Certamente muitos já conseguiram brincar o suficiente com as lanternas solares chinesas e se decepcionar com elas. Vamos tentar descobrir a pergunta: qual é o motivo do baixo brilho e há algo que você possa fazer sobre isso?

Painéis solares

Primeiro, vamos comparar os painéis solares das lanternas. Eu escolhi três lanternas, a primeira veio do Aliexpress, a segunda foi comprada há cerca de 3 anos no Globe e a terceira foi comprada este ano na Leroy:



Além disso, três painéis solares com tamanhos de Aliexpress de 56,8x56,8 mm e 60x65 mm participarão da comparação:



E uma bateria solar redonda com um diâmetro de 82 mm:



Como não tenho carga eletrônica, testarei usando uma bateria com capacidade de 1600 mA / h descarregada anteriormente e depois carregada a 500 mA / h. Em um teste de teste com essas três baterias idênticas, uma totalmente descarregada, meia carregada e totalmente carregada, a diferença na corrente de carga não diferiu significativamente. Como alternativa, conecte o multímetro à quebra de fio das baterias da lanterna e meça a corrente de carga.

Lanterna solar comprada em Aliexpress:



Lanterna solar comprada no globo:


Lanterna solar comprada em Leroy:



Da mesma forma, medimos a corrente de carga dos painéis solares, conectando-os através da placa da lanterna que morreu prematuramente sob o pé de alguém.

Bateria solar 56.8x56.8 mm:



Bateria solar 60x65 mm:



Bateria solar com um diâmetro de 82 mm:



As medições foram realizadas em geral com intervalo de uma hora; os resultados de medições ausentes para as tabelas de junho e agosto foram calculados com base na altura do sol acima do horizonte. O gráfico abaixo mostra os valores calculados da carga máxima da bateria por dia:



Como pode ser visto nos gráficos, a energia acumulada por dia pelas lanternas chinesas é consistente com o consumo atual, cujos resultados de medição são apresentados abaixo neste artigo. E se a lanterna for montada com base em painéis solares com o Aliexpress, seu consumo poderá ser aumentado em quase uma ordem de magnitude, elevando-a para 60 ... 100 mA. Também é importante notar que este gráfico é baseado nas condições ideais para uma bateria solar, a saber, a ausência de nebulosidade e sombreamento de árvores ou edifícios. Por exemplo, uma lanterna carregando em um local aberto com uma corrente de 60 mA:



Ao sombrear uma pequena ameixa:



Produz metade da corrente de carga, que deve ser levada em consideração ao colocar as lanternas no chão:



E agora sobre as propriedades negativas das baterias feitas de bolachas de silício policristalino. Na maioria dos casos, essas baterias são uma base getinax, na qual as placas fotográficas são conectadas por solda usando barramentos e preenchidas com um composto transparente à base de cola epóxi. Na foto, as lanternas serviram duas temporadas:



Com o tempo, a partir da radiação solar, a superfície da bateria solar entra em colapso e, quando a água entra, fica revestida de branco, o que obviamente não tem um efeito positivo na eficiência da bateria solar. Na foto abaixo, as mesmas lanternas após outra temporada:



O polimento pode salvar a situação, por exemplo, usando pasta GOI ou, em casos extremos, você pode mergulhar a bateria solar em água morna e depois limpar a placa com uma escova de dentes velha e, de preferência, com pó de dente. Abaixo está uma fotografia das mesmas lanternas solares após a limpeza.



Na foto, a bateria do Aliexpress 56.8x56.8 mm, passou 2 temporadas e passou várias horas na água:



A mesma bateria após a escovação:



Como mostra a prática, a eficiência após a limpeza ser restaurada quase completamente, o teste de uma nova bateria é menor:



E as baterias após a limpeza:



A diferença é de apenas 5 mA, o que pode ser parcialmente atribuído à variação nos parâmetros das células solares em um lote. Também é importante notar que o composto transparente usado nesse tipo de painel solar não é resistente a álcool, solventes e, se você limpar a bateria solar com eles, o composto começará a entrar em colapso e a branquear quase imediatamente.

Também existem painéis solares feitos de silício policristalino laminado em polietileno:



Como a prática demonstrou, esta é a solução mais prática: na foto a bateria já foi usada em uma lanterna solar improvisada por 4 temporadas!

Esquemas

Agora vamos falar sobre o preenchimento eletrônico de lanternas solares. Esquemas de transformadores não serão considerados devido à complexidade de sua fabricação. Os componentes eletrônicos das lanternas solares de primeira geração foram construídos com elementos discretos. Três circuitos clássicos são mostrados nas figuras abaixo e, se você olhar mais de perto, pode ver que o nó do conversor de impulso é quase completamente idêntico e as principais diferenças são apenas na maneira como a luz é analisada e os LEDs são alimentados. Nos dois primeiros circuitos, fotorresistores adicionais são usados ​​para analisar a iluminação e, no terceiro circuito, a bateria solar é usada diretamente como sensor de luz e o LED é conectado em paralelo com um capacitor de integração que suaviza os surtos, mas mais sobre isso posteriormente.


