Seguramente muchos ya han logrado jugar lo suficiente con las linternas solares chinas y estar decepcionados con ellas. Intentemos resolver la pregunta: ¿cuál es la razón de su bajo brillo y hay algo que pueda hacer al respecto?
Paneles solares
Primero, comparemos los paneles solares de las linternas. Elegí tres linternas, la primera vino de Aliexpress, la segunda fue comprada hace unos 3 años en el Globe, y la tercera fue comprada este año en Leroy:
Además, tres paneles solares con tamaños de Aliexpress de 56.8x56.8 mm y 60x65 mm participarán en la comparación:
Y una batería solar redonda con un diámetro de 82 mm:
No tengo una carga electrónica, por lo que probaré con una batería con una capacidad de 1600 mA / h descargada previamente y luego cargada a 500 mA / h. En una prueba de prueba con estas tres baterías idénticas, una completamente descargada, medio cargada y completamente cargada, la diferencia en la corriente de carga no difirió significativamente. Alternativamente, conecte el multímetro al cable roto de las baterías de la linterna y mida la corriente de carga.
Linterna solar comprada en AliExpress:
Linterna solar comprada en el Globe:
Linterna solar comprada en Leroy:
Del mismo modo, medimos la corriente de carga de los paneles solares, conectándolos a través del tablero desde la linterna que murió prematuramente bajo el pie de alguien.
Batería solar 56.8x56.8 mm:
Batería solar 60x65 mm:
Batería solar con un diámetro de 82 mm:
Las mediciones se llevaron a cabo como regla con un intervalo de una hora, los resultados de medición faltantes para las tablas en junio y agosto se calcularon en función de la altura del sol sobre el horizonte. El siguiente gráfico muestra los valores calculados de la carga máxima de la batería por día:
Como se puede ver en los gráficos, la energía acumulada por día por las linternas chinas es bastante consistente con su consumo actual, cuyos resultados de medición se dan a continuación en este artículo. Y si la linterna se ensambla sobre la base de paneles solares con Aliexpress, entonces su consumo se puede aumentar en casi un orden de magnitud, llevándolo a 60 ... 100 mA. También vale la pena señalar que este gráfico se basa en las condiciones ideales para una batería solar, es decir, la ausencia de nubosidad y sombra de los árboles o edificios. Por ejemplo, una linterna que se carga en un lugar abierto con una corriente de 60 mA:
Al sombrear desde una ciruela pequeña:
Produce la mitad de la corriente de carga, que debe tenerse en cuenta al colocar linternas en el suelo:
Y ahora sobre las propiedades negativas de las baterías hechas de obleas de silicio policristalino. En la mayoría de los casos, estas baterías son una base getinax, en la cual las placas fotográficas se conectan mediante soldadura con la ayuda de barras colectoras y se llenan con un compuesto transparente a base de pegamento epoxi. En la foto, las linternas han servido dos estaciones:
Con el tiempo, debido a la radiación solar, la superficie de la batería solar se colapsa y, cuando entra el agua, se recubre de blanco, lo que por supuesto no tiene un efecto positivo en la eficiencia de la batería solar. En la foto de abajo, las mismas linternas después de otra temporada:
Pulir puede salvar la situación, por ejemplo, usando pasta GOI, o en casos extremos, puede remojar la batería solar en agua tibia y luego limpiar la placa con un cepillo de dientes viejo, y preferiblemente con polvo de dientes. A continuación se muestra una fotografía de las mismas linternas solares después de la limpieza.
En la foto, la batería de Aliexpress 56.8x56.8 mm, pasó 2 temporadas y pasó varias horas en el agua:
La misma batería después del cepillado:
Como muestra la práctica, la eficiencia después de que dicha limpieza se restablezca casi por completo, la prueba de una batería nueva es menor:
Y las baterías después de la limpieza:
La diferencia es de solo 5 mA, lo que se puede atribuir parcialmente a la variación en los parámetros de las células solares en un lote. También vale la pena señalar que el compuesto transparente que se usa en este tipo de paneles solares no es resistente al alcohol, a los solventes y si limpia la batería solar con ellos, el compuesto comienza a colapsarse y blanquearse casi de inmediato.
También hay paneles solares hechos de silicio policristalino laminado en polietileno:
Como la práctica ha demostrado, esta es la solución más práctica, ¡en la foto la batería se usó en una linterna solar improvisada durante 4 temporadas!
Esquemas
Ahora hablemos sobre el llenado electrónico de linternas solares. Los esquemas sobre transformadores no serán considerados debido a la complejidad de su fabricación. La electrónica de las linternas solares de primera generación se construyó sobre elementos discretos. En las siguientes figuras se muestran tres circuitos clásicos, y si observa de cerca, puede ver que el nodo del convertidor de refuerzo en sí es casi completamente idéntico y las principales diferencias solo se encuentran en el método de analizar la iluminación y alimentar los LED. En los primeros dos circuitos, se usan fotoresistores adicionales para analizar la iluminación, y en el tercer circuito, la batería solar se usa directamente como un sensor de luz, y el LED se conecta en paralelo con un condensador integrador que suaviza las sobretensiones, pero más sobre eso más adelante.
