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完全从零开始制作的方形太阳能灯

2022-9-2 06:11:03 2418 太阳能 DIY设计

0 描述太阳能方形灯完全从零开始制作的方形太阳能灯。制作这个的目标很简单，我想制作一个足够强大的应急灯以供日常使用。（在停电时照亮我家的某个区域） LED 均由 2600mAh 3.7V 锂离子电池供电，我还在此设置中添加了 TP4056 锂离子充电 IC，LED 均由 AO4406 N 沟道 Mosfet IC 驱动。此外，此灯包含黄昏到黎明的功能，这意味着当我们插入电源进行充电时，主 LED 灯会关闭，当我们拔出充电器时，它会重新打开。此功能对于在连接太阳能电池板的情况下在室外使用此灯至关重要，我们不必每天打开/关闭此灯，太阳能电池板会在白天和晚上自动触发此灯。这篇文章是关于这个灯光设置的整个构建过程，所以让我们开始吧！材料以下是我在此构建中使用的组件！定制PCB 3V 1W LED 2835 封装 TP4056集成电路 AO4406 Mosfet IC（N通道） 1K电阻 20K电阻 100K电阻 AO3401 Mosfet（P 通道）二极管 M7 C型端口电池锂离子 3.7V 2600mAh UC2515 连接器 3D 打印零件序幕所以这就是一切的开始，去年我用几个与锂离子电池和 LED 驱动器相连的 LED 灯带做了一个应急灯。目标是准备一个可以每天使用的功能性应急灯，以应对停电，我住的地方因每天停电几个小时而臭名昭著。这盏灯工作正常，整体备份时间为 5-6 小时，这非常甜蜜，但由于 LED 设置完全是临时的，它并没有持续很长时间，所以我决定通过准备一个包含 LED 的方形 PCB 来制作合适的灯。 LED 驱动 Mosfet，系统将由锂离子电池供电，为了给锂离子电池充电，我添加了一个锂离子充电 IC，用于控制过充和充电指示。身体将由PLA制成。原理图这是我为主板准备的示意图。它主要包含三个部分，LED 部分、MOSFET 驱动器和 TP4056 锂离子充电部分。首先，总共有 36 个 LED 全部并联。每个 LED 为 3V 和 1W，这意味着所有这些 LED 加起来消耗 36W 的功率，但一次为这些 LED 提供这么多功率并不理想，它们会烧毁，所以这就是我所做的，我添加了一个 Mosfet IC (AO4406)并在这个 FET 的栅极上使用了一个 20K 电阻，这将电流限制在 2.7A。我们可以用微控制器控制这个 FET，并通过向栅极提供 50% 占空比的 PWM 信号来降低更多电流。（我们可以通过使用analogWrite 函数为它提供100 甚至50 的信号来限制电流，而不是将此引脚设置为高电平）然后是TP4056部分，由TP4056设置组成，在其设置引脚上添加1K电阻以将充电电流配置为1A，如果我们降低电阻值，充电电流也会降低。 TP4056还有一个重要的特点，它由两个指示LED组成，在电池充电过程中，红色LED会发光，但当电池达到4.2V时，红色LED会关闭，蓝色LED会发光。 USB C 型端口用于为 TP4056 供电并为电池充电。我还在电池和系统的 VCC 之间添加了一个 P 通道 MOSFET。有一个电阻器可以在与 GND 连接时保持 mosfet 处于开启状态，但我还在充电侧正极端子上添加了 mosfet 栅极，因此当充电器插入时，mosfet 关闭并且由它供电的负载关闭，此功能也称为 DUSK to Dawn，它在太阳能灯和路灯中非常常用。当太阳能电池板停止供电（夜间）触发 mosfet 并打开电源时，当太阳升起并且太阳能供电时，mosfet 关闭，灯也关闭。我按照我提到的上述内容制作了这个示意图并最终确定了它。电路板设计我首先准备了一个方形轮廓并在方形的每一侧放置 9 个 LED 来准备 PCB。我将 TP4056 与 Mosfet IC AO4406 和 AO3401 一起放置在一侧，并将 LED 指示灯放置在 Mosfet 的另一侧。只有 Type C 端口被放置在电路板的底部。 