Устройство и принцип работы

Если вы думаете что конструкция осветительных приборов очень сложная, то вы глубоко заблуждаетесь.

Осветительный фонарь состоит из нескольких элементов:

• Пластмассового или металлического основания.
• Аккумулятора работающего на батарейках или при помощи солнечного света.
• Микросхемы.
• Включатели и выключатели.

Плюсы и минусы приборов на солнечных батареях

Давайте разберём основные преимущества солнечных светильников. Данные светильники являются полностью экологически чистыми, даже несмотря на то, что их основа может быть сделана из пластмассы.

Технологии не стоят на месте, а постоянно развиваются, поэтому несколько лет назад в Японии была разработана экологически чистая пластмасса.

Следующим достоинством является экономичность светильников. Для их постоянной работы не нужны батарейки и другие приспособления

особенности, принцип действия, плюсы и минусы, устройство, установка

Еще не так давно альтернативные источники питания были за гранью фантастики. Сейчас же пользоваться ими доступно практически каждому, у кого есть приличный источник дохода. Возможным стало освещать улицы фонарями, в конструкции которых входят солнечные батареи. Такие осветительные устройства можно увидеть практически в каждом загородном доме знаменитостей. Однако, сегодня они доступны и обыкновенным людям. Фонари на солнечных батареях смотрятся очень эстетично. Ведь можно навсегда забыть о бесконечных проводах, которые «торчат» по всему участку, тем самым портя весь внешний вид ландшафта.

Как устроены уличные фонари на солнечной батарее

Эволюция применения солнечных батарей очевидна. Изначально они разрабатывались для нужд космической промышленности, а сегодня повсюду используются для удовлетворения потребностей в тепле и свете любого человека. С особой эффективностью они применяются в системе уличного освещения.

Несмотря на то, что такие уличные фонари существенно различаются по внешнему виду, все они устроены практически одинаково. Состоят они из корпуса, внутри которого находится светодиодная лампа, непосредственно солнечной батареи, аккумулятора или аккумуляторной батарейки, контроллера (автоматического включателя) и основания (опоры).

Принцип действия уличных фонарей

При пасмурной погоде светильники также будут заряжаться за счет дневного рассеянного света, однако, время их последующей работы будет немного меньше. Лампа включается и выключается автоматически, реагируя на естественное освещение улицы. Выключаясь, она переходит в режим подзарядки. При необходимости фонари можно включать или выключать дополнительным выключателем, которым снабжены все модели. Фонари оборудованы достаточно экономными лампами, но при этом по яркости они совершенно не уступают люминесцентным лампам.

Особенности фонарей на солнечных батареях

Светодиодная лампа заряжается за счет никель-кадмиевой батареи, которая в среднем обладает мощностью в 600 — 700 мА в час. Находящаяся внутри прибора панель на протяжении дня поглощает солнечную энергию, затем преобразовывает ее в электрическую. За счет светочувствительного элемента, расположенного внутри фонаря, он может самостоятельно включаться при наступлении сумерек. Именно экономные светодиоды средней мощности в 0,06 Вт воспроизводят свет. Уличный фонарь, как правило, обустроен несколькими такими светодиодами, поэтому светить он может до 100 тыс. часов. Погода в ночное время никаким образом не влияет на качество освещения такими устройствами. Главное, чтобы они накопили достаточно энергии днем. Такие фонари не боятся ни ливневых дождей, ни заснеженных бурь. Работать они будут при любом климате, ведь они имеют достаточно широкий диапазон температур (от -50 до +50 градусов).

Светодиодные фонари изготавливаются из различных материалов. Обычно их изготавливают из:

• литой бронзы;
• прозрачного стекла;
• легкой стали;
• привлекательного ротанга;
• натурального бамбука и других материалов.

За счет такого многообразия светильники нередко служат привлекательными элементами декора. Плафон фонарей надежно защищает их от проникновения пыли или влаги. Уровень защиты плафона указан на упаковке. Обозначается он буквами IP и набором цифр. Чем больше цифр на упаковке, тем выше степень защиты светильника. Уличные фонари, оборудованные солнечными батареями, имеют достаточно длительный срок эксплуатации. Дополнительное удобство достигается за счет возможности управления такими фонарями при помощи специальных пультов.

