Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

[Solved] Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii

mati211p 10 Sep 2020 20:54 1047 20
Helukabel
  • #1
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Witam,

    W ramach wolnego weekendu i posiadania panela solarnego 3W postanowiłem zrobić oświetlenie solarne wg schematu jak niżej (na tym schemacie też wpisałem kondensator na 400V bo taki miałem pod ręką, wszystko zrobiłem z rzeczy które miałem pod ręką). Przy użytych podzespołach jn. straty nie będą duże bo przez zwarty pierwszy tranzystor i rezystor 3,6k nie popłynie prąd większy jak 2mA. Problem w tym, że prąd bazy tranzystora 2 w związku z tym jest na tyle mały, że maksymalny prąd diody LED to zaledwie kilkadziesiąt mA, więc świeci ciemno (nawet przy takich podzespołach ten rezystor w kolektorze tranzystora nie jest potrzebny i nic nie zmienia jeśli chodzi o jasność LED). Być może jest to kwestia tego, że w mierzonym układzie użyłem tranzystorów 3DD4204D z uszkodzonej elektroniki świetlówki kompaktowej. W związku z tym pewnie wzmocnienie tranzystora jest za małe i taki oto efekt. By uzyskać porządny efekt świecenia musiałem zmniejszyć rezystor na wejściu od panela solarnego do około 3k (bo podczas ładowania nie wyłączał się LED) i rezystor ograniczający prąd bazy tranzystora 2 do 200Ω, co daje około 20mA prądu i strat dziennych z akumulatora na poziomie 500mAh. Akumulator w tym układzie został zastosowany 5800mAh 3,7V (na schemacie oczywiście 4400mAh, choć nie ma to większego znaczenia). W związku z powyższym zwracam się z prośbą do bardziej doświadczonych kolegów w tym temacie, co można zmienić, by uzyskać lepszy efekt - mniejsze straty w ciągu dnia i ładowania akumulatora w stosunku do dobrej jasności LED ograniczonej jedynie rezystancją.
    Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii

    Pozdrawiam.
  • Helukabel
  • Helpful post
    #2
    ojciec
    Level 33  
    Zamiast BD139, użyj mosfeta N, o niskim napięciu załączania, jednocześnie zrób z na drugim źródło prądowe zamiast ograniczania prądu rezystorem 5,1Ω
  • Helukabel
  • #3
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Czyli schemat zostawić bez zmian a wymienić BD 139 na Mosfety N kanałowe o niskim napięciu załączenia? Rezystory dałem, bądź chciałem dać więcej różnych, bo chciałbym domyślnie dodać też możliwość przełączania jasności LED za pomocą przełącznika, tj przełączenie rezystancji szeregowo z LED co ograniczy wartość prądu, np. 200/400/700mA (0,6W/1,2W/2,1W), chyba, że przełączanie trybów jasności LED zrealizować inaczej bez znacznej ingerencji w układ.
  • Helpful post
    #4
    jarek_lnx
    Level 43  
    mati211p wrote:
    Być może jest to kwestia tego, że w mierzonym układzie użyłem tranzystorów 3DD4204D z uszkodzonej elektroniki świetlówki kompaktowej.
    Tranzystorwy wysokonapięciowe zawsze mają kiepskie wzmocnienie, w falowniku świetlówki to bez znaczenia, ale tak kiepskiego to jeszcze nie widziałem, nie osiąga nawet 20.

    Jeśli to biały LED czyli napięcie przewodzenia jest 3V to zasilony ogniwem o napięciu 3-4,2V przez rezystor będzie miał bardzo szeroki zakres zmian prądów, przydało by się źródło prądowe i to takie o niskim spadku napięcia 0,3V albo mniej. AMC7135 jest takim układem ale o ustalonym prądzie 350mA, są też inne posobne układy. Można wykorzystać LM334 jako "tranzystor" który wymaga napięcia sterującego tylko 67mV
    Tu masz przykład układu przełączanego
    Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii
    ze strony
    http://www.worldtorch.com/LDO-regulator-schematic.php