PCBWAY评论完成 PCB 设计后，我将其 Gerber 数据导出并发送到PCBWAY以获取样品。我在一周内收到了 PCB，速度非常快。至于印刷电路板的质量，我真的被每块电路板的一流和完美无任何错误所震撼。我订购了带有白色丝印的黄色阻焊层板，因为那看起来非常酷。整体质量非常好，如果您需要以更低的成本获得出色的 PCB 服务，我建议你们检查一下 3D打印身体至于 3D 打印的机身，我的目标是制作一个方形盒状灯，所以我为 PCB 的外壳建模，它由底座和盖子组成，底座将容纳 PCB，盖子将是扩散器，我们将使用从 Topside 拧紧盖子的四个螺丝。我在 fusion360 中对此进行建模，然后导出 3MF 文件进行 3D 打印。为了准备底座，我使用了一个带有白色 PLA 的 1mm 喷嘴，而对于盖子，我使用了具有相同喷嘴和相同设置的透明 PLA。电路板组装 PCB组装过程将具有以下步骤。锡膏点胶拾取和放置过程热板回流添加 C 类端口 THT 组件锡膏点胶第一步是在每个元件焊盘上涂抹焊膏。我使用了普通的 Sn-Pb 焊膏，其熔化温度为 140 至 270 °C。拾取和放置过程然后，我使用 ESD Tweeaser 小心地将每个 SMD 组件一个一个地挑选并放置在指定的位置，这需要大约 30 秒的时间，但结果是一个完美的 PCB，所有组件都放置在它们的位置。热板回流在“PICK & Place Process”之后，我小心翼翼地将整个电路板抬起并放在我的 DIY SMT Hotplate 上，它也是自制的，就像这个项目一样。几分钟后，当热板达到焊膏熔化温度时，所有组件都将通过此热回流工艺焊接。然后我们从热板上取下 PCB 以冷却所有组件和电路板表面。添加 C 类端口在 TOP 侧的 Hotplate reflow 过程之后，我们在底部添加了 Type C Port 和 Reflow gun。首先在Type C口的焊盘上添加锡膏然后将 C 型端口添加到其分配的位置使用回流焊枪将焊膏加热到其熔化温度，几秒钟后，它将熔化并将 C 型端口固定在其位置。 THT 组件最后，我们将 THT 组件添加到 PCB、两个用于太阳能连接的 UC2515 连接器和一个电池。完成后，电路就完成了！添加开关和电池接下来，我在电路上添加了一个 SPDT 翘板开关，方法是将其中间端子焊接到 Mosfet 的栅极，翘板开关的一侧连接到 VCC，另一侧连接到地面。通过将开关向上拨动，将 mosfet 的栅极与 VCC 连接，并通过向下拨动，将 mosfet 的栅极连接到 GND 将整个设置关闭。添加 Switch 后，我通过将电池连接器插入其指定的 UC2515 连接器来为此设置添加电池。结果这是迄今为止构建的结果，通过上下切换开关，此灯可以工作。总装首先，我们在 3D 打印底座上添加 DC Barrel Jack 和 Switch 以及锂电池。接下来，我们用烙铁将 Switch 的所有三根电线连接起来。然后我们将电池的连接器和 DC Barrel 插孔连接器连接到它们指定的连接器。最后，我们使用顶部的四颗螺钉将电路与基体和扩散器固定在一起。测试过程测试过程包括测试两个主要内容，使用太阳能电池板的黄昏到黎明功能以及测试电池充电指示。至于备用，这盏灯在 3.3V 时消耗 2.3A，大约 8.9W。我使用的电池是 3.7V 2600mAh，所以它可以提供大约 9.62Wh 的能量，所以我们得到 9.62/8.9 = 1.08 小时的备份。但是因为这个灯没有为 LED 提供恒定的电流（随着电池电压的降低，负载电流也逐渐减小），这个灯的备份超过 1 小时，我已经测试了备份，它是 1 小时 20 分钟。可以通过并行添加另外两个单元来增加备份。这是这个项目的一个大问题，我忘了在这个设置中添加负载电阻，这可以帮助将整个系统的功率从 9W 降低到 5-6W，通过降低功率，系统的备份增加。展示 0 太阳能方形灯-gerber.zip 21.92 KB , 下载次数: 4 本帖被以下淘专辑推荐: · 开源硬件项目分享\|主题: 224, 订阅: 43
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