Преимущества и недостатки уличных фонарей

Главным плюсом таких светильников является встроенная солнечная батарея. Также устройство фонаря не предполагает наличие каких-либо подвижных элементов, из-за чего он практически неуязвим. Солнечные батареи не требуют специального ухода. Их не нужно заправлять топливом, проводить профилактическое обслуживание.

Срок эксплуатации таких светильников хоть и ограничен временными рамками, но все же достаточно велик. Уличные фонари без особых перебоев в работе будут освещать территорию около 25 лет. В то время как их бытовые «братья» смогут делать это всего около 10 лет. Известно, что никель-кадмиевая батарея, встроенная в светильник, имеет срок службы до 15 лет. Наличие светодиодов мощностью 0,06 Вт позволяет осветительному прибору в общей сложности проработать около 100 000 часов. Даже при ежедневной 8−10 часовой эксплуатации, такой светильник может прослужить до 27 лет.

Такие светильники имеют достаточно привлекательный дизайн. Промышленные фонари, которые призваны освещать целые улицы и парки, как правило, изготавливаются из стали. А светильники, предназначенные для освещения придомовых территорий частных владений, могут быть выполнены из бамбука, бронзы или стекла.

Использование таких осветительных приборов позволяет существенно экономить финансовые ресурсы. Так как прокладка и обустройство линий электропередач стоит гораздо дороже. Также неоспоримым плюсом является экологичность таких осветительных систем.

Практически все недостатки использования уличных фонарей сводятся к :

• Непостоянное наличие солнечного света. Для регионов, в которых редко показывается солнышко, такие устройства будут менее эффективными, нежели в странах, где круглогодично светит мягкое солнце.
• Из-за слишком холодной погоды, аккумулятор подвержен сбоям. Однако это может произойти и при длительной жаре, которая может привести к перегреву полупроводникового устройства. При таком положении эффективность прибора будет снижаться и повышается риск того, что прибор и вовсе выйдет из строя.
• В жаркую погоду лучше всего устанавливать дополнительную систему охлаждения. Солнечные батареи избирательны в поглощении энергии. Она должна быть определенной частоты.
• Защитное стекло, уберегающее прибор от попадания пыли и влаги со временем может загрязняться, что также понижает эффективность работы прибора. Поэтому за ним все-таки необходим уход.

Устройство светильника на солнечной батарее

Сфера использования уличных фонарей на солнечных батареях

В зависимости от своей конфигурации и способу установки, они подразделяются на следующие категории:

• Освещение дорожек для прохода к дому осуществляется небольшими фонариками на коротких ножках, которые втыкают прямо в почву.
• Для освещения больших площадей используют лампы на длинных ножках. Чаще всего их устанавливают возле крыльца поближе к дому.
• Для освещения беседок или крыльца используют небольшие подвесные фонарики.
• Для украшения ландшафтных элементов используют небольшие декоративные светильники. Наиболее популярны сегодня переносные уличные фонарики, которые можно использовать в любом месте, где есть необходимость в освещении.
• Большими уличными фонарями можно освещать целые улицы, парки и скверы. Однако установкой таких приборов должно заниматься государство.

Как установить уличные фонари на солнечной батарее?

Ухаживать за такими осветительными приборами не составляет особого труда. Также и установка достаточно проста. Необходимо всего лишь расположить такой светильник в наиболее солнечных местах. Если это невозможно, тогда следует вывешивать на солнце только автономную лампу, которую можно переносить.

Светильники, оснащенные солнечными батареями, несомненно, полезное приобретение. С помощью этих приборов вы решите множество проблем по обустройству вашего приусадебного ландшафта. Уже в скором времени светильники полностью себя окупят и позволят вам экономить немалые денежные средства!

