Renowacja oświetlenia słonecznego w ogrodzie z zasilaniem sieciowym: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

To naprawdę jest kontynuacją niektórych moich poprzednich projektów zasilanych z sieci, ale jest ściśle związane z wcześniej udokumentowaną diodą LED Teardown.

Teraz wszyscy wyszliśmy i kupiliśmy je latem, te małe kwiatowe oświetlenie obramowania, które są zasilane energią słoneczną i ładują się w ciągu dnia, a gdy nadejdzie noc, działają jak graniczne oświetlenie ogrodowe. Oczywiście mają ograniczone życie tani import, który cierpi w starej dobrej brytyjskiej pogodzie z uszkodzonymi akumulatorami, a czasem po prostu uszkodzonymi panelami słonecznymi.

Zwykle kupujesz te rzeczy w paczkach po 4 lub więcej, a źródłem światła jest pojedyncza dioda niskiej mocy taniej odmiany. Martwe wrzucamy do kosza i wyrzucamy na wysypisko śmieci. Cóż, zastanowiłem się, dlaczego nie przekształcić go w jednostkę zasilaną z sieci z 10W diodami LED. Musiałby być jednak bezpieczny i chroniony przed warunkami atmosferycznymi i musi być tani. Czy dałoby się to zrobić zastanawiałem się, a czy 10W to za dużo? Na zdjęciach widać, że źródłem światła jest rurkowa konstrukcja o średnicy około 60mm ze stali nierdzewnej i plastikowy dyfuzor. plus kolejna rurkowa pokrywa, która pasuje na wierzch z panelem słonecznym. Pierwszą rzeczą, jaką zrobiłem, było usunięcie oryginalnej małej białej diody LED i kwadratowego panelu słonecznego w dachu. Pomysł polega na zamontowaniu diod LED na płycie przymocowanej do radiatora skierowanej w górę przez otwór panelu słonecznego.

Krok 1: Specyfikacja LED

Niedawno kupiłem kilka pojedynczych diod COB o mocy 10 W, zastanawiałem się, czy byłoby możliwe użycie jednej diody LED i użycie zasilacza impulsowego bezpośrednio z sieci.. Niestety konwersja z 240 V na FW bloku COB [12 V] nie działa łatwo, ponieważ prąd wymagany przez COB jest znacznie większy niż chip sterownika może obsłużyć, jeśli chcesz 10 W. Chip może obsłużyć 0,5 A, co przy napięciu przewodzenia 12 V dałoby ci tylko 5 W lub mniej więcej. Można by zastosować tryb przełączania konwertera do przodu z izolacją, który by załatwił sprawę, ale koszt zaczyna poszybować w górę, przecież to miało być tanio i wesoło. Jak więc uzyskać 10 W przy zaledwie 0,5 A prądu. Cóż, biorąc pod uwagę teorię zachowania energii, jedynym sposobem na zwiększenie mocy jest zwiększenie napięcia, a jedynym sposobem, w jaki mógłbym to zrobić, byłoby zwiększenie napięcia przewodzenia diod LED poprzez użycie więcej niż jednego z nich. Jeśli spojrzysz na moją instrukcję LED Teardown, możesz zobaczyć, dlaczego zrobili to w tym projekcie. Przeglądając EBAY, łatwo znalazłem diody led 1W z napięciem przewodzenia 0f 3V@330mA. Teraz, gdybym użył 10 i nie uruchomił ich przy 266mA, skończyłbym z 10 x 3 x 0,266A = 8 W… wystarczająco blisko. Podjazd ma podejście dwubiegunowe …. utrzymuje ciepło, a tym samym zachowuje lub przedłuża żywotność. Niższa temperatura złącza oznacza szczęśliwe światła.

Krok 2: Podstawa LED

Patrząc na zdjęcia światła ogrodowego potrzebny jest sposób montażu tych diod i oczywiście jeśli toną 266mA musimy pozbyć się przez nie 8W energii, co będzie wymagało radiatora. Wewnętrzna średnica stali nierdzewnej rurka ma nieco mniej niż 57 mm, więc gdybym mógł zamontować dowolną elektronikę w zamkniętej plastikowej rurce i zainstalować ją wewnątrz rurki. Następnie mógłbym zamontować płytkę diod LED skierowaną w dół na górze obudowy, która oświetliłaby dyfuzor. Więc jak rozmieścimy diody?

