|
Solar-lampen zijn heel populair. Zij zorgen immers voor een zorgeloze verlichting van uw tuin, uw voordeur en zelfs uw naambordje. De technologie achter deze LED-lampen is eenvoudig en uitermate geschikt voor zelfbouw. |
De anatomie van een solar LED-lamp
Solar-lampen
Wie heeft ze niet ergens in huis? Solar-lampen, die gevoed worden uit een paar zonnecelletjes die een accu opladen en die automatisch aangaan als de duisternis invalt of als er bezoek voor de deur staat. Ze werken volledig autonoom, u hoeft er gaan centimeter bedrading voor aan te leggen en zij zijn spotgoedkoop. Gewoon uitpakken, tegen de gevel schroeven en klaar.
De onderstaande foto geeft een typisch voorbeeld van zo'n solar-lamp. Op de bovenzijde zit een aantal zonnecelletjes. Die voeden twee Li-ion batterijen van het type 18650 met een nominale spanning van 3,7 V en een capaciteit van 2000 mAh. Deze spanning wordt gebruikt op een aantal LED's te laten branden als de onder de LED's zichtbare PIR-sensor beweging detecteert. De prijs? Ongeveer een tientje!
Op een identieke manier werken tuinlampen. Die gaan dan niet branden op commando van een PIR-sensor, maar reageren op een LDR die het invallen van de duisternis constateert.
 |
| Een typisch voorbeeld van een solar-lamp. (© Ledlicht Discounter) |
Het blokschema van een solar-lamp
In de onderstaande figuur is het algemeen geldige schema van een solar-lamp voorgesteld. Wat u in ieder geval nodig hebt zijn zonnecellen die de laadenergie leveren voor de accu. De spanning van die accu voedt, meestal via een hoogfrequent omvormer, een aantal witte LED's. Zowel het laden van de accu als het voeden van de LED's wordt geregeld door één IC'tje, de solar LED-driver chip. Sommige IC's hebben een extra ingang waarop u een sensor kunt aansluiten die een signaaltje geeft als de LED's moeten gaan branden.
Bij de meeste IC's moet u een spoeltje L1 in serie met de LED's opnemen. Dit spoeltje zorgt, bestuurd vanuit de chip, voor een spanningsopslingering waardoor de LED's met een hogere spanning worden gevoed dan de accu levert. Het voordeel hiervan is dat u vaak met één 1,2 V NiMH celletje kunt volstaan als accu.
 |
| Het algemeen blokschema van een solar-lamp. (© 2024 Jos Verstraten) |
De zonnecellen
Bruikbare zonnecellen zijn spotgoedkoop en te kust en te keur te koop bij de bekende Chinezen maar ook bij postorderbedrijven zoals Conrad. In de meeste gevallen is een spanning van 2,0 V ruim voldoende om de chip aan te sturen. Over het noodzakelijke vermogen is uiteraard weinig te zeggen. Dat is helemaal afhankelijk van het aantal LED's dat u wilt aansturen en het aantal uren dat die dagelijks moeten branden.
Op de onderstaande foto ziet u bijvoorbeeld een waterdichte cel van polykristallijn silicium die 2,0 V levert bij een maximale stroom van 120 mA. De afmetingen bedragen 54 mm bij 54 mm. Via AliExpress besteld betaalt u € 1,70 voor... vijf stuks!
Let op dat het 'waterdichte' alleen betrekking heeft op de montage van de cel in de transparante behuizing. Zoals uit de foto blijkt is de achterkant alles behalve bestand tegen water! De twee aansluitpad's staan open en bloot te kijk en het is niet de bedoeling dat die nat worden.
 |
| Een zonnecel die 2,0 V bij 120 mA levert. (© AlliExpress) |
Hebt u meer vermogen nodig, dan worden de cellen onevenredig duurder. In de onderstaande foto ziet u als voorbeeld een 2,0 V cel die een maximale stroom van 0,9 A kan leveren en 86 mm bij 172 mm groot is. U betaalt er echter wél ongeveer € 15,00 voor.
 |
| Een zonnecel die 2,0 V bij 900 mA levert. (© Wiltronics) |
Zoekt u het dichter bij huis, dan kunt u bij Conrad terecht die een aantal cellen van Velleman verkoopt. Het type SOL4N, bijvoorbeeld, levert 2,0 V bij 200 mA, is 72 mm bij 46 mm groot en kost € 3,79 per stuk.
Parallelschakeling mogelijk?
Ja, dergelijke 2,0 V cellen kunt u parallel schakelen. U moet er echter wél voor zorgen dat u identieke cellen toepast en dat deze allemaal steeds op dezelfde manier worden belicht.
