Садовий світлодіодний світильник схема на сонячних батареях
Купив в китайському інтернет магазині готовий садовий світлодіодний світильник, але його монтаж виявився гранично спрощений, дроти відвалювалися після двох вигинів, вузли були закріплені краплями термоклею або відламуються пластмасовими виступами - все вказувало на те, що переді мною одноразова іграшка. Розповім лише про саму схему і конструкції, в розрахунку на її можливе самостійне повторення читачами і використання закладених там рішень в інших пристроях.
Лампочку в ліхтарі заміняв світлодіод невеликої потужності, біло-зеленого світіння. Акумуляторної батареї теж не було - під капелюшком грибка виявився всього один елемент розміру АА ємністю 800 мА / год, хоча місце було передбачено під два елементи (економія, однако!). Не густо, і шанси на використання ліхтарика джерелом харчування для якого б то не було пристрою різко впали, адже номінальну напругу лужного акумуляторного елемента - всього 1,2 В.
Відразу ж виникло питання: а як же може горіти світлодіод при такому харчуванні, адже напруга запалювання найпоширеніших червоних світлодіодів - близько 1,8 В, а зелених і білих ще більше - до 3 В? Значить, на маленькій друкованій платі (25x30 мм), що містить три транзистора і не більше десятка інших деталей, був зібраний ще й підвищує інвертор!
Перш ніж братися за тяжку працю з відновлення принципової схеми, змальовуючи її з друкованої плати, захотілося дослідити можливості найголовнішого і цінного елементу конструкції - сонячної панелі. Її розміри близько 70x70 мм, а крізь захисне скло ясно видно 7 паралельних смужок шириною близько сантиметра - 7 елементів панелі.
Як відомо, кремнієві сонячні елементи при їх освітленні розвивають ЕРС близько 0,5. 0,6 В, тому слід було очікувати ЕРС батареї з семи елементів близько 4 В. Так і виявилося - в тіні і в хмарну погоду панель розвивала 3,5 В, а на яскравому сонці - 4,5 В.
Поєднана з одним акумуляторним елементом, така панель працює в режимі майже короткого замикання. Це не страшно, оскільки внутрішній опір панелі значно, і струм короткого замикання не перевищує 60 мА навіть при яскравому сонячному світлі. Але ККД заряду невеликий, і для повної зарядки акумулятора елемента потрібно як мінімум два сонячних літніх днів (20. 40 годин). Ніяких пристроїв, що оберігають елемент від перезарядки при вимкненому светодиоде, виявлено не було.
Інший важливий елемент пристрою - датчик освітленості, власне і дозволяє ліхтарику включатися в темний час доби і вимикатися днем. Це фоторезистор, оформлений в плоскому циліндричному корпусі з двома висновками, розмірами не більше транзистора. Його окреме дослідження показало, що темнової опір перевищує 2 МОм, а на світлі різко зменшується - в тіні до 10. 20 ком, а при яскравому сонячному світлі навіть до сотень Ом.
Звернемося тепер до принципової схеми пристрою. Сонячна панель SP постійно з'єднана з акумуляторним елементом ВАТ через діод D1 (позначення елементів збережені такими ж, як на друкованій платі, що має назву SY-H019B). Діод пропускає тільки зарядний струм від панелі до акумулятора і запобігає його розряд через внутрішній опір панелі в темряві. Установка такого захисного діода обов'язкове в будь-яких пристроях з сонячними панелями.
На транзисторі Q1 зібраний ключ, що спрацьовує в залежності від ступеня освітленості датчика PR. У темряві транзистор відкритий струмом зміщення, що протікає від джерела живлення через резистор R1. На світлі датчик замикає цей струм «на себе», напруга бази стає менше 0,5 В, і транзистор закривається. Для більш чіткого спрацьовування ключа він охоплений ланцюгом позитивного зворотного зв'язку через резистор R4 - то, що вийшло з транзисторів Q1 і Q2, іноді називають тригером Шмітта. Він має деякий гістерезис, і включення ліхтарика відбувається при меншій освітленості, ніж його виключення.
