- 12V Akku mit 280 Ah bauen         
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Thema: Sonnenstärke Anzeiger

  1. #21
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Powerstation Test
    Ich mache noch weiter und wahrscheinlich noch heute wird es schon fertig und ausprobiert.

    Gute N8!

    MfG

  2. #22
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo Hacker!

    Leider konnte ich die letzte Schaltung, ohne sie für mich zu kompliziert ausbauen, nicht zum vernünftigem Laufen bringen. Deswegen habe ich eine noch einfachere Schaltung, die mir eingefallen ist, aufgebaut und getestet (siehe Code). Der die Sollarzelle eventuell zusätzlich belastende Widerstand ist in der Skizze nicht enthalten.

    Bei der Schaltung wurde ein digitales IC (hex Inverter mit Schmitt-Trigger Eingängen) verwendet. Der Inverter 1 arbeitet als Oszillator. Der C1 wird durch R1 von Uvar bis zum erkennen des H Pegels aufgeladen (die Diode ist gesperrt, weil auf dem Ausgang H Pegel ist). Wenn die Spannung erreicht wird, schaltet der Inverter sein Ausgang auf L Pegel um und der C1 wurde durch D entladen. Wenn während des Entladens das L Pegel erkannt wird, schaltet der Inverter sein Ausgang zurück auf H, die Diode D wird gesperrt und es fängt von vorne an. Auf den ersten Blink, nach dem Einschalten der VCC, muss man viel länger warten, weil sich der C1 zuerst vom Null bis L Pegel aufladen muss. Der Inverter 2 wurde als Puffer benutzt und die übrigen, parallel geschalteten Inverter ermöglichen das direkte Schalten der LED bis ca. 20 mA.

    Die Spannung Uvar kann (fast) biliebig hoch sein, da der C1 immer nur bis zum H Pegel aufgeladen wird, der immer niedriger als Vcc ist. Am besten ist den IC mit ziemlich stabiler VCC zu versorgen. Wenn VCC = Uvar ist, funktioniert die Schaltung auch, aber wegen sich ändernden H und L Pegels, die von VCC abhängig sind, sinkt die Blinkfrequenz mit dem Wachsen der VCC.

    Ich habe die Schaltung mit Bauteilen wie im Code oben mit 74HC14, VCC = 5 V und roter LED nur kurz für Uvar von 2,5 V bis 15 V ausprobiert. Das Blinken hat mit ca. 2,35 V angefangen. Die Blinkfrequenz war für 2,5 V ca. 0,2 Hz (ein Blink pro 5 Sekunden) und für 15 V ca. 20 Hz (fast permanent leuchten). Dabei war der Stromverbrauch ohne LED max. 6 mA. Die für alle Blinkfrequenzen gleiche Leuchtdauer habe ich als ca. 15 ms lange Impulse auf der LED gemessen.

    Bei VCC = 3V fängt das Blinken mit ca. 1,35 V an. Die Schaltung mit einfacher Ladungspumpe für LED funktionierte bei mir mit roter LED ab VCC = ca. 1,4 V mit Stromverbrauch ca. 0,3 mA (ohne LED) bei Uvar = 1,2 V (siehe Code unten). Wenn die LED in Pausen zwischen Blinken nicht ganz dunkel würde, muss der R3 erhöht werden. Die passive Bauteile in allen Schaltungen können eventuell noch auf individuelle Wünsche angepasst werden.

    Die Leuchtdauer der LED kann man mit C1 und danach die Blinkfrequenz mit R1 einstellen. Mit dem Vorwiderstand R2 wird der maximale Strom der LED bei bestimmter VCC festgelegt.

    Die Schaltung kann auch mit "low current" LED z.B. für Monitoring von Versorgungsspannungen verwendet werden. Vielleicht würde die Variante mit Uvar = VCC wegen der entfallender "stromfressender" Spannungsstabilisierung besser. Man könnte auch durch Invertieren das Leuchten der LED zum dunkel Sein machen (sehe Code in der Mitte). Beim Aufbau mit SMD Bauteilen könnte die Schaltung hübsch klein sein.