Как сделать солнечный фонарик своими руками (часть 1) / Habr

Солнечные фонарики можно смело разделить на несколько групп, это «авторские», сделанные из каких — то достаточно уникальных вещей и остроумные по задумке, мини — прожекторы, предназначенные для освещения по направлению, или подсветки сверху цветочных клумб и рядовые солдаты дачного освещения — классические фонарики на столбике предназначенные для освещения дорожек. Как и из чего их можно сделать я расскажу в данной статье. Также будет рассмотрено несколько вариантов исполнения электроники для тенистых участков сада, где подзарядка фонарика от солнца затруднена и яркостью освещения придётся немного поступиться.

А вот так выглядит фонарик с плафоном из простой прозрачной рюмки:

А вообще включив фантазию, в качестве плафонов можно также применить совершенно неожиданные стеклянные или пластиковые предметы. Это может быть закончившаяся мельница от приправы:

Или маленькая баночка из-под нескафе:

Баночка от детского питания:

Или даже круглая бутылка из-под водки:

А это исторические фотографии одного из самых первых фонариков сделанного из бутылки из-под крымской граппы и уже давно разбившегося:

Для того чтобы показать основные моменты сборки, я изготовил небольшую партию из четырёх фонариков:

В качестве «мальчиков для битья» на фотографии слева фонарик из Глобуса, справа из Леруа.
В качестве плафонов использовались недорогие рифлёные рюмки, купленные в Глобусе:

В донышке рюмки сверлим отверстие диаметром 6 — 8 миллиметров сверлом по керамограниту, например таким:

Удобнее всего сверлить на сверлильном станке, выставив обороты в пределах 800 – 1000 и опустив рюмку в неглубокую ёмкость с водой для лучшего охлаждения. Но на крайний случай сгодится обычный шуруповёрт, собственно им я практически все свои плафоны для фонариков и сверлил. При сверлении обязательно придерживайте стеклянную деталь рукой одетой в матерчатую защитную перчатку, чтобы не порезаться, если от излишнего усилия, или внутреннего напряжения стекло лопнет. Но в тоже время будьте внимательны, чтобы перчатку не намотало на сверло.

Основание для солнечной батареи вырезается из листового ПВХ пластика толщиной 5 – 6 мм при помощи электролобзика, или как в моём случае на ЧПУ:

Этот пластик широко применяется в рекламе и его обрезками можно разжиться в рекламных конторах.
При помощи паяльного фена в центр вплавляется мебельная гайка М4:

К солнечной батарее припаиваются провода. Для того чтобы исключить возможность короткого замыкания солнечной панели мебельной гайкой, дорожки сразу за точками пайки перерезаются:

Солнечные батареи применяются четырёх элементные, с рабочим напряжением 2 вольта. Как показали расчёты, приведённые в статье «Солнечные фонарики – нам надо ярче», лучше применять солнечные батареи размерами 60х65 мм и более, а перед тем как клеить солнечную батарею к основанию её нужно проверить. По моему опыту в партии из десяти солнечных батарей как правило одна попадается в виде «третий сорт не брак», а на заре моих экспериментов с использованием энергии солнца в первом заказе из десяти солнечных панелей, работоспособными приехало только четыре. Положив панели в ряд и по очереди сфотографировав какое напряжение они выдают, я отослал фотографии продавцу и инцидент решился в мою пользу. Вывод – не гоняться за совсем дешевизной и пользоваться магазинами с несколькими годами работы и хорошей репутацией. Для проверки солнечных панелей потребуется светильник с лампой накаливания мощностью 75 ватт и мультиметр. Переключим мультиметр в предел измерений постоянного тока 10 А и подключим к нему солнечную батарею. У исправной батареи на расстоянии 2…50 сантиметров от лампы накаливания ток должен плавно меняться в пределах 0,01….0,4 ампера.

Основание панели и низ солнечной батареи обезжириваем спиртом, или растворителем, при этом не допускаем попадания растворителя на лицевую часть солнечной панели во избежание замутнения, затем клеим солнечную батарею к основанию водостойким клеем, например таким:

Излишки клея выдавленные при соединении солнечной панели и основания убираем при помощи ветоши, отверстия через которые выведены провода герметизируем при помощи того же самого клея, или герметика.

