Стабилизированный преобразователь напряжения на микросхеме YX8018. Солнечная панель питает «дневную лампу» и УКВ приемник Dc преобразователь для солнечной панели

Poonam Deshpande

Electronic Design

Несложная комбинация из солнечной батареи, нескольких светодиодов и небольшого DC/DC регулятора позволит в дневное время освещать темные углы помещения и одновременно обеспечивать стабилизированным питанием маломощную нагрузку

Лампа, работающая от солнечных батарей только в дневное время, может показаться практически бесполезной, однако в домах и офисах есть множество помещений, остающихся относительно темными даже днем. Эта «дневная лампа» светится от расположенной рядом солнечной батареи, а кроме того, имеет дополнительный стабилизированный источник 0.5 Вт, способный питать небольшие нагрузки, такие как УКВ приемник.

Для питания дневной лампы используется фотогальваническая панель с номинальной мощностью 10 Вт (Рисунок 1). Ее напряжением, в точке максимальной мощности равным 17.3 В, питаются две идентичные светодиодные цепочки (LED1… LED5 и LED6… LED10). Каждая цепочка состоит из пяти белых светодиодов мощностью 1 Вт каждый. Последовательные резисторы R1 и R2 сопротивлением 22 Ом с допустимой мощностью рассеяния 2 Вт задают токи цепочек.

Выход фотогальванической панели через выключатель соединен с входом импульсного стабилизатора напряжения (ИСН) (Рисунок 2). Конденсатор на входе микросхемы преобразователя снижает зависимость яркости свечения светодиодов от изменения тока нагрузки, зависящего от уровня аудио сигнала на выходе УКВ приемника.

Существует довольно много дешевых микросхем импульсных преобразователей напряжения, хорошо подходящих для этого приложения, и три из них очень похожи по степени распространенности, частоте переключения, выходному напряжению, значениям L и C и сопротивлению нагрузки. Это LM3524, MC34063 и LM2575. При прочих равных условиях на преобразователе, основанном на микросхеме , теряется меньше напряжения батареи благодаря меньшему току потребления и более низкому напряжению насыщения силового ключа. Понятно, что именно эта микросхема и была выбрана для источника питания.

Входное напряжение питания (V IN) подается на вывод 6 DC/DC преобразователя MC34063 через выключатель SW (Рисунок 3). Сглаживающий конденсатор C1 емкостью 2200 мкФ, включенный после выключателя, предназначен для минимизации колебаний напряжения, вызванных изменениями интенсивности освещения. Конденсатор C2 емкостью 100 пФ на выводе 5 задает частоту переключения преобразователя 33 кГц.

Выходное напряжение фильтруется элементами L1 и C3. Индуктивность 220 мкГн изготовлена самостоятельно намоткой 48 витков провода на тороидальный сердечник, в качестве которого вполне можно использовать сердечник диаметром 10 мм и высотой 20 мм, извлеченный из старого компьютерного кабеля. Сопротивления резисторов R1 и R2 подобраны так, чтобы выходное напряжение равнялось 5 В. Если на выходе должно быть другое напряжение, следует изменить сопротивление резистора R1. Например, для выходного напряжения 6 В сопротивление R1 должно равняться 27 кОм, а для 4.5 В - порядка 39 кОм. Собранная схема показана на Рисунке 4, а полная система - на Рисунке 5.

Чтобы получить больше света, можно сделать дневную лампу с двумя солнечными батареями, включенными последовательно (Рисунок 6). Однако в этом случае максимальное выходное напряжение фотогальванического источника может превысить 40 В, что является предельным значением, установленным для микросхемы MC34063. Для решения этой проблемы DC/DC преобразователь подключается не непосредственно к выходу солнечной батареи, а к одной из двух светодиодных цепочек. Каждая цепочка состоит из десяти светодиодов с максимальным прямым напряжением 3.5 В. Таким образом, напряжение на цепочке не превышает 35 В.