De accu
Voor kleine projecten zoals dergelijke solar-lampen kunt u gebruik maken van NiMH oplaadbare batterijen. Deze hebben een klemspanning van ongeveer 1,2 V en de meeste solar LED-driver chip's gaan uit van deze spanning. De prijs is uiteraard afhankelijk van de capaciteit. Bij Conrad betaalt u voor een Panasonic HR-3U batterij met een capaciteit van 2.700 mAh € 6,49 en voor een GP batterij met een capaciteit van 1.800 mAh slechts € 4,79. Voor een batterij van hetzelfde merk met een capaciteit van 1.300 mAh zakt de prijs tot € 3,79.
 |
| NiMH oplaadbare batterijen leveren 1,2 V bij diverse capaciteiten. (© Conrad) |
Naast de besproken type-AA batterijen, die u in een standaard houder moet plaatsen, zijn er ook typen beschikbaar met soldeerbare aansluitlipjes (flattop). In de onderstaande foto ziet u een sub-C type met een capaciteit van 4.300 mAh en afmetingen van 23 mm bij 43 mm. Bij Reichelt te koop voor € 5,59.
 |
| Een bruikbare sub-C batterij. (© Reichelt) |
Wat met Chinese NiMH batterijen?
Via aanbieders op AliExpress kunt u spotgoedkope NiMH oplaadbare batterijen kopen. Zo zagen wij een aanbieding van een sub-C type met een capaciteit van 4.300 mAh voor slechts € 2,78. Echter.... er zijn nogal wat mensen die beweren dat Chinese fabrikanten een loopje nemen met de capaciteitswaarde die zij op de batterijen printen. Bovendien worden dergelijke onderdelen niet met de luchtpost verzonden maar met de trein. Inderdaad, de beroemde Chinese 'Nieuwe Zijderoute' wordt dan ingeschakeld en uw batterij(en) is/zijn maandenlang onderweg. De genoemde batterij zou, op 4 november besteld, eerst op 11 januari 2025 worden geleverd! Vandaar dat wij adviseren deze onderdelen bij de bekende Europese postorderbedrijven te bestellen.
Het spoeltje L1
De waarde van dit onderdeel definieert de stroom die door de LED's gaat vloeien. Hoe hoger de waarde, hoe kleiner de stroom. Bij de meeste fabrikanten kunt u de waarde van de spoel instellen tussen 220 μH en 22 μH. In het eerste geval bedraagt de LED-stroom ongeveer 5,5 mA, in het laatste ongeveer 50 mA. Dit soort spoeltjes zijn niet zeldzaam en in ieder postorderbedrijf te koop. In de onderstaande foto ziet u bijvoorbeeld zo'n spoeltjes met een waarde van 100 μH. Prijzen variëren tussen € 0,93 (AliExpress) en € 3,71 (Reichelt).
 |
| Spoeltjes van 100 μH. (© 2024 Jos Verstraten) |
De witte LED's
Hoe hoger het rendement van de toegepaste LED's hoe beter! Dan vragen de LED's minder stroom voor een bepaalde intensiteit en kan de accu deze onderdelen langer voeden. Dergelijke LED's worden verkocht onder de kreten 'Super-bright' of 'Super-flux'. In de onderstaande foto ziet u als voorbeeld model CP41B-WES-CL0P0134 van CREE. Te koop bij Conrad voor € 0,72. De brandspanning is 3,6 V en de maximale stroom 35 mA. De afmetingen van de behuizing bedragen 7,65 mm bij 7,65 mm en de LED is 5 mm in diameter.
 |
| Een voorbeeld van een 'Super-bright' LED. (© Conrad) |
Als u meer licht wilt dan één LED kan bieden kunt u gebruik maken van zogenaamde 'LED-boards'. Dat zijn array's die bijvoorbeeld 3 x 4 identieke LED's bevatten. In de onderstaande foto ziet u zo'n LED-board van het Chinese HotRed. Deze module heeft een brandspanning van 3,3 V, een vermogen van 1 W en heeft als afmetingen 45 mm x 28 mm x 10 mm. Wordt via AliExpress aangeboden voor prijzen vanaf € 2,11.
 |
| Een voorbeeld van een 'LED-board'. (© AliExpress) |
De solar LED-driver chip's
Er is een aantal types, die allemaal uit China komen, goedkoop en goed leverbaar. Wij hebben het dan over IC's zoals de YX805, de YX8051, de CL0116 en de QX5252. En dat zijn dan maar een paar van de beschikbare schakelingen! Die IC's werken allemaal volgens hetzelfde principe. Alleen de behuizing, de aansluitcodering en de specificaties kunnen iets afwijken. Wij komen daar, later in dit artikel, op terug.
