วงจรไฟ โซ ล่า เซลล์ เปิด-ปิด เอง

ทำวงจรไฟกลางคืน ชาจน์ด้วยโซล่าเซลล์แบบง่ายๆ

****   มีการเพิ่มเติมในส่วนอธิบายวงจรแบบคร่าวๆ เข้ามาครับ เพื่อเป็นแนวทางประยุกต์ตามความต้องการของผู้อ่าน *******
จากกระทู้วิธีการชาจน์แบตที่ผมเพิ่งเขียนไป //pantip.com/topic/33238953  ตอนนี้เรามาประยุกต์อะไรเล่นนิดหน่อยเพื่อให้เป็นไอเดีย ก็เลยออกแบบวงจรด้นสดให้ดูตามรูป เป็นวงจรเปิดหลอดแอลอีดีตอนกลางคืนด้วยแบต Ni-MH  และตอนกลางวันมันก็จะถูกชาจน์ด้วยโซล่าร์เซลล์ครับ

//  ** เพิ่มเติม ***  การทำงานของวงจร ***
     ด้านซ้ายมือของแบตเตอรรี่เป็นวงจรชาจน์แบตด้วยโซล่าเซลล์ เมื่อโซล่าเซลล์รับแสงจะสร้างแรงดัน และกระแสมาชาจน์ แบตเตอรรี่ที่เตรียมไว้ ด้วยกระแสไม่เกิน 60 มิลลิแอมป์ตามสเปคของโซล่าร์เซลล์ เวลาที่ขาจน์จะเริ่มในช่วง 9-10 โมงเช้า จนถึงประมาณ 5 โมงเย็น หลังจากนั้นแรงดันของมันจะลดต่ำกว่าแรงดันแบตเพราะแสงน้อยทำให้กระแสย้อนกลับจากแบตเข้าโซล่าร์เซลล์ ผลคือเกิดการสูญเสียพลังงานของแบตและอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายด้วย จึงมีไดโอด 14N4001 มาป้องกันการไหลย้อนกลับนี้ไว้
    ส่วนด้านขวามือเป็นวงจรสวิทช์แสงซึ่งทำงานด้วย LDR เบอร์  KE-10715 (มันคืออุปกรณ์ที่เปลี่ยนค่าความต้านทานด้วยแสง) เวลาอยู่ที่มืดมิดค่าความต้านทานจะสูงประมาณ 2-300 k โอห์ม แต่ถ้าเจอแสงจ้าจะลดลงมาเหลือประมาณ 150 โอห์ม  แต่ปัญหาคือเราต้องการความต้านทานที่กลับกันให้ตอนมืดมีความต้านทานต่ำ กระแสจะได้ไหลสะดวกหลอดไฟจะติด  ส่วนตอนสว่างให้ความต้านทานสูงเพื่อกันกระแสไม่ให้หลอดไฟสว่าง ดังนั้นถ้าเราเอา LDR มาอนุกรมกับหลอดแอลอีดีเฉยๆ ผลมันจะไม่เป็นไปตามที่ตรงการ คือกลางวันหลอดสว่างพอมืดไฟดันดับ เราจึงต้องใช้ทรานซิสเตอร์มาสลับเฟสให้ปรากฎการณ์มันตรงกันข้ามเป็นไปตามที่เราต้องการ
   หลักการของวงจรสวิทช์คือเมื่อมีแสงน้อย LDR มีค่าความต้านทานสูงกว่า R 10k มากหลายสิบเท่า (แรงดันคร่อมตัวต้านทานประมาณ 1.8 โวลต์ และคร่อม LDR 0.6 ตามค่าของ VBE (on)) ทำให้กระแสส่วนใหญ่ไหลเข้าขาเบสของทรานซิสเตอร์ประมาณ 0.2 มิลลิแอมป์ ทำให้เกิดการไหลของกระแสอย่างมากที่ด้านคอลเลคเตอร์ตามอัตราการขยายของมันซึ่งมีประมาณ 100 เท่าหรือ  20 มิลลิแอมป์ หลอดแอลอีดีจึงสว่างได้ โดยมี R 50 โอห์มจำกัดกระแสไว้ (คุณอาจไม่ใส่กับวงจรที่เขียนนี้ก็ได้ เนื่องจากแรงดัน 0.7 โวลต์มันไปคร่อมที่ VCE ทำให้เหลือแรงดันประมาณ 1.8 โวลต์คร่อมที่หลอดแอลอีดีซึ่งเป็นจุดทำงานของมันอยู่แล้ว)  แต่พอสว่างความต้านทานของ LDR จะน้อยกว่า R 10k หลายสิบเท่า ดังนั้นแรงดันส่วนใหญ่(อาจจะมองได้ทั้งของโซล่าร์เซลล์หรือแบตเตอรรี่ก็ได้) ก็จะตกคร่อมที่ R 10 k ตามหลักการของvoltage divider แรงดันคร่อม LDR จะเหลืออยู่ที่ 0.1 โวลต์ ทำให้แรงดัน VBE ของทรานซิสเตอร์เท่ากับ 0.1 โวลต์ไปด้วยเพราะวงจรขนานกันอยู่ ถ้า VB Eต่ำกว่า 0.6 โวลต์ ก็จะเป็นจุด cut off ของทรานซิสเตอร์ กระแสจึงไม่สามารถไหลผ่านหลอดแอลอีดีลงมาได้ หลอดจึงดับนั่นเอง
//