    W układzie w którym był tylko tranzystor bipolarny i ograniczał prąd stabilność prądu przy zmianach napięcia była lepsza niż w gdyby ogranicznikiem prądu LEDa był rezystor
  • Helpful post
    #5
    WRadek
    Level 22  
    A może całkiem przerób..... Za pomocą tl431 rozpoznawaj czy się bateryjka naładowała. Jeśli się naładowała włączaj LED.
    Tl431 włączaj za pomocą tranzystora ktorego baza jest podłączana do + solara. Ograniczysz prąd rozładowania gdy się nie ładuje..... Włączanie LEDa, albo automatyczne, po naładowaniu baterii albo.... Już jak sobie życzysz.. Nie robiłem czegoś takiego - to tylko pomysł. Bo tak mnie zdziwił tp456 podłączony do panelu.... Działa dobrze?
  • #6
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    A czy sama wymiana tranzystora na inny problem też rozwiąże? Oczywiście straty do 80mAh/dobę są dla mnie akceptowalne, bo sam solar w pochmurne dni generuje 60-80mA prądu, w pełnym słońcu 510mA (gdyby nie zima, to i straty 500mAh/dobę byłyby akceptowalne, bo latem akumulator bardzo szybko osiągnie stan pełnego naładowania). Nie bardzo bowiem chciałbym przerabiać już ten obecny układ (też koszty), natomiast w przypadku kolejnej wersji lampy solarnej widzę, że dobrze byłoby dużo zmienić, najlepiej cały układ. Sama dioda LED to ciepłobiała dioda LED 3W, pomiary napięcia na diodzie o ile dobrze pamiętam wykonane przy 80mA (2,89V), 180mA (2,93V), 420mA (3,10V), 800mA (3,99V)? -przez przypadek zwarłem diodę niezamierzenie bezpośrednio do Li-ion. Sam układ TP4056 też chyba nie za bardzo - pierwsza wersja uszkodziła się, gdy naładował się Li-ion, przebiło kondensator wejściowy, bo napięcie na solarze wskoczyło praktycznie do 7,3V (Voc) - sam TP4056 ma napięcie wejściowe do 8V więc tu problemu nie ma, ale kondensator wejściowy ładowarki był na za niskie napięcie, po jego wylutowaniu ładowarka działa, bo przecież napięcie z solara to DC tak czy inaczej, więc filtracja jest niewymagana. Zauważyłem problem, gdy w dzień lampa działała, a przyczyną było zwarte wejście ładowarki, co zwarło mi na cały dzień solar a lampa myślała , że dalej mamy noc. Sterowanie lampy jak najbardziej winno być, że ma się załączyć gdy jest noc - bez dodatkowego LDR (to czy akumulator naładowany, czy nie ma nie mieć wtedy znaczenia - w sumie akumulator taki to już 21,5 Wh).
  • #7
    gumisie
    Level 43  
    @mati211p Moduł, którego użyłeś (TP4056) to ładowarka, czy zasilacz buforowy?
  • #8
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    gumisie wrote:
    @mati211p Moduł, którego użyłeś (TP4056) to ładowarka, czy zasilacz buforowy?

    Ładowarka Li-ion 1S. Potem użyłem wersji ładowarka + dodatkowe wyjście z zabezpieczeniem przed nadmiernym rozładowaniem Li-ion. Ładowanie jest wyłączane przy 4,2V. Oczywiście nie nadaje się do współpracy z tym panelem, bo panel ma wyższe napięcie wejściowe, co pewnie uszkodziło wejście ładowarki, bo kondensator musiał być na 6,3V.
  • Helpful post
    #9
    gumisie
    Level 43  
    mati211p wrote:
    Potem użyłem wersji ładowarka + dodatkowe wyjście z zabezpieczeniem przed nadmiernym rozładowaniem Li-ion.
    Taką? Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii
  • #10
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    gumisie wrote:
    mati211p wrote:
    Potem użyłem wersji ładowarka + dodatkowe wyjście z zabezpieczeniem przed nadmiernym rozładowaniem Li-ion.
    Taką? Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii

    Dokładnie taką. Potrzeba mi jedynie do tego dorobić załączenie w nocy. Jako IN jest solar, jako OUT jest LED a BAT to LI-ion 18650 5800mAh (1S2P) 2900mAh.

