Netzbetriebene Solar-Gartenlicht-Wiederherstellung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Dies folgt wirklich auf einige meiner früheren netzbetriebenen Projekte, ist aber eng mit dem zuvor dokumentierten LED Teardown verwandt.

Jetzt sind wir alle ausgegangen und haben sie im Sommer gekauft, diese kleinen Blumenrandlichter, die solarbetrieben sind und sich tagsüber aufladen und sobald die Nacht hereinbricht, fungieren sie als Randgartenlicht. Natürlich haben sie ein begrenztes Leben Billigimporte, die unter dem guten alten britischen Wetter mit ausgefallenen Akkupacks und manchmal nur ausgefallenen Solarmodulen leiden.

Normalerweise kaufen Sie diese Dinge in Packungen mit 4 oder mehr und die Lichtquelle ist eine einzelne Low-Power-LED der billigen Sorte. Sobald sie tot sind, werfen wir sie in den Mülleimer und gehen zur Deponie. Nun, es hat mich zum Nachdenken gebracht, warum man es nicht in ein netzbetriebenes Gerät mit 10 W LEDs umwandelt. Es muss aber sicher und wettergeschützt sein und günstig sein. Könnte es sein, fragte ich mich, und wären 10 W zu viel? Auf den Bildern können Sie sehen, dass die Lichtquelle ein röhrenförmiges Design mit einem Durchmesser von etwa 60 mm aus Edelstahl und einem Kunststoffdiffusor ist. plus ein weiterer röhrenförmiger Deckel, der darauf passt mit dem Sonnenkollektor in. Das erste, was ich tat, war, die ursprüngliche kleine weiße LED und das quadratische Sonnenkollektor im Dach zu entfernen. Die Idee dafür ist, die LEDs auf einer Platte zu montieren, die an einem Kühlkörper befestigt ist, der nach oben durch die Sonnenkollektoröffnung zeigt.

Schritt 1: Die LED-Spezifikation

Nachdem ich vor kurzem einige 10-W-Einzel-COB-LEDs gekauft hatte, fragte ich mich, ob es möglich wäre, eine einzelne zu verwenden und ein Schaltnetzteil direkt vom Netz zu verwenden. Leider funktioniert die Umwandlung von 240 V auf die FW des COB-Blocks [12 V] nicht ohne weiteres, da der durch den COB benötigte Strom viel größer ist, als der Treiberchip verarbeiten kann, wenn Sie 10 W benötigen. Der Chip kann 0,5 A verarbeiten, was bei einer Durchlassspannung von 12 V nur etwa 5 W erreichen würde. Sie könnten einen Vorwärtswandler-Schaltmodus mit Isolierung verwenden, der die Arbeit erledigen würde, aber die Kosten beginnen zu steigen, schließlich sollte dies billig und fröhlich sein. Wie könnte ich also 10 W mit nur 0,5 A Strom bekommen. Angesichts der Energieerhaltungstheorie besteht die einzige Möglichkeit, die Leistung zu erhöhen, darin, die Spannung zu erhöhen, und die einzige Möglichkeit, dies zu tun, wäre, die Durchlassspannung der LEDs zu erhöhen, indem mehr als eine von ihnen verwendet wird. Wenn Sie sich mein LED Teardown instructable ansehen, können Sie sehen, warum sie dies in diesem Design taten. Beim Durchsuchen von EBAY fand ich leicht einige 1W-LEDs mit einer Durchlassspannung von 0f 3V@330mA. Wenn ich jetzt 10 verwendet und sie bei 266 mA unterschreitet, würde ich am Ende 10 x 3 x 0,266 A = 8 W haben … nahe genug. Der Unterlauf hat einen zweipoligen Ansatz …. hält die Hitze niedrig und erhält oder verlängert somit die Lebensdauer. Eine niedrigere Sperrschichttemperatur bedeutet glückliche Lichter.

Schritt 2: Die LED-Basis

Wenn man sich die Bilder der Gartenleuchte ansieht, ist eine Methode zur Montage dieser LEDs erforderlich, und wenn sie 266 mA absinken, müssen wir 8 W Energie über sie loswerden, was einen Kühlkörper erfordert. Der Innendurchmesser des Edelstahls Das Rohr ist etwas unter 57 mm. Wenn ich also eine der Elektronik in einem versiegelten Kunststoffrohr montieren und im Inneren des Rohrs installieren könnte. Ich könnte dann die Platte mit den LEDs nach unten auf das Gehäuse montieren, die dann den Diffusor beleuchten würde. Wie würden wir die LEDs anordnen?

