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暗くなるとLEDを点灯する回路(太陽電池の電圧検出方式)

 電子工作というカテゴリを作っておきながら、ただの工作の記事ばかりだったので、今回は少し気合の入ったものをご紹介したいと思います。

【まえがき】
 この記事で取り付けたLEDダウンライトは、太陽電池で充電したバッテリーで光らせています。
 太陽電池とバッテリーの容量的には24時間つけっぱなしでも全然大丈夫です。しかし、昼間に点灯したままだと何だか頭悪そうだし、なによりせっかく集めた自然エネルギーをムダ使いするのも良くないです。

 ということで、暗くなったらLEDを点灯させる回路を作ってみました。

【製作】
 暗くなったら動作させる回路のセンサーとしては、CdSを使うのが一般的です。しかし作ってみると、感度調整がやっかいだったので、太陽電池パネルの電圧検出で動作させることにしました。

▼回路図(クリックで拡大します)
20100306回路図
・消費電流を減らすため出来るだけ高抵抗で構成。

・動作としては、Q1,Q2のシュミットトリガで太陽電池電圧を監視し、Q4,Q3のダーリントン接続したトランジスタで、定電流ダイオードを介してLEDを点灯させています。シュミットトリガにしておかないとじわーとLEDが点灯(消灯)してしまいます。それはそれで、風情があっていいかもです。

・太陽電池の電圧をR1,R2で分圧して回路に与えていますが、およそ7V以下で点灯、5V以上になると消灯します。

・バッテリーにはヒューズと電流計を直列に入れていますが、この回路図では省略しています。

・チャージコントローラ(CM04-2.1)回りの配線を良く見てもらうと判ると思いますが、この部品はプラス側がコモンになっていて、太陽電池とバッテリー間が直結されています。初めはマイナス側がコモンになっているものと思い込んで回路を作ったら、動作が変。調べてみると、なーんだという話でした。

・充電制御回路をプラス/マイナスのどちら側に入れるのかは設計者の勝手なのでしょうが、この部品はプラス接地を前提に考えているのかも知れません。プラス接地にすると太陽電池パネルが電食されにくくなるので、そういうことを考えてのことかも知れませんが、真偽は不明です。

・LEDの前のスイッチは3接点で書いています。しかし実際に使ったスイッチは中央の位置では機械的には止まりますが、接点の無い物を使っています。ちゃんと3接点あるスイッチがあるなら、自動車のヘッドライトのように、Off/On/Autoの順にするのが自然だと思います。

▼制御基板
20100306R0018674.jpg
 回路をユニバーサル基板に組んで、小さなプラスチックケースに入れました。ほとんど発熱しないので密封しても大丈夫です。

▼回路全景
20100306R0018677.jpg
 百均で買ってきたケースにバッテリーなどの部品を入れています。

▼操作パネル面
20100306R0018681.jpg
 チャジコントローラのLEDが光って、充電状態を確認できます。左上のメータはバッテリーの電流計です。部品箱から出てきたラジケータのゼロ点をずらしてセンターメータにして、充放電の電流が見えるようにしています。フルスケールは±300mAくらいに設定してあるので、晴天だと右端までメーターが振れます。スイッチの下のスペースには今後、USBコネクタを付けて携帯などの充電を行う予定。

【使用感】
・太陽電池の電圧を監視しているので動作はとても安定しています。
・天候による影響はもちろんありますが、点灯(消灯)する時刻を見ていると、日照時間がどんどん長くなっていて、春が近づいていることが実感できます。

 使った部品については、こちらの記事をご覧下さい。
ミニ太陽光発電の準備

2010年8月13日追記
 検索でこの記事に来る方が多いので補足説明しておきます。この回路は電源電圧が-12Vで動作するようになっています。しかし、+12V電源で動作させたいケースの方が多いと思います。そのためには、
 全ての部品の極性を逆に、つまりトランジスタの2SC1815と2SA1015を相互に入換え、CRDとLEDの極性を逆にするとOKです。実は、最初はその状態で動かしていたので動作は確認済みです。
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No title

教えてください、12vバッテリー、10w程度のソーラでLEDが点く回路を探していました、ようやく出合ってうれしく思っています、私ごとですが遠く離れた、畑の小屋の屋根にソーラをのせ毎日楽しんでいるものですが帰りしなに明りがあればいいなと思いました、そこで部品も揃いましたので制作に入りたいとおもいましたが1点わからない加所がありお尋ねします、CRDとSWの間に蝶のマークのようなもが書いてありますが、これはどんな部品でしょうか、それとも単なる接続点でしょうか、よろしくお願いします。

今 孝義さん、今晩は

コメントありがとうございます
蝶のマークのようなものは単なるコネクタなので電気的な意味は無いです。

畑の小屋に10Wのソーラですか、楽しそうでうらやましいです。

No title

回答ありがとうございます、頑張って作ります、メールアドレスで連絡があると思っていましたので、意外でした、有難うございました。

プラスコモン

お教え下さい。現在CM04-2.1と5Wソーラー、12V8Ahのバッテリーを使って充電テストをしています。現在田舎で家庭菜園のために電気柵を設置するための準備をしています。電源負荷として電気柵アンプを使いたいと思っています。ただ多くの市販品にはマイナス側の接地が多くマイナスコモンで使用したいのですが、このCM04-2.1で入力端子の+-を入れ替えて使用可能かどうか悩んでいます。突然の質問で恐縮ですがよろしくお願いします。

re:プラスコモン

串田 重禮さん、おはようございます。
CM04-2.1の接続の極性を逆に使うことは出来ないです、というか逆に繋いだら壊れちゃいます。

で、マイナス接地で使えないかというとそんなことは無いです。バッテリーのマイナス端子を接地側と考えて、電気柵アンプなどの負荷を繋げばOKです。
但し、太陽電池側の2本の線はどちらも接地しないで浮かせて使います。もし太陽電池パネルがマイナス接地になっているとこの手は使えませんが、そんなことするとパネルを直並列接続する時に困るので、普通は浮かせてあると思います。

こう書いただけで判りにくければ、太陽電池パネル側の配線はAC100Vとでも考えて、バッテリー側の配線とは完全に分けて考えれば良いです。

返礼

お早うございます、さっそくのご回答有難うございます。
ブログの本題から少しわき道にそれた様な質問でご迷惑をかけたと思っていました。
これで又新たな力が湧いてきたような気がします。充電テストをもう少し続けてアンプテストに入ります。
春が楽しみになってきました。
ありがとうがざいました。
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