    MfG
    Code:
                                              VCC
                                               +
                                               |
                                              .-.
                                              | | R2
                                              | | 470
                        D 1N4148              '-'
                                               |
                   R1   +-->|--+               V ->
                   100k |      |               - LED
                   ___  |1|\  2|3|\ 4   5|\  6 |
         Uvar >---|___|-+-|1>O-+-|2>O-+--|3>O--+
                        |+|/     |/   |  |/    |
                    C1 ===            |        |
                  100µ /-\            | 9|\  8 |
                        |             +--|4>O--+
                       ===            |  |/    |
                       GND            |        |
                                      |11|\  10|
                                      +--|5>O--+
             Vcc=3....6V 74HC14       |  |/    |
         Für                          |        |
             Vcc=3...18V MOS40106     |13|\  12|
                                      +--|6>O--+
                                         |/
    
    
    
    
    
    
    
                        D 1N4148
    
                   R1   +-->|--+
                   100k |      |
                   ___  |1|\  2|3|\ 4   5|\  6
         Uvar >---|___|-+-|1>O-+-|2>O-+--|3>O--+
                        |+|/     |/   |  |/    |
                    C1 ===            |        |
                  100µ /-\            | 9|\  8 |
                        |             +--|4>O--+
                       ===            |  |/    |
                       GND            |        |
                                      |11|\  10|
                                      +--|5>O--+
             Vcc=3....6V 74HC14       |  |/    |
         Für                          |        |
             Vcc=3...18V MOS40106     |13|\  12|
                                      +--|6>O--+
                                         |/    |
                                              .-.
                                              | | R2
                                              | | 470
                                              '-'
                                               |
                                               V ->
                                               -
                                               |
                                              ===
                                              GND
    
    
    
    
                                              VCC
                                               +
                                               |
                        D 1N4148              .-.
                                              | |R3
                   R1   +-->|--+              | |10k
                   100k |      |           C2 '-'
                   ___  |1|\  2| 3|\  4    \]  |
         Uvar >---|___|-+-|1>O-+--|2>O--+--|]--+
                        |+|/   |  |/    |  /]+ |
                    C1 ===     |        | 100µ.-.
                  100µ /-\     | 5|\  6 |     | | R2
                        |      +--|3>O--+     | | 470
                       ===     |  |/    |     '-'
                       GND     |        |      |
                               | 9|\  8 |      V ->
                               +--|4>O--+      - LED
                               |  |/    |      |
                               |        |     ===
                               |11|\  10|     GND
                               +--|5>O--+
                               |  |/    |
                               |        |
                               |13|\  12|
                               +--|6>O--+
                                  |/

  3. #23
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo PICture,

    vielen Dank für all die Mühen. Die Schaltung mit einem Schmitt-Trigger und der Überbrückung mittels einer Diode finde ich klasse. Allerdings störte mich das große IC. Ich habe die Schmitt-Trigger Funktion mit Invertierung mittels einem OP nachgebaut und schon recht gut auf meine Wünsche angepasst (siehe Schaltplan). Der zweite freie OP kann dann genutzt werden für die "rote LED"-Funktion.

    Mit dem Labornetzteil funktioniert diese Schaltung sehr gut. Ich hab trotzdem noch zwei Probleme:

    - Wie bekomm ich von der Solarzelle eine stabile 3V Spannung? Bei dem Aspekt hast du oben mal den TLV431 erwähnt. Dieser liegt bei mir hier auch noch rum, jedoch schaff ich es nicht ihm eine stabile Spannung (unabhängig von der Solarzellenspannung) ab zu verlangen.

    - die 1,6V - 3V variable Eingangsspannung für die Blinkfrequenz, hab ich vermutlich falsch gewählt. Ich brauch ja mindestens 3V für den OP, aber die Solarzelle liefert auch nur 3V@25mA. Und die variable Spannung muss ja noch Luft nach oben haben.

    Die Anbindung an die Solarzelle versteh ich noch nicht ganz.

    Grüße,
    hacker

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  4. #24
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo hacker!

