Ночной светильник на солнечной батарее

Эта схема разработана для питания белых светодиодов от солнечной батареи с автоматическим включением в темноте. Она может использоваться как внутри, так и вне помещений. При внутреннем использовании, если устройство располагается возле другой лампы, может быть установлено автоматическое включение, когда эта лампа выключена.

Особенностью устройства является выбор режимов OFF/ON/On_at_Dark (Выключено/Включено/Включение_в_темноте), отключение устройства при низком напряжении аккумулятора для продления срока его службы, а также включение от датчика освещенности с гистерезисом.

Технические характеристики

Номинальное напряжение питания - 12 В DC
Ток при включенных светодиодах - 95 мA
Ток при выключенных светодиодах - 2.5 мA
Ток устройства, отключенного при низком напряжении батареи - 0.5 мА
Сила тока от солнечной батареи - 150 мA … 1 A
Напряжение солнечной батареи - 17 … 20 В (батарея из 36…40 ячеек)
Аккумулятор - 12 В, 1 … 10 А·ч
Типы аккумуляторов - Кислотно-свинцовый герметичный, NiMH, NiCD

Как работает устройство

LDO регулятор LM2941CT используется как стабилизатор напряжения солнечной батареи. Микросхема пропускает ток в аккумулятор до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет установленного значения, после чего начинает ограничивать ток, лишь поддерживая необходимое напряжение (напряжение холостого хода). Диод Шоттки 1N5817 между LM2941CT и клеммой «+» аккумулятора предотвращает его разряд через контроллер заряда.

Переключателем OFF/ON/On_at_Dark выбираются режимы работы. Когда переключатель стоит в положении ON, напряжение аккумулятора проходит только к светодиодной лампе, но не на датчик освещенности. Светодиоды включены, как если бы, схема находилась в темноте. Когда переключатель стоит в положении On_at_Dark, питание от аккумулятора поступает как на светодиоды, так и на фотодатчик, и светодиоды включается только в темноте.

Сульфид-кадмиевый фоторезистор включен последовательно с потенциометром 2 MОм и резистором 100 кОм. Напряжение с датчика освещенности поступает на выводы 2 и 12 операционного усилителя TLC27L4. Две секции TLC27L4, показанные слева, выполняют функции оконного компаратора с гистерезисом. Сигналы с этих секций через два диода 1N4148 проходят на две другие секции микросхемы.

Две правых секции TLC27L4 образуют R-S триггер. Триггер включается в сумерках, при частичной освещенности, а выключается при более интенсивном свете за счет гистерезиса. Таким образом удается избежать частого мерцания светодиодов вблизи точки переключения. Усилитель TLC27L4 — типа Rail-to-Rail. Если вы захотите заменить усилитель другим, не забывайте об этом свойстве.

Выходной сигнал триггера через промежуточный транзистор 2N3904 (верхний из двух, изображенных на схеме) включает питание светодиодов. Нижний по схеме 2N3904, благодаря включенному в цепь его базы стабилитрону на 9.1 В, работает как пороговое устройство, отключая нагрузку при низком напряжении на аккумуляторе. Это защищает аккумулятор от глубокого разряда и продляет срок его службы.

Интегральный регулятор напряжения LM317L включен как последовательный стабилизатор тока для светодиодов. Резистор 13 Ом устанавливает выходной ток 100 мА, который, разделившись между четырьмя цепочками светодиодов, обеспечивает, ток через каждый светодиод равный 25 мА.

Конструкция

Схему можно собрать на макетной плате, или на самодельной печатной плате. Если схема будет использоваться на улице, обеспечьте ее защиту от влаги. Фотодатчик необходимо поместить в темную, открытую с одной стороны трубку, чтобы не допустить попадания на него света от светодиодов. В противном случае, вблизи порогового уровня освещенности схема будет мигать.

Настройка

Подсоедините солнечную панель и аккумулятор к устройству, поместите солнечную панель на солнце. Начнется заряд аккумулятора. В процессе заряда контролируйте напряжение на аккумуляторе и, по необходимости, регулируйте его потенциометром 5 кОм на LM2941CT, пока напряжение не достигнет требуемого (13.8 В для кислотно-свинцового аккумулятора). Возможно, вам придется подождать какое-то время, пока напряжение превысит установленный уровень холостого хода.

Установите устройство в темном месте с нужным пороговым уровнем освещенности и вращайте движок потенциометра 2 МОм до тех пор, пока светодиоды не включатся.

Использование

Установите устройство в нужном месте, убедитесь, что датчик освещенности не видит даже отраженный свет светодиодов. Солнечная батарея должна быть размещена в месте, где будет освещаться солнцем в течение большей части дня.

Чтобы включить лампу принудительно, поставьте переключатель в положение ON. Чтобы перевести устройство в автоматический режим работы, поставьте переключатель в положении On_at_Dark. Чтобы вообще выключить устройство, поставьте переключатель в положение OFF.