Certes, beaucoup ont déjà réussi à jouer suffisamment avec des lanternes solaires chinoises et en sont déçus. Essayons de comprendre la question: quelle est la raison de leur faible luminosité et y a-t-il quelque chose à faire?

Panneaux solaires

Tout d'abord, comparons les panneaux solaires des lampes de poche. J'ai choisi trois lampes de poche, la première est venue d'Aliexpress, la seconde a été achetée il y a environ 3 ans dans le Globe, et la troisième a été achetée cette année à Leroy:



En outre, trois panneaux solaires avec des tailles Aliexpress de 56,8x56,8 mm et 60x65 mm participeront à la comparaison:



Et une pile solaire ronde d'un diamètre de 82 mm:



Je n'ai pas de charge électronique, je vais donc tester avec une batterie d'une capacité de 1600 mA / h précédemment déchargée, puis chargée à 500 mA / h. Dans un essai sur de telles trois batteries identiques, une entièrement déchargée, à moitié chargée et entièrement chargée, la différence de courant de charge n'a pas différé de manière significative. Alternativement, connectez le multimètre à la rupture de fil des piles de la lampe de poche et mesurez le courant de charge.

Lampe de poche solaire achetée sur Aliexpress:



Lampe de poche solaire achetée dans le Globe:


Lampe de poche solaire achetée à Leroy:



De même, nous mesurons le courant de charge des panneaux solaires, en les connectant à travers la carte de la lampe de poche morte prématurément sous le pied de quelqu'un.

Batterie solaire 56,8x56,8 mm:



Batterie solaire 60x65 mm:



Batterie solaire d'un diamètre de 82 mm:



Les mesures ont été effectuées en règle générale avec un intervalle d'une heure, les résultats de mesure manquants pour les tableaux de juin et août ont été calculés en fonction de la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon. Le graphique ci-dessous montre les valeurs calculées de la charge maximale de la batterie par jour:



Comme le montrent les graphiques, l'énergie accumulée par jour par les lanternes chinoises est assez cohérente avec leur consommation actuelle, dont les résultats de mesure sont donnés ci-dessous dans cet article. Et si la lampe de poche est assemblée sur la base de panneaux solaires avec Aliexpress, sa consommation peut être augmentée de près d'un ordre de grandeur, la portant à 60 ... 100 mA. Il convient également de noter que ce graphique est basé sur les conditions idéales pour une batterie solaire, à savoir l'absence de nébulosité et d'ombrage des arbres ou des bâtiments. Par exemple, une lampe de poche en charge dans un endroit ouvert avec un courant de 60 mA:



Lors de l'ombrage d'une petite prune:



Il produit la moitié du courant de charge, qui doit être pris en compte lors du placement de lampes de poche au sol:



Et maintenant sur les propriétés négatives des batteries faites de plaquettes de silicium polycristallin. Dans la plupart des cas, ces batteries sont une base getinax, sur laquelle des plaques photographiques sont connectées par soudure à l'aide de barres omnibus et remplies d'un composé transparent à base de colle époxy. Sur la photo, les lanternes ont servi deux saisons:



Au fil du temps, à cause du rayonnement solaire, la surface de la batterie solaire s'effondre et, lorsque l'eau pénètre, devient blanche, ce qui n'a bien sûr pas d'effet positif sur l'efficacité de la batterie solaire. Sur la photo ci-dessous, les mêmes lampes de poche après une autre saison:



Le polissage peut sauver la situation, par exemple, en utilisant de la pâte GOI, ou dans des cas extrêmes, vous pouvez tremper la batterie solaire dans de l'eau tiède, puis nettoyer la plaque avec une vieille brosse à dents, et de préférence avec de la poudre à dents. Ci-dessous, une photographie des mêmes lanternes solaires après nettoyage.



