Restauración de luz solar de jardín alimentada por red: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Esto realmente es una continuación de algunos de mis proyectos anteriores alimentados por la red eléctrica, pero está estrechamente relacionado con el desmontaje de LED documentado anteriormente.

Ahora todos hemos salido a comprarlos en el verano, esas pequeñas luces de borde de flores que funcionan con energía solar y se cargan durante el día y una vez que comienza la noche actúan como una luz de jardín de borde. importaciones baratas que sufren en el buen tiempo británico con paquetes de baterías defectuosos y, a veces, simplemente paneles solares defectuosos.

Normalmente, estas cosas se compran en paquetes de 4 o más y la fuente de luz es un solo LED de baja potencia del tipo económico. Una vez muertos los tiramos a la basura y se van al vertedero. Bueno, me hizo pensar, ¿por qué no convertirlo en una unidad con alimentación de red con 10W de LED? Sin embargo, tendría que ser seguro y estar protegido del clima y debe ser barato. ¿Podría hacerse, me preguntaba, y 10W sería demasiado? En las imágenes se puede ver que la fuente de la luz es un diseño tubular de aproximadamente 60 mm de diámetro de acero inoxidable y un difusor de plástico, además de otra tapa tubular que encaja en la parte superior. con el panel solar adentro. Lo primero que hice fue quitar el pequeño led blanco original y el panel solar cuadrado en el techo. La idea para esto es montar los leds en una placa fijada a un disipador de calor mirando hacia arriba a través de la abertura del panel solar..

Paso 1: la especificación del LED

Habiendo comprado recientemente algunos LED COB individuales de 10W, me preguntaba si sería posible usar uno solo y usar una fuente de alimentación conmutada directamente desde la red eléctrica [240V UnIsolated].. Desafortunadamente, la conversión de 240v al FW del bloque COB [12V] no funciona fácilmente ya que la corriente requerida a través del COB es mucho mayor que la que el chip del controlador puede manejar si desea 10W. El chip puede manejar 0.5A que con un voltaje directo de 12v solo te llevaría a 5W o más o menos. Podría usar un modo de cambio de convertidor directo con aislamiento que haría el trabajo, pero el costo comienza a dispararse, después de todo se suponía que esto era barato y alegre. Entonces, ¿cómo podría obtener 10W con solo 0.5 A de corriente? Bueno, dada la teoría de la conservación de la energía, la única forma de aumentar el vataje es aumentar el voltaje, y la única forma en que podría hacerlo sería aumentar el voltaje directo de los LED utilizando más de uno de ellos. Si miras mi instructable LED Teardown, puedes ver por qué hicieron esto en ese diseño. Navegando en EBAY, encontré fácilmente algunos LED de 1W con un voltaje directo de 0f 3V @ 330mA. Ahora, si usé 10 y menos los ejecuté a 266mA, terminaría con 10 x 3 x0.266A = 8W … lo suficientemente cerca. El empotramiento tiene un enfoque de dos polos … mantiene el calor bajo y por lo tanto preserva o extiende la vida. Una temperatura de unión más baja significa luces felices.

Paso 2: la base LED

Al mirar las imágenes de la luz del jardín, lo que se necesita es un método de montaje de estos LED y, por supuesto, si se hunden 266 mA, debemos deshacernos de 8 W de energía a través de ellos, lo que requerirá un disipador de calor. El tubo es un poco menos de 57 mm, por lo que si pudiera montar cualquiera de los componentes electrónicos en un tubo de plástico sellado e instalarlo en el interior del tubo, podría montar la placa de leds mirando hacia abajo en la parte superior del gabinete que luego iluminaría el difusor Entonces, ¿cómo arreglaríamos los leds?