    Dla układów na Ni-MH problemu nie ma, ale jest to zupełnie bez sensu z uwagi na straty i brak ograniczenia przeładowania Ni-MH.
    Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii
  • Helpful post
    #11
    jarek_lnx
    Level 43  
    mati211p wrote:
    A czy sama wymiana tranzystora na inny problem też rozwiąże?
    Są tranzystory bipolarne o bardzo dobrych parametrach mogące konkurować z MOSFET'ami w układach niskonapięciowych, niestety nie znajdziesz ich w starociach, ani w sklepie za rogiem, bo to elementy powstałe w ostatnim dziesięcioleciu, przykładem może być 2SC6097 typowe wzmocnienie ok 400 aż do 1A. Jak potrzebujesz czegoś łatwo dostępnego, to tranzystor mocy z kilkukrotnym zapasem prądu, BD244 albo BD911 w zakresie do 1A będzie miał wzmocnienie powyżej 100.

    W takim zastosowaniu rozważyłbym użycie, jako ogranicznik napięcia akumulatora, popularnego układu balancera na TL431 z zewnętrznym tranzystorem, nadmiar energii zamieniałby na ciepło, ale kiedy napięcie jest niższe o kilka mV niż jego próg zadziałania pobiera poniżej 0,5mA prosty ukłąd i nie było by szeregowego elementu regulacyjnego na którym zawsze jest jakiś spadek napiecia.
    Musiała by być dioda Shottkyego uniemożliwiająca rozładowanie akumulatora przez solar, a czy w TP4056 nic nie płynie wstecz z wyjścia na wejście?
  • #12
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Wyjście normalnie bez zasilania nie ma połączenia z akumulatorem (dokładnie nie weryfikowałem, ale przerwa jest na - zasilania) natomiast wyjście od wejścia odseparowane jest przez TP4056. Nawet jak podłączę LED to nic nie płynie, muszę albo podłączyć ponownie, albo puścić IN+ by zaśiwecił LED. Co prawda układ pewnie swoje też pobiera dodatkowo, czego nie zmierzyłem, to fakt, choć po uszkodzeniu IN mierzyłem prąd płynący z akumulatora i chyba był faktycznie z 15mA, lecz nie wiem, czy nie był to skutek uszkodzenia (ale uszkodzenie było na IN+, czyli po drugiej stronie). Zresztą zaraz zmierzę pobór na czysto z tylko podłączonym modułem do Li-Ion.
  • Helpful post
    #13
    gumisie
    Level 43  
    jarek_lnx wrote:
    a czy w TP4056 nic nie płynie wstecz z wyjścia na wejście?
    Mam przed sobą ten moduł i z tego co widzą IN +, OUT + nie są wspólne. IN -, OUT -, są, lecz IN - , Bat -, nie. Więc raczej nic ne powinno "płynąć wstecz".
    Dodatnie napięcie z solara (schemat, #1), moim zdaniem nie sprawdzi się jako czujnik zmierzchowy.
  • #14
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Załączanie i wykrywanie nocy działa. Sprawdziłem pobór prądu na module bez osobnego wyjścia i tam pobór jest rzędu 1uA, więc żaden. Problemem wg mnie jest wzmocnienie tranzystora i faktycznie 2sc6097 ma prąd Ic rzędu 600mA przy prądzie bazy 2mA, więc sprawdziłby się w tym rozwiązaniu. Już nawet ten pierwszy może zostać MJE13003 lub ten 3DD4204D ale ten drugi mający za zadanie przewodzić duży prąd kolektora, przy małym prądzie bazy musi jednak mieć duże hFE. Ewntualnie może spróbować podmienić go na IRL2703 - ten winien być bardziej dostępny. Ma początkowe napięcie przewodzenia na bramce 1,0V i rezystancję kanału rzędu 40mΩ. Wtedy możnaby też zwiększyć pierwszy rezystor 3,6k np. na 10k, a załączenie następowałoby w większej ciemności.
  • Helpful post
    #15
    gumisie
    Level 43  
    mati211p wrote:
    Problemem wg mnie jest wzmocnienie tranzystora
    Zapewne Masz rację.
    Ja, zacząłbym od próby adaptacji tego, prostego układu.
    Jako T1, użyłbym odpowiedniego tranzystora, typu: Darlingtona
  • #16
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Tylko w miejsce LDR nie wstawię panelu solarnego. Poza tym tak jak pisałem chcę rozwiązanie bez LDR. Z drugiej strony nie zmienia to faktu, że i tak ten układ będzie generował straty oraz i tak potrzeba dużego wzmocnienia, bo inaczej Ib musi być duże, czyli pierwszy R mały. No i im mniejsza wartość rezystora "górnego" to może się okazać, że tranzystor nie będzie się wyłączał. Ogólnie rzecz ujmując, układ z postu 1 od tego zaproponowanego nie różni się niczym, tzn. w układzie z postu 1 zastosowano dodatkowy tranzystor z rezystorami i kondensatorem zamiast LDR, by wykorzystać istniejący panel do detekcji nocy.
    Poza tym w układzie z postu 1 rezystor 10k ogranicza prąd płynący z panelu w celu detekcji do wartości poniżej 1mA, czyli wartości nie mającej wręcz żadnego wpływu na czas działania układu. To już kąt ustawienia panelu w danym miesiącu względem powierzchni ziemi ma większe znaczenie (nawet różnica rzędu 100mA prądu).

