글
아두이노 무선 디지털 스폿 용접기 만들기
2016.01.18
2016년 1월에 개발 및 제작한 아두이노 무선 디지털 스폿 용접기입니다.
18650 리튬 전지 및 여러 리튬전지의 팩 작업을 할 때, 납땜은 단자에 열을 가하여 배터리에 손상을 가할 수 있기에 스폿 용접을 권장하고 있습니다.
전문적인 산업현장에서 사용하는 스폿 용접기는 크기도 크고 엄청 고가의 장비이기에 직접 소형으로 만들어 봤습니다.
스폿 용접은 수 밀리세컨드(ms)동안 큰 전류를 흘려보내 니켈 플레이트 용접판을 순간적으로 녹여 단자와 붙이는 방법입니다. 순간적으로 큰 전류를 흘려보내는 방법은 아두이노를 사용하지 않고도 555타이머 회로를 이용해 수 ms동안 저전압 고전류의 전기를 통과시키는 방법도 있습니다.
저전압 고전류의 전기는 트랜스를 사용하기도 하고 대용량 콘덴서를 사용하기도 하지만, 작은 휴대용 스폿 용접기를 만들기 위해서 고방전의 리튬 폴리머 전지를 사용하기로 결정하였습니다.
일단 아두이노 ATmega328p-pu칩을 내부 클럭을 사용하여 추가 크리스탈 등 부품 없이 칩 홀로 사용하였습니다. 추가로 0.96인치의 OLED 디스플레이를 사용하여 스폿 시간을 조정하거나 전압, FET의 온도정보를 읽을 수 있게 하였습니다.
간단히 아두이노 프로그래밍 후 테스트 영상입니다.
빨간색 LED를 스폿 FET 회로에 보내주는 신호로 가정하여 테스트하였습니다.
아두이노와 브레드보드를 이용하여 작동 테스트를 끝낸 후 위 부품들을 만능기판에 땜질을 해 주었습니다.
첫 기판 땜질을 하면서 느낀 건데, 만능기판은 저렴한 것 보다 한단게 위인 제품을 구입하는걸로... 제일 저렴한 기판을 사용하였더니, 동판이 자꾸 떨어져 나옵니다.;;
다음은 아두이노에서 받은 신호를 이용하여 큰 전류를 한번에 흘려보내줄 기능을 할 보드 제작입니다. 트랜지스터와 같은 원리로 사용된 MOSFET은 IRF1404입니다.
IRF1404 MOSFET의 경우 모조품이 많아 부품 구입 시 잘 구분하여 구매하여야 합니다. 모조품을 구입한 경우, FET이 납땜 중 약간의 열만으로도 쉽게 죽어버리기도 하고, 사용 시 큰 전류를 이기지 못하고 바로 죽어버리기도 합니다.
FET과 구리선을 연결하는 작업은, FET이 열로 인한 손상을 최소한으로 하기 위해 최대한 빠르게 작업하여야 합니다. 동선에 납이 녹을정도의 온도를 미리 예열시켜두고, FET 다리와 빠르게 납땜하는것도 좋은 방법입니다.
FET 보드를 메인 컨트롤러 보드 뒤쪽에 배치 후, FET 보드에 임시로 전원을 공급해보니, 아두이노쪽으로 전원이 잘 들어오는 것을 확인할 수 있습니다.
이 아두이노 스폿 용접기에 사용할 배터리는 10Ah 단자 재생 고방전 배터리입니다.
고방전 배터리는 작업 시 약간의 쇼트로도 큰 굉음과 함께 불꽃이 튀고 화재로 이어질 수 있으니 항상 조심하여야 합니다.
3개의 배터리를 일단 1S3P로 묶어 전압을 동일하게 맞춰줍니다. 이를 밸런싱 작업이라고 합니다.
각각의 전압이 모두 4.21V인 것을 확인하고 3S1P로 묶는 작업을 시작합니다.
일반적으로 리벳을 이용하거나, 동판을 이용하여 볼트 체결을 하지만, 리벳도 없고 동판에 구멍을 뚫을 장비도 없어 그냥 두 단자를 붙여 스폿 용접을 촘촘하게 하는 것으로 대체하였습니다.
안전성에서 검증되지 않은 부분이니, 가능하다면 리벳이나 볼트체결을 권장합니다.
중간중간 절연작업을 하면서 팩을 묶어주었습니다.
전체 3S1P로 구성 후 최종 전압 12.65V를 확인하였습니다.
이제 이 배터리팩을 작동테스트가 완료된 메인 보드에 연결해 주면, 스폿용접기가 완성됩니다^^&
이게 뭐냐
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