Esquema 1
Esquema 2
Esquema 3Las linternas solares modernas se basan principalmente en chips chinos de las familias YX8XXX, QX5252, ANA618. Los fabricantes conocidos, por ejemplo, los diodos, también producen microcircuitos similares, pero debido al hecho de que es probable que cuesten significativamente más que los microcircuitos chinos, es poco probable que los encontremos en linternas. Básicamente, los fabricantes de estos microcircuitos declaran que la eficiencia de los microcircuitos no es inferior al 85%, la corriente promedio a través del LED se establece por el valor del inductor, pero los fabricantes en las hojas de datos lo normalizan de manera diferente: algunos dan la corriente promedio a través del LED (circuitos 4, 7), otros usan el consumo de corriente de la batería (circuitos 5, 6).
También es necesario aclarar que en las linternas chinas se usan inductancias del tipo - EC-24:
Este es un inductor económico de baja potencia, con una resistencia interna relativamente grande, que por supuesto reduce la eficiencia del convertidor.
Esquema 4
Esquema 5
Esquema 6
Esquema 7Linternas solares: ¿qué hay dentro?
Una autopsia mostró que en la linterna, que fue comprada en el Globe, se usa el chip YX8018:
Inductancia de 136 μH:
El consumo de una linterna de una fuente de 1,27 voltios es de 6 mA:
La linterna Leroy usa el chip ANA618:
Inductancia de 210 μH:
El consumo de una linterna de una fuente de 1,27 voltios es de 5 mA:
Y en la linterna de Aliexpress, se usa el famoso microcircuito de tipo mancha chino:
Inductancia de 342 μH:
El consumo de una linterna de una fuente de 1,27 voltios es de 11 mA:
Los resultados de esta medición y un vistazo rápido a la tabla adjunta al Esquema 5 sugieren que estamos tratando con un chip QX5252 sin chip.
Después de repetir y ajustar con éxito los esquemas 1 - 3, resultó que, en general, son operativos, pero en términos de características son aproximadamente similares a los mismos chinos, pero quería más. Después de comprar paneles solares para la prueba, que junto con las linternas participaron en la prueba, primero me decidí por el consumo actual de circuitos de linterna de 60 mA, utilizando LED superbrillantes con un diámetro de 5 mm con un ángulo de dispersión de 120 grados:
Los intentos de hacer difusores como en las linternas chinas no tuvieron éxito y llegué a este diseño usándolo junto con el esquema 9:
Estos LED tienen un inconveniente: la fuente puntual es la luz y, por lo tanto, los tonos de la linterna tenían que ser mate, los tonos transparentes enmarañados cubriendo con barniz acrílico blanco translúcido o haciendo inserciones de una película blanca. Pero cuando perseguí el brillo y cambié a las corrientes de linterna de las baterías de 100-120 mA, finalmente tuve que abandonar los LED de 5 mm, incluso la conexión paralela de seis LED no se guardó:
Los LED de baja potencia simplemente no pueden funcionar de manera efectiva en las corrientes máximas, por lo que tuve que cambiar a conjuntos de tres LED de 0.5 vatios de tamaño de bastidor 5730 y circuito 8:
Mirando hacia el futuro, noto que con los LED 5730, a diferencia de 5 mm, no es necesario matizar los tonos de la linterna, lo que nuevamente aumenta el brillo de la linterna.
En las figuras 8, 9, los esquemas desarrollados por mí sobre la base de los esquemas en las figuras 1 a 3. Estos son "caballos de batalla" que ya han demostrado su fiabilidad y sin pretensiones durante 3 temporadas. El Scheme 8 está diseñado para funcionar con un LED de 1-3 vatios, o tres de 57 vatios de tipo 5730. El Scheme 9 está diseñado para funcionar con linternas, guirnaldas basadas en LEDs homogéneos de baja potencia conectados en paralelo, por ejemplo, los mismos 5 milímetros. La base de ambos circuitos es un convertidor elevador en los transistores VT4, VT5, inductor L1, condensador de retroalimentación C4, una resistencia - base limitador de corriente R7 y una resistencia que establece la corriente de polarización R8. Este bloque es casi completamente idéntico a los primeros tres circuitos. Pero hay diferencias, este es el amplificador del sensor de luz en el transistor VT1, lo que nos permitió lograr un encendido posterior de la linterna en el crepúsculo temprano en comparación con los circuitos originales. Además de un sensor de voltaje, que realiza la función de proteger la batería de una descarga excesiva, prohíbe la operación de un convertidor elevador si el voltaje en la batería es inferior a 1.1 voltios. El sensor se implementa en un diodo VD2 y un transistor VT2. Si el voltaje de la batería está por debajo de 1.1 voltios, entonces las dos uniones PN conectadas en serie formadas por el diodo VD2 y la unión del emisor del transistor VT2 se cerrarán, al igual que el transistor VT3, lo que permite encender el convertidor de refuerzo. La resistencia R4 establece el nivel de histéresis del circuito del sensor de voltaje. Las resistencias R7, R8 configuran la corriente consumida por la unidad convertidora de refuerzo desde la batería. Con estas clasificaciones, el consumo de corriente del circuito será de 95-120 mA con una corriente promedio a través del LED de aproximadamente 20 mA. Medí la corriente por un método indirecto. Se conectó un dispositivo puntero de una grabadora al panel solar. Apuntando los LED de la batería solar y encontrando la posición en la que la flecha se desvía al máximo y recuerda su posición:
Luego conectamos los LED a una fuente de corriente ajustable. Al ajustar la corriente a través de los LED, logramos que la flecha permanezca en la misma posición que en la medición anterior:
Obtuve 23 mA a un voltaje de 2.8 V en el LED. Resulta que la eficiencia medida por este método indirecto es solo del 52%, lo cual no es sorprendente, ya que la saturación Uke del transistor de silicio BC817 es de 0.6 voltios.