    A czy taki układ ma sens? Wstępnie chciałem dać przetwornicę z powerbanku - OUT także 5V na wyjściu ale później zrezygnowałem, bo im niższe napięcie na wyjściu tym LED będzie świecił ciemniej, czyli dłużej na powoli rozładowującym się akumulatorze, co przełoży się na to, że zimą poza tym, że jasność LED byłaby na rezystorze 5,1 to i lampa świeciłaby dłużej. Natomiast latem spokojnie byłaby przestawiona na rezystor 2,2Ω, czyli około 0,42A, moc 1,3 W.
    Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii
  • Helpful post
    #17
    _jta_
    Electronics specialist
    Napięcie akumulatora "3,7V" zmienia się w trakcie rozładowania - pewnie całkowicie naładowany ma 4,2V, a w miarę rozładowania napięcie maleje (nie wiem, jaką chcesz przyjąć granicę rozładowania - 3,5V? 3,3V?) - i taki układ będzie dawać prąd zależny od napięcia akumulatora. Można zrobić układ, który będzie stabilizować prąd - taki, jak w #4, robi to porządnie, tylko prąd jest tym większy, im wyższa temperatura - ale jest na to sposób, oporniki ograniczające prąd można zrobić z metalowego drutu (tylko nie ze stopu oporowego, a z jakiegoś w miarę czystego metalu - miedzi, jak ma być mały opór, żelaza, jak nieco większy).