Sur la photo, la batterie d'Aliexpress 56.8x56.8 mm, a passé 2 saisons et a passé plusieurs heures dans l'eau:



La même batterie après le brossage:



Comme le montre la pratique, l'efficacité après un tel nettoyage est rétablie presque complètement, le test d'une nouvelle batterie est plus faible:



Et les batteries après nettoyage:



La différence n'est que de 5 mA, ce qui peut être partiellement attribué à la variation des paramètres des cellules solaires dans un lot. Il convient également de noter que le composé transparent utilisé dans ce type de panneaux solaires n'est pas résistant à l'alcool, aux solvants et si vous essuyez la batterie solaire avec eux, le composé commence à s'effondrer et à blanchir presque immédiatement.

Il existe également des panneaux solaires en silicium polycristallin laminé en polyéthylène:



Comme la pratique l'a montré, c'est la solution la plus pratique, sur la photo, la batterie utilisée dans une lampe de poche solaire de fortune depuis 4 saisons déjà!

Schémas

Parlons maintenant du remplissage électronique des lanternes solaires. Les schémas sur les transformateurs nous ne seront pas considérés en raison de la complexité de leur fabrication. L'électronique des lanternes solaires de première génération a été construite sur des éléments discrets. Trois circuits classiques sont illustrés dans les figures ci-dessous, et si vous regardez de plus près, vous pouvez voir que le nœud du convertisseur boost lui-même est presque complètement identique et les principales différences ne concernent que la manière dont la lumière est analysée et les LED sont alimentées. Dans les deux premiers circuits, des photorésistances supplémentaires sont utilisées pour analyser l'éclairage, et dans le troisième circuit, la batterie solaire est utilisée directement comme capteur de lumière, et la LED est connectée en parallèle avec un condensateur d'intégration qui atténue les surtensions, mais plus à ce sujet plus tard.


Schéma 1


Schéma 2


Schéma 3

Les lanternes solaires modernes sont principalement basées sur des puces chinoises des familles YX8XXX, QX5252, ANA618. Des fabricants bien connus, par exemple Diodes, produisent également des microcircuits similaires, mais en raison du fait qu'ils sont susceptibles de coûter beaucoup plus cher que les microcircuits chinois, nous ne les rencontrerons probablement jamais dans des lampes de poche. Fondamentalement, les fabricants de ces microcircuits déclarent que l'efficacité des microcircuits n'est pas inférieure à 85%, le courant moyen à travers la LED est fixé par la valeur de l'inductance, mais les fabricants dans les fiches techniques le normalisent différemment - certains donnent le courant moyen à travers la LED (circuits 4, 7), d'autres utilisent la consommation de courant de la batterie (circuits 5, 6).

Il est également nécessaire de préciser que dans les lanternes chinoises, des inductances de type - EC-24 sont utilisées:



Il s'agit d'un inducteur de faible puissance peu coûteux, avec une résistance interne relativement importante, ce qui réduit bien sûr l'efficacité du convertisseur.




Schéma 4




Schéma 5




Schéma 6




Schéma 7

Lanternes solaires - qu'y a-t-il à l'intérieur?

Une autopsie a montré que dans la lampe de poche, achetée dans le Globe, la puce YX8018 est utilisée:



Inductance de 136 μH:



La consommation d'une lampe de poche à partir d'une source de 1,27 volts est de 6 mA:



La lampe de poche Leroy utilise la puce ANA618:



Inductance de 210 μH:



La consommation d'une lampe de poche à partir d'une source de 1,27 volts est de 5 mA:



Et dans la lampe de poche d'Aliexpress, le célèbre microcircuit chinois de type tache est utilisé:



Inductance 342 μH:



La consommation d'une lampe de poche à partir d'une source de 1,27 volts est de 11 mA:



Les résultats de cette mesure et un rapide aperçu du tableau joint au schéma 5 suggèrent que nous avons affaire à une puce QX5252 sans puce.

