Solarny układ automatycznego oświetlenia parasola ogrodowego

Tym razem postanowiłem wykonać układ, który automatycznie zapala diody LED w parasolu ogrodowym. Ponieważ w pobliżu nie ma gniazda sieciowego, a ciągłe rozciąganie przedłużacza byłoby uciążliwe, postanowiłem w tym celu dodatkowo wykorzystać baterię słoneczną
oraz akumulatorki. Kiedyś na blogu pokazywałem bardzo podobny układ, który zapalał mi półkę w szafce. Z układem tym byłby jednak problem, ponieważ do oświetlenia stołu potrzeba więcej światła, niż do oświetlenia szklanej półki. Z kolei zastosowanie źródła światła o większej mocy spowoduje szybsze wyładowanie się akumulatora, który może się uszkodzić, poprzez zbyt głębokie rozładowanie ogniw. Aby do tego nie dopuścić, postanowiłem stworzyć prosty układ zabezpieczający przed zbyt głębokim rozładowaniem akumulatora na bazie TL431. Z kolei bateria słoneczna posłużyła również jako czujnik zmierzchowy, co na dodatek uprościło cały układ.

Projekt płytki automatycznego solarnego oświetlenia 

Płytka ma wymiary 40/45mm. Dodatkowo zostały dodane dwa otwory montażowe. Cały układ jest zasilany z trzech akumulatorków Ni-MH ( 1.2V/1000mAh na cele). Do ładowania ich służy bateria słoneczna o napięciu znamionowym 5V i wydajności prądowej do 80mA. Bateria słoneczna ładuje poprzez diodę prostowniczą D1 akumulatorki. Układ nie posiada zabezpieczenia przed przeładowaniem akumulatorków z tego względu, że w takiej konfiguracji przeładowanie jest po prostu niemożliwe. Pakiet składa się z trzech akumulatorków. W pełni naładowany powinien mieć napięcie ok. 4.2-4.35V (przyjmuje się 1.4V-1.45V na cele). Bateria słoneczna wytwarza napięcie 5V, ale następuje spadek na diodzie prostowniczej 0.7V, co daje nam napięcie 4.3V na pakiet akumulatorków.
Tranzystor Q1 odpowiada za załączenie układu w nocy i wyłączenie go przez dzień. Baza tego tranzystora podłączona jest poprzez rezystor 2.2K do dodatniego bieguna baterii słonecznej. Gdy bateria słoneczna nie wytwarza energii lub jest ona zbyt mała, obwód zamyka się przez nią, otwierając tranzystor Q1. Wówczas masa na nóżce konfiguracyjnej ("REF") układu TL431 popłynie tylko przez rezystor R4, który tworzy dzielnik napięcia razem z rezystorami R2 i R3. Natomiast tranzystor Q2 jest tranzystorem wykonawczym, do którego podłączone jest obciążenie w postaci diod LED. Aby układ działał prawidłowo nie można pominąć rezystora R5, którego zadaniem jest podciągnięcie bazy tranzystora Q2 do VCC. Z obliczeń dla takiego napięcia wychodzi, że rezystor ten powinien mieć wartość jedynie 100ohm. Dobierając rezystor o tej wartości układ działa bardzo szybko. Problem jest taki, że rezystor ten ma mała wartość i przez niego płyną bardzo duży prąd jak na tego typu układ. Całkowity prąd jaki pobierał układ to aż 23mA! Postanowiłem ten rezystor wymienić na rezystor o większej wartości. Ostatecznie umieściłem tam rezystor o wartości 1K. Teraz odłączenie obciążenia nie jest takie gwałtowne, ale prąd pobierany przez cały układ zmalał do 8mA.

Płytka automatycznego oświetlenia solarnego

Oczywiście prąd wartości 8mA pobierany jest tylko w momencie, gdy bateria słoneczna znajduje się w ciemnym miejscu - czyli po prostu w nocy i gdy świecą diody LED.  Jest to również maksymalny prąd, który jest pobierany z akumulatorków przy napięciu 4.2V. Napięcie odłączenia obciążenia ustawiłem na 2.9V. Wartość graniczna dla jednego ogniwa to 0.9V, co po podłączeniu trzech takich ogniw szeregowo daje nam 2.7V, a zatem mamy jeszcze w zapasie 0.2V. Układ po rozłączeniu obciążenia (czyli 2.9V i niżej) pobiera już tylko 50uA. Identyczny prąd pobierany jest, gdy bateria słoneczna ładuje akumulatorki.
Układ jest bardzo czuły na światło, ale nie na tyle, aby światło uliczne powodowało brak wykrycia zmierzchu. Od chwili wykrycia zmierzchu do zapalenia diody LED w 100% mijają ok. 2min. Tranzystor wykonawczy to BC327, który pozwala na obciążenie aż do 0.8A. Usuwając z układu tranzystor Q1, rezystor R1 oraz diodę prostowniczą D1 uzyskujemy po prostu układ zabezpieczenia akumulatorka przed rozładowaniem. Taki układ może posłużyć do wyłączenia obciążenia dla akumulatorków typu Li-Ion lub Li-Pol. Można go wykorzystać np. w latarce. Istnieje również możliwość stworzenia tego układu na inne napięcia, wystarczy w tym celu obliczyć dzielnik napięcia. Wzory oraz przykładowe obliczenia znajdują się TUTAJ.

Schemat:

Schemat automatycznego oświetlenia solarnego

Wykaz części:
rezystory: 3x1K, 2.2K, 15K. 100K | tranzystory: BC547, BC327 (lub podobne) | układ TL431 | dioda prostownicza 1N4007 (lub podobna) | kondensator 100uF

Pobierz:

Wzór ścieżek i opis przygotowany do naniesienia na płytkę PCB oraz schemat i podglądowy widok płytki.