การฟื้นฟูไฟสวนพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยไฟหลัก: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

สิ่งนี้สืบเนื่องมาจากโปรเจ็กต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟหลักก่อนหน้านี้ของฉัน แต่มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ LED Teardown ที่บันทึกไว้ก่อนหน้านี้

ตอนนี้เราทุกคนต่างออกไปซื้อมันในฤดูร้อน โคมไฟขอบดอกไม้เล็กๆ เหล่านั้นซึ่งขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์และชาร์จในระหว่างวัน และเมื่อถึงเวลากลางคืน พวกมันจะทำหน้าที่เป็นไฟสวนชายแดน แน่นอนว่าพวกมันมีชีวิตที่จำกัด การนำเข้าราคาถูกซึ่งประสบกับสภาพอากาศที่ดีของอังกฤษในอดีตด้วยชุดแบตเตอรี่ที่ล้มเหลวและบางครั้งก็ล้มเหลวเพียงแผงโซลาร์เซลล์

โดยปกติคุณซื้อสิ่งเหล่านี้เป็นแพ็คตั้งแต่ 4 ตัวขึ้นไปและแหล่งกำเนิดแสงเป็นไฟต่ำชนิดเดียวที่มีราคาถูก เมื่อตายแล้วเราก็โยนพวกเขาลงในถังขยะแล้วทิ้งไปฝังกลบ มันทำให้ฉันคิดได้ ทำไมไม่แปลงเป็นหน่วยจ่ายไฟหลักที่มีหลอด LED 10W มันจะต้องปลอดภัยแม้ว่าและได้รับการปกป้องจากสภาพอากาศและจะต้องมีราคาถูก เป็นไปได้ไหมที่ฉันสงสัยและ 10W จะมากเกินไปหรือไม่ จากภาพคุณจะเห็นว่าแหล่งกำเนิดแสงเป็นการออกแบบท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 60 มม. ของสแตนเลสและดิฟฟิวเซอร์พลาสติก บวกกับฝาปิดท่ออีกอันที่ติดด้านบน ด้วยแผงโซลาร์เซลล์ สิ่งแรกที่ฉันทำคือถอดไฟ LED สีขาวขนาดเล็กดั้งเดิมและแผงโซลาร์เซลล์สี่เหลี่ยมบนหลังคาออก แนวคิดสำหรับสิ่งนี้คือการติดตั้งไฟ LED บนเพลตที่ยึดกับฮีตซิงก์โดยหันขึ้นด้านบนผ่านช่องรับแสงของแผงโซลาร์เซลล์.

ขั้นตอนที่ 1: ข้อกำหนด LED

หลังจากซื้อ LED COB เดี่ยว 10W มาเมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันสงสัยว่ามันจะเป็นไปได้ที่จะใช้อันเดียวและใช้แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์โดยตรงจากไฟหลัก [240V UnIsolated] ผู้สมัครเป็นชิปขับโหมดบั๊กโหมดสวิตช์พลังงาน FL7701 และตัวเหนี่ยวนำ 1.4mH coilcraft. น่าเสียดายที่การแปลงจาก 240v เป็น FW ของบล็อก COB [12V] นั้นใช้งานไม่ได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากกระแสไฟที่ต้องการผ่าน COB นั้นมากกว่าที่ชิปไดรเวอร์จะสามารถรองรับได้หากคุณต้องการ 10W ชิปสามารถรองรับ 0.5A ซึ่งด้วยแรงดันไปข้างหน้า 12v จะทำให้คุณได้รับ 5W หรือประมาณนั้นเท่านั้น คุณสามารถใช้โหมดสวิตซ์ฟอร์เวิร์ดคอนเวอร์เตอร์แบบแยกส่วนซึ่งจะใช้งานได้ แต่ค่าใช้จ่ายเริ่มสูงขึ้น หลังจากที่ทั้งหมดนี้ควรจะมีราคาถูกและร่าเริง ดังนั้นฉันจะได้ 10W ด้วยกระแสไฟเพียง 0.5 A ได้อย่างไร จากการอนุรักษ์ทฤษฎีพลังงาน วิธีเดียวที่จะเพิ่มกำลังวัตต์คือการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และวิธีเดียวที่ฉันสามารถทำได้คือเพิ่มแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของไฟ LED โดยใช้มากกว่าหนึ่งตัว หากคุณดูคำแนะนำ Teardown LED ของฉันคุณจะเห็นได้ว่าทำไมพวกเขาถึงทำสิ่งนี้ในการออกแบบนั้น เรียกดูบน EBAY ฉันพบ LED 1W บางตัวพร้อมแรงดันไปข้างหน้า 0f 3V@330mA ตอนนี้ถ้าฉันใช้ 10 และต่ำกว่าวิ่ง @ 266mA ฉันจะจบลงด้วย 10 x 3 x0.266A=8W…ใกล้พอ อันเดอร์รันมีสองขั้ว ….ให้ความร้อนต่ำลง ดังนั้นจึงรักษาหรือยืดอายุการใช้งาน อุณหภูมิทางแยกที่ต่ำกว่าหมายถึงแสงที่มีความสุข