En primer lugar, corté un círculo de aluminio de 46,5 mm con un orificio central usando una sierra de perforación [ver foto] y usando una cinta de doble cara para disipador de calor cubierto por un lado. Puede obtener esta cinta en eBay y es bastante barata, normalmente se usa para disipador de calor adjunto ver imagen. El aluminio era una carcasa de fuente de alimentación antigua, pero probablemente puedas comprarla en eBay. Utilicé una pieza de 2mm de grosor. Necesitas cubrir y aislar el metal de la base del led pero aún tener buena conductividad térmica. Usa una doble vuelta de cinta térmica colocada ortogonalmente en dos capas. Esto cambiará la conductividad térmica y perderemos otros 20 grados C en la unión, pero eso es lo que se necesita. Revisaré esto más adelante y tal vez busque una solución de aqualusion completamente sellada, pero no por ahora.

Paso 3: BasePlate

Luego utilicé Autocad para diseñar dónde deben ir los leds en la base. Vea las imágenes de este adjunto como pdf.

Imprimí el diseño a escala y usé una perforadora para hacer una plantilla de montaje del diseño para que actuara como una guía aproximada. Colocando esto sobre mi placa base adhesiva, dibujé el contorno de los círculos en la cinta.

A continuación, dispuse los leds para conseguir un posicionamiento de una cinta de cobre que usaría para unir los leds en la superficie de la cinta térmica aislante.

Asegurándome de que no se violó ninguna cinta de cobre en la parte inferior de la "babosa", los soldé todos juntos. Por supuesto, debe asegurarse de que los cátodos vayan a los ánodos. Puede simplemente pegarlos y usar un cable de conexión entre los pines, aunque el uso de cinta de cobre ayuda a disipar parte del calor en la cinta. En cuanto al calor, estos generan mucho, por lo que se necesita un disipador de calor bastante grande. Opté por un disipador de calor de 40x40x30 H que mantiene la placa inferior a alrededor de 58-60 grados C. Sucede que su tamaño encaja perfectamente en el chip solar eliminado, lo que permite que el calor térmico a través de la unión a la carcasa del led sea de aproximadamente 4 grados c por vatio y digamos 1 grado C por vatio de placa a caja, esto debería significar una temperatura de unión de (8x1) + 4 = aprox. 60 + 12 grados C = 72 grados C que debería ser razonable.

El voltaje total a través de los leds será de 10 x 3v o más o menos, por lo que la siguiente etapa será probar la corriente a través de ellos.

El PDF adjunto tiene un esquema para usar como plantilla, pero siempre puede hacer su propio diseño.

Consulte el archivo adjunto de easam que puede descargar el visor para leerlo detenidamente.

Paso 4: Ensamblaje superior

Dijimos anteriormente que usaríamos un chip controlador FL7701 para esto y jugando con el diseñador de la hoja de cálculo xcel se nos ocurrió un conjunto de cifras que podrían funcionar. La clave del convertidor reductor era conseguir que la ondulación llegara a algo razonable dado el valor RMS que necesitábamos. La ondulación tiene una relación directa con el tamaño del inductor y la frecuencia de funcionamiento, un efecto indirecto. Entonces, si aumentamos la ondulación, tenemos que aumentar el tamaño del inductor y la única forma de reducir la inductancia requerida es aumentar la frecuencia. Vea la imagen adjunta que enumera lo que estaba iterando y era clave para los valores en el esquema.

Aquí están los LED soldados colocados sobre mi plantilla antes de pegarlos. Nótese el uso del disipador de calor que tiene la placa pegada al fondo con los leds montados.

Aumentar la corriente a 266mA RMS ajustando la corriente máxima a 500mA establece el voltaje en un poco más de 30v a través de los leds, lo que implica que el voltaje en realidad estaba cerca de 3v hacia adelante si tenemos 10 leds. Tenga en cuenta que el cálculo esperaba 286mA, mientras que en realidad solo logramos 266. La frecuencia debería haber sido 101Khz, sin embargo, mirar el alcance parecía un poco inferior. Discutiré el esquema y el controlador y las formas de onda en el siguiente paso.