De werking van een solar LED-driver chip
LED's voeden uit 2,0 V
Zowel de spanning van 2,0 V die de zonnecellen leveren en de spanning van 1,2 V over de accu zijn te laag voor het aansturen van witte LED' s. Die hebben immers een brandspanning van ongeveer 3,3 V. Het feit dat zo'n LED de stroom nauwelijks geleidt als er een spanning van minder dan 3,0 V over staat is zowel een nadeel als een voordeel. Het maakt de aanwezigheid van een spanningsomvormer noodzakelijk, maar zorgt er tevens voor dat die schakeling uiterst eenvoudig kan zijn.
Het intern blokschema van een solar LED-driver chip
In de onderstaande figuur is het intern blokschema van een dergelijk IC voorgesteld. Niet alle IC's hebben identieke benamingen voor de aansluitingen. De in de figuur genoemde zult u echter het vaakst tegenkomen.
De zonnecellen worden aangesloten tussen de massa en de 'VDD'. Via een schottky-diode gaat deze ingang naar de uitgang 'BAT'. Men kiest hier voor een schottky-diode vanwege de lage geleidingsspanning van zo'n onderdeel. Dan gaat er immers minder spanning van de zonnecellen verloren. Een interne oscillator stuurt een MOSFET transistor T1. Deze gaat via de uitgang 'LX' naar het spoeltje en de LED's. Via de ingang 'SOL' kunt u de LED's aan en uit sturen. Dat kan met een schakelaar, maar ook via het uitgangssignaal van een sensor.
De ontlaadbeveiliging meet de spanning over de accu en stuurt het IC naar een gesperde toestand als de batterijspanning lager wordt dan een bepaalde drempel. Op deze manier wordt voorkomen dat de NiMH oplaadbare batterij te veel wordt ontladen.
 |
| Het intern blokschema van een solar LED-driver chip. (© 2024 Jos Verstraten) |
Fase 1: de accu wordt opgeladen, de LED is gedoofd
Het stroomverloop in de schakeling is getekend in de onderstaande figuur. De spanning van de zonnecel gaat via de geleidende diode D1 rechtstreeks naar de accu en laadt deze op. De spanning staat ook over de serieschakeling van L1 en D2. Omdat de spanning echter lager is dan 3,0 V zal de LED D2 gesperd blijven en dus niet gaan branden.
 |
| Het opladen van de batterij. (© 2024 Jos Verstraten) |
Fase 2: De MOSFET wordt open gestuurd, energie-opbouw in de spoel
Er is echter te weinig spanning in het systeem op de LED te laten branden. In deze fase wordt in de spoel elektromagnetische energie opgebouwd, die in de derde fase wordt gebruikt om de LED te laten branden. De oscillator wordt vrijgegeven, de uitgang is 'H' en stuurt de MOSFET in geleiding. De stroomloop is weergegeven in de onderstaande figuur. Duidelijk blijkt dat de spanning van de accu nu over de spoel staat. De stroom die door de spoel loopt bouwt over dit onderdeel een magnetisch veld op.
 |
| Het opbouwen van energie in de spoel. (© 2024 Jos Verstraten) |
Fase 3: De MOSFET wordt gesperd, de voedingsspanning wordt verhoogd
De uitgangsspanning van de oscillator gaat weer naar 'L', de MOSFET spert. Dat heeft tot gevolg dat de stroom door de spoel opeens wegvalt. Het wegvallende magnetisch veld rond de spoel bouwt over de spoel een tegenspanning op die zich verzet tegen het wegvallen van de stroom. Deze spanning staat is serie met de spanning van de accu. Er is nu voldoende spanning aanwezig om de LED te laten branden.
 |
| De LED gaat branden. (© 2024 Jos Verstraten) |
De oscillator
Fase 2 en fase 3 moeten uiteraard snel herhaald worden om de LED continu te laten branden. Daarvoor zorgt de oscillator die snel omschakelt tussen 'L' en 'H'. Bij de meeste chip's zit de oscillatorfrequentie tussen 100 kHz en 200 kHz. Deze hoge frequentie heeft als voordeel dat u vrij lage waardes voor de spoel kunt gebruiken.