Après avoir répété et ajusté avec succès les schémas 1 à 3, il s'est avéré que, dans l'ensemble, ils sont opérationnels, mais leurs caractéristiques sont à peu près les mêmes que celles chinoises, mais j'en voulais plus. Après avoir acheté des panneaux solaires pour les tests, qui avec les lampes de poche ont participé aux tests, je me suis d'abord fixé sur la consommation actuelle des circuits de lampes de poche de 60 mA, en utilisant des LED super brillantes d'un diamètre de 5 mm avec un angle de diffusion de 120 degrés:



Les tentatives pour fabriquer des diffuseurs comme dans les lanternes chinoises ont échoué et je suis venu à cette conception en l'utilisant avec le schéma 9:





Ces LED ont un inconvénient - la source ponctuelle est la lumière et donc les abat-jour de la lanterne devaient être mats, des abat-jours transparents matés en les couvrant avec du vernis acrylique blanc translucide ou en faisant des inserts à partir d'un film blanc. Mais lorsque j'ai pourchassé la luminosité et que je suis passé à des courants de lampe de poche provenant de batteries de 100 à 120 mA, j'ai finalement dû abandonner les LED de 5 mm, même la connexion parallèle de six LED n'a pas sauvé:



Les LED à faible puissance ne sont tout simplement pas en mesure de fonctionner efficacement aux courants de pointe, j'ai donc dû passer à des assemblages de trois LED de 0,5 watts de taille de cadre 5730 et de circuit 8:





Pour l'avenir, je note qu'avec les LED 5730, contrairement à 5 mm, il n'est pas nécessaire de mater les nuances de la lampe de poche, ce qui augmente encore la luminosité de la lampe de poche.

Sur les figures 8, 9, les schémas développés par moi sur la base des schémas des figures 1 - 3. Ce sont des «chevaux de bataille» qui ont déjà montré leur fiabilité et leur simplicité pendant 3 saisons. Le schéma 8 est conçu pour fonctionner avec une LED de 1 à 3 watts ou trois 0,5 watts de type 5730. Le schéma 9 est conçu pour fonctionner avec des lampes de poche - des guirlandes basées sur des LED homogènes de faible puissance connectées en parallèle, par exemple les mêmes 5 millimètres. La base des deux circuits est un convertisseur élévateur sur les transistors VT4, VT5, l'inductance L1, le condensateur de contre-réaction C4, une base résistance-limiteur de courant R7 et une résistance qui règle le courant de polarisation R8. Ce bloc est presque complètement identique aux trois premiers circuits. Mais il y a des différences, c'est l'amplificateur du capteur de lumière sur le transistor VT1, qui a permis de réaliser une inclusion ultérieure de la lampe de poche au début du crépuscule par rapport aux circuits d'origine. Ainsi qu'un capteur de tension, qui remplit la fonction de protection de la batterie contre les décharges profondes, interdisant le fonctionnement d'un convertisseur élévateur si la tension sur la batterie est inférieure à 1,1 volt. Le capteur est implémenté sur une diode VD2 et un transistor VT2. Si la tension de la batterie est inférieure à 1,1 volt, les deux jonctions PN connectées en série formées par la diode VD2 et la jonction d'émetteur du transistor VT2 seront fermées, tout comme le transistor VT3, permettant au convertisseur boost d'être activé. La résistance R4 règle le niveau d'hystérésis du circuit du capteur de tension. Les résistances R7, R8 définissent le courant consommé par le convertisseur élévateur de la batterie. Avec ces valeurs nominales, la consommation de courant du circuit sera de 95 à 120 mA avec un courant moyen à travers la LED d'environ 20 mA. J'ai mesuré le courant par une méthode indirecte. Un pointeur d'un magnétophone a été connecté au panneau solaire. Diriger les LED sur la batterie solaire et trouver la position dans laquelle la flèche dévie au maximum et mémoriser sa position:



Ensuite, nous connectons les LED à une source de courant réglable. En ajustant le courant à travers les LED, nous obtenons que la flèche se trouve dans la même position que dans la mesure précédente:



J'ai obtenu 23 mA à une tension de 2,8 V sur la LED. Il s'avère que l'efficacité mesurée par cette méthode indirecte n'est que de 52%, ce qui n'est pas surprenant, car la saturation Uke du transistor silicium BC817 est de 0,6 volt.