Esquema 1


Esquema 2


Esquema 3

As lanternas solares modernas são baseadas principalmente em chips chineses das famílias YX8XXX, QX5252, ANA618. Fabricantes de renome, como Diodos, também produzem tais microcircuitos, mas, como provavelmente custam significativamente mais do que os microcircuitos chineses, é improvável que os encontremos em lanternas. Basicamente, os fabricantes desses microcircuitos declaram que a eficiência dos microcircuitos não é inferior a 85%, a corrente média através do LED é definida pelo valor do indutor, mas os fabricantes nas folhas de dados a normalizam de maneira diferente - alguns fornecem a corrente média através do LED (circuitos 4, 7), outros usam o consumo de corrente da bateria (circuitos 5, 6).

Também é necessário esclarecer que nas lanternas chinesas são utilizadas indutâncias do tipo - EC-24:



Este é um indutor de baixo consumo e baixo custo, com uma resistência interna relativamente grande, o que obviamente reduz a eficiência do conversor.




Esquema 4




Esquema 5




Esquema 6




Esquema 7

Lanternas solares - o que há dentro?

Uma autópsia mostrou que na lanterna comprada no Globe, o chip YX8018 é usado:



Indutância de 136 μH:



O consumo de uma lanterna de uma fonte de 1,27 volts é de 6 mA:



A lanterna Leroy usa o chip ANA618:



Indutância de 210 μH:



O consumo de uma lanterna de uma fonte de 1,27 volts é de 5 mA:



E na lanterna da Aliexpress, o famoso microcircuito chinês tipo mancha é usado:



342 μH indutância:



O consumo de uma lanterna de uma fonte de 1,27 volts é de 11 mA:



Os resultados dessa medição e uma rápida olhada na tabela anexa ao Esquema 5 sugerem que estamos lidando com um chip QX5252 sem chip.

Após repetir e ajustar com êxito os esquemas 1 - 3, descobriu-se que, no geral, eles estão operacionais, mas suas características são aproximadamente as mesmas que as chinesas, mas eu queria mais. Depois de comprar painéis solares para teste, que juntamente com as lanternas participaram do teste, decidi pela primeira vez o consumo atual de circuitos de lanterna de 60 mA, usando LEDs super brilhantes com diâmetro de 5 mm e ângulo de dispersão de 120 graus:



Tentativas de fazer difusores como nas lanternas chinesas não tiveram êxito e vim a esse projeto usando-o juntamente com o esquema 9:





Esses LEDs têm uma desvantagem - a fonte de luz é uma fonte pontual e, portanto, as tonalidades das lanternas precisavam ser emaranhadas, as tonalidades transparentes eram emaranhadas cobrindo-as com verniz acrílico branco translúcido ou fazendo inserções de um filme branco. Mas quando persegui o brilho e mudei para correntes de lanterna de baterias de 100 - 120 mA, tive que abandonar completamente os LEDs de 5 mm, mesmo a conexão paralela de seis LEDs não salvou:



Os LEDs de baixa potência simplesmente não são capazes de funcionar efetivamente nas correntes de pico, então tive que mudar para montagens de três LEDs de 0,5 watts do tamanho de quadro 5730 e circuito 8:





Olhando para o futuro, observo que, com os 5730 LEDs, diferentemente de 5 mm, não é necessário fosco nas sombras da lanterna, o que aumenta novamente o brilho da lanterna.

Nas figuras 8 e 9, os esquemas desenvolvidos por mim com base nos esquemas das figuras 1 - 3. Estes são “cavalos de trabalho” que já demonstraram sua confiabilidade e despretensiosidade por três temporadas. O esquema 8 foi projetado para funcionar com um LED de 1 a 3 watts ou três do tipo 5730 de 0,5 watts. O esquema 9 foi projetado para funcionar com lanternas - guirlandas baseadas em LEDs homogêneos de baixa potência conectados em paralelo, por exemplo, os mesmos 5 milímetros. A base de ambos os circuitos é um conversor de avanço nos transistores VT4, VT5, indutor L1, capacitor de realimentação C4, resistor - base limitadora de corrente R7 e um resistor que define a corrente de polarização R8. Este bloco é quase completamente idêntico aos três primeiros circuitos. Mas existem diferenças: este é o amplificador do sensor de luz no transistor VT1, que possibilitou a inclusão posterior da lanterna no início do crepúsculo em comparação com os circuitos originais. Assim como um sensor de voltagem, que desempenha a função de proteger a bateria contra descarga excessiva profunda, proíbe a operação de um conversor de reforço se a voltagem da bateria estiver abaixo de 1,1 volts. O sensor é implementado em um diodo VD2 e um transistor VT2. Se a tensão da bateria estiver abaixo de 1,1 volts, as duas junções PN conectadas em série formadas pelo diodo VD2 e a junção emissora do transistor VT2 serão fechadas, assim como o transistor VT3, permitindo que o conversor de reforço seja ligado. O resistor R4 define o nível de histerese do circuito do sensor de tensão. Os resistores R7, R8 ajustam a corrente consumida pela unidade conversora de reforço da bateria. Com essas classificações, o consumo de corrente do circuito será de 95 a 120 mA, com uma corrente média através do LED de cerca de 20 mA. Eu medi a corrente por um método indireto. Um dispositivo apontador de um gravador foi conectado ao painel solar. Apontando os LEDs na bateria solar e localizando a posição em que a seta se desvia ao máximo e lembre-se de sua posição:



Em seguida, conectamos os LEDs a uma fonte de corrente ajustável. Ajustando a corrente através dos LEDs, conseguimos que a seta fique na mesma posição da medição anterior:



Eu tenho 23 mA a uma voltagem de 2,8 V. No LED, verifica-se que a eficiência medida por esse método indireto é de apenas 52%, o que não é surpreendente, uma vez que o Uke de saturação do transistor de silício BC817 é de 0,6 volts.


Esquema 8


Esquema 9

Ao solicitar transistores para este circuito, lembre-se de que os transistores BC817 chineses com Aliexpress podem não funcionar corretamente com uma corrente de consumo de 50-60 mA e baixa eficiência do circuito. Os transistores das empresas ON Semiconductor ou NXP funcionam normalmente. O circuito usa resistores e capacitores de cerâmica do tamanho 0805, capacitores eletrolíticos de tântalo em um pacote CASE-A com capacidade de 10 a 47 μF e tensão de operação de pelo menos 10 volts. O diodo 1SS314 pode ser substituído pelo difuso LL4148, o diodo 1SS357 por SS16 e diodos Schottky similares. Indutor L1 tamanho CD43 100 μH:



Os transistores BC847, BC857 são mais bem utilizados com o índice C, eles têm um ganho máximo de h21E. A voltagem operacional do capacitor C5 no circuito 9 deve ser de pelo menos 16 volts e uma capacidade de pelo menos 10 microfarads. Ao tentar reduzi-lo para 1 uF (eu queria substituir um capacitor eletrolítico bastante grande no gabinete do CASE-A por um cerâmico menor no gabinete 0603) Os LEDs de 5 mm começaram a falhar constantemente devido ao aumento irrestrito dos pulsos de tensão do conversor, tive que voltar ao original valor de face. As placas são fabricadas de acordo com a tecnologia LUT padrão, os conectores na placa e na bateria são usados ​​como um interruptor:





A placa é universal para os circuitos nas figuras 8 e 9. Na foto, a placa é montada de acordo com o esquema 8 (o capacitor C5 não está instalado).

Link para o arquivo com diagramas e placas de circuito impresso (no formato P-CAD 2006 e .pdf)

O esquema 10 em um chip DIODES ZXLD383 exótico e relativamente caro mostrou-se muito bem. Capacitor cerâmico C1 cerâmico 0805, indutor L1 tamanho CD43 10 μH. HL1 - montagem de três LEDs do tipo 5730. Com as classificações indicadas, o consumo de corrente do circuito é de 100 - 110 mA.


Padrão 10

Na montagem, parece algo como isto:





Link para o arquivo com diagramas e placas de circuito impresso (no formato P-CAD 2006 e .pdf)

E, finalmente, o melhor preço / critério de qualidade em um chip chinês dos dispositivos QX Micro QX5252. Capacitor cerâmico C1 0805, indutor L1 tamanho CD43 22 μH. HL1 - montagem de três LEDs do tipo 5730. Com as classificações indicadas, o consumo de corrente do circuito é de 100 - 110 mA.

Esquema 11

Assembléia do Conselho:





Link para o arquivo com diagramas e placas de circuito impresso (no formato P-CAD 2006 e .pdf)

Por uma questão de interesse, os testes foram realizados usando um luxômetro:



Resultados na tabela:

Lanterna	Corrente de consumo, mA	Iluminação, KLK
Aliexpress	11	0,9
Globo	6	2.7
Leroy	5	7,58
ZXLD383 (Diagrama 10)	112	95
QX5252 (Diagrama 11)	109	114
Esquema 8	93	101

Vou dar algumas fotos. Globo lanterna teste:



Teste de placa no chip QX5252 (Esquema 11):



Parece-me que todo mundo já está entediado com números e diagramas simples, então, olhando para o futuro, mostrarei como à noite uma lanterna da Globo do mundo real (à esquerda) e uma lanterna baseada no esquema 11 (à direita):



E falaremos sobre os projetos de lanternas com base nos diagramas da próxima vez ...