De YX805 van ShiningIC
Twee versies
Van dit IC bestaan twee versies:
- YX805: kan maximaal 40 mA aan de LED's leveren
- YX805A: kan maximaal 60 mA aan de LED's leveren
Aansluitgegevens en standaard schema
De YX805 zit in een TO94 behuizing met vier aansluitingen. Bij AliExpress betaalt u voor tien stuks ongeveer € 1,62.
 |
| De gegevens van de YX805(A). (© ShiningIC) |
De YX8051 van ShiningIC
Vrijwel identiek aan de YX805
Een vrijwel identieke chip van dezelfde fabrikant, met als verschil dat de YX8051 ook in SOT23 leverbaar is. Daarnaast is de schottky-diode vervangen door een tweede MOSFET, die de verbinding tussen de in- en de uitgang van de chip regelt. In de onderstaande figuur worden de aansluitgegevens van beide uitvoeringen vergeleken.
 |
| De twee behuizingen van de YX8051. (© ShiningIC) |
Een paar toepassingen van de YX8051
In de onderstaande figuur wordt een aantal door de fabrikant voorgeschreven schakelingen weergegeven.
 |
| Toepassingen van de YX8051. (© ShiningIC) |
De CL0116 van ChipLink
Compatibel met de YX805
Dit IC van het Chinese ChipLink is vrijwel volledig identiek aan de YX805. Een verschil is dat de pennetjes anders worden genoemd:
- SOL (pen 1) wordt hier SBAT
- VDD (pen 2) wordt hier BAT
Technische specificaties
Omdat dit IC wordt geleverd met een fatsoenlijk datasheet kunnen wij wat technische gegevens op een rijtje zetten:
- Ingangsspanning: 0,8 V ~ 3,0 V
- Uitgangsstroom: 800 mA max.
- Oscillator frequentie: 100 kHz typisch
- Prijs: € 1,62 voor tien stuk
De QX5252(F) van QX Micro Devices
Eén extra ingang
Dit IC is leverbaar in twee uitvoeringen. De QX5252F is volledig identiek aan de reeds besproken IC's en zit ook in een TO-94 behuizing met vier pennen. De QX5252 heeft echter vijf aansluitingen en wordt geleverd in een SOT23-5 behuizing. Die extra pen heet 'LS' en is bedoeld om de werking van de chip te sturen via een extern signaal, bijvoorbeeld van een LDR of een PIR-sensor. Beide uitvoeringen worden voorgesteld in de onderstaande figuur.
 |
| De twee uitvoeringen van de QX5252(F). (© QX Micro Devices) |
Voorbeeldschakeling met de QX5252
In de onderstaande figuur is het door de fabrikant voorgeschreven schema getekend van een automatisch werkende tuinlamp. Weerstand R2 is een LDR, de experimenteel te bepalen verhouding tussen de twee weerstanden R1 en R2 bepaalt wanneer de LED's worden aangestuurd. Het verband tussen de voedingsspanning op SBAT en de triggerspanning op LS wordt gegeven door de formule:
ULS = [R2 / (R1 + R2)] ● USBAT
Voor de waarde van de spoel geldt dat 330 μH een stroom van 11 mA door de LED's stuurt en een waarde van 33 μH een stroom van 110 mA.
 |
| Voorbeeldschakeling met de QX5252. (© QX Micro Devices) |
De QX5252(F) kopen
De QX5252F is zelfs bij de Europese postorderbedrijven goed leverbaar. Bij Conrad betaalt u er € 0,35 per stuk voor. Op AliExpress staan aanbiedingen van € 1,38 voor tien stuks. Helaas zijn er van de veel nuttiger SOT23-5 niet erg veel aanbieders te vinden.
Leverbare experimenteer setjes
Een printje voor de QX5252F en compatibelen
Door het Duitse bedrijf wolfi-e-shop wordt voor € 0,80 een leeg printje aangeboden, waarmee u kunt experimenteren met de QX5252F en compatibelen. Op dit printje kunt u het standaard schema rond deze chip's opbouwen.
 |
| Een printje voor de QX5252F en compatibelen. (© wolfi-e-shop) |
Een compleet onderdelenpakket
Door Conrad is een pakketje (Sol Expert 29550) samengesteld dat alle onderdelen bevat van de standaard schakeling rond een QX5252F. Dat kitje kost € 7,49, maar er zit géén printje bij.
Dit kitje bevat:
1 x spoel 150 μH
1 x witte 5 mm LED, warm-wit
1 x chip QX5252F
1 x zonnecel 38 mm x 30 mm, 2 V / 60 mA
1 x batterijhouder voor type AA
1 x NiMH batterij, 600 mAh
 |
| De onderdelenset van Conrad. (© Conrad) |
Module van de Shenzhen ZeXinYuan Store
Via AliExpress biedt dit bedrijf een kant-en-klaar printje aan rond een QX5252F. U moet er alleen een accu op aansluiten. U betaalt € 7,69 voor twee stuks.
 |
| De aanbieding van Shenzhen ZeXinYuan Store. (© AliExpress) |
Koop uw FNIRSI apparatuur bij Banggood