Zuerst schneide ich einen 46,5-mm-Kreis aus Aluminium mit einem Mittelloch mit einer Lochsäge [siehe Bild] und verwende ein doppelseitiges Kühlkörperband, das eine Seite bedeckt. Sie können dieses Klebeband bei ebay bekommen und es ist ziemlich billig, normalerweise für Kühlkörper verwendet Anhang siehe Bild. Das Aluminium war ein altes Netzteilgehäuse, aber das kann man wahrscheinlich bei ebay kaufen. Ich habe ein 2 mm dickes Stück verwendet. Sie müssen das Metall von der Basis der LED abdecken und isolieren, aber immer noch eine gute Wärmeleitfähigkeit haben. Dadurch ändert sich die Wärmeleitfähigkeit und wir verlieren weitere 20 Grad Celsius über die Verbindung, aber das ist es, was es braucht. Ich werde dies später noch einmal besuchen und mir vielleicht eine vollständig versiegelte Aqualusionslösung ansehen, aber vorerst nicht.

Schritt 3: Basisplatte

Dann habe ich Autocad verwendet, um festzulegen, wo die LEDs auf der Basis sein müssen. Sehen Sie sich die Bilder davon als pdf an.

Ich habe das Design maßstabsgetreu gedruckt und mit einem Locher eine Montageschablone des Layouts erstellt, die als grobe Richtlinie dient. Als ich dies über meine klebrige Grundplatte legte, zeichnete ich die Umrisse der Kreise auf das Band.

Als nächstes legte ich die LEDs so aus, dass ich etwas Kupferband positionieren konnte, das ich verwenden würde, um die LEDs auf der Oberfläche des isolierenden Wärmebandes zu verbinden.

Um sicherzustellen, dass kein Kupferband auf die Unterseite der "Schnecke" verletzt wurde, lötete ich sie alle zusammen. Natürlich müssen Sie sicherstellen, dass Kathoden zu Anoden gehen. Sie können sie einfach festkleben und einen Anschlussdraht zwischen den Stiften verwenden, obwohl die Verwendung von Kupferband hilft, einen Teil der Wärme in das Band abzuleiten. Apropos Wärme, diese erzeugen eine Menge davon und benötigen daher einen ziemlich großen Kühlkörper. Ich habe mich für einen 40x40x30 H-Kühlkörper entschieden, der die Bodenplatte bei etwa 58-60 Grad C hält. Es kommt vor, dass seine Größe genau in den entfernten Solarchip passt, so dass die Wärme über die Verbindung zum Gehäuse der LED etwa 4 Grad Celsius beträgt pro Watt und sagen wir 1 Grad C pro Watt von Platte zu Gehäuse. Dies sollte eine Verbindungstemperatur von (8x1) + 4 = ca. 60 + 12 Grad C = 72 Grad C, was vernünftig sein sollte.

Die Gesamtspannung an den LEDs beträgt etwa 10 x 3 V, so dass in der nächsten Stufe der Strom durch sie getestet wird.

Das angehängte PDF enthält eine Gliederung als Vorlage, aber Sie können jederzeit Ihr eigenes Design erstellen.

Schauen Sie sich den easam-Anhang an, den Sie zum Durchlesen herunterladen können

Schritt 4: Top-Montage

Wir sagten vorhin, dass wir dafür einen FL7701-Treiberchip verwenden würden, und beim Spielen mit dem xcel-Tabellenkalkulationsdesigner haben wir eine Reihe von Zahlen gefunden, die funktionieren könnten. Der Schlüssel zum Abwärtswandler bestand darin, die Welligkeit angesichts des von uns benötigten RMS-Werts auf einen vernünftigen Wert zu reduzieren. Welligkeit hat einen direkten Einfluss auf die Induktorgröße und die Betriebsfrequenz einen indirekten Effekt. Wenn wir also die Welligkeit erhöhen, müssen wir die Induktorgröße erhöhen und die einzige Möglichkeit, die erforderliche Induktivität zu reduzieren, besteht darin, die Frequenz zu erhöhen. Siehe das angehängte Bild, das auflistet, was ich iterierte und der Schlüssel zu den Werten im Schaltplan war.

Hier sind die gelöteten LEDs, die vor dem Aufkleben über meine Schablone gelegt werden. Beachten Sie die Verwendung des Kühlkörpers, bei dem die Platte mit den montierten LEDs an der Unterseite geklebt ist.

Wenn Sie den Strom auf 266 mA RMS erhöhen, indem Sie den Spitzenstrom auf 500 mA einstellen, stellen Sie die Spannung an den LEDs auf etwas mehr als 30 V ein, was bedeutet, dass die Spannung tatsächlich nahe bei 3 V in Vorwärtsrichtung lag, wenn wir 10 LEDs haben. Beachten Sie, dass die Berechnung 286 mA erwartete, während wir in Wirklichkeit nur 266 mA erreichten. Die Frequenz hätte 101 kHz betragen sollen, aber der Blick auf das Oszilloskop schien etwas zu niedrig. Ich werde im nächsten Schritt den Schaltplan und den Treiber und die Wellenformen besprechen.