Schéma 8


Schéma 9

Lorsque vous commandez des transistors pour ce circuit, gardez à l'esprit que les transistors chinois BC817 avec Aliexpress peuvent ne pas fonctionner correctement avec un courant de consommation de 50 à 60 mA et une faible efficacité du circuit. Les transistors des sociétés ON Semiconductor ou NXP fonctionnent normalement. Le circuit utilise des résistances et des condensateurs céramiques de taille 0805, des condensateurs électrolytiques au tantale dans un boîtier CASE-A d'une capacité de 10 à 47 μF et une tension de fonctionnement d'au moins 10 volts. La diode 1SS314 peut être remplacée par la LL4148 répandue, la diode 1SS357 avec SS16 et les diodes Schottky similaires. Inductance L1 taille CD43 100 μH:



Les transistors BC847, BC857 sont mieux utilisés avec l'indice C, ils ont un gain maximum de h21E. La tension de fonctionnement du condensateur C5 dans le circuit 9 doit être d'au moins 16 volts et d'une capacité d'au moins 10 microfarads. En essayant de le réduire à 1 uF (je voulais remplacer un condensateur électrolytique assez grand dans le boîtier CASE-A par une céramique plus petite dans le boîtier 0603), les LED de 5 mm ont commencé à échouer constamment en raison d'une surtension non sollicitée des impulsions de tension du convertisseur, j'ai dû revenir à l'original valeur nominale. Les cartes sont fabriquées selon la technologie LUT standard, les connecteurs sur la carte et la batterie sont utilisés comme interrupteur:





La carte est universelle pour les circuits des figures 8, 9. Sur la photo, la carte est assemblée selon le schéma 8 (le condensateur C5 n'est pas installé).

Lien vers l'archive avec schémas et cartes de circuits imprimés (en P-CAD 2006 et format .pdf)

Le schéma 10 sur une puce DIODES ZXLD383 exotique et relativement chère s'est montré assez bien. Condensateur céramique C1 céramique 0805, inductance L1 taille CD43 10 μH. HL1 - assemblage de trois LED de type 5730. Avec les valeurs nominales indiquées, la consommation de courant du circuit est de 100 - 110 mA.


Modèle 10

En assemblage, cela ressemble à ceci:





Lien vers l'archive avec schémas et cartes de circuits imprimés (en P-CAD 2006 et format .pdf)

Et enfin, le critère prix / qualité le plus optimal sur une puce chinoise des appareils QX Micro QX5252. Condensateur céramique C1 0805, inductance L1 taille CD43 22 μH. HL1 - assemblage de trois LED de type 5730. Avec les valeurs nominales indiquées, la consommation de courant du circuit est de 100 - 110 mA.

Schéma 11

Assemblée du conseil:





Lien vers l'archive avec schémas et cartes de circuits imprimés (en P-CAD 2006 et format .pdf)

Par souci d'intérêt, des tests ont été effectués à l'aide d'un luxomètre:



Résultats dans le tableau:

Lampe de poche	Courant de consommation, mA	Éclairage, KLK
Aliexpress	11	0,9
Globe	6	2.7
Leroy	5	7,58
ZXLD383 (schéma 10)	112	95
QX5252 (schéma 11)	109	114
Schéma 8	93	101

Je vais vous donner quelques photos. Test de la lampe de poche Globe:



Test de la carte sur la puce QX5252 (schéma 11):



Il me semble que tout le monde s'est déjà ennuyé avec des chiffres nus et des diagrammes, alors en regardant vers l'avenir, je montrerai à quoi ressemble une lampe de poche réelle du Globe (à gauche) et une lampe de poche basée sur le schéma 11 (à droite):



Et à propos des conceptions des lampes de poche basées sur les schémas ci-dessus, nous parlerons la prochaine fois ...