Automatyczny obwód 40-watowych słonecznych świateł ulicznych LED

Poniższy artykuł omawia budowę interesującego 40-watowego automatycznego obwodu oświetlenia ulicznego LED, który automatycznie włącza się w nocy i wyłącza w dzień (zaprojektowany przeze mnie). W ciągu dnia wbudowana bateria jest ładowana przez panel słoneczny, po naładowaniu ta sama bateria służy do zasilania lampy LED w nocy do oświetlania ulic.

Dzisiaj panele słoneczne i ogniwa fotowoltaiczne stały się bardzo popularne i w najbliższej przyszłości prawdopodobnie zobaczymy, jak każdy z nas używa ich w taki lub inny sposób w naszym życiu. Jednym z ważnych zastosowań tych urządzeń było oświetlenie uliczne.

Omawiany obwód zawiera większość standardowych specyfikacji, poniższe dane wyjaśniają go dokładniej:

Specyfikacje lampy LED

• Napięcie: 12 V (akumulator 12 V / 26 Ah)
• Pobór prądu: 3,2 A przy 12 V,
• Zużycie energii: 39 watów na 39 nosa 1 watowych diod LED
• Intensywność światła: około 2000 lm (lumenów)

Specyfikacja ładowarki / kontrolera

• Wejście: 32 V z panelu słonecznego określonego przy napięciu obwodu otwartego około 32 V i prądzie zwarciowym od 5 do 7 A.
• Wyjście: maks. 14,3 V, prąd ograniczony do 4,4 A.
• Bateria pełna - odciąć przy 14,3 V (ustawiane przez P2).
• Słaba bateria - odciąć przy 11,04 V (ustawionym przez P1).
• Akumulator ładowany przy współczynniku C / 5 z napięciem podtrzymującym ograniczonym do 13,4 V po „całkowitym odłączeniu akumulatora”.
• Automatyczne przełączanie dzień / noc z czujnikiem LDR (ustawiane przez odpowiedni wybór R10).

W tej pierwszej części artykułu przeanalizujemy stopień ładowania / regulatora słonecznego i odpowiadający mu obwód odcinający nad / niskim napięciem, a także sekcję automatycznego wyłączania dzień / noc.

Powyższy projekt można znacznie uprościć, eliminując stopień IC 555 i łącząc tranzystor odcinający przekaźnik czasu dziennego bezpośrednio z dodatnim panelem słonecznym, jak pokazano poniżej:

Lista części

• R1, R3, R4, R12 = 10k
• R5 = 240 OHMS
• P1, P2 = ustawienie wstępne 10 K.
• P3 = 10k potencjometr lub preset
• R10 = 470 tys.,
• R9 = 2M2
• R11 = 100K
• R8 = 10 OHMS 2 WATT
• T1 ---- T4 = BC547
• A1 / A2 = 1/2 IC324
• WSZYSTKIE DIODY ZENEROWE = 4,7 V, 1/2 WAT
• D1 - D3, D6 = 1N4007
• D4, D5 = 6AMP DIOD
• IC2 = IC555
• IC1 = LM338
• PRZEKAŹNIKI = 12 V, 400 Ω, SPDT
• AKUMULATOR = 12 V, 26 Ah
• PANEL SŁONECZNY = OBWÓD OTWARTY 21 V, OBWÓD 7AMP @ OBWÓD ZWARCIOWY.

Ładowarka / kontroler słoneczny, odcięcie wysokiego / niskiego poziomu akumulatora i etapy obwodu detektora światła otoczenia:

UWAGA : Kontroler ładowania jest koniecznością dla każdego systemu oświetlenia ulicznego. W Internecie możesz znaleźć inne projekty bez tej funkcji, po prostu je zignoruj. Mogą być niebezpieczne dla baterii!

Nawiązując do powyższego schematu obwodu 40-watowego oświetlenia ulicznego, napięcie panelu jest regulowane i stabilizowane do wymaganych 14,4 woltów przez IC LM 338.

P3 służy do ustawiania napięcia wyjściowego dokładnie na 14,3 V lub gdzieś blisko niego.

R6 i R7 tworzą składowe ograniczające prąd i muszą być odpowiednio obliczone, jak omówiono w tym obwodzie regulatora napięcia panelu słonecznego .