А теперь вкратце про светодиоды, точнее их цветовую температуру. Светодиоды с цветовой температурой около 3000К отличаются тёплым «ламповым» светом и ночью более приятны для глаз, но хуже освещают. Свечение светодиодов с температурой 6000К отдаёт в «синьку», но окружающее пространство они освещают лучше. Для примера, на переднем плане фонарик «Каприз» со светодиодами с цветовой температурой 3000К, а на заднем плане фонарик «Мельница» со светодиодами с цветовой температурой 6000К:

Из ПВХ трубки диаметром 4 – 5 миллиметров, отрезанной в длину по размеру плафона, делаем основание для светодиодов 5730. В качестве материала отлично подойдут трубки от воздушных шариков, которые раздают на всяких мероприятиях.

Подпаиваем провода и фиксируем их вместе с проводами от солнечной панели термоусадкой белого или нейтрального цвета и обязательно защищаем от влаги двумя слоями цапон – лака, или аналогичного:

Устанавливаем плафон, протягиваем провода и завязываем их в узел, он будет распределять нагрузку по всем точкам пайки предохраняя от обрыва, в случае не аккуратного обращения:

Собираем плафон при помощи пластиковых шайб диаметром 28 миллиметров с прорезью, проставки из отрезка любой пластиковой дюймовой трубы длиной около 10 мм, шпильки, шайбы и гайки М4:

И подпаиваем к проводам плату электроники:

Плату обязательно защищаем от влаги двумя слоями цапон – лака, или аналогичного.

Немного остановимся на рабочих токах фонариков на примере схемы на микросхеме QX5252 (схема 11 из статьи «Солнечные фонарики – нам надо ярче»):

Ссылка на архив со схемами и печатными платами (в формате P-CAD 2006 и .pdf)

Ввиду того что потребление схемы с указанными номиналами составляет 100 – 110 мА, фонарик основанный на данной схеме чтобы светить до рассвета в течении всего дачного сезона должен устанавливаться только на открытое пространство без затенения от построек и деревьев, но на практике это не всегда возможно. Поэтому несмотря на появление в магазинах одной далёкой страны солнечных панелей с размерами 50х80 мм и заявленным током в 300 мА, в ряде случаев возможно придётся умерить аппетиты и уменьшить потребление фонариков. Для того чтобы посмотреть на сколько при этом уменьшится яркость, в двух фонариках ток потребления был уменьшен путём увеличения номиналов токозадающих дросселей, в одном до 67 мА (L1 = 33 мкГн), в другом до 45 мА (L1 = 47 мкГн). Перед окончательной сборкой их яркость была измерена люксометром, результаты приведены в таблице (схемы 8, 10, 11 приведены в статье «Солнечные фонарики – нам надо ярче»):

Как видно из таблицы яркость фонариков с уменьшением тока потребления вполне ожидаемо снизилась. Но при этом в самом худшем случае яркость свечения самодельного фонарика превосходит самого лучшего китайца из Леруа практически на порядок. Исходя из этого имеет смысл разделить фонарики по потреблению от АКБ на несколько групп предназначенных к установке на открытом пространстве, в полутени и для тенистых мест, что позволит им светить до рассвета практически независимо от облачности днём раньше. На фотографии слева направо фонарики с током потребления 45 мА (L1 = 47 мкГн), 67 мА (L1 = 33 мкГн) и 109 мА (L1 = 22 мкГн):

Фотосессию фонариков на природе к сожалению провести не удалось, но в домашней обстановке различий по яркости практически не видно. Конечно в реальных условиях разница будет более заметна, но ради стабильной работы фонариков на тенистых участках, яркостью можно немного пожертвовать, выбор за вами.

В качестве стоек для фонариков можно использовать практически любые подходящие по диаметру обрезки полипропиленовых водопроводных труб диаметром 30 — 50 мм оставшихся после ремонтов у вас, или друзей:

Так же вполне сгодятся самые недорогие серые ПП трубы:

Длина стоек выбирается в зависимости от того насколько часто прокашиваются дорожки и газоны на участке, на который вы планируете установить солнечные фонарики. Если трава регулярно косится и её высота небольшая, то лучше выбрать длину стоек 20 – 30 сантиметров, а если трава косится от случая к случаю, то тогда лучше увеличить длину стоек до 35 – 40 сантиметров, иначе фонарики будут просто не видны. Диаметр трубы подбирается исходя из художественного замысла и размеров выбранного плафона фонарика.