Así que enchufar la placa de base se iluminó como un árbol de Navidad. Nota rápida aquí sobre seguridad. Este es un diseño no aislado, por lo que todo lo que pueda elevarse al nivel de la red eléctrica debe conectarse a tierra a fondo. Esto incluirá el disipador de calor que, si observa con atención, tiene un par de orificios que deben autoajustarse mediante una etiqueta de tierra al disipador de calor y la estructura metálica de acero inoxidable y la toma de tierra de la red entrante. Tenga cuidado con el cableado de los leds para que no se produzca ningún cortocircuito entre los leds y tierra. Si lo hace, entonces aparece un voltaje mayor que el diseñado en los leds y los destruirá rápidamente. Tengo una configuración de prueba que tiene un transformador de aislamiento de la red, pero cuando se conecta directamente a la red, un lado del inductor está al potencial de la red, que si se conecta a cualquier pieza aislada de metal sería un peligro.

Paso 5: prueba y esquema

Así que démos un salto atrás y miremos lo que necesitamos para conducir los leds. Ya dijimos que necesitamos soportar 266mA o más o menos, así que ya hemos hecho los números.

Refiriéndose al esquema, observe lo siguiente:

Entrante a través del fusible 1 al rectificador de puente y luego al inductor de filtro con dos c.

D1 es el diodo de recuperación y el medio para reducir la corriente en el inductor. La puerta Q1 es impulsada por el pin 2 de FL7701 a través de R3 con D2 ayudando a barrer la carga fuera de la puerta en la carrera negativa del FL7701. La frecuencia de la salida es establecida por R5 / R4. Un par de pines tienen algo de desacoplamiento y el pin CS … pin1 es el sentido de corriente que está monitoreando el voltaje y, por lo tanto, la corriente a través de R6. Consulte la corriente máxima en R6 de 0.5A que hará que el IC se reinicie y disminuya para que esté listo para el siguiente en punto Observe lo que falta en este circuito. No se requiere una tapa de CC de rectificador grande para la entrada. El FL7701 se encarga inteligentemente de las variaciones de entrada internamente. Dado que esta suele ser una pieza costosa, ayuda a ahorrar costos. Una vez que se llenó la PCB, verifiqué la ondulación. El uso de una sonda de corriente en el cátodo del bloque de led dio una ondulación de 150 mA y la corriente promedio con el medidor se midió como aprox. 260mA. Esto es 100 mA por debajo del máximo para los leds y les permite funcionar a una temperatura más baja, lo que prolonga su vida útil. La frecuencia se midió en 81 kHz y se redujo en 1,71us. Esto es el 13% de las capacidades del chip / inductor, por lo que debería estar bien. El punto de partida para todo este diseño fue el uso de un inductor de bobina de 1,4 mH estándar.

Paso 6: Construcción de PCB

Tenga en cuenta que las imágenes son de la placa prototipo que tenía algunos errores que corrigí en los nuevos diseños de pcb cargados. Tenga en cuenta los saltadores en él para sortear algunos clavos incorrectos ….doh. Esto causó algunas explosiones antes de que me diera cuenta del error … ¡debe haber estado cansado!

Hay un par de la parte superior y una de la parte inferior.

Paso 7: Poniéndolo todo junto

Así que aquí está encajado, adjuntaré una lista de BOM de todas las piezas necesarias más adelante. Algunas cosas a tener en cuenta. Conecté a tierra el disipador de calor en la parte superior y lo alimenté a través de la unidad hasta un punto de conexión a tierra en la parte inferior, que luego se conecta a tierra de nuevo al suministro. Tenga cuidado con esto. El cátodo del LED final está aproximadamente 30 V por debajo del voltaje máximo de la red eléctrica de 310 V. Esto dolerá si se toca, por lo que debe mantenerse aislado y todas las partes metálicas que puedan entrar en contacto atornilladas a tierra para garantizar un camino despejado para la corriente de falla. camino a la electrónica. El tornillo de tierra en la parte inferior actúa como un tope para el "recipiente" de la red y hay un orificio de drenaje en caso de que entre humedad. Este no es un recipiente impermeable, pero la red se mantiene alejada de los dedos y la El orificio de drenaje está muy por encima del nivel del suelo. El disipador de calor superior necesita un poco de sellado alrededor de la parte superior y esto aún no se ha completado. Tengo la intención de poner esto en el jardín durante el verano y probablemente agregar algunos otros más adelante.