Also einstecken leuchtet die Grundplatte wie ein Weihnachtsbaum. Kurzer Hinweis hier zur Sicherheit. Dies ist ein nicht isoliertes Design, sodass alles, was auf Netzebene angehoben werden kann, gründlich geerdet werden muss. Dazu gehört der Kühlkörper, der, wenn Sie genau hinschauen, ein paar Löcher hat, die sich über ein Erdungsetikett zum Kühlkörper und den rostfreien Metallteilen und der eingehenden Netzerde verjüngen müssen. Achten Sie bei der Verdrahtung der LEDs darauf, dass kein Kurzschluss zwischen den LEDs und Masse stattfindet. Wenn dies der Fall ist, erscheint eine höhere Spannung als die vorgesehene Spannung an den LEDs und wird sie schnell zerstören zu isolierten Metallstücken eine Gefahr darstellen würde.

Schritt 5: Testen und Schaltplan

Lassen Sie also einen Sprung zurück und schauen Sie sich an, was wir brauchen, um die LEDs anzusteuern. Wir haben bereits gesagt, dass wir 266 mA oder dort unterstützen müssen, also haben wir die Zahlen bereits erstellt.

Bezugnehmend auf den Schaltplan folgendes:

Eingehend durch Sicherung 1 zum Brückengleichrichter, dann zum Filterinduktor mit zwei cs.

D1 ist die Freilaufdiode und das Mittel zum Herunterfahren des Stroms an der Induktivität. Das Q1-Gate wird von Pin 2 von FL7701 über R3 angesteuert, wobei D2 dabei hilft, die Ladung beim negativen Hub des FL7701 aus dem Gate zu streichen. Die Frequenz des Ausgangs wird durch R5/R4 eingestellt. Einige Pins haben eine gewisse Entkopplung und der CS-Pin.. Pin1 ist der Stromsensor, der die Spannung und damit den Strom durch R6 überwacht. Beziehen Sie sich auf den Spitzenstrom in R6 von 0,5 A, der dazu führt, dass der IC zurückgesetzt und für den heruntergefahren wird nächste auf Periode. Notieren Sie, was in dieser Schaltung fehlt. Es ist keine große Gleichrichter-DC-Kappe für den Eingang erforderlich. Der FL7701 kümmert sich intern geschickt um die Eingangsvariationen. Da dies normalerweise ein teures Teil ist, hilft es, Kosten zu sparen. Sobald die Platine bestückt war, überprüfte ich die Welligkeit. Die Verwendung einer Stromsonde an der Kathode des LED-Blocks ergab eine Welligkeit von 150 mA und der durchschnittliche Strom mit dem Messgerät wurde mit ca. 260mA. Dies ist 100 mA unter dem Maximum für die LEDs und lässt sie kühler laufen, wodurch ihre Lebensdauer verlängert wird. Die Frequenz wurde mit 81 kHz gemessen und mit 1,71 us heruntergefahren. Dies sind 13% der Fähigkeiten des Chips / Induktors, sollte also in Ordnung sein. Der Ausgangspunkt für dieses gesamte Design war die Verwendung eines 1,4-mH-Spuleninduktors

Schritt 6: PCB-Konstruktion

Beachten Sie, dass die Bilder von der Prototypenplatine sind, die einige Fehler aufwies, die ich auf den neu hochgeladenen Leiterplattenlayouts korrigiert habe. Beachten Sie die Jumper darauf, um ein falsches Pinning zu umgehen.

Es gibt ein paar von der Oberseite und eine von der Unterseite.

Schritt 7: Alles zusammenfügen

Hier ist es also zusammengesteckt. Eine Stücklistenliste aller benötigten Teile füge ich später bei. Einige Dinge, auf die Sie achten sollten. Ich habe den Kühlkörper oben geerdet und unten durch das Gerät zu einem Erdungspunkt geführt. Dieser wird dann wieder zur Versorgung geerdet. Seien Sie vorsichtig. Die Kathode der letzten LED liegt etwa 30 V unter der Spitzennetzspannung von 310 V. Dies kann bei Berührung weh tun und muss isoliert gehalten und alle Metallteile, die in Kontakt kommen könnten, mit der Erde verschraubt werden, um einen freien Weg für Fehlerströme zu gewährleisten. Beachten Sie die Verwendung von Kabelverschraubungen oben und unten, um zu verhindern, dass Wasser eindringt Weg in die Elektronik. Die Erdungsschraube an der Unterseite dient als Anschlag für den Netz-"Kanister" und es gibt ein Ablaufloch für den Fall, dass Feuchtigkeit eindringen kann. Dies ist kein wasserdichter Behälter, aber das Netz ist vor Fingern und dem Das Abflussloch befindet sich weit über dem Boden. Der obere Kühlkörper muss oben abgedichtet werden und dies muss noch abgeschlossen werden.