Если плафон немного больше по диаметру чем труба, то можно использовать наплыв ПП трубы, срезав кольцо под уплотнитель, например как у фонарика «Нескафе»:

Аналогичное решение было использовано и в фонарике «Лукошко».

Электронику и АКБ в фонарике можно разместить непосредственно в плафоне, если его размеры позволяют, или в стойке. Про фонарики с электроникой в плафоне мы поговорим в следующий раз, для них стойка представляет собой просто крашеную трубу подходящего диаметра, а на примере серой ПП трубы диаметром 30 мм я покажу как изготавливается стойка для фонарика с отсеком под электронику. В уже отрезанной по длине заготовке на расстоянии 9 — 10 см от верха сверлим четыре отверстия диаметром 2 — 3 миллиметра для слива конденсата из будущего батарейного отсека:

Из пластика, или пенопласта изготавливаем донышко отсека электроники и вклеиваем на водостойкий клей, или герметик, подгоняя по высоте заподлицо к сливным отверстиям, чтобы электроника и АКБ внутри стойки не плавали в дождливую погоду в воде. Вообще боковые отверстия в стойке спорное решение с точки зрения эстетики, но до этого в нескольких фонариках я сделал сливные отверстия в донышке батарейного отсека и погасшие фонарики постоянно приходилось «перезапускать», по несколько раз втыкая и выдёргивая разъём АКБ, чтобы восстановить в нём контакт, периодически пропадающий из — за влаги идущей в отсек электроники от земли.

Трубы белого цвета неплохо смотрятся в качестве стоек, а вот трубы серого цвета лучше покрасить. Я в основном использую зелёный цвет, в траве он смотрится наиболее органично. С помощью растворителя, например 646, со стоек тщательно оттираются надписи и обезжиривается остальная поверхность. Стойки покрываются грунтовкой предназначенной к применению по пластикам, например такой:

Затем красятся в 2 слоя краской из баллончика, например такой:

Перед покупкой краски надо обязательно убедиться, что она подходит для пластиков.
Хотя материалом труб и является полипропилен, который очень плохо окрашивается, но как показала практика, трубы покрашенные данной краской если их не пинать ногами вполне держаться уже несколько сезонов, сохранив неплохой внешний вид:

Материалом колышков фонариков являются черенки для грабель и лопат диаметром 24, 28 и 30 мм. Для серых ПП труб диаметром 30 мм идеально подходят только колышки диаметром 28 мм. Под видом 30 мм могут продаваться 28 мм черенки, причём частенько по качеству они ни на что кроме колышков не годятся.

При помощи электролобзика колышки нарезаются длиной примерно 20 сантиметров и покрываются двумя слоями яхтного лака.
Будет также неплохо, если перед покраской обработать их антисептиком для дерева:

Если в качестве стойки используется труба внутренним диаметром больше 24 – 30 мм, то для чтобы колышек в ней болтался, можно изготовить проставки, например из листового ПВХ пластика подходящей толщины, прикрепив их при помощи степлера, или мелких обойных гвоздиков. Вот как это выглядит для 40 мм и 50 мм стоек:

В заключение поговорим во сколько же обходится один фонарик. Основные материалы и комплектующие в расчёте на изготовление десяти фонариков без учёта мелочёвки в виде лака, проводов и пластика приведены в таблице:

Резюмируя можно сказать, что солнечные фонарики для освещения садовых дорожек «не имеющие мировых аналогов» можно вполне собрать «на коленках» в течении нескольких долгих зимних вечеров своими руками. Их итоговая стоимость оказалась дороже чем у китайских солнечных фонариков продающихся в наших торговых сетях, но по яркости освещения они на порядок превосходят поделки из поднебесной. Данные нюансы сборки не являются постулатом, но являются ориентиром для вашего творчества.

Солнечные фонарики — нам надо ярче / Habr

Наверняка многие уже успели наиграться с китайскими солнечными фонариками и разочароваться в них. Попробуем разобраться в вопросе: в чём причина их малой яркости и можно ли с этим что-то сделать?

