datos se pueden encontrar en este repositorio.

Calibración del sensor

Debido a la naturaleza inherente de los relés magnéticos, la corriente inductiva de medición de ICS y también los ADC experimentan un desplazamiento de medición mientras los relés están energizados. Se recomienda medir la carga real a una distancia desde la placa, para obtener valores de referencia. Estos valores de referencia deben usarse para calcular un desplazamiento o función para cada canal y cantidad de relés energizados.

Sin carga (flotante) usando un Arduino Uno, se encontró que el desplazamiento de medición absoluto máximo era lo siguiente.

Cantidad de relés energizados	Compensación en el canal energizado	Compensación en el canal de discapacitados
0	0.05A	0.05A
1	1A	0.7A
2	1.5A	1.3A
3	2A	1.8A
4	2.4A	N / A

Tenga en cuenta que estas compensaciones dependen de la carga y los factores ambientales.

Detalles de PCB

17 piezas únicas , 60 piezas SMT , 12 partes THT en una PCB 90mm x 71mm de doble cara con acabado de cobre 2oz .

Costo de componente por tablero: alrededor de $25 (ignorando el envío, los descuentos masivos y los cambios en el precio con el tiempo).

Proseperar

Artículo #	Designante	Cantidad	Fabricante	Fabricante # #	Descripción / valor	Distribuidor	Distribuidor # #	Paquete / huella	Tipo	Notas
1	C11, C21, C31, C41	4	Cualquier	TBD	Cap Cer 100pf Máx. 5% min. 10V 0805 SMD	Cualquier	TBD	SMD 0805	SMD
2	C1, C2, C12, C22, C32, C42	6	Cualquier	TBD	Cap Cer 100nf Máx. 5% min. 10V 0805 SMD	Cualquier	TBD	SMD 0805	SMD
3	D12, D22, D32, D42	4	Shikues	1N4007F	Diodo 1N4007 SMAF	LCSC	C110856	SMAF	SMD
4	D11, D21, D31, D41	4	Everlight elec	17-21SURC/S530-A3/TR8	LED RED 2V 0805 SMD	LCSC	C72037	SMD 0805	SMD
5	J1, J2, J3, J4	4	Cualquier	TBD	Conn JST-XH Pitch-2.50 mm Vertical Male 5 pin	Cualquier	TBD	A través del agujero	Portalo
6	J11, J21, J31, J41	4	Ningbo kangnex elec	WJ128V-5.0-3p	Conn Tornillo Terminal Pitch-5.0 mm 3 Pin 20A	LCSC	C8270	A través del agujero	Portalo
7	K11, K21, K31, K41	4	Ningbo Songle Relay	SRD-05VDC-SL-C	Relé sensible sellado 5v 10a	LCSC	C35449	A través del agujero	Portalo
8	Q1, Q2	2	Shikues	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	Cualquier	TBD	Res 100 ohm Máx. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Cualquier	TBD	SMD 0805	SMD
11	R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42	8	Cualquier	TBD	Res 200 ohm Máx. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Cualquier	TBD	SMD 0805	SMD
12	R1, R13, R23, R33, R43	5	Cualquier	TBD	Res 1k ohm max. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Cualquier	TBD	SMD 0805	SMD
13	R2, R3, R4, R5, R15, R25, R35, R45	8	Cualquier	TBD	Res 10k ohm Máx. 1% min. 1/8W 0805 SMD	Cualquier	TBD	SMD 0805	SMD
14	U1, U3	2	Instrumentos de Texas	ADS1115IDGSR	IC I2C 4 CH ADC VSSOP-10	LCSC	C37593	VSSOP-10	SMD
15	U12, U22, U32, U42	4	Chips	CC6902SO-10A	Sensor de corriente IC 5V 10A SOP-8	LCSC	C350865	SOP-8	SMD
16	U11, u21, u31, u41	4	Microelectrónica afilada	PC817X2CSP9F	IC Optocoupler 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