Prosty ogranicznik ładowania ogrodowej lampy solarnej

Sezon działkowy zbliża się wielkimi krokami, stąd pomysł na proste i szybkie usprawnienie solarnych lamp ogrodowych z czujnikiem ruchu. Większość z tych urządzeń to niestety objaw technologicznego scamu, który jest w prawdzie użyteczny, ale zaprojektowany i wykonany w sposób urągający przyzwoitości, a czasami i zagrażający bezpieczeństwu użytkowania. Kilka lat wcześniej lampy te budowane były w sposób znacznie porządniejszy, co choćby przedstawił technologiczny youtuber Clive Mitchell na swoim kanale:




Takie same zewnętrzne lampy zakupione przeze mnie rok temu to niestety, pomimo podobieństwa zewnętrznego, zupełnie inny świat. Regulator ładowania zniknął, została tylko dioda odcinająca zintegrowania w strukturze nieopisanego chipa SMD. Panel słoneczny w obu tych lampkach dostarcza max 75mA prądu zwarciowego, a nieopisany akumulator 18650 według pomiarów cechuje się pojemnością 650mAh (zakładając prąd rozładowania 0,2C dla pudełkowej deklaracji producenta 1800mAh, czyli 360mA).



W zeszłym sezonie jedna z takich lamp spłonęła i stopiła się na ścianie, a druga na koniec sezonu "jedynie" przestała się ładować, świecąc się tylko kilka chwil. Spalonej lampy nie było sensu naprawiać, kupiłem więc kolejną na znanym portalu, wykonując przy okazji w/w test wstawionego tam nowego ogniwa litowego. W drugiej lampie akumulator po wyjęciu wskazywał ponad 5V napięcia i około 16mAh pojemności (test na Atorch DL24 przy prądzie 0,2C i nap. odcięcia 2,75V). Wadliwy akumulator zastąpiłem dwoma ogniwami 18350 o pojemności 850mAh które często znajduję w pobliskim parku, a które pochodzą ze zużytych jednorazowych e-papierosów. Ze względu na prymitywizm konstrukcji obu urządzeń poskładałem z elementów będących pod ręką proste ograniczniki ładowania, które powinny zabezpieczyć akumulatorki Li-ion tych lamp przed przeładowaniem.



Aby zbyt mocno nie ingerować w konstrukcję tych urządzeń przyjąłem najprostszą metodę kontroli napięcia na ogniwie, oraz jego obciążenia kontrolowanym prądem rozładowującym w wypadku przekroczenia maksymalnego napięcia ładowania. Projekt jest banalny, oparty na jednej z aplikacji TL431. Projektu płytki nie zamieszczam bo go nie robiłem, moduły powstały na płytkach uniwersalnych. Elementy nie są krytyczne, można eksperymentować, ja użyłem tego co walało się w szufladzie. Gdybym miał kupować komponenty to zamiast krajowego muzeum CEMI BD13x wstawił bym choćby SS8550, a zamiast referencji 431 np. LM4041-ADJ. Potencjometru do regulacji napięcia progowego nie dawałem, gdyż uznałem że praca na świeżym powietrzu w warunkach zwiększonej wilgotności może tylko pogorszyć dokładność regulacji przez otwartą konstrukcję potencjometru. W jednym z modułów użyłem regulatora KIA431 od KEC Semiconductors, a w drugim AZ431 od Diotec. Ten pierwszy wymagał zmiany rezystora 68kΩ na 62kΩ ze względu na większy prąd pobierany przez wyprowadzenie adj, i większy rozrzut napięcia referencyjnego. Topologia modułu przewiduje ograniczenie prądu zwarciowego ogniwa nawet w wypadku incydentalnego zwarcia tranzystora, lub/i układu scalonego. Rezystor 10Ω powinien cechować się mocą 1-2W, i najlepiej użyć w tym miejscu rezystora bezpiecznikowego..



Płytki po wykonaniu i przetestowaniu zalałem lakierem akrylowym, i w takiej postaci zamontowałem równolegle do akumulatorów w lampach solarnych. Testowe ładowanie na parapecie okna w mieszkaniu pozwoliło ocenić że metoda takiego ograniczania napięcia jest poprawna, i ogniwa nie ładują się powyżej 4,22V. Poniżej wyniki pomiarów obu modułów.