冬休みの電子工作「ソーラーイルミネーション」 ― 2021年01月24日 19:40
去年の12月にソーラーイルミネーションを飾ってみたんですが、よく考えてみれば自作できそうです。
そこで・・・作ってみました。
最初に「どんなものにするか」を決めます。
・ソーラー充電式（太陽電池とニッケル水素電池の組み合わせ）
充電制御は何もしない（太陽電池の出力電流が小さいので急速充電になりません）
・LEDの点滅パターンは1種類、チラチラとランダムっぽく光る
仕様が決まったら部品を決めていきます。
まず、いちばん大事なLEDですが、100円ショップでいいものを見つけました。
300円商品ですが、クリスマスツリー用のLEDで、50個が並列接続になっていて、カラフルなものと電球色の2種類がありました。
LEDの点滅回路は、以前にも作ったことがある「CDT3460」とドライバー用のトランジスタの組み合わせで作ることにします。
200mAぐらい流れるので、トランジスタは２SC2120を使います。
LEDはいろんな種類をつなぎたいので、電流制限の抵抗は10オーム、22オームの抵抗とジャンパーピンの組み合わせで、選べるようにしました。
太陽電池は秋月電子で、5V60mA出力のもの、電池はちょうどよさそうな3本パックがあったので、それを使います。
ニッケル水素電池の3.6Vだと電圧不足なので、昇圧DCDCを使って5Vで動作させることにしました。
夜だけ点灯するようにするので、CdSを使った光スイッチ回路を付けています。
太陽電池からNiMH電池への経路には逆流防止のダイオードと、（いちおう）過電流防止で抵抗を入れておきます。
ダイオードはVFが小さいSBDを使います。
3.6Vを5Vに昇圧するのは秋月電子にちょうどいいモジュールがあったので、そのまま使います。
基板は「電源（太陽電池から5V出力まで）」「LEDのドライバー」の2枚に分けて作ります。
それぞれがちょうど、秋月電子のD基板におさまります。
回路図からいきなり作れないので、「PaaS」で配線図を作ります。
太陽電池は「1枚の板」なので、自分でリード線をはんだ付けて、補強板に取り付けます。
基板別に動作確認します。
（小さい単位で作っていかないと、うまく動かなかったときにパニックになるので）
完成した「電源基板」がこちら
晴れた日に、太陽電池の電圧、充電電流（22オーム抵抗の両端の電圧から）を測ってみました。
思ったより電流（22オーム抵抗の電圧）が小さく、まる1日充電しても充電不足は確実なので、もう1個22オームを並列に追加しました。
これで約50mAなので、晴天ならある程度は充電できそうです。
こちらは「LEDドライバー基板」です。
LEDは2セット用意してあって、電池からの線を切って、XHコネクターを付けました。
ドライバー基板の出力もXHコネクターなので、組み合わせで色を変えることができるようにしました。
動いている様子は動画じゃないと見れないんで、ここにはアップできないんですよね。
せっかく手元にオシロスコープがあるので、波形を取ってみました。
L レベルのときに点灯します。（反対側のLEDは逆）
それぞれの動作確認が済んだら、つなぎます。
「CdSセンサーに入射する光をさえぎると点灯する」ことを確認したら完成になります。
透明なタッパーに収めます。
LEDが防水でないので庭には使えませんが、とりあえず軒下のベンチを飾ってみました。
カラフルなLEDを使っているので、色があざやかできれいです。
カラーと電球色の組み合わせもいいかもしれません。
この撮影時の設定だとLEDに200mAぐらい流れます。
50個並列なので、1個あたりにすると4mAになりますが、3.6V800mAhの電池にはちょっときついです。
（計算上ですが、満充電でも2時間半ぐらい・・・夜8時過ぎに消える）
LED基板のジャンパーピンで電流を調整できるので、少し抑制するとよさそうです。
作り方から飾るところまでをまとめてYoutubeに動画を出しました。
こちらからご覧ください。
この記事の内容は、あくまで個人の趣味で作っています。
回路設計と製作にあたって、安全性、信頼性、耐久性その他の配慮はしていません。
回路図その他情報の利用は、上記をご理解の上でお願いします。
コメント
_ mamemame ― 2021年01月28日 19:39
なかなか詳細ですね。
_ 作者 ― 2021年01月29日 19:35
晴れた日じゃないと、あまり電池がもたないのが、ちょっと惜しい
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