Ustabilizowane napięcie jest następnie przykładane do sterowania napięciem / ładowaniem i powiązanych stopni.

Dwa wzmacniacze operacyjne A1 i A2 są połączone w odwrotnych konfiguracjach, co oznacza, że ​​wyjście A1 staje się wysokie, gdy wykryta zostanie z góry określona wartość przepięcia, podczas gdy wyjście A2 osiąga stan wysoki po wykryciu z góry określonego progu niskiego napięcia.

Powyższe progi wysokiego i niskiego napięcia są odpowiednio ustawiane przez zadane odpowiednio P2 i P1.

Tranzystory T1 i T2 odpowiednio reagują na powyższe wyjścia z wzmacniaczy operacyjnych i aktywują odpowiedni przekaźnik do kontrolowania poziomów naładowania podłączonego akumulatora w odniesieniu do podanych parametrów.

Przekaźnik podłączony do T1 specjalnie kontroluje limit przeładowania akumulatora.

Przekaźnik podłączony do T3 odpowiada za utrzymanie napięcia na stopniu lampy LED. Tak długo, jak napięcie akumulatora jest powyżej progu niskiego napięcia i dopóki nie ma światła otoczenia wokół systemu, przekaźnik ten utrzymuje włączoną lampę, moduł LED jest natychmiast wyłączany w przypadku niespełnienia określonych warunków.

Działanie obwodu

IC1 wraz z powiązanymi częściami tworzy obwód detektora światła, jego moc wyjściowa rośnie w obecności światła otoczenia i odwrotnie.

Załóżmy, że jest dzień i częściowo rozładowany akumulator o napięciu 11,8 V jest podłączony do odpowiednich punktów, załóż także, że odcięcie wysokiego napięcia jest ustawione na 14,4 V. Po włączeniu zasilania (z panelu słonecznego lub zewnętrznego źródła prądu stałego) akumulator zaczyna ładować się przez styki rozwierne przekaźnika.

Od dziś wyjście IC1 jest wysokie, co włącza T3. Przekaźnik podłączony do T3 utrzymuje napięcie akumulatora i uniemożliwia mu dotarcie do modułu LED, a lampa pozostaje wyłączona.

Gdy akumulator zostanie w pełni naładowany, wyjście A1 przechodzi w stan wysoki, włączając T1 i powiązany przekaźnik.

Powoduje to odłączenie akumulatora od napięcia ładowania.

Powyższa sytuacja zatrzaskuje się za pomocą napięcia zwrotnego ze styków N / O powyższego przekaźnika do podstawy T1.

Zatrzask utrzymuje się do osiągnięcia stanu niskiego napięcia, kiedy T2 włącza się, uziemiając polaryzację bazy T1 i przywracając górny przekaźnik w tryb ładowania.

Na tym kończy się nasz kontroler wysokiego / niskiego poziomu baterii i stopnie czujnika światła proponowanego 40-watowego automatycznego obwodu słonecznego systemu oświetlenia ulicznego.

Poniższe omówienie wyjaśnia procedurę wykonania obwodu modułu LED sterowanego PWM.

Poniższy obwód przedstawia moduł lampy LED składający się z 39 nos. Diody LED o wysokiej jasności 1 W / 350 mA. Cała tablica jest tworzona przez połączenie równolegle 13 szeregu połączeń składających się z 3 diod LED w każdej serii.

Jak to działa

Powyższe rozmieszczenie diod jest dość standardowe w swojej konfiguracji i nie skupia na sobie zbytniej wagi.

Faktyczną kluczową częścią tego obwodu jest sekcja IC 555, która jest skonfigurowana w typowym astabilnym trybie multiwibratora.

W tym trybie pin wyjściowy nr 3 układu scalonego generuje określone kształty fal PWM, które można regulować, ustawiając odpowiednio cykl pracy układu scalonego.

Cykl pracy tej konfiguracji jest regulowany przez ustawienie P1 zgodnie z preferencjami.

Ponieważ ustawienie P1 decyduje również o poziomie oświetlenia diod LED, należy je wykonywać ostrożnie, aby uzyskać jak najbardziej optymalne wyniki z diod LED. P1 staje się również regulatorem ściemniania modułu LED.

