Restauració de llum solar de jardí alimentada per xarxa: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Això realment segueix alguns dels meus anteriors projectes de xarxa, però està estretament relacionat amb el LED Teardown documentat anteriorment.

Ara tots ens n’hem apagat i els comprem a l’estiu, aquestes petites llums de frontera que s’alimenten amb energia solar i es carreguen durant el dia i, una vegada que entra la nit, actuen com a llum de jardí fronterer. importacions econòmiques que pateixen en el bon vell temps britànic amb bateries fallides i, de vegades, només panells solars fallits.

Normalment, compreu aquestes coses en paquets de 4 o més i la font de llum és un únic led de baixa potència del tipus barat. Un cop morts els llencem a la paperera i els deixem a l’abocador. Bé, em va fer pensar, per què no convertir-lo en una unitat de xarxa elèctrica amb 10W de LED. Però hauria de ser segur i protegit de la intempèrie i ha de ser barat. Es podria fer, em preguntava, i seria de 10W massa? A les imatges es pot veure que la font de la llum és un disseny tubular d’uns 60 mm de diàmetre d’acer inoxidable i un difusor de plàstic. El primer que vaig fer va ser treure el petit led blanc original i el panell solar quadrat del terrat. La idea és muntar els leds en una placa fixada a un dissipador de calor mirant cap amunt a través de l’obertura del panell solar.

Pas 1: l’especificació del LED

Després d’haver comprat recentment alguns leds COB de 10W, em vaig preguntar si seria possible utilitzar-ne un de sol i fer servir una font d’alimentació en mode de commutació directament des de la xarxa elèctrica [240V sense aïllar].. Malauradament, la conversió de 240 V a FW del bloc COB [12V] no funciona fàcilment, ja que el corrent requerit a través del COB és molt superior al que pot gestionar el xip del controlador si voleu 10W. El xip pot gestionar 0,5A, que amb un voltatge directe de 12v només us portaria a 5W o per aquí. Podeu utilitzar un mode de commutador de conversió directa amb aïllament que faria la feina, però el cost comença a augmentar, després de tot això se suposa que era barat i alegre. Llavors, com podria obtenir 10W amb només 0,5 A de corrent. Donada la teoria de la conservació de l'energia, l'única manera d'augmentar la potència és augmentar la tensió, i l'única manera que podria fer seria augmentar la tensió directa dels leds utilitzant més d'un d'ells. Si mireu el meu LED Teardown instructiu, podeu veure per què ho van fer en aquest disseny. Navegant per EBAY, vaig trobar fàcilment uns leds de 1W amb una tensió directa 0f 3V @ 330mA. Ara, si n’utilitzés 10 i menys de @ 266mA, acabaria amb 10 x 3 x0.266A = 8W … prou a prop. El subterrani té un enfocament de dos pols … Mantingueu la calor i, per tant, preservar o allargar la vida útil. La temperatura inferior de la unió significa llums feliços.

Pas 2: base LED

Mirant les imatges de la llum del jardí, el que es necessita és un mètode de muntatge d’aquests LEDs i, per descomptat, si s’enfonsen 266mA, hem de desfer-nos de 8W d’energia a través d’ells que requeriran un dissipador de calor. el tub és una mica inferior a 57 mm, de manera que si pogués muntar qualsevol element electrònic en un tub de plàstic segellat i instal·lar-lo a l'interior del tub, podríeu muntar la placa dels leds cap avall a la part superior del recinte que il·luminaria el difusor. Llavors, com organitzaríem els leds?

Primer de tot, he tallat un cercle d’alumini de 46,5 mm amb un forat central amb una serra de forat [veure foto] i amb una cinta de dissipador de calor de doble cara coberta per un costat. Podeu obtenir aquesta cinta a eBay i és bastant barata, que normalment s’utilitza per dissipador de calor. adjunt veure imatge. L’alumini era una antiga carcassa de subministrament elèctric, però probablement el pugueu comprar a eBay. He utilitzat una peça de 2 mm de gruix. Heu de tapar i aïllar el metall de la base del led, però teniu una bona conductivitat tèrmica. Utilitzeu una doble volta de cinta tèrmica col·locada ortogonalment en dues capes. Això canviarà la conductivitat tèrmica i perdrem 20 graus c més a la cruïlla, però això és el que cal. Ho tornaré a revisar més endavant i potser veuré una solució d’aigualució completament segellada, però no per ara.

