Zylonenauge Solar betreiben
Zur Weihnachtszeit 2019 probierte ich kurzerhand mit den übrig gebliebenen Zylonenaugen-Prototypen aus, ob diese mit zwei NiHM-Akkus hell genug leuchten um als Weihnachtsbeleuchtung am Fenster zu funktionieren. Zu meiner Überraschung leuchtete auch die Version mit blauen LED noch ausreichend hell. Im weiteren Verlauf experimentierte ich mit einem Solar-Ladegerät für NiMH-Accus von Würth Solar, das ursprünglich Walkman usw. betreiben sollte.
Tagsüber ist der µC im Schlafmodus, abends wacht er auf. Gesteuert wird dies über die Spannung der Solarzelle, die an PD2 (INT0) angeschlossen ist.
Warmweisse und blaue LED harmonieren sehr gut mit der Spannung zweier Akkus. Auch bei wenig Licht im Winter leuchten die LED bis zur Abschaltung am Morgen ausreichend hell. Allerdings werden die Akkus dabei nur wenig entladen, es besteht die Gefahr der Überladung am Tag in sonnenreichen Zeiten. Vergleiche Entladungsspannung NiHM-Akku mit Spannungs-Stromkennlinie blaue (weisse) LED siehe LEDKennlinie.
Bei einem Zylonenauge mit roten LED besteht die Chance den Akku mehr zu entladen.
Software
Die Eingänge des µC sind als Schmitt-Trigger ausgeführt und haben versorgungsspannungsabhängige Schaltschwellen.
Im Wachzustand läuft die Animation und der Zustand von PD2 wird überwacht. Bei Helligkeit wird dieser zu 1 und der Schlafmodus wird aktiviert. Zum Aufwachen wird Interrupt INT0 mit low-Pegel verwendet. Wird es dunkel, bekommt PD2 (INT0) low, dies löst den INT0-Interrupt aus. Beim Erwachen wird der dem sleep_mode() folgende Befehl ausgeführt.
Leuchtstern am Fenster mit "Booster"
Der Booster
Die Akkus werden nicht gut entladen, daher soll ein "Booster" für den notwendigen Verbrauch sorgen. Ein Step-Up Wandler erhöht die Spannung, die Pulsweitenmodulation (PWM) wird per Software realisiert. Damit können nicht so hohe Frequenzen > 50 kHz wie mit der Timer-Hardware erzeugt werden, gewählt wurden: 4MHz Systemtakt mit externem Keramikschwinger, 10 kHz ISR-Aufruf. In der ISR wurde zwecks Zeitoptimierung Inlineassembler verwendet. Jede 100µs wird die Induktion für eine Zeit von 0..30µs (einstellbar in der Variablen booster) mit PD1 gegen GND geschaltet und dabei aufgeladen. Die gespeicherte Energie wird dann an die Lichterkette abgegeben, dabei die Spannung erhöht. Längere Ladezeiten ton würden die Spule in die Sättigung führen, dabei steigt der Strom an, ohne mehr Energie zu speichern, oder den maximalen Strom des Transistors überschreiten. Experimentel wurde eine Induktion von 4,7mH als geeignet ermittelt.
Hier sollten Formeln stehen! Denkfaul empirisch ermittelte Werte statt dessen...
Dimensionierung von Schaltnetzteilen
Cool, die Berechnung bei Dr. Heinz Schmidt-Walter passen gut zu meinen ermittelten Werten!
Ein paar Ströme
Bei Helligkeit im Schlafmodus: 0,04 mA
Volle Pulle Booster bei vollem Akku: 30 mA
Stromverbrauch: 2,5V: 4..22mA; 2,7V: 8..26mA
Unter 1,8V im B.O.D-Zustand: 0,2 mA
Gesammelte Informationen
Verschiedene Solarzellen (z.T aus Gartenlampen)
Gemessen mit 100 W Glühlampe und 1000 Lux Beleuchtungsstärke wurden die Lehrlaufspannung und der Kurzschlusstrom.
Bezeichnung | Spannung in V | Strom in mA |
---|---|---|
Würth Solar | 4,5 | 49 |
Gartenleuchte | 2 | 19,3 |
Gartenleuchte | 4,3 | 25 |
Gartenleuchte | 4,4 | 18 |
LED Spannungs-Strom-Kennlinie
Preiswerte LED-Lichterketten mit 24 LED.
Schaltschwellen der Eingänge
Interrupteingang soll als Spannungswächter für die Helligkeit der Solarzelle dienen. Die Eingänge sind mit Schmitt-Triggern versehen aus den Diagrammen des Datenblatts können die Schaltschwellen entnommen werden. Bei 2,6V Batteriespannung low: 1,05V high: 1,3V