自動40ワットLEDソーラー街路灯回路

次の記事では、興味深い40ワットの自動LED街路灯回路の構築について説明します。この回路は、夜間に自動的にオンになり、日中はオフになります（私が設計しました）。内蔵バッテリーは日中はソーラーパネルで充電され、充電されると同じバッテリーが夜間のLEDランプに電力を供給して街路を照らします。

今日、ソーラーパネルとPVセルは非常に人気があり、近い将来、私たち全員が私たちの生活の中で何らかの形でそれを使用するのを目にするでしょう。これらのデバイスの重要な用途の1つは、街路照明の分野です。

ここで説明した回路には、ほとんどの標準仕様が含まれています。次のデータは、それをより詳細に説明しています。

LEDランプの仕様

• 電圧：12ボルト（12V / 26AHバッテリー）
• 消費電流：3.2アンペア@ 12ボルト、
• 消費電力：1ワットLEDの39nosによる39ワット
• 光度：約2000lm（ルーメン）

充電器/コントローラーの仕様

• 入力：約32ボルトの開回路電圧、および5〜7アンペアの短絡電流で指定されたソーラーパネルからの32ボルト。
• 出力：最大14.3ボルト、電流は4.4アンペアに制限
• バッテリーフル-14.3ボルトでカットオフ（P2で設定）。
• 低バッテリー-11.04ボルトでカットオフ（P1で設定）。
• 「バッテリーフルカットオフ」後、フロート電圧を13.4ボルトに制限してC / 5レートで充電されたバッテリー。
• LDRセンサーによる昼/夜の自動切り替え（R10を適切に選択して設定）。

記事のこの最初の部分では、ソーラー充電器/コントローラーステージとそれに対応する過電圧/低電圧カットオフ回路、および自動昼/夜カットオフセクションについて説明します。

上記の設計は、以下に示すように、IC 555ステージを排除し、日中のリレーカットオフトランジスタをソーラーパネルのプラスに直接接続することにより、大幅に簡素化できます。

パーツリスト

• R1、R3、R4、R12 = 10k
• R5 = 240 OHMS
• P1、P2 = 10Kプリセット
• P3 = 10kポットまたはプリセット
• R10 = 470K、
• R9 = 2M2
• R11 = 100K
• R8 = 10オーム2ワット
• T1 ---- T4 = BC547
• A1 / A2 = 1/2 IC324
• すべてのツェナーダイオード= 4.7V、1/2ワット
• D1-D3、D6 = 1N4007
• D4、D5 = 6AMPダイオード
• IC2 = IC555
• IC1 = LM338
• リレー= 12V、400オーム、SPDT
• バッテリー= 12V、26AH
• ソーラーパネル= 21V開放回路、7AMP @短絡。

ソーラー充電器/コントローラー、高/低バッテリーカットオフおよび周囲光検出器回路ステージ：

注意 ： 充電コントローラーは、あらゆる街路灯システムに必須です。この機能のないインターネット上の他のデザインを見つけるかもしれません、単にそれらを無視してください。それらはバッテリーにとって危険な場合があります！

上記の40ワットの街路灯回路図を参照すると、パネル電圧はIC LM 338によって調整され、必要な14.4ボルトに安定化されます。

P3は、出力電圧を正確に14.3ボルトまたはそれに近い場所に設定するために使用されます。

R6とR7は電流制限コンポーネントを形成し、説明したように適切に計算する必要があります このソーラーパネル電圧レギュレータ回路で 。

次に、安定化された電圧が電圧/充電制御および関連するステージに適用されます。

2つのオペアンプA1とA2は逆の構成で配線されています。つまり、A1の出力は、所定の過電圧値が検出されるとハイになり、A2の出力は、所定の低電圧しきい値が検出されるとハイになります。

上記の高電圧しきい値と低電圧しきい値は、それぞれプリセットP2とP1によって適切に設定されます。

トランジスタT1とT2は、オペアンプからの上記の出力に応じて応答し、それぞれのリレーをアクティブにして、指定されたパラメータに関して接続されたバッテリの充電レベルを制御します。

T1に接続されたリレーは、特にバッテリーの過充電制限を制御します。

T3に接続されたリレーは、LEDランプステージへの電圧を保持する役割を果たします。バッテリー電圧が低電圧しきい値を上回り、システムの周囲に周囲光がない限り、このリレーはランプをオンに保ち、規定の条件が満たされない場合はLEDモジュールを即座にオフにします。