    IRL2703 może wymagać zbyt dużego napięcia do sterowania (gwarantuje oporność 0,05 przy napięciu bramki 4,5V), lepiej byłoby poszukać czegoś włączanego niższym napięciem (jakkolwiek typowe parametry, jakie podają na wykresach, byłyby już niezłe, więc prawdopodobnie on wystarczy). Włączanie można by zrobić używając tranzystora PNP - np. tak, by LED włączał się, gdy napięcie z panelu jest co najmniej o 0,6V niższe od napięcia akumulatora - jakkolwiek z opornikiem 10k do bramki straty przez zwieranie bramki do minusa nie będą duże.
  • #18
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Mogłem zrobić najwcześniej jutro po kupieniu niezbędnych elementów. Szukałem co mam, znalazłem jedynie IRF830 w elektronice lampy CFL. Oczywiście znów najgorsze parametry jak można, Rdson na poziomie 1,5Ω. Pełne otwarcie daleko poza 4,2V, w granicy 6-7V. Jako, że dobrze znam układy 1,2V lamp solarnych postanowiłem zrobić pewien eksperyment z części które mam. Oczywiście schemat powstawał w trakcie jak zastanawiałem się jak rozwiązać pewne problemy - aktualnie lampa w fazie testów i działa - prąd pobierany przez układ 1,1mA w stanie bez załączonej diody. Oczywiście nie wiem jak z QX5252F, bo on do takiej pracy nie jest przystosowany. Napięcie zasilania aż 3,5V - dlatego zabezpieczone rezystorem 150Ω. By napięcie z solara nie podnosiło niepotrzebnie napięcia zasilania dodatkowo jedynie przepuszczone przez rezystor 100k, tak by QX5252F wiedział, kiedy jest noc (tu napięcie także daleko poza dopuszczalną normą +5,5V (ale inny QX5252F działa tak z napięciem 7V zabezpieczony tylko rezystorem 10k więc powinno być ok). Ponadto BC337 zwiera bramkę do masy, bo przy 3,5V IRF830 był połowicznie otwarty. Po załączeniu QX5252F ładuje przez diodę kondensator do napięcia 8,2V co otwiera całkowicie tranzystor i powoduje, że lampa działa pełną mocą. Jest to układ zupełnie eksperymentalny, tylko po to, by nie szukać wszędzie odpowiedniego tranzystora.
    Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii
  • Helpful post
    #19
    _jta_
    Electronics specialist
    Opornik w emiterze BC337 powoduje, że napięcie bramki nie schodzi do 0, ani nawet do napięcia nasycenia BC337, a do około 0,75V. A może zrobić inaczej:
    Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii
    Nie będzie wykorzystana funkcja sterowania przez pin 1 (i ładowania baterii) - do ładowania masz TP4056, a sterowanie robi tranzystor PNP.
  • #20
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Fakt, nie zauważyłem, że mogę wyłączyć całkiem QX5252F ogniwem (bo na co mi on za dnia) i wtedy na bramce będzie 0 i dioda gaśnie - pobór prądu spada do 0 całkiem. Jednym tranzystorem można go wyłączyć, o tym nie pomyślałem i szukałem rozwiązania jak zdjąć napięcie na bramce, bo schodzi tylko do napięcia zasilania pomniejszonego o spadek na diodzie przy włączonym QX5252F za dnia (czyli schemat znacząco się upraszcza -spada liczba elementów i energochłonność układu, za dnia musi nic nie pobierać, bo jest przerwa na tranzystorze). Tutaj tylko trzeba pamiętać, by dać taki rezystor bazowy, by na wyjściu sterowania nie płynął prąd większy niż kilkanaście mA. No i też trzeba obserwować, jak zachowa się QX5252F zasilony z 4V, bo podłączony bezpośrednio do Li-Ion na pewno "dymi". Jednak takim zabiegiem podnoszę napięcie na bramce dużo ponad 4V co daje spory zapas do otwierania tranzystora, nawet w przypadku już obniżania się napięcia na Li-Ion. Tak wiem, że napięcie na bramce w moim przypadku będzie w granicy 0,8V ale jest wystarczające by zablokować tranzystor. Ciekawe jak z różnicą załączania, w przypadku obu tych schematów. I fakt, eliminuje ten schemat możliwość uszkodzenia QX5252F przez zbyt wysokie napięcie panelu, np. Voc po naładowaniu ogniwa.
    Tak nasuneło mi się jedno pytanie. A co się dzieje z prądem bazy tego tranzystora włączającego QX5252F?

    EDIT: Małe podsumowanie. Jak na razie układ działa, niestety załącza się dosyć wcześnie, jakieś 20 minut za wcześnie oraz w bardzo pochmurne dni istnieje możliwość, że się załączy. Planowałem całkiem wyrzucić rezystor 10k z emitera - jest on tam zupełnie bez sensu - chyba myślałem o dzielniku napięcia zapominając, że tam ma być zero i wyszło co wyszło. Ponadto pewnie rezystor 100k na wejściu z solara wszystko psuje i wypadałoby go zmniejszyć do 10k. Będę też próbował z układem z tranzystorem PNP, bo jest o niebo lepszy, ale wciąż nie wiem, co dzieje się z prądem bazy tegoż tranzystora z postu #19, czy on nie płynie czasem wstecznie przez solar, choć jego prąd nie będzie jakiś krytyczny, ale nie wiem, czy może mieć jakiś negatywny wpływ na ogniwo. Jak na razie dzięki koledzy za pomoc, bo mnie to naprowadziło mocno jak zrobić układ. Jako, że niedługo zima to pewnie wszelkie zmiany porzucę a ponownie na wiosnę spróbuję zmienić więcej. Znalazłem tranzystor AO3400A, który ma idealne parametry, by zrezygnować całkiem z QX5252F.

    EDIT2: W związku z powyższym mam prośbę, czy mógłby ktoś zweryfikować, czy ten układ będzie ok? Zastosowane tranzystory to IRLML6402 i AO3400A.
    Lampa solarna własnej konstrukcji - zbyt duże straty energii
  • #21
    mati211p
    HDD and data recovery specialist
    Układ z postu #20 z zastosowaniem MOSFET N-Channel AO3400A oraz jako MOSFET P-Channel AO3401A. Wszystko działa.