Esquema 8
Esquema 9Cuando ordene transistores para este circuito, tenga en cuenta que los transistores BC817 chinos con Aliexpress pueden no funcionar correctamente con una corriente de consumo de 50-60 mA y baja eficiencia del circuito. Los transistores de ON Semiconductor, o empresas NXP, funcionan normalmente. El circuito utiliza resistencias y condensadores cerámicos de tamaño 0805, condensadores electrolíticos de tantalio en un paquete CASE-A con una capacidad de 10 a 47 μF y un voltaje de funcionamiento de al menos 10 voltios. El diodo 1SS314 se puede reemplazar con el extendido LL4148, el diodo 1SS357 con SS16 y diodos Schottky similares. Inductor L1 tamaño CD43 100 μH:
Los transistores BC847, BC857 se usan mejor con el índice C, tienen una ganancia máxima de h21E. El voltaje de funcionamiento del condensador C5 en el circuito 9 debe ser de al menos 16 voltios y una capacidad de al menos 10 microfaradios. Al intentar reducirlo a 1 uF (quería reemplazar un condensador electrolítico bastante grande en el caso en CASE-A con una cerámica más pequeña en el caso 0603), los LED de 5 mm comenzaron a fallar constantemente debido al aumento repentino de los pulsos de voltaje del convertidor, tuve que volver al original valor nominal Las placas se fabrican de acuerdo con la tecnología LUT estándar, los conectores de la placa y la batería se utilizan como interruptor:
La placa es universal para los circuitos de las figuras 8, 9. En la foto, la placa se ensambla según el esquema 8 (el condensador C5 no está instalado).
Enlace al archivo con diagramas y placas de circuito impreso (en formato P-CAD 2006 y .pdf)El esquema 10 en un chip DIODES ZXLD383 exótico y relativamente caro se mostró bastante bien. Condensador cerámico C1 cerámico 0805, inductor L1 tamaño CD43 10 μH. HL1: conjunto de tres LED del tipo 5730. Con las clasificaciones indicadas, el consumo de corriente del circuito es de 100 - 110 mA.
Patrón 10En el ensamblaje, se ve así:
Enlace al archivo con diagramas y placas de circuito impreso (en formato P-CAD 2006 y .pdf)Y finalmente, el criterio de precio / calidad más óptimo en un chip chino de los dispositivos QX Micro QX5252. Condensador cerámico C1 0805, inductor L1 tamaño CD43 22 μH. HL1: conjunto de tres LED del tipo 5730. Con las clasificaciones indicadas, el consumo de corriente del circuito es de 100 - 110 mA.
Esquema 11Asamblea de la Junta:
Enlace al archivo con diagramas y placas de circuito impreso (en formato P-CAD 2006 y .pdf)En aras del interés, las pruebas se realizaron con un luxómetro:
Resultados en la tabla:
| Linterna | Consumo de corriente, mA | Iluminación, KLK |
| AliExpress | 11 | 0.9 |
| Globo | 6 6 | 2.7 |
| Leroy | 5 5 | 7.58 |
| ZXLD383 (Diagrama 10) | 112 | 95 |
| QX5252 (Diagrama 11) | 109 | 114 |
| Esquema 8 | 93 | 101 |
Daré algunas fotos. Prueba de linterna de globo:
Prueba de placa en el chip QX5252 (Esquema 11):
Me parece que todo el mundo ya se ha aburrido con números y diagramas simples, así que mirando hacia el futuro mostraré cómo por la noche se ve una linterna del mundo real (a la izquierda) y una linterna basada en el esquema 11 (a la derecha):
Y hablaremos sobre los diseños de linternas basados en los diagramas la próxima vez ...