回路動作

IC1は関連部品とともに光検出回路を形成し、その出力は周囲光の存在下でハイになり、逆もまた同様です。

昼間で、11.8Vで部分的に放電されたバッテリーが関連するポイントに接続されていると仮定します。また、高電圧カットオフが14.4Vに設定されていると仮定します。電源スイッチがオンになると（ソーラーパネルまたは外部DC電源から）、バッテリーはリレーのN / C接点を介して充電を開始します。

日中なのでIC1の出力が高く、T3がONになります。 T3に接続されたリレーは、バッテリー電圧を保持し、LEDモジュールに到達するのを防ぎ、ランプはオフのままです。

バッテリーが完全に充電されると、A1の出力がハイになり、T1と関連するリレーがオンになります。

これにより、バッテリーが充電電圧から切り離されます。

上記の状況は、上記のリレーのN / O接点からT1のベースへのフィードバック電圧の助けを借りてONにラッチします。

ラッチは、T2がオンになり、T1のベースバイアスを接地し、トップリレーを充電モードに戻す低電圧状態に達するまで持続します。

これで、提案されている40ワットの自動ソーラー街路灯システム回路のバッテリー高/低コントローラーと光センサーステージは終了です。

以下の説明では、PWM制御LEDモジュール回路の作成手順について説明します。

以下に示す回路は、39個の番号で構成されるLEDランプモジュールを表しています。 1ワット/ 350mAの高輝度パワーLED。アレイ全体は、各シリーズの3つのLEDで構成される13の直列接続を並列に接続することによって作成されます。

使い方

上記のLEDの配置は、その構成においてかなり標準的であり、それほど重要ではありません。

この回路の実際の重要な部分は、IC 555セクションであり、通常の非安定マルチバイブレータモードで構成されています。

このモードでは、ICの出力ピン＃3が明確なPWM波形を生成します。これは、ICのデューティサイクルを適切に設定することで調整できます。

この構成のデューティサイクルは、好みに応じてP1を設定することで調整されます。

P1の設定はLEDの照明レベルも決定するため、LEDから最適な結果を生成するために慎重に行う必要があります。 P1は、LEDモジュールの調光制御にもなります。

ここにPWM設計を含めることは、接続されたLEDの消費電力を大幅に削減するため、重要な役割を果たします。

LEDモジュールがIC555ステージなしでバッテリーに直接接続される場合、LEDは指定された36ワットを完全に消費します。

PWMドライバーが動作していると、LEDモジュールは約1/3の電力のみを消費します。つまり、約12ワットですが、LEDから指定された最大照明を抽出します。

これは、PWMパルスが供給されるため、トランジスタT1が通常の1/3の時間だけオンになり、同じ短い時間LEDを切り替えるために発生しますが、視覚の持続性により、LEDは次のようになります。常にオン。

非安定の高周波は照明を非常に安定させ、私たちの視界が動いている間でさえ振動を検出することができません。

このモジュールは、前述のソーラーコントローラーボードと統合されています。

示されている回路の正と負は、ソーラーコントローラーボード上の関連するポイントに単純に接続する必要があります。

これで、提案されている40ワットの自動ソーラーLED街路灯回路プロジェクトの全体的な説明は終わりです。

ご不明な点がございましたら、コメントでお伝えください。

更新： 視覚の持続性のために低消費で高照度を見るという上記の理論は正しくありません。悲しいことに、このPWMコントローラーは明るさコントローラーとしてのみ機能します。

街路灯LEDPWMコントローラーの回路図

パーツリスト

• R1 = 100K
• P1 = 100Kポット
• C1 = 680pF
• C2 = 0.01uF
• R2 = 4K7
• T1 = TIP122
• R3 ---- R14 = 10オーム、2ワット
• LED = 1ワット、350 mA、クールホワイト
• IC1 = IC555

最終的なプロトタイプでは、LEDは特殊なアルミニウムベースのヒートシンクタイプのPCBに取り付けられました。これがないと、LEDの寿命が短くなることを強くお勧めします。