ขั้นตอนที่ 2: ฐาน LED

การดูภาพไฟสวนที่จำเป็นคือวิธีการติดตั้งไฟ LED เหล่านี้ และแน่นอนว่าหากไฟ LED จม 266mA เราจำเป็นต้องกำจัดพลังงาน 8W ที่ขวางไว้ ซึ่งจะต้องใช้ฮีทซิงค์ เส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของสแตนเลส หลอดมีขนาดเล็กกว่า 57 มม. เล็กน้อย ดังนั้นหากฉันสามารถติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดๆ ในหลอดพลาสติกที่ปิดสนิท และติดตั้งที่ด้านในของหลอด จากนั้นฉันก็สามารถติดตั้งเพลตของไฟ LED คว่ำหน้าลงที่ด้านบนของกล่องหุ้มซึ่งจะทำให้ตัวกระจายแสงส่องสว่าง.แล้วเราจะจัดไฟ LED อย่างไร?

อย่างแรกเลย ฉันตัดอลูมิเนียมวงกลมขนาด 46.5 มม. ที่มีรูตรงกลางโดยใช้เลื่อยเจาะรู [ดูรูป] และใช้เทปฮีทซิงค์สองด้านที่ปิดด้านหนึ่ง คุณสามารถหาเทปนี้ในอีเบย์และราคาถูกพอสมควร ปกติใช้สำหรับฮีทซิงค์ สิ่งที่แนบมาดูภาพ อลูมิเนียมเป็นโครงตู้จ่ายไฟแบบเก่า แต่คุณสามารถซื้อได้บนอีเบย์ ฉันใช้ชิ้นหนา 2 มม. คุณต้องปิดและป้องกันโลหะจากฐานของไฟ LED แต่ยังมีค่าการนำความร้อนที่ดี ใช้เทปความร้อนสองรอบวางขวางในมุมฉากในสองชั้น สิ่งนี้จะเปลี่ยนค่าการนำความร้อนและเราสูญเสียอีก 20 องศาเซลเซียสข้ามทางแยก แต่นั่นคือสิ่งที่ต้องใช้ ฉันจะทบทวนเรื่องนี้อีกครั้งในภายหลังและอาจดูโซลูชันการแช่น้ำที่ปิดสนิท แต่ไม่ใช่สำหรับตอนนี้

ขั้นตอนที่ 3: แผ่นฐาน

จากนั้นฉันก็ใช้ Autocad เพื่อจัดวางตำแหน่งที่ไฟ LED ต้องไปบนฐาน ดูภาพที่แนบมานี้เป็น pdf