Ссылки

Материалы по теме

Импульсные преобразователи постоянного тока (DC/DC) DC DC CONVERTER CONTROL CIRCUITS

• Супер!!! Освещать днем, затемнять ночью!!! Все гениальное просто!!! Теперь я наконец понял, что такое "лампа дневного света"!!!
• Упомянутое - не наш путь! Наши люди - значительно экономнее! Наш, отечественный юный техник, ученик 5-го класса. покупает динамо-фонарик за 19 грн. (40-45 р. РФ) и... просто кладет его в карман. Экономия - 20 долларов на приобретении у зарубежных капиталистов солнечной панели и всяких диодов-резисторов. http://www.leroymerlin.ua/p/%D0%9B%D...4-307ee51a3035 . Скажете - неудобно? Под руководством пенсионера - бывшего учителя физики из школьного кружка "Очумелые ручки" ученик, выучив таки к 5-му классу таблицу умножения, подсчитывает работу, которую совершает его бабушка, открывая дверь в темную кладовую: 2 кгс усилия он умножает на 1 метр перемещения края двери и получает 20 джоулей. Заглянув в школьный физический кабинет, ученик узнает, что 2 светодиода упомянутого фонарика при напряжении 2 вольта и силе тока 10 миллиампер имеют потребляемую мощность всего 20 мВт! Открыв дверь всего 1 раз можно освещать кладовую целых 50 секунд - энергия в фонарике ведь не пропадает, а заряжает встроенный в китайский фонарик аккумулятор! Теперь вся семья юного дарования во время утренней зарядки открывает и закрывает дверь в кладовую - папа ученика в перерыве футбольного матча пристроил таки динамо-фонарик к двери в кладовую! А младший братик нашего школьника пристроил к этой же двери выключатель от дверки старого холодильника - при закрытой кладовой света в кладовке нету - аккумулятор фонарика не разряжается. Сейчас уже собирают подписи под петициями в Правительство. Если каждый из 100 млн. жителей сэкономит всего по 100 ватт электричества, можно будет навсегда закрыть все электростанции страны! Подробности и дальнейшие действия - https://www.youtube.com/watch?v=WVMolYlx-h8 .
• А.Райкин хотел привязать к балерине динамомашину...
• нафига козе баян а попу гармонь? приемник можно питать свободной энергией и нафиг та солнечная панель
• Приведите рабочий пример...детекторный приёмник,чур,не предлагать.

Микросхема YX8018 широко используется в недорогих светодиодных газонных светильниках, где на ней построен нестабилизированный повышающий преобразователь напряжения. Он обеспечивает питание осветительного светодиода (или светодиодов) от Ni-Cd аккумулятора. Ток через светодиод (от долей до нескольких миллиампер) задан индуктивностью накопительного дросселя в преобразователе. Поэтому нет необходимости стабилизировать напряжение. Особенность микросхемы YX8018 и аналогичных - наличие входа управления, с помощью которого можно включать и выключатель преобразователь напряжения. Именно этот вход используется в светодиодных газонных светильниках для их автоматического включения с наступлением темноты. Этот же вход можно использовать для построения стабилизированного повышающего преобразователя напряжения.

Схема такого преобразователя на микросхеме YX8018 представлена на рис. 1. Его можно применить для питания от одного Ni-Cd, Ni-Mh аккумулятора или гальванического элемента различных радиоэлектронных устройств, требующих напряжения питания от 2 до 5 В. В исходном состоянии на входе СЕ (вывод 3) микросхемы присутствует напряжение, близкое к напряжению питания. Это обусловлено наличием встроенного резистора, соединяющего этот вывод с плюсом питания. Поэтому преобразователь включается, импульсы напряжения на его выходе L (вывод 1) выпрямляет диод VD1, а сглаживающие конденсаторы С2 и С3 заряжаются - выходное напряжение растёт. Когда напряжение на затворе транзистора VT1 достигнет порогового значения (около 2 В), сопротивление канала транзистора уменьшится и напряжение на его истоке (и входе СЕ микросхемы) также снизится - преобразователь выключится. Выходное напряжение станет уменьшаться, что приведёт к закрыванию полевого транзистора и включению преобразователя.

Таким образом, преобразователь периодически включается и выключается, поддерживая на выходе напряжение, установленное подстроечным резистором R1. Рабочая частота преобразователя - около 200 кГц, а частота включения/выключения зависит от выходного тока и ёмкости конденсатора С2 (чем больше ток и меньше ёмкость конденсатора, тем больше частота) и может быть от нескольких герц до десятков килогерц. Зависимости выходного напряжения преобразователя (2,7 В) от входного для разных значений тока нагрузки предных значений тока нагрузки представлены на рис. 2. Амплитуда пульсаций - около 10 мВ, остаётся практически неизменной и в небольших пределах зависит от выходного напряжения и параметров полевого транзистора. Частота пульсаций зависит от рабочей частоты преобразователя и частоты включения/выключения преобразователя и может изменяться в широких пределах. Термостабильность определяется в первую очередь параметрами полевого транзистора. В данном случае температурный коэффициент напряжения отрицательный и составляет несколько милливольт на градус Цельсия.