プロトタイプ画像

スワガタムイノベーションによる街路灯のプロトタイプ

最も単純な街路灯回路

あなたが初心者で、シンプルな自動街路灯システムを探しているなら、おそらく次のデザインがあなたのニーズを満たすでしょう。

この最も単純な自動街路灯回路は、初心者がすばやく組み立てて、意図した結果を達成するために設置することができます。

光活性化の概念に基づいて構築されたこの回路は、さまざまな周囲光レベルに応じて、車道ランプまたはランプのグループを自動的にオンおよびオフにするために使用できます。

ザ・ 電気ユニット 一度構築すると、夜明けが明けたらランプをオフにし、夕暮れが始まるとランプをオンにするために使用できます。

使い方

回路は自動として使用することができます 昼夜作動ライト コントローラーシステムまたは単純な光作動スイッチ。この便利な回路の機能と、その構築がいかに簡単であるかを理解してみましょう。

回路図を参照すると、回路の基本的な制御部分を形成する、2つのトランジスタとリレーだけで構成される非常に単純な構成を見ることができます。

もちろん、回路の主要なセンシングコンポーネントであるLDRを忘れることはできません。トランジスタは基本的に、両方が互いに逆に補完するように配置されています。つまり、左側のトランジスタが導通すると、右側のトランジスタがオフになり、その逆も同様です。

左側のトランジスタT1は次のように装備されています 電圧コンパレータ 抵抗ネットワークを使用します。上腕の抵抗はLDRで、下腕の抵抗はしきい値またはレベルを設定するために使用されるプリセットです。 T2はインバーターとして配置され、T1から受信した応答を反転します。

LDRのしくみ

最初は、光のレベルが低いと仮定すると、 LDRは高い抵抗を維持します その両端のレベル。これにより、トランジスタT1のベースに十分な電流が到達できなくなります。

これにより、コレクタの電位レベルがT2を飽和させ、その結果、リレーはこの状態でアクティブのままになります。

LDRで光レベルが増加し、十分に大きくなると、その抵抗レベルが低下します。これにより、より多くの電流がLDRを通過し、最終的にT1のベースに到達します。

トランジスタがLDRにどのように応答するか

トランジスタT1は導通し、コレクタ電位をグランドに引き下げます。これにより、トランジスタT2の導通が抑制され、コレクタ負荷リレーと接続されたランプがオフになります。

電源の詳細

電源は標準です 変成器 、ブリッジ、コンデンサネットワーク、 クリーンDC 提案されたアクションを実行するための回路に。

回路全体を小さなベロボードの上に構築することができ、アセンブリ全体と電源を頑丈な小さなプラスチックの箱の中に収納することができます。

LDRの位置付け方法

LDRはボックスの外側に配置する必要があります。つまり、その検出面は、光レベルを検出する必要がある周囲領域に向けて露出する必要があります。

ランプからの光がLDRに到達しないように注意する必要があります。これにより、誤ったスイッチングや発振が発生する可能性があります。

パーツリスト

• R1、R2、R3 = 2K2、
• VR1 = 10Kプリセット、
• C1 = 100uF / 25V、
• C2 = 10uF / 25V、
• D1 ---- D6 = 1N4007
• T1、T2 = BC547、
• リレー= 12ボルト、400オーム、SPDT、
• LDR =周囲光で10Kから47Kの抵抗を持つ任意のタイプ。
• トランス= 0-12V、200mA

PCB設計

オペアンプIC741の使用

上で説明した自動暗闇起動街路灯回路は、 オペアンプ 、以下に示すように：

作業の説明

ここで、IC 741はコンパレータとして設計されており、その非反転ピン＃3は、このピン配置でトリガーリファレンスを作成するための10kプリセットまたはポットに接続されています。

ICの反転入力であるピン＃2は、光依存抵抗またはLDRと100K抵抗で構成された分圧器ネットワークで構成されています。

10Kプリセットは、LDRの周囲光が目的の暗さのしきい値に達すると、ピン＃6がハイになるように最初に調整されます。これは、ピン＃6がちょうどハイになるまでプリセットをゆっくりと動かすことによって、ある程度のスキルと忍耐をもって行われます。これは、接続されたリレーのスイッチオンと赤いLEDの点灯によって識別されます。

これは、密室内のLDRに人工的な暗さのしきい値の光レベルを作成し、目的に薄暗い光を使用することによって行う必要があります。

プリセットが設定されると、調整が固定され、変更されないように、エポキシ接着剤でシールされる場合があります。

この後、回路は、回路に電力を供給するための12Vアダプターを備えた適切なボックス内に封入され、リレー接点は目的のロードランプで配線されます。

ランプの照明がLDRに到達しないように注意する必要があります。到達しないと、夕暮れ時にランプがトリガーされるとすぐに、ランプが継続的に振動したりちらついたりする可能性があります。