Pas 3: BasePlate

Aleshores vaig utilitzar Autocad per establir allà on han d’anar els leds a la base. Vegeu les imatges d’aquest fitxer adjunt en format pdf.

Vaig imprimir el disseny a escala i vaig utilitzar un perforador per fer una plantilla de muntatge del disseny que actués com a guia aproximada. Posant això sobre la meva placa base enganxosa vaig dibuixar el contorn dels cercles de la cinta.

A continuació, vaig disposar els leds de manera que pogués obtenir una posició d'alguna cinta de coure que utilitzaria per enllaçar els leds a la superfície de la cinta tèrmica aïllant.

Assegurant-me que no hi hagués cap cinta de coure a la part inferior del "llimac", els vaig soldar tots junts. Per descomptat, cal assegurar-se que els càtodes van als ànodes. Només cal que els enganxeu i que utilitzeu algun cable de connexió entre els passadors, tot i que l’ús de cinta de coure ajuda a dissipar una mica de la calor cap a la cinta, pel que fa al tema de la calor, en generen molt, de manera que necessiteu un dissipador de calor força gran. Vaig optar per un dissipador de calor de 40x40x30 H que manté la placa inferior a uns 58-60 graus C. Succeeix que la seva mida s’adapta perfectament al xip solar eliminat. per watt i digueu 1 grau C per watt des de la placa al cas que això signifiqui una temperatura d’unió de (8x1) + 4 = aprox. 60 + 12 graus C = 72 graus C que hauria de ser raonable.

El voltatge total a través dels leds serà de 10 x 3v o aproximadament, de manera que la següent etapa provarà el corrent a través d’ells.

El PDF adjunt té un esquema per utilitzar-lo com a plantilla, però sempre podeu fer el vostre propi disseny.

Feu una ullada a l’adjunt easam que podeu descarregar per visualitzar l’eviewer

Pas 4: Muntatge superior

Abans dèiem que faríem servir un xip de controlador FL7701 per a això i, jugant amb el dissenyador de fulls de càlcul xcel, vam trobar un conjunt de figures que podrien funcionar. La clau del convertidor de dòlars va ser aconseguir que l’ondulació arribés a una cosa raonable donat el valor RMS que necessitàvem. Ripple té una influència directa sobre la mida de l’inductor i la freqüència de funcionament, un efecte indirecte. Per tant, si augmentem l’ondulació, hem d’augmentar la mida de l’inductor i l’única manera de reduir la inductància requerida és augmentar la freqüència. Vegeu la imatge adjunta on es recull la iteració i la clau dels valors de l’esquema.

Aquí teniu els LED soldats sobre la meva plantilla abans d’enganxar-los. Tingueu en compte l’ús del dissipador de calor que té la placa enganxada a la part inferior amb els leds muntats.

Augmentar el corrent a 266mA RMS ajustant el corrent de pic a 500mA estableix la tensió a poc més de 30v a través dels leds, la qual cosa implica que el voltatge era realment proper a 3v cap endavant si tenim 10 leds. Tingueu en compte que el càlcul esperava 286 mA, mentre que, en realitat, només en gestionàvem 266. La freqüència hauria d’haver estat de 101 Khz, tot i que mirar l’abast semblava una mica inferior. Parlaré l’esquema i el controlador i les formes d’ona al següent pas.