Все элементы можно смонтировать на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, её чертёж показан на рис. 3. Применён подстроечный резистор СП3-19, оксидный конденсатор - импортный, остальные - К10-17. Взамен диода 1N5817 можно применить маломощные импульсные или детекторные германиевые диоды или диоды Шотки. Дроссель намотан на ферритовом кольце диаметром 6...9 мм от трансформатора электронного балласта компактной люминесцентной лампы и содержит 5 витков провода ПЭВ-2 0,4. Выходное напряжение в интервале 2,2.5 В устанавливают подстроечным резистором, его можно заменить резистивным делителем с суммарным сопротивлением не менее 1 МОм. Для уменьшения пульсаций с частотой 200 кГц между конденсаторами С2 и С3 в плюсовую линию питания нужно установить дроссель, например ЕС24, индуктивностью 470...1000 мкГн.

Дата публикации: 07.05.2014

Мнения читателей

• Сергей (другой) / 14.04.2019 - 14:49
  А садовым светильникам и не нужно "светить всю ночь". Им нужно чтобы "светило весь вечер и часть ночи". Они же - "декоративный элемент". Для подсветки и прочей красоты. А вовсе не для освещения чего либо "ярким светом". Им всю ночь светить и не обязательно.
• Сергей / 13.08.2018 - 12:12
  Проблема садовых светильников в слабой солнечной, она недокармливает акк, и потому даже на ночь не хватает. Я запаралелил две солнечных - теперь после дня на солнце светит часов 18.
• clim / 09.06.2018 - 07:25
  в даташите как раз 2 варианта - от 1 и от 2 батареек
• clim / 09.06.2018 - 07:24
  проверял газонный светильник, солнечная батарейка 4*4см, на ярком солнце даёт до 10 мА, никак не микроамперы, так что всё ок, за день (солнечный) может полностью зарядиться
• барсуков / 05.01.2018 - 08:18
  Перелопатил все "data-seets" - нигде не оговорено МАКСИМАЛЬНОЕ входное напряжение для YX8018, конкретно можно ли давать 3,2 В(при питании фонаря от двух элементов), на практике вроде работает, но хотелось бы действовать по законным ТУ, приучен как конструктор...
• z123 / 10.12.2017 - 00:36
  солнечный элемент дает микроамперный ток и никак не может заряжать батарейку которой нужны десятки минимум МИЛЛИампер. Поддерживать(чтоб подольше жила) - может. Но не заряжать. Поэтому схемы где только эта YX8018+батарейка,резистор,выключатель,светодиод и сол-элемент = это схема на небольшое время, потом батарейка дохнет и всё. Либо утилизировать(на запчасти) либо переделывать под совсем другое. Те кто делают и продают такое - мухлевщики. Расчет на дураков, чтоб задурить и втюхать. А потом уже неважно.
• Дед Сергей / 07.10.2017 - 00:04
  Нет, для некоторых эта тема действительно актуальна, зря не нужно смеяться. У меня тоже есть эта проблема, - батареек много осталось с ресурсом 10 -30%. Для фонарика уже не годятся, для других устройств, - лучше новые купить. А вот YX1808 для ночного освещения моей квартиры, лишь бы во тьме не вписаться лбом в дверь, - самое что ни на есть ОНО! И, если уже в ЭТОМ устройстве светодиод потух, то ЭТА батарейка по-настоящему умерла. Никакое другое устройство из нее уже ничего не высосет! Можно смело сказать ей спасибо за сотрудничество и, попрощавшись, утилизировать.
• Данил / 30.05.2017 - 14:28
  Как сделать зарядку для телефона на этой микросхеме? Что бы питалась от солнца и заряжала телефон?
• Дмитрий / 16.05.2017 - 23:36
  Юрий, тот конец провода, что идет от середины резистора, должен продолжаться до транзистора на управляющем входе 3. На картинке он обрезан. По логике работы должно быть так. Я купил светильник с таким преобразователем и сразу разобрал его. На вход 3 припаян плюс солнечного элемента. Он не для зарядки, а просто датчик освещения. Заряжать акк ААА надо самому, вынимая из светильника.
• Андрей / 25.05.2016 - 16:32
  в фикспрайсе продают садовые ночные светильники. там внутри 4 выводная микросхемка YX8018 , светодиод, никелевая таблетка, солпанель, выключатель и вроде дроссель под тип резистора. днем заряжается, а если накрыть солярку(или вечером), то светит диод. погуглил немного. 8018 это DC-DC преобразователь для солнечной панели
• Юрий / 22.03.2015 - 18:05
  А автор не ошибается по поводу внутреннего резистора на выводе 3? Скорее всего он подключен к массе.
• TL494 / 16.12.2014 - 13:10
  А если посчитать сколько стоит Кв/час запасённый в ХИТе? Всё вполне закономерно. Хотя в квартирном звонке утилизирую старые батарейки по 2-3шт., в ноль, без всяких схем.
• Владислав / 06.12.2014 - 15:25
  Уважаемый И Нечаев, Благодарю Вас за публикацию, для меня она актуальна, поскольку я ищу малозатратную на ХХ схему утилизации напряжения около 1 вольта, есть что утилизировать и в большом количестве, В садовых фонариках - вероятно скорее всего работает аналогичная схемка, типа JD 1803B ОДНАКО ТЕХ ХАРАКТЕРИСТИК НА НЕЕ НЕ НАЙТИ, на некоторых таких контроллерах от фонариков, - вообще нет маркировки, ЕСТЬ АНАЛОГ ANA 608- 6 , ANA 618 НО там китайские символы, есть и другие контроллеры типа max 1724 или 1722 и другие, работающие от 0,7 - 0,8 вольт с выходным напряжением до 5, 5 вольт при токе от 150 до 300 ма, так как я не сильный электронщик, то нуждаюсь в доп. обсуждении схемного решения, мой скайп vladislav14211 mail [email protected] буду рад сотрудничеству и обсуждению необходимого мне технического решения на основе вашей схемы
• Сергей / 10.05.2014 - 07:18
  Получить неск. ма при 9...15 вольтах от одного элемента достаточно большей емкости - это понятно. Например для питания мультиметра.Сам подобные схемки собирал при необходимости на то. Но из напряжения которое дает 1 элемент получить 2 вольта это мужики сильно!!! Это скорее от избытка времени.Понимаю мужика оказавшегося в жаре "родины обетованной" (смотри на этом сайте)Но в имперской-то столице, когда плюнь - попадешь в магазин или киоск где навалом батареек.