Włączenie konstrukcji PWM odgrywa tutaj kluczową rolę, ponieważ drastycznie zmniejsza zużycie energii podłączonych diod LED.

Gdyby moduł LED był podłączony bezpośrednio do akumulatora bez stopnia IC 555, diody LED zużywałyby pełne określone 36 watów.

Przy działającym sterowniku PWM moduł LED zużywa teraz tylko około 1/3 mocy, czyli około 12 watów, ale wydobywa maksymalne określone oświetlenie z diod LED.

Dzieje się tak, ponieważ ze względu na podawane impulsy PWM tranzystor T1 pozostaje włączony tylko przez 1/3 normalnego okresu czasu, przełączając diody LED na ten sam krótszy czas, jednak ze względu na uporczywość widzenia stwierdzamy, że diody LED są WŁĄCZONY cały czas.

Wysoka częstotliwość astable sprawia, że ​​oświetlenie jest bardzo stabilne i nie można wykryć żadnych wibracji, nawet gdy nasz wzrok jest w ruchu.

Moduł ten jest zintegrowany z omówioną wcześniej płytką sterownika słonecznego.

Plus i minus pokazanego obwodu należy po prostu podłączyć do odpowiednich punktów na płytce sterownika słonecznego.

Na tym kończy się całe wyjaśnienie proponowanego projektu 40-watowego automatycznego obwodu słonecznych lamp ulicznych LED.

Jeśli masz jakieś pytania, możesz je wyrazić w komentarzach.

AKTUALIZACJA: Powyższa teoria widzenia wysokiego oświetlenia przy mniejszym zużyciu z powodu utrzymywania się wzroku jest błędna. Niestety ten kontroler PWM działa tylko jako kontroler jasności i nic więcej!

Schemat obwodu sterownika PWM do oświetlenia ulicznego LED

Lista części

• R1 = 100K
• P1 = pula 100K
• C1 = 680 pF
• C2 = 0,01 uF
• R2 = 4K7
• T1 = TIP122
• R3 ---- R14 = 10 omów, 2 waty
• Diody LED = 1 wat, 350 mA, zimna biel
• IC1 = IC555

W ostatecznym prototypie diody zostały zamontowane na specjalnej aluminiowej płytce drukowanej typu radiator, jest to zdecydowanie zalecane, bez której żywotność diody uległaby skróceniu.

Obrazy prototypowe

Prototyp oświetlenia ulicznego autorstwa Swagatam Innovations

Najprostszy obwód świateł ulicznych

Jeśli jesteś nowicjuszem i szukasz prostego automatycznego systemu oświetlenia ulicznego, być może poniższy projekt spełni Twoje potrzeby.

Ten najprostszy automatyczny obwód oświetlenia ulicznego może być szybko zmontowany przez początkujących i zainstalowany, aby osiągnąć zamierzone rezultaty.

Zbudowany w oparciu o koncepcję aktywowaną światłem, obwód może być używany do automatycznego włączania i wyłączania lampy jezdniowej lub grupy lamp w odpowiedzi na zmieniające się poziomy oświetlenia otoczenia.

Plik jednostka elektryczna raz zbudowana może służyć do wyłączania lampy o świcie i włączania jej o zmierzchu.

Jak to działa

Obwód może być używany jako automatyczny światło działające w dzień iw nocy system kontrolera lub prosty włącznik światła. Spróbujmy zrozumieć, jak działa ten przydatny obwód i jak łatwo go skonstruować:

Nawiązując do schematu obwodu, widzimy bardzo prostą konfigurację, składającą się tylko z kilku tranzystorów i przekaźnika, który stanowi podstawową część sterującą układu.

Oczywiście nie możemy zapomnieć o LDR, który jest głównym elementem czujnikowym obwodu. Tranzystory są zasadniczo rozmieszczone w taki sposób, że oba wzajemnie się uzupełniają, co oznacza, że ​​gdy tranzystor po lewej stronie przewodzi, tranzystor po prawej stronie wyłącza się i odwrotnie.