ฉันพิมพ์การออกแบบเพื่อปรับขนาดและใช้ที่เจาะรูเพื่อสร้างเทมเพลตการติดตั้งของเลย์เอาต์เพื่อทำหน้าที่เป็นแนวทางคร่าวๆ วางสิ่งนี้บนแผ่นฐานเหนียวของฉัน ฉันวาดโครงร่างของวงกลมบนเทป

ต่อไป ฉันจัดวางไฟ LED เพื่อที่ฉันจะได้วางตำแหน่งของเทปทองแดง ซึ่งฉันจะใช้เชื่อมโยงไฟ LED บนพื้นผิวของเทปกันความร้อนที่เป็นฉนวน

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีเทปทองแดงติดที่ด้านล่างของ "กระสุน" ฉันบัดกรีมันทั้งหมดเข้าด้วยกัน แน่นอน คุณต้องแน่ใจว่าแคโทดไปที่แอโนด คุณสามารถติดมันลงและใช้ลวดเชื่อมระหว่างหมุด แม้ว่าการใช้เทปทองแดงจะช่วยกระจายความร้อนบางส่วนลงในเทป ในเรื่องของความร้อน สิ่งเหล่านี้สร้างจำนวนมากจึงต้องใช้ฮีทซิงค์ที่ค่อนข้างใหญ่ ฉันเลือกใช้ฮีทซิงค์ขนาด 40x40x30 H ซึ่งเก็บแผ่นด้านล่างไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 58-60 องศาเซลเซียส มันจึงเกิดขึ้นที่ขนาดของเขาพอดีกับชิปสุริยะที่ถอดออกอย่างเรียบร้อย ปล่อยให้ความร้อนจากความร้อนข้ามทางแยกไปยังเคสของไฟ LED ที่อุณหภูมิประมาณ 4 องศาเซลเซียส ต่อวัตต์และพูดว่า 1 องศา C ต่อวัตต์จากจานหนึ่งไปอีกเคสหนึ่ง นี่ควรหมายถึงอุณหภูมิทางแยกที่ (8x1)+4= ประมาณ 60+12 องศาเซลเซียส = 72 องศาเซลเซียส ซึ่งน่าจะสมเหตุสมผล

แรงดันไฟทั้งหมดบนไฟ LED จะเท่ากับ 10 x 3v หรือประมาณนั้น ดังนั้นขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบกระแสไฟผ่านพวกมัน

PDF ที่แนบมามีโครงร่างเพื่อใช้เป็นเทมเพลต แต่คุณสามารถออกแบบเองได้เสมอ

ชำระเงินไฟล์แนบ easam ซึ่งคุณสามารถดาวน์โหลด eviewer เพื่ออ่าน

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบบนสุด

เราพูดไปก่อนหน้านี้ว่าเราจะใช้ชิปไดรเวอร์ FL7701 สำหรับสิ่งนี้ และเล่นกับผู้ออกแบบสเปรดชีต xcel ก็ได้ชุดของตัวเลขที่อาจใช้ได้ กุญแจสำคัญในการแปลงบั๊กคือการทำให้ระลอกคลื่นลดลงเป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลเมื่อพิจารณาจากค่า RMS ที่เราต้องการ Ripple มีผลกระทบโดยตรงต่อขนาดตัวเหนี่ยวนำและความถี่ของการทำงานซึ่งส่งผลทางอ้อม ดังนั้นหากเราเพิ่มระลอกคลื่นเราต้องเพิ่มขนาดตัวเหนี่ยวนำและวิธีเดียวที่จะลดการเหนี่ยวนำที่ต้องการคือการเพิ่มความถี่ ดูภาพที่แนบมาซึ่งแสดงรายการสิ่งที่ฉันวนซ้ำและเป็นกุญแจสำคัญในค่าบนแผนผัง

นี่คือไฟ LED ที่บัดกรีวางทับเทมเพลตของฉันก่อนที่จะติดมัน สังเกตการใช้ฮีทซิงค์ซึ่งมีแผ่นติดอยู่ที่ด้านล่างพร้อมกับไฟ LED ที่ติดตั้งอยู่