Устройство представляет собой простой повышающий преобразователь и ограничитель напряжения, который заряжает аккумуляторы напряжением 12В от солнечной панели напряжением 6В. Устройство также имеет функцию MPPT (Отслеживание точки максимальной мощности). Когда мы думаем о MPPT, то обычно вспоминаем про микроконтроллеры и сложные вычислительные алгоритмы мощности. Однако такие алгоритмы на самом деле не нужны.

В статье представлены два схематических решения. Первая схема просто иллюстрирует повышающий импульсный преобразователь, в то время как вторая демонстрирует самодельную рабочую схему устройства. Она рекомендуется для более продвинутых экспериментаторов, которые имеют в своем распоряжении осциллограф. Схема может также представлять интерес для студентов и тех, кто просто хочет расширить свои знания в электронике.

Схемы топологии повышающего преобразователя и схема самодельного солнечного преобразователя

Теоретические сведения о повышающем преобразователе

На схеме топологии повышающего преобразователя катушка L1 заряжается, когда транзистор Q1 открыт. Когда транзистор Q1 закрыт, катушка L1 разряжается на батарею через стабилитрон D1. Выполнение данной операции в течение нескольких тысяч раз в секунду в результате приведет к существенному выходному току. Этот процесс также называется индуктивным разрядом. Для его функционирования необходимо, чтобы входное напряжение было ниже выходного. Также при наличии солнечной панели необходимо использовать элемент хранения энергии – конденсатор (C1), который позволит солнечной панели непрерывно выдавать на выход ток между циклами.