Tranzystor T1 po lewej stronie jest skonfigurowany jako komparator napięcia za pomocą sieci rezystancyjnej. Rezystor na górnym ramieniu to LDR, a dolny rezystor ramienia to ustawienie wstępne, które służy do ustawiania wartości progowych lub poziomów. T2 jest skonfigurowany jako falownik i odwraca odpowiedź otrzymaną z T1.

Jak działa LDR

Początkowo, zakładając, że poziom światła jest mniejszy, LDR ma wysoką odporność poziom w poprzek, który nie pozwala na dostateczną ilość prądu, aby dotrzeć do podstawy tranzystora T1.

Pozwala to na nasycenie poziomu potencjału na kolektorze T2 iw konsekwencji przekaźnik pozostaje aktywny w tym stanie.

Kiedy poziom światła wzrasta i staje się wystarczająco duży na LDR, jego poziom oporu spada, co pozwala na przepłynięcie przez niego więcej prądu, który ostatecznie dociera do podstawy T1.

Jak tranzystor reaguje na LDR

Tranzystor T1 przewodzi, przyciągając swój potencjał kolektora do masy. To blokuje przewodzenie tranzystora T2, wyłączając jego przekaźnik obciążenia kolektora i podłączoną lampę.

Szczegóły zasilacza

Zasilacz to standard transformator , most, sieć kondensatorów, która dostarcza czysty DC do obwodu w celu wykonania proponowanych działań.

Cały obwód można zbudować na niewielkim kawałku płytki Vero, a cały zespół wraz z zasilaczem można umieścić w solidnej plastikowej skrzynce.

Jak pozycjonowany jest LDR

LDR musi być umieszczony na zewnątrz pudełka, co oznacza, że ​​jego powierzchnia wykrywania powinna być odsłonięta w kierunku obszaru otoczenia, z którego ma być wykrywany poziom światła.

Należy uważać, aby światło z lamp w żaden sposób nie docierało do LDR, co może skutkować fałszywymi włączeniami i oscylacjami.

Lista części

• R1, R2, R3 = 2K2,
• VR1 = ustawienie wstępne 10 K,
• C1 = 100uF / 25V,
• C2 = 10 uF / 25 V,
• D1 ---- D6 = 1N4007
• T1, T2 = BC547,
• Przekaźnik = 12 V, 400 Ohm, SPDT,
• LDR = każdy typ o rezystancji od 10 K do 47 K przy oświetleniu otoczenia.
• Transformator = 0-12 V, 200 mA

Projektowanie PCB

Korzystanie z opamp IC 741

Wyjaśniony powyżej automatyczny obwód świateł ulicznych aktywowany ciemnością można również wykonać za pomocą opamp , jak pokazano niżej:

Opis roboczy

Tutaj IC 741 jest zaprojektowany jako komparator, w którym jego nieodwracający pin # 3 jest podłączony do 10k presetu lub potencjometru w celu utworzenia wyzwalania odniesienia na tym wyprowadzeniu.

Pin # 2, który jest wejściem odwracającym układu scalonego, jest skonfigurowany z siecią dzielnika potencjału utworzoną przez rezystor zależny od światła lub LDR i rezystor 100K.

Ustawienie wstępne 10K jest wstępnie ustawione w taki sposób, że gdy światło otoczenia na LDR osiągnie żądany próg ciemności, pin # 6 przechodzi w stan wysoki. Odbywa się to z pewną wprawą i cierpliwością poprzez powolne przesuwanie presetu, aż pin # 6 osiągnie stan wysoki, co jest rozpoznawane przez włączenie podłączonego przekaźnika i świecenie czerwonej diody LED.

Należy to zrobić, tworząc poziom światła sztucznego progu ciemności na LDR w zamkniętym pomieszczeniu i używając do tego celu przyciemnionego światła.

Po ustawieniu ustawienia wstępnego można go uszczelnić klejem epoksydowym, aby regulacja pozostała niezmieniona i niezmieniona.

Następnie obwód można zamknąć w odpowiedniej puszce z adapterem 12 V do zasilania obwodu, a styki przekaźnika podłączyć do żądanej lampy drogowej.

Należy uważać, aby oświetlenie lampy nigdy nie osiągało LDR, w przeciwnym razie może prowadzić do ciągłych oscylacji lub migotania lampy, gdy tylko zostanie uruchomiona o zmierzchu.