    Um stabiliesierte Spannung 3V zu bekommen, die technisch einfachste Lösung wäre eine Solarzelle mit höherer Spannung zu besorgen. Sonst muss man die vorhandene Spannung durch einen effizienten für niedrige Spannungen Spannungswandler z.B. ICL7660 verdoppeln und erst danach stabilisieren, da jeder analoger, sogar "low drop" Spannungsregler ein paar hundert mV Eingangsspannung über Ausgangsspannung benötigt.

    Ich habe leider übersehen, dass deine Solarzelle nur 3 V liefert und deswegen kannst du den TL431 vergessen, da er einer einstellbaren Zenerdiode ab 2,5 V entspricht.

    Andere Möglichkeit wäre ein "step up" Schaltwandler für sehr niedrige Eingangsspannungen, da kenne ich leider keinen IC.

    Als letzte Möglichkeit sehe ich alle bisher für 3 V gebaute und geprüfte Schaltungen für niedrigere Spannungen adaptieren/neu entwickeln. Aber das ist, glaube ich das aufwendigste.

    Ich kann dir momentan wirklich nicht helfen, da ich mich bisher mit sowas nicht beschäftigt habe. Aber vielleicht meldet sich noch jemand...

    MfG

  5. #25
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Hallo,

    unter 3V kommt die Solarzelle eigentlich nicht. Könnte man die Spannung, die bei zu wenig Last bis zu 4V betragen kann, mittels einer 3V Z-Diode stabilisieren? Dann hätte ich zumindest mal stabile 3V. Dann müsste man nur noch das Problem, der variablen Spannung in Abhängigkeit der Helligkeit lösen.

    Würde das mit der Z-Diode funktionieren?

    Wenn der TL431 einer einstellbaren Z-Diode entspricht, würde das nicht funktionieren? Ein Z-Diode braucht ja auch nicht mehr Spannung. Sie stabilisiert ab der Durchbruchspannung auf diesen konstanten Wert?

    Hier rumliegen hab ich noch den TLV431, der geht schon ab 1,24V. Aber so ganz schlau aus dem Datenblatt werd ich nicht. Ist die Stabilisierung der Spannung unabhängig vom Strom, der gezogen wird?
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  6. #26
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    Hallo hacker!

    Wenn das funktionieren des Sonnenstärke Anzeigers unter 3V nicht benötigt würde, sieht das alles viel besser aus. Dann wäre enscheident der minimale Strom der zur Verfügung der Schaltung steht. Es wäre vielleicht besser, die Lichtstärke mit einer Fotodiode bzw. Lichtbaterie vom Taschenrechner messen, dann brauch die Spannung der versorgender Solarzelle wahrscheinlich gar nicht stabilisiert werden

    Eine Spannungsstabilisierung mit Zenerdiode finde ich für eine Schaltung, die mit Solarzelle betrieben wird, nicht optimal aber möglich (siehe Code). Die Spannungsregler mit Zenerdioden sind am einfachsten, brauchen aber mehr Eingangsstrom als Spannungsregler mit seriell geschaltetem regelbarem Widerstand (z.B. Transistor).

    Durch die Zenerdiode fliest variabler Strom (Iz), der gleich einer Differenz ist, zwischen dem maximalem, durch die Schaltung gezogenem Strom (IL), und dem maximalem Strom den durch die Zenerdiode fliessen darf, wenn kein Strom (IL) aus dem Spannungsregler gezogen wird. Der Iz wird also als Iz = Pz / Uz berechnet, wobei Pz der zullässige Leistungsverlust der Zenerdiode Dz ist. Das bestimmt der max. Stromverbrauch aus dem Spannungsregler für bestimmte Eingangsspannung Ui ohne Absenkung der Ausgangsspannung Uo (IL = I, weil Iz = 0). Daraus lässt sich der Widerstand R als R = (Ui - Uz) / Iz ausrechnen. Für den TLV431 wird im Datanblatt Iz = 15 mA angegeben (max. 20 mA). Solche Spannungsregler eignen sich am besten fur eifache Spannungsregler mit fast permanentem Stromverbrauch.