Также в сравнении будут участвовать три солнечные батареи с Алиэкспресса размерами 56.8х56.8 мм и 60х65 мм:

И круглая солнечная батарея диаметром 82 мм:

Электронной нагрузки у меня нет, поэтому тест проведу при помощи аккумулятора ёмкостью 1600 мА/ч предварительно разряженного, а потом заряженного до 500 мА/ч. При пробном тесте на таких трёх одинаковых аккумуляторах одного полностью разряженного, заряженного до половины и полностью заряженного разница в зарядном токе отличалась несущественно. Поочерёдно подключаем мультиметр в разрыв провода аккумуляторов фонариков и измеряем ток заряда.

Солнечный фонарик, купленный на Алиэкспрессе:

Солнечный фонарик, купленный в Глобусе:

Солнечный фонарик, купленный в Леруа:

Аналогично измеряем зарядный ток от солнечных батарей, подключая их через плату от фонарика безвременно погибшего под чьей-то ногой.

Солнечная батарея 56.8х56.8 мм:

Солнечная батарея 60х65 мм:

Солнечная батарея диаметром 82 мм:

Измерения проводились как правило с интервалом в один час, недостающие результаты измерений для таблиц по июню и августу рассчитывались исходя из высоты солнца над горизонтом. В графике ниже приведены рассчётные значения максимального заряда аккумуляторов за сутки:

Как видно из графиков, накопленная за день энергия китайских фонариков вполне соответствуют их токам потребления, результаты измерений которых приведены ниже в этой статье. А если фонарик собирать на основе солнечных батарей с Алиэкспресса, то его потребление можно увеличить практически на порядок, доведя его до 60…100 мА. Стоит также отметить, что этот график составлен исходя из идеальных условий для солнечной батареи, а именно отсутствии облачности и затенения от деревьев, или построек. Например, фонарик заряжающийся на открытом месте током 60 мА:

При затенении от небольшой сливы:

Выдаёт в два раза меньший ток заряда, что надо учитывать при расстановке фонариков на местности:

А теперь про отрицательные свойства батарей выполненных из пластин поликристаллического кремния. Большинстве случаев эти батареи представляют собой основание из гетинакса, на котором пайкой при помощи шинок соединены фотопластины и залиты прозрачным компаундом на основе эпоксидного клея. На фотографии фонарики отслужившие два сезона:

Со временем от солнечного излучения поверхность солнечной батареи разрушается и при попадании воды покрывается белым налётом, что конечно не сказывается положительно на эффективности солнечной батареи. На фотографии ниже те же самые фонарики спустя ещё сезон:

Ситуацию может спасти полировка, например с помощью пасты ГОИ, или на крайний случай можно замочить солнечную батарейку в тёплой воде, а затем счистить налёт при помощи старой зубной щётки, а лучше с зубным порошком. Снизу фотография этих же солнечных фонариков после чистки.

На фотографии батарея с Алиэкспресса 56.8х56.8 мм, отработавшая 2 сезона и побывшая несколько часов в воде:

Та же батарея после чистки зубной щёткой:

Как показывает практика, работоспособность после такой чистки восстанавливается практически полностью, ниже тест новой батареи:

И батареи после чистки:

Разница составляет всего 5 мА, что частично можно списать на разброс параметров солнечных батарей в партии. Стоит также отметить, что прозрачный компаунд, которым применяется в данном типе солнечных батарей не стоек к спирту, растворителям и если протереть ими солнечную батарею, то компаунд практически сразу начинает разрушаться и белеть.

Также встречаются солнечные батареи из поликристаллического кремния ламинированного в полиэтилен:

Как показала практика, это является самым практичным решением, на фотографии батарея отработавшая в самодельном солнечном фонарике уже 4 сезона!