Przede wszystkim wyciąłem okrąg o średnicy 46,5 mm z aluminium z centralnym otworem za pomocą piły walcowej [patrz zdjęcie] i za pomocą dwustronnej taśmy do radiatora pokrytej z jednej strony. Taśmę można kupić na ebayu i jest ona dość tania, zwykle używana do radiatora załącznik patrz zdjęcie. Aluminium było starą obudową zasilacza, ale prawdopodobnie można ją kupić na ebayu. Użyłem kawałka o grubości 2mm. Musisz zakryć i zaizolować metal od podstawy diody, ale nadal mieć dobrą przewodność cieplną. Użyj podwójnej taśmy termoizolacyjnej ułożonej prostopadle w dwóch warstwach. Zmieni to przewodność cieplną i stracimy kolejne 20 stopni c na skrzyżowaniu, ale to jest to, czego potrzeba. Wrócę do tego później i może przyjrzę się w pełni uszczelnionemu rozwiązaniu akwaluzji, ale nie na razie.

Krok 3: Płyta bazowa

Następnie użyłem programu Autocad, aby określić, gdzie diody LED muszą iść na podstawie. Zobacz zdjęcia tego załączone jako pdf.

Wydrukowałem projekt w skali i użyłem dziurkacza, aby wykonać szablon montażowy układu, który działał jako przybliżony przewodnik. Nakładając to na moją lepką płytę bazową, narysowałem zarys kółek na taśmie.

Następnie ułożyłem diody tak, aby uzyskać pewne pozycjonowanie taśmy miedzianej, którą wykorzystam do połączenia diod na powierzchni izolacyjnej taśmy termicznej.

Upewniając się, że żadna miedziana taśma nie naruszyła spodu „ślimaka”, polutowałem je wszystkie razem. Oczywiście trzeba się upewnić, że katody trafiają do anod. Możesz je po prostu przykleić i użyć drutu łączącego między pinami, chociaż użycie taśmy miedzianej pomaga rozproszyć część ciepła na taśmie. Jeśli chodzi o ciepło, generują one dużo, więc wymagają dość dużego radiatora. Zdecydowałem się na radiator 40x40x30 H, który utrzymuje dolną płytę w temperaturze około 58-60 stopni C. Zdarza się, że jego rozmiar idealnie pasuje do wyjętego układu słonecznego. na wat i powiedzmy 1 st. C na wat z płyty do obudowy, powinno to oznaczać temperaturę złącza (8x1) + 4 = ok. 60+12 stopni C = 72 stopnie C, co powinno być rozsądne.

Całkowite napięcie na diodach wyniesie 10 x 3 V lub mniej więcej, więc następnym etapem będzie testowanie prądu przez nie.

Załączony plik PDF zawiera zarys do wykorzystania jako szablon, ale zawsze możesz stworzyć własny projekt.

Sprawdź załącznik easam, który możesz pobrać w przeglądarce do przeglądania

Krok 4: Montaż górny

Powiedzieliśmy wcześniej, że użyjemy do tego układu sterownika FL7701, a grając z projektantem arkuszy kalkulacyjnych xcel, wymyśliliśmy zestaw liczb, które mogą działać. Kluczem do konwertera buck było sprowadzenie tętnienia do wartości rozsądnej, biorąc pod uwagę potrzebną nam wartość RMS. Ripple ma bezpośredni wpływ na wielkość i częstotliwość działania cewki indukcyjnej i ma wpływ pośredni. Więc jeśli zwiększymy tętnienie, musimy zwiększyć rozmiar cewki indukcyjnej, a jedynym sposobem zmniejszenia wymaganej indukcyjności jest zwiększenie częstotliwości. Zobacz załączony obrazek, który pokazuje, do czego iterowałem i był kluczem do wartości na schemacie.

Oto lutowane diody LED nałożone na mój szablon przed ich przyklejeniem. Zwróć uwagę na zastosowanie radiatora, który ma płytkę przyklejoną do spodu z zamontowanymi diodami LED.

Zwiększając prąd do 266mA RMS poprzez regulację prądu szczytowego do 500mA, ustaw napięcie na nieco ponad 30V na diodach, co oznacza, że napięcie było w rzeczywistości bliskie 3V do przodu, jeśli mamy 10 diod. Zauważ, że obliczenia oczekiwały 286 mA, podczas gdy w rzeczywistości udało nam się tylko 266. Częstotliwość powinna wynosić 101 kHz, jednak patrzenie na oscyloskop wydawało się nieco poniżej. W następnym kroku omówię schemat, sterownik i przebiegi.