การเพิ่มกระแสเป็น 266mA RMS โดยการปรับกระแสสูงสุดเป็น 500mA ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 30v ข้ามไฟ LED ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าใกล้เคียงกับ 3v ไปข้างหน้าจริง ๆ หากเรามีไฟ LED 10 ดวง โปรดทราบว่าการคำนวณคาดว่าจะอยู่ที่ 286mA ในขณะที่ในความเป็นจริงเราจัดการเพียง 266 เท่านั้นความถี่ควรเป็น 101Khz อย่างไรก็ตามการดูขอบเขตดูเหมือนจะไม่ค่อยดีนัก ฉันจะพูดถึงแผนผังและไดรเวอร์และรูปคลื่นในขั้นตอนต่อไป

ดังนั้นการเสียบปลั๊กไฟบนฐานจึงสว่างขึ้นราวกับต้นคริสต์มาส บันทึกย่อเกี่ยวกับความปลอดภัย นี่คือการออกแบบที่ไม่แยกออกมา ดังนั้นทุกสิ่งที่สามารถยกระดับได้ถึงระดับไฟหลักต้องมีการต่อสายดินอย่างทั่วถึง ซึ่งจะรวมถึงฮีทซิงค์ซึ่งหากคุณดูดีๆ จะมีรูสองสามรูที่ต้องทำให้เรียวในตัวเองโดยใช้แท็ก Earth กับฮีทซิงค์และงานโลหะสแตนเลสและสายดินหลักที่เข้ามา ระวังสายไฟของไฟ LED ที่ไม่มีการลัดวงจรระหว่างไฟ LED กับกราวด์ หากทำได้มากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ออกแบบไว้จะปรากฏขึ้นบนไฟ LED และจะทำลายอย่างรวดเร็ว ฉันมีการตั้งค่าการทดสอบที่มีหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกไฟหลัก แต่เมื่อเชื่อมต่อโดยตรงกับไฟหลัก ด้านหนึ่งของตัวเหนี่ยวนำจะมีศักย์ไฟฟ้าหลัก ซึ่งหากเชื่อมต่อ สำหรับชิ้นส่วนโลหะที่แยกออกมาจะเป็นอันตราย

ขั้นตอนที่ 5: การทดสอบและแผนผัง

ลองย้อนกลับไปดูว่าเราต้องใช้อะไรบ้างในการขับเคลื่อนไฟ LED เราได้กล่าวไปแล้วว่าเราจำเป็นต้องรองรับ 266mA หรือประมาณนั้น เราจึงทำตัวเลขไปแล้ว

อ้างถึงบันทึกแผนผังต่อไปนี้:

ขาเข้าผ่านฟิวส์ 1 ไปยังวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์จากนั้นจึงกรองตัวเหนี่ยวนำด้วย c สองตัว