Описание принципиальной схемы повышающего преобразователя

Схема состоит из трех основных блоков, включая генератор стробирующих импульсов на базе 555 МОП-интегральной схемы, 555 ШИМ модулятор и операционный усилитель с ограничителем напряжения. 555 серия с каскадным выходом может обеспечить ток около 200мА и позволяет создать отличный маломощный генератор импульсов. 555 ШИМ модулятор является классической генераторной схемой на базе 555 серии. Для регулировки времени разряда конденсатора C3 (время заряда катушки), на вывод 5 подается напряжение величиной 5В.

Ограничение напряжения

Операционный усилитель U1A вычисляет сигнал напряжения батареи, когда разделенное установленное значение напряжения сравнивается с эталонным напряжением величиной 5В. Когда напряжение превышает установленное значение, выход переключается в отрицательном направлении, снижая, таким образом, частоту импульсов ШИМ генератора и ограничивая любой последующий заряд. Это эффективно предотвращает перезаряд.

Питание схемы от солнечной панели

Для предотвращения ненужного разряда батареи, когда солнце не светит, все цепи запитываются через солнечную панель, за исключением делителя напряжения с обратной связью, который потребляет около 280мкА.

MOSFET логического уровня

Поскольку схема должна работать при низких уровнях напряжения (данная схема работает от входного напряжения не ниже 4В), необходимо установить MOSFET логического уровня. Он будет открываться при напряжении 4.5В. Для этой цели я использовал мощный МОП-транзистор MTP3055.

Фиксация напряжения с помощью стабилитрона D2

В этой схеме НЕЛЬЗЯ ОТСОЕДИНЯТЬ батарею, в противном случае MOSFET-транзистор сгорит. Поэтому для его защиты я установил стабилитрон D2 напряжением 24В. Без этого стабилитрона у меня самого сгорело много МОП-транзисторов.

функцияMPPT

Когда напряжение / ток солнечной панели увеличивается, ШИМ генератор повышает частоту импульсов, что в свою очередь приводит к увеличению выходного тока. В то же время, дополнительное напряжение прилагается к катушке, увеличивая, таким образом, ее зарядный ток. В результате повышающий преобразователь действительно «прилагает большие усилия» при повышении напряжения или «ослабевает», когда напряжение снижается. Для максимальной передачи энергии при ярком солнечном свете выполняется регулировка потенциометра R8 так, чтобы зарядный ток батареи был максимальным – это и будет точка максимальной мощности. Если схема работает правильно, то будет наблюдаться очень плоский пик при вращении R2. Диод D3 выполняет автоматическую MPPT регулировку более точно посредством вычитания фиксированного напряжения из разницы напряжения между батареей и средним напряжением через конденсатор C3. В условиях низкого освещения вы обнаружите, что резистор R3 не является оптимальным, однако он не будет полностью исключен из цепочки. Заметьте, что интеллектуальные MPPT контроллеры также могут лучше работать при полном диапазоне, однако это улучшение крайне малоэффективно.

Номиналы компонентов

Схема настроена на напряжение 9В, солнечная панель на мощность 3Вт. Повышающие преобразователи весьма привередливы и не будут работать в широком диапазоне условий – если ваша система использует другие пределы номинальной мощности для солнечной панели, тогда ждите проблемы. Единственные компоненты, которые требуют настройки, катушка L1 и конденсатор C3. Я был удивлен, что частота повторений оказалась очень низкой (около 2кГц). Я начал с катушки индуктивностью 100мкГ, однако схема работает лучше при индуктивности 390мкГ – первоначально я хотел получить около 20кГц. Для наилучшей работы выполняйте заряд катушки от 5 до 10 раз по отношению к току солнечной панели, затем обеспечьте продолжительный период времени (3X), чтобы катушка могла полностью разрядиться. Это обеспечит приемлемую работу, когда напряжение источника питания будет близко к напряжению батареи. Заметьте, что низкоомные катушки обеспечивают наилучшую эффективность. Наибольшая потеря действительно происходит в диоде Шотки, и наименьшая потеря это то, для чего эти диоды предназначены.

Работа при высокой частоте обычно предпочтительна. Это позволит минимизировать размер катушки. Однако для эксперимента, используйте катушку, которая будет работать лучше всего.

Предлагаемые компоненты указаны на схеме. Естественно, зарядное устройство можно приспособить в соответствии со своими требованиями.

Осциллограммы

Список радиоэлементов