Транзистори Q2 і Q3 утворюють підвищує інвертор і включені послідовно, один за іншим, за схемою двокаскадного підсилювача. Підсилювач охоплений ланцюгом позитивного зворотного зв'язку через ємнісний дільник C1, С2 і тому перетворюється в релаксаційний генератор імпульсів. Навантаженням транзистора Q3 служить котушка індуктивності L1, запасающая енергію під час відкритого стану транзисторів Q2 і Q3. Але цей стан не може тривати довго, оскільки струм через L1 наростає, її феритовий сердечник входить в насичення, індуктивність зменшується, а напруга на колекторі Q3 підвищується. Це підвищення негайно передається через конденсатор С2 на базу Q2 і замикає його. Слідом за ним замикається Q3, і імпульс струму через транзистори припиняється.
Але струм через котушку індуктивності L1 не може припинитися миттєво. Він продовжує йти і формує на колекторі Q3 позитивний викид напруги, який може в багато разів перевершувати напруга живлення. Але у нас він просто відкриває світлодіод LED, і енергія, запасені в котушці, перетворюється в світлову. Пауза між імпульсами триває до тих пір, поки не витратиться енергія магнітного поля котушки і потім не розрядиться конденсатори Cl, С2.
Подальша поведінка генератора залежить від стану Q1. Коли він замкнений днем, то зміщення на базі Q2 немає, обидва транзистора генератора закриті і імпульси генеруватися не будуть. Якщо ж Q1 відкритий вночі, то струм зміщення надходить на базу Q2 через резистор R3, і генератор буде продовжувати генерувати імпульси - світлодіод загориться. Для відключення світлодіода служить вимикач SW - якщо він розімкнути, то генерації імпульсів немає, і світлодіод не горить, оскільки напруга акумуляторного елемента менше його напруги запалювання.
До речі кажучи, якщо б виробники не економили, а поставили два акумуляторних елемента, а також 3-вольта білий світлодіод, то він все одно б не горів без генерації імпульсів інвертором, оскільки номінальна напруга батареї було б 2x1,2 = 2,4 В. зате в даній схемі він служив би хоч якимось запобіжником від перезарядження акумуляторів, обмежуючи напругу на кожному елементі на рівні 1,5 в, тобто спалахуючи при цьому напрузі навіть на світлі.
На закінчення кілька практичних порад для бажаючих повторити садовий світлодіодний світильник і його схему. Для неї цілком підійдуть вітчизняні транзистори КТ315 і КТ361 з будь-якими літерними індексами. Діод D1 може бути будь-яким, з граничним струмом 40. 60 мА. Марка датчика - фоторезистора невідома, але напевно можна підібрати щось підходяще з наявних, вимірявши опір на світлі і в темряві за допомогою тестера. Котушка L1 мініатюрна, з вигляду нагадує резистор, індуктивність її також невідома, але вважаю, що кількох міллігенрі буде досить. Можна намотати 100. 150 витків на ферритовом колечку або використовувати одну з обмоток малогабаритного трансформатора.
Садовий світлодіодний світильник схема на сонячній батареї для ландшафтного підсвічування
У схемі автоматичного ліхтаря в якості датчика застосований фоторезистор, а в якості джерела енергії шести вольт сонячна батарея потужністю 5 Вт, від якої протягом світлового дня заряджається свинцевий акумулятор через діод D9, що захищає схему в разі якщо переплутати плюс і мінус.
Якщо денного світла вистачає, транзистор закритий напругою з виходу мікросхеми LM555 до входу якої підключений фотодатчик (фоторезистор LDR діаметром 10 мм). Підлаштування резистором P1 задають необхідну чутливість до світла. Коли природний світловий потік знижується, транзистор відкривається і загоряються сверяркіе білі світлодіоди (D1 ... D8). При відновленні необхідного рівня освітлення схема переходить в початковий стан і світлодіоди гаснуть.
Цю схему в наслідок її простоти я зібрав на універсальної макетної платі і розмістив в прозорому корпусі з органічного скла. На кришці закріпив панельку сонячної батареї і фоторезистор. Врахуйте на фотодатчик LDR не повинен потрапляти пряме сонячне потік.