D1 เป็นไดโอดกู้คืนและหมายถึงการเพิ่มกระแสลงบนตัวเหนี่ยวนำ ประตู Q1 ถูกขับเคลื่อนด้วยพิน 2 ของ FL7701 ผ่าน R3 โดยที่ D2 ช่วยกวาดประจุออกจากเกตในจังหวะลบของ FL7701 ความถี่ของเอาต์พุตถูกกำหนดโดย R5/R4 พินคู่มีดีคัปปลิ้งและ CS pin..pin1 เป็นความรู้สึกปัจจุบันซึ่งกำลังตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและด้วยเหตุนี้กระแสผ่าน R6 อ้างอิงถึงกระแสสูงสุดใน R6 ที่ 0.5A ซึ่งจะทำให้ IC รีเซ็ตและลาดลงพร้อมสำหรับ งวดต่อไป สังเกตสิ่งที่ขาดหายไปในวงจรนี้ ไม่มีข้อกำหนดสำหรับแคป DC วงจรเรียงกระแสขนาดใหญ่สำหรับอินพุต FL7701 ดูแลรูปแบบอินพุตภายในอย่างชาญฉลาด เนื่องจากโดยปกติแล้วจะเป็นชิ้นส่วนที่มีราคาแพง ซึ่งจะช่วยประหยัดค่าใช้จ่าย เมื่อติดตั้ง PCB แล้ว ฉันก็ตรวจสอบการกระเพื่อม การใช้โพรบปัจจุบันบนแคโทดของบล็อกนำทำให้เกิดการกระเพื่อมเป็น 150mA และกระแสเฉลี่ยที่ใช้มิเตอร์วัดได้ประมาณ 260mA. นี่คือค่าสูงสุดที่ 100mA สำหรับไฟ LED และปล่อยให้เย็นลงซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งาน วัดความถี่เป็น 81Khz และลดลงเป็น 1.71us นี่คือความสามารถของชิป/ตัวเหนี่ยวนำ 13% ดังนั้นจึงน่าจะใช้ได้ จุดเริ่มต้นสำหรับการออกแบบทั้งหมดนี้อยู่ที่การใช้ 1.4mH จากตัวเหนี่ยวนำคอยล์คราฟต์ชั้นวาง

ขั้นตอนที่ 6: การสร้าง PCB

โปรดทราบว่ารูปภาพเป็นของบอร์ดต้นแบบซึ่งมีข้อผิดพลาดบางอย่างซึ่งฉันแก้ไขบนเลย์เอาต์ pcb ที่อัปโหลดใหม่ สังเกตจัมเปอร์บนมันเพื่อปัดหมุดที่ไม่ถูกต้อง….doh สิ่งนี้ทำให้เกิดการระเบิดก่อนที่ฉันจะตระหนักถึงข้อผิดพลาด…คงจะเหนื่อย!

มีด้านบนสองสามอันและด้านล่างหนึ่งอัน

ขั้นตอนที่ 7: นำทุกอย่างมารวมกัน

ดังนั้นที่นี่จึงถูก slotted เข้าด้วยกัน ฉันจะแนบรายการ BOM ของชิ้นส่วนทั้งหมดที่จำเป็นในภายหลัง บางสิ่งที่ต้องระวัง ฉันต่อสายดินของฮีทซิงค์ที่ด้านบนและป้อนผ่านยูนิตไปยังจุดต่อสายดินที่ด้านล่าง จากนั้นต่อสายดินกลับไปที่แหล่งจ่าย ระวังสิ่งนี้ แคโทดของ LED สุดท้ายคือ 30V หรือต่ำกว่าแรงดันไฟหลักสูงสุดที่ 310V สิ่งนี้จะเจ็บหากสัมผัสจะต้องถูกแยกออกจากกันและชิ้นส่วนโลหะใด ๆ ที่อาจสัมผัสถูกยึดติดกับพื้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีเส้นทางที่ชัดเจนสำหรับกระแสไฟฟ้าขัดข้อง สังเกตการใช้ต่อมสายเคเบิลด้านบนและด้านล่างเพื่อหยุดน้ำใด ๆ ที่พบ ทางเข้าสู่อุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ สกรูดินที่ด้านล่างทำหน้าที่เป็นตัวหยุดสำหรับ "กระป๋อง" หลัก และมีรูระบายน้ำในกรณีที่มีความชื้นเข้ามา นี่ไม่ใช่ภาชนะกันน้ำ แต่ไฟหลักถูกเก็บไว้ให้พ้นมือจากนิ้วมือและ รูระบายน้ำอยู่เหนือระดับพื้นดิน ฮีทซิงค์ด้านบนต้องการการปิดผนึกบางส่วนและยังคงต้องทำให้เสร็จ ฉันตั้งใจที่จะนำสิ่งนี้ออกไปในสวนสำหรับฤดูร้อนและอาจเพิ่มอย่างอื่นในภายหลัง