Схема 1

Схема 2

Схема 3

Современные солнечные фонарики базируются в основном на китайских микросхемах семейств YX8XXX, QX5252, ANA618. Именитые производители, например Diodes, также выпускают подобные микросхемы, но из – за того что стоимость у них скорее всего значительно больше чем у китайских микросхем, в фонариках мы их вряд – ли когда нибудь встретим. В основном производители этих микросхем заявляют КПД микросхем не хуже 85%, средний ток через светодиод задаётся номиналом дросселя, но производители в даташитах по разному его нормируют — одни приводят усреднённый ток через светодиод (схемы 4, 7), другие потребляемый ток от аккумулятора (схемы 5, 6).

Также надо уточнить, что в китайских фонариках применяются индуктивности типа — EC-24:

Это недорогой маломощный дроссель, с относительно большим внутренним сопротивлением, что конечно снижает КПД преобразователя.

Схема 4

Схема 5

Схема 6

Схема 7

Индуктивность номиналом 136 мкГн:

Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 6 mA:

В фонарике из Леруа используется микросхема ANA618:

Индуктивность номиналом 210 мкГн:

Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 5 mA:

А в фонарике с Алиэкспресса применена знаменитая китайская микросхема типа «клякса»:

Индуктивность номиналом в 342 мкГн:

Потребление фонарика от источника напряжением 1,27 вольта составляет 11 mA:

Результаты этого измерения и беглый взгляд на таблицу приложенную к схеме 5, позволяют предположить, что мы имеем дело с микросхемой QX5252 в бескорпусном исполнении.

После удачного повторения и наладки схем 1 — 3 схемы выяснилось, что в целом они работоспособны, но по характеристикам примерно аналогичны тем же китайским, а хотелось большего. Закупив на пробу солнечные батареи, которые вместе с фонариками участвовали в тестировании, я сначала остановился на токе потребления схем фонариков в 60 мА, применяя сверхъяркие светодиоды диаметром 5 мм с углом рассеяния в 120 градусов:

Попытки сделать светорассеиватели как в китайских фонариках успехом не увенчались и я пришёл вот к такой конструкции применяя её вместе со схемой 9:

Эти светодиоды имеют недостаток – источник света точечный и поэтому плафоны фонариков приходилось подбирать матовые, прозрачные плафоны матировать покрывая полупрозрачным белым акриловым лаком или делая вставки из белой плёнки. Но когда погнался за яркостью и перешёл на токи потребления фонариков от аккумуляторов в 100 – 120 мА, от 5 миллиметровых светодиодов пришлось окончательно отказаться, не спасало даже параллельное соединение шести светодиодов:

Маломощные светодиоды просто не способны эффективно работать на пиковых токах, поэтому пришлось перейти на сборки из трёх 0,5 ваттных светодиодов типоразмера 5730 и схему 8:

Забегая вперёд замечу, что со светодиодами 5730 в отличии от 5 миллиметровых не требуется матировать плафоны фонариков, что опять же увеличивает яркость фонарика.

На рисунках 8, 9 схемы разработанные мной на основе схем на рисунках 1 — 3. Это «рабочие лошадки», которые уже в течении 3 сезонов показали свою надёжность и неприхотливость. Схема 8 предназначена для работы с одним 1 – 3 ваттным светодиодом, или тремя 0,5 ваттными типа 5730. Схема 9 предназначена для работы с фонариками – гирляндами на основе параллельно подключенных однотипных маломощных светодиодов, например тех же 5 миллиметровых. Основой обеих схем является повышающий преобразователь на транзисторах VT4, VT5, дросселе L1, конденсаторе обратной связи С4, резисторе – ограничителе тока базы R7 и резисторе задающего ток смещения R8. Этот блок практически полностью идентичен с первыми тремя схемами. Но есть и отличия, это усилитель датчика света на транзисторе VT1, что позволило добиться более позднего включения фонарика в ранних сумерках по сравнению с исходными схемами. А также датчик напряжения, который выполняет функцию защиты аккумулятора от глубокого переразряда, запрещая работу повышающего преобразователя, если напряжение на аккумуляторе ниже 1,1 вольта. Датчик реализован на диоде VD2 и транзисторе VT2. Если напряжение на аккумуляторе будет ниже 1,1 вольта, то два PN перехода включенные последовательно образованные диодом VD2 и эмиттерным переходом транзистора VT2 будут закрыты, как и транзистор VT3, разрешающий включение повышающего преобразователя. Резистором R4 задаётся уровень гистерезиса схемы датчика напряжения. Резисторами R7, R8 задаётся ток потребляемый блоком повышающего преобразователя от аккумулятора. С данными номиналами ток потребления схемы будет составлять 95 – 120 мА при среднем токе через светодиод около 20 mA. Ток я измерил косвенным методом. К солнечной батарее был подключен стрелочный прибор от магнитофона. Направив на солнечную батарею горящие светодиоды и найдя положение, в котором стрелка отклонится на максимум и запоминаем её положение:

Затем подключаем светодиоды к регулируемому источнику тока. Регулируя ток через светодиоды добиваемся, чтобы стрелка встала в тоже положение что и в предыдущем измерении:

У меня получилось 23 мА при напряжении на светодиоде 2,8 В. Получается, что измеренное таким косвенным методом КПД равно всего 52%, что не удивительно, ввиду того что Uкэ насыщения кремниевого транзистора BC817 составляет 0,6 вольта.

Схема 8

Схема 9

При заказе транзисторов для этой схемы имейте ввиду, что китайские транзисторы BC817 с Алиэкспресса могут работать некорректно с током потребления 50 – 60 mA и низким КПД схемы. Нормально работают транзисторы фирм ON Semiconductor, или NXP. В схеме применены резисторы и керамические конденсаторы типоразмера 0805, электролитические конденсаторы танталовые в корпусе CASE-А и ёмкостью 10 – 47 мкФ и рабочим напряжением не менее 10 вольт. Диод 1SS314 можно заменить на широко распространённый LL4148, диод 1SS357 на SS16 и подобные диоды шоттки. Дроссель L1 типоразмера CD43 100 мкГн:

Транзисторы BC847, BC857 лучше применять индексом C, они имеет максимальный коэффициент усиления h31Э. Рабочее напряжение конденсатора С5 в схеме 9 должно быть не менее 16 вольт и ёмкостью не менее 10 микрофарад. При попытке его уменьшения до 1 uF (хотелось заменить достаточно большой электролитический конденсатор в корпусе в CASE-A на более миниатюрный керамический в корпусе 0603) 5 мм светодиоды из – за несглаженных выбросов импульсов напряжения с преобразователя начали постоянно выходить из строя, пришлось вернуться к первоначальному номиналу. Платы изготавливаются по стандартной ЛУТ технологии, в качестве выключателя используются разъёмы на плате и аккумуляторе:

Плата универсальна для схем на рисунках 8, 9. На фотографии плата собрана по схеме 8 (конденсатор С5 не установлен).

Ссылка на архив со схемами и печатными платами (в формате P-CAD 2006 и .pdf)

Неплохо себе показала схема 10 на экзотической и сравнительно дорогой микросхеме ZXLD383 фирмы DIODES. Конденсатор С1 керамический 0805, дроссель L1 типоразмера CD43 10 мкГн. HL1 – сборка из трёх светодиодов типа 5730. С указанными номиналами ток потребления схемы составляет 100 – 110 мА.

Схема 10

В сборе это выглядит как то так:

Ссылка на архив со схемами и печатными платами (в формате P-CAD 2006 и .pdf)

И наконец самая оптимальная по критерию цена/качество схема на китайской микросхеме фирмы QX Micro devices QX5252. Конденсатор С1 керамический 0805, дроссель L1 типоразмера CD43 22 мкГн. HL1 – сборка из трёх светодиодов типа 5730. С указанными номиналами ток потребления схемы составляет 100 – 110 мА.

Схема 11

Плата в сборе:

Ссылка на архив со схемами и печатными платами (в формате P-CAD 2006 и .pdf)

Ради интереса были проведены испытания при помощи люксометра:

Результаты в таблице:

Тест платы на микросхеме QX5252 (Схема 11):

Мне кажется, что всем уже наскучили голые цифры и схемы, поэтому забегая вперёд покажу как вечером выглядят в реальной жизни фонарик из Глобуса (слева) и фонарик основанный на схеме 11 (справа):

А о конструкциях фонариков на основе приведённых схем мы поговорим в следующий раз…