    Für Schaltungen, die variablen Strom brauchen, wegen Energieverschwendung, besser wäre ein aktiver Spannungsregler z.B. mit Transistoren, der in "low drop" Ausführung mit einem p-n-p Transistor sogar Spannungen deutlich unter 3V gut stabilisieren kann. Der TLV431 bzw. TL431 kann dann eine stabile Referenzspannung bereitstellen. Da es keine genaue Messschaltung seien sollte, ist sehr gute Stabilisierung nicht nötig.

    Um letztendlich eine Wahl eines einfachsten Spannungreglers mit grösster Effizienz zu treffen, falls benötigt wird, sind die Stromverbrauchangaben nötig. Die überschussige Energie aus der Solarzelle könnte natürlich in einem Kondensator bzw. Akku "gesammelt" und gespeichert werden für "schlechte Zeiten" mit nichtausreichender Sonnenstrahlung.

    Eine einfache Verdopplung der Spannung nur für LED ist kein Problem. Sie wird wahrscheinlich sowieso für die grüne LED unvermeindlich, deren helles Leuchten bei 3 V fraglich ist.

    Deswegen würde ich noch zumindest nachdenken über andere Signalisierung momentaner Sonnenstärke z.B. durch Impulspiepsen mit enem von Sonenstärke abhängiger Frequenz (variable Tonhöhe). Solche Signalisierung ist ausserdem ganz unabhängig von Umgebungshelligkeit und kann mit z.B. 3V Piezopiepser aus Armbanduhr realisiert werden.

    MfG
    Code:
                 I
                --->
                ___
            ---|___|-+------+--------
            A    R   |      |       A
            |        |     .-.      |
            |      | z     | ||     |
         Ui |    Iz| A     | || IL  | Uo=Uz
            |      V |     '-'V     |
            |        |      |       |
            ---------+------+--------
                     |
                    ===
                    GND

  7. #27
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    Hallo PICture,

    ich hab mal wieder eine Schaltung zusammengeschustert, die auch recht gut funktioniert.

    Darin wird auch eine Längsregelung mittels Transistor benutzt, nachdem du vorgeschlagen hast, dass dies besser sei.

    Bild hier  

    Die Idee mit dem Fotowiderstand ist auch nicht schlecht, vermutlich besser als meine Lösung mit dem "normalen" Spannungsteiler am Eingang des U/f Wandlers. Bei mir funktioniert es aufgrund der Kennlinie der Solarzelle. Hier wird ausgenutzt, dass eben bei einem bestimmten stabilen Strom, die Spannung je nach Intensität zu oder abnimmt.

    Ein Widerstand des Spannungsteilers durch einen Fotowiderstand zu ersetzen würde wohl um ein vielfaches stabiler sein.

    Danke für die vielen Anregungen!

    Viele Grüße,
    hacker
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  8. #28
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    Hallo hacker!

    So wie ich das sehe, werden deine Schaltungen im Vergleich zu vorherigen auch immer einfacher, also besser. Das ist die einzige Möglichkeit um eine komplexe Schaltung einfach zu kriegen. Die einfachste Schaltung ist für mich solche, die nach Entfernen ingerdeines Bauteils nicht mehr funktioniert und du kannst das schon verwirklichen.

    Du hast in deinem letztem Beitrag keine Fragen gestellt und ich gehe davon aus, dass du momentan schon alles nötige weißt. Ich werde weiterhin den Tread verfolgen und wenn du etwas nicht sicher bist, versuche ich dir zu helfen.

    Das mit dem Fotowiderstand ist mir nicht ganz klar, da werden sich doch zwei Parameter gleichzeitig ändern: die +_U Solar und der Widerstand. Die Ausgangsspannung wird sich dann angeblich mit der Variablen Sonnenstrahlung viel komplizierter verhalten.

    Viel Spass und Erfolg weiterhin!

    MfG

  9. #29
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Ich würde dann den Spannungsteiler an die festen +2V als Referenzspannung hängen und nicht an die schwankende V_solar. Dann könnte man vermutlich viel effektiver und stabiler die Lichtstärke in eine sich änderne Spannung wandeln.

    Momentan hab ich keine Fragen mehr, aber ich werde daran weiter arbeiten, bis ich zufrieden bin. Und vielleicht tauchen dann noch ein paar Fragezeichen im Kopf auf.
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