Więc podłączenie rozświetliło płytkę stomijną jak choinkę. Krótka uwaga na temat bezpieczeństwa. Jest to konstrukcja nieizolowana, więc wszystko, co można podnieść do poziomu sieci, wymaga gruntownego uziemienia. Obejmuje to radiator, który, jeśli przyjrzysz się uważnie, ma kilka otworów, które należy zwęzić za pomocą znacznika uziemienia do radiatora i nierdzewnej konstrukcji metalowej oraz uziemienia zasilania sieciowego. Uważaj na okablowanie diod, aby nie doszło do zwarcia między diodami a masą. Jeśli tak się stanie, na diodach LED pojawi się napięcie większe niż projektowane i szybko je zniszczy. Mam konfigurację testową, która ma transformator izolujący sieć, ale po podłączeniu bezpośrednio do sieci jedna strona cewki indukcyjnej jest na potencjale sieciowym, który, jeśli zostanie podłączony do pojedynczych kawałków metalu stanowiłoby zagrożenie.

Krok 5: Testowanie i schemat

Więc cofnijmy się i spójrzmy, czego potrzebujemy, aby sterować diodami. Już powiedzieliśmy, że musimy obsługiwać 266 mA lub tak, więc już zrobiliśmy liczby.

Odnosząc się do uwagi schematu, co następuje:

Wejście przez bezpiecznik 1 do prostownika mostkowego, a następnie do cewki filtrującej z dwoma c's.

D1 to dioda odzyskiwania i środek do zmniejszania prądu na cewce indukcyjnej. Bramka Q1 jest sterowana przez pin 2 FL7701 przez R3, a D2 pomaga zmiatać ładunek z bramki przy ujemnym skoku FL7701. Częstotliwość wyjściowa jest ustawiana przez R5/R4. Kilka pinów ma pewne odsprzęganie, a pin CS.. pin1 to czujnik prądu, który monitoruje napięcie, a tym samym prąd przez R6. Odnieś się do prądu szczytowego w R6 o wartości 0,5 A, co spowoduje zresetowanie układu scalonego i zmniejszenie gotowości do następny okres. Zwróć uwagę, czego brakuje w tym obwodzie. Na wejściu nie ma potrzeby stosowania dużej nasadki DC prostownika. FL7701 sprytnie zajmuje się wewnętrznymi zmianami sygnału wejściowego. Biorąc pod uwagę, że jest to zazwyczaj droga część, pomaga to zaoszczędzić na kosztach. Po zapełnieniu płytki PCB sprawdziłem tętnienie. Użycie sondy prądowej na katodzie bloku ledowego dało tętnienie rzędu 150mA, a średni prąd zmierzony przy użyciu miernika jako ok. 260mA. To jest 100mA poniżej maksimum dla diod led i pozwala im pracować w niższej temperaturze, co wydłuża ich żywotność. Częstotliwość została zmierzona jako 81 Khz i spadła do 1,71us. Jest to 13% możliwości układu/cewki indukcyjnej, więc powinno być w porządku. Punktem wyjścia dla całego projektu było użycie cewki indukcyjnej 1,4 mH z półki

Krok 6: Budowa PCB

Zwróć uwagę, że obrazy dotyczą płyty prototypowej, która zawierała pewne błędy, które poprawiłem w nowych przesłanych układach PCB. Zwróć uwagę na zworki na nim, aby obejść nieprawidłowe przypięcie….doh. To spowodowało kilka wybuchów, zanim zdałem sobie sprawę z błędu…Musiałem być zmęczony!

Jest kilka na górze i jeden na dole.

Krok 7: Złóż wszystko razem

Więc tutaj jest połączony. Dołączę listę BOM wszystkich wymaganych części później. Kilka rzeczy, na które należy uważać. Uziemiłem radiator u góry i podałem go przez urządzenie do punktu uziemienia na dole. Następnie jest on uziemiony z powrotem do zasilania. Uważaj na to. Katoda końcowej diody LED jest o około 30 V poniżej szczytowego napięcia sieciowego 310 V. Będzie to bolało w przypadku dotknięcia, dlatego należy je odizolować, a wszelkie metalowe części, które mogą się zetknąć, należy przykręcić do ziemi, aby zapewnić czystą ścieżkę dla prądu zwarciowego. Zwróć uwagę na użycie dławików kablowych na górze i na dole, aby zapobiec przedostawaniu się wody drogę do elektroniki. Śruba uziemiająca na dole działa jak ogranicznik dla „kanistera” sieciowego i jest otwór spustowy na wypadek, gdyby jakakolwiek wilgoć dostała się do środka. Nie jest to wodoodporny pojemnik, ale sieć jest utrzymywana z dala od palców i otwór spustowy znajduje się znacznie nad poziomem gruntu. Górny radiator wymaga uszczelnienia wokół góry, a to jeszcze nie zostało ukończone. Mam zamiar umieścić go w ogrodzie na lato i prawdopodobnie dodać kilka innych później.