Per tant, endollar la placa base com si fos un arbre de Nadal. Nota ràpida sobre seguretat. Es tracta d’un disseny no aïllat, de manera que tot el que es pugui elevar al nivell de xarxa necessita una connexió a terra completa. Això inclourà el dissipador de calor que, si ens fixem amb deteniment, té un parell de forats que s’han d’ajustar mitjançant una etiqueta de terra al disipador de calor i a la fusteria metàl·lica inoxidable i a la xarxa elèctrica entrant. Aneu amb compte amb el cablejat dels leds perquè no es produeixi cap curtcircuit entre els leds i la terra. Si ho fa, apareix una tensió superior a la dissenyada a través dels leds i els destruirà ràpidament. Tinc una configuració de prova que té un transformador d’aïllament de xarxa, però quan està connectat directament a la xarxa, un costat de l’inductor té el potencial de xarxa, que si es connecta per a qualsevol tros de metall aïllat seria un perill.

Pas 5: proves i esquemes

Doncs donem un salt enrere i mireu què necessitem per conduir els leds. Ja hem dit que hem de donar suport a 266mA o aproximadament, de manera que ja hem fet els números.

Referint-se a la nota esquemàtica el següent:

Entrant a través del fusible 1 per redreçar el pont i després filtrar l’inductor amb dues c.

D1 és el díode de recuperació i el mitjà per reduir el corrent a l’inductor. La porta Q1 és accionada pel pin 2 de FL7701 a través de R3 amb D2 que ajuda a escombrar la càrrega de la porta en el traç negatiu del FL7701. La freqüència de sortida la defineix R5 / R4. Un parell de pins tenen un cert desacoblament i el pin CS.. pin1 és el sentit del corrent que controla la tensió i, per tant, el corrent a través de R6. Consulteu el corrent de pic en R6 de 0,5A que farà que l’IC es restableixi i baixi a punt per al següent en el període. Tingueu en compte el que falta en aquest circuit. No hi ha cap requisit per obtenir un tap de corrector continu gran per a l'entrada. El FL7701 s’encarrega de manera intel·ligent de les variacions d’entrada internament. Tenint en compte que això sol ser una part cara, ajuda a estalviar costos. Una vegada que es va omplir el PCB, vaig comprovar la ondulació. L’ús d’una sonda de corrent al càtode del bloc LED va donar una ondulació de 150 mA i el corrent mitjà que feia servir el mesurador es mesurava com a aprox. 260mA. Això suposa un descens de 100 mA respecte al màxim dels leds i els permet funcionar més fresc, per la qual cosa s’allarga la seva vida útil. La freqüència es mesurava a 81 KHz i baixava a 1,71 us. Això suposa un 13% de les capacitats del xip / inductor, de manera que hauria d’estar bé. El punt de partida de tot aquest disseny va ser l’ús d’un inductor de 1,4 mH fora de la plataforma.

Pas 6: construcció de PCB

Tingueu en compte que les imatges són del tauler prototip que contenia alguns errors que vaig corregir en els nous dissenys de PCB carregats. Tingueu en compte els ponts que hi ha per evitar una fixació incorrecta … fer. Això va provocar algunes explosions abans que m'adonés de l'error … devia estar cansat!

Hi ha un parell de la part superior i una de la part inferior.

Pas 7: ajuntar-ho tot

Aquí hi ha una ranura conjunta: adjuntaré una llista de llistes de material amb totes les parts necessàries més endavant. Algunes coses a tenir en compte. Vaig posar a terra el dissipador de calor a la part superior i el vaig alimentar a través de la unitat fins a un punt de terra a la part inferior, que després es posa a terra de nou al subministrament. Aneu amb compte amb això. El càtode del LED final és aproximadament 30V per sota de la tensió màxima de xarxa de 310V. Això es perjudicarà si es toca, per la qual cosa s’ha de mantenir aïllat i qualsevol part metàl·lica que pugui entrar en contacte es fixi a terra per tal d’assegurar un recorregut lliure de corrent de fallada. entrada a l’electrònica. El cargol de terra a la part inferior actua com a parada del "canister" de la xarxa i hi ha un forat de desguàs per si hi entra humitat. No es tracta d'un contenidor impermeable, però la xarxa es manté fora dels dits i de la el forat de desguàs està molt per sobre del nivell del sòl. El dissipador de calor superior necessita una mica de segellat al voltant de la part superior i això encara s’ha de completar. Tinc la intenció de deixar-lo al jardí durant l’estiu i probablement n’afegiré alguns més tard.