    โซล่าเซลล์เป็นขนาดเล็ก 6 โวลต์ 60 mA แต่ไม่เล็กเมื่อเทียบกับเซลล์พวกไฟกลางคืนที่ปักๆ กัน ชาจน์เข้าไปในแบตพิเศษของพานาที่เขาใช้กับโทรศัพท์บ้านไร้สาย 2.4 โวลต์ ความจุ 830 mAH ต่อไดโอดเข้าไปกันไฟย้อนกลับตัวนึงแบบ Si บางคนสงสัยทำไมไม่ใช้ Ge หรือ Schottky ก็เพราะผมไม่มายด์แรงดันสูญเสียที่ไดโอดเนื่องจากเซลล์มันจ่ายได้ตั้ง 6 โวลต์ แต่แบตมันแค่ 2.4 โวลต์เอง  ที่นี้บางคนอาจสงสัยอีกว่าแล้วแรงดันสูงขนาดนี้เวลาชาจน์เต็มที่แบตจะไม่พังหรือ (overcharge) ผมบอกได้เลยว่าไม่มีปัญหาเพราะโซล่าร์เซลล์มันจ่ายกระแสเต็มที่แค่ 60 mA หรือ  0.07 C ของถ่านเท่านั้นเอง ต่อให้จับโซล่าเซลล์ช้อตขากันมันก็ให้กระแสได้แค่นี้ ดังนั้นวันนึงมันจะชาจน์ได้ประมาณ 500 mAH พอที่จะจ่ายแอลอีดีแบบสว่างสูงขนาด  1-2 ลูเมนส์ได้ทั้งคืนเลยทีเดียว ถือว่าสว่างมากเวลาอยู่ที่ที่มืด

     แต่เนื่องจากแบตที่ใช้มีขนาด 2.4 โวลต์ ปัญหาคือมันไม่สามารถใช้กับหลอดไฟขาวที่ต้องการแรงดันมากกว่า 3 โวลต์ได้โดยตรง มันจะใช้ได้ดีกับหลอดสีแดง เหลือง และเขียวบางรุ่น ดังนั้นคุณอาจจะเปลี่ยนเป็นแบต AAA ปกติมีขนาดความจุ 900 mAH จำนวน 3 ก้อนแล้วต่ออนุกรมกันก็ได้ ซึ่งจะให้แรงดันสูงถึง 3.6 โวลต์ ก็จะหมดปัญหาเรื่องใช้กับหลอดขาวไป

  รูปขณะชาจน์ประจุด้วยไฟฉาย จะอัดกระแสประมาณ 4-5 mA
   

  พอหยุดป้อนแสงก็หยุดอัดประจุ
  

  เอาไปลองที่แจ้ง แต่ตอนนั้นประมาณห้าโมงเย็นกว่าๆ แล้ว แรงดันเลยไม่ค่อยเยอะไม่ถึง 3 โวลต์ (ขั้วลบที่โชว์ไม่ต้องสนใจเพราะแต่มีเตอร์กลับขั้ว)
  

  แสงแดดนั้นมีสเปคตรัมกว้างกว่าแอลอีดีเยอะ ดังนั้นโซล่าร์เซลล์มันจะตอบสนองต่อการจ่ายกระแสได้ดีกว่า กระแสชาจน์จึงได้ถึง 7.2 mA (แต่ก็ถือว่าน้อยอยู่ดีเพราะเย็นมากแล้ว)

  ลองหันย้อนโซล่าร์เซลล์หลบแสง มันก็หยุดชาจน์
  

  ทีนี้ลองในส่วนวงจรสวิทช์แสงบ้าง ผมใช้ LDR เป็นตัว sense แสง (ตัวกลมเล็กสีออกแดงๆ ที่อยู่ขวามือสุดของบอร์ด) เวลาที่มีแสงอยู่ก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น
  

  พอปิด LDR หรือจำลองตอนมืด ไฟก็จะติด
  

  วงจรนี้เอาไปใช้ประโยชน์ได้เลยครับ การใช้LDR แยกจากโซล่าร์เซลล์ในการ sense แสงก็มีข้อดีในส่วนที่สามารถปรับความไวการรับแสงได้โดยอาจจะเปลี่ยน R 10k เป็นโวลลุ่มหรือ เพิ่มโวลลุ่มอนุกรมก็ได้ ถ้าอยากให้แสงแอลอีดีสว่างมากกว่านี้ก็ปรับไบอัสทรานซิสเตอร์ใหม่ในกรณีที่ยังไม่อิ่มตัวเพราะ VCEตอนนี้อยู่ที่ 0.7 โวลต์สามารถลงได้ถึง 0.13 โวลต์   หรืออาจจะใช้เบอร์ที่เป็นดาร์ลิงตันทรานซิสเตอร์แทน หรือลด R 50 โอห์มลงไปอีก ... ฯลฯ  ก็ลองโมเล่นกันต่อนะครับ