רכיב סיני זול מאוד, שמיועד לניהול אספקת החשמל במוצרי תאורת גינה סולאריים "דקורטיביים", יכול לשמש גם כ"גנב ג'ולים" נוח עבור פנס לד תוצרת בית – אך פחות לשימושים אחרים.

פעם הגיעה לידיי שרשרת לדים סינית זולה, שעבדה עם שלוש סוללות AA והבהבה בלדים (כולם ביחד) בערך פעמיים בשנייה. המעגל החשמלי הזעיר שלה נראה לי חשוד, כי היה בו אך ורק רכיב אחד, שנראה כמו טרנזיסטור פשוט. איך טרנזיסטור יכול ליצור הבהוב? בחינה מדוקדקת יותר – וחיפושים באתרים סיניים אלמוניים – העלתה שהרכיב אינו טרנזיסטור, אלא מוצר ייעודי נידח שכל מטרתו להעביר ולהפסיק את הזרם לסירוגין. כן, מישהו טרח לתכנן ולייצר מעגל משולב שיודע אך ורק למתג זרם פעמיים בשנייה.

לא מפליא, אם כן, שיש רכיבים סיניים נוספים שעושים דברים מאוד-מאוד ספציפיים. כזה למשל הוא QX5252F, שמצאתי בעליאקספרס במחיר של כארבעה שקלים לחמישים(!) יחידות. הוא מיועד לשכון בתוך מנורות גינה דקורטיביות קטנות, ביחד עם לד, סוללת AA נטענת ולוח סולרי (עד 7V ועדיף פחות), ולדאוג שבשעות היום הסוללה תיטען מאור השמש ובלילה הלד יידלק. כמובן, המתח של סוללת AA (בכלל, ונטענת בפרט) לא מספיק בשביל לדים, אז הרכיב הזה צריך גם איכשהו להעלות את מתח הפלט – והוא עושה את כל זה בעזרת סליל (Inductor) חיצוני אחד בלבד.

אם נתעלם רגע מפונקציית הטעינה, אפשר לחשוב לרגע שיש פה משהו מטורף: רכיב Step-up שימושי ב-8 אגורות בלבד (+עלות סליל)? אבל לא, זה לא כל כך פשוט. ה-5252 לא באמת מוציא מתח גבוה יותר בצורה מבוקרת, אלא פועל כמו Joule thief. כלומר, מתח הסוללה הנמוך יוצר שדה מגנטי סביב הסליל, וכשהרכיב מנתק את המתח – כמה עשרות אלפי פעמים בשנייה – השדה המגנטי קורס והסליל דוחף פולס של זרם החוצה. כיוון שהוא מספק זרם, המתח תלוי בצרכן. אם זה לד, הוא ידלוק (ובשאיפה הזרם יהיה מספיק חלש/קצר כדי לא לשרוף אותו), אבל אם מודדים את המתח ללא צרכן, כפי שעשו כמה סקרנים ברשת, הוא יכול להגיע ל-30V ואף יותר, מה שיכול לקטול בקלות מיקרו-בקר שייקלע לשם.

גנב ג'ולים בלי ללפף חוטים

אז ראשית, כפי שעשיתי בפוסט שבקישור, עדיין אפשר להשתמש ברכיב הזה כגנב ג'ולים במסגרת פנס לד קטן לניצול של סוללות ישנות. פין הפלוס של הלוח הסולרי לא צריך להיות מחובר (אלא אם בונים פנס נטען סולארית כמובן), רק הפינים של פלוס סוללה, מינוס, וסליל (+לד). הנה דגם מאולתר בפעולה. משמאל לימין על המטריצה: רכיב QX5252F, לד כחול, סליל 10uH, ופלוס/מינוס מסוללת אלקליין AA עייפה (1.35V ללא עומס).

אגב, כשהחלפתי את הסליל שבתמונה בסליל 100uH, הלד האיר הרבה יותר חזק – כנראה כי השדה המגנטי (ובעקבותיו הזרם) גדול יותר. עם זאת, כששמתי שני לדים לבנים בטור, הם האירו חלש מאוד: האנרגיה בסליל לא הספיקה כדי להתגבר על מפל המתח הכפול. הנה מה שהסקופ ראה על הפינים של לד לבן יחיד עם סליל של 100uH:

המתח המקסימלי היה 4V, הפולס החיובי נמשך בערך שליש מכל מחזור, ותדר הפעולה הוא 127KHz. עם סליל של 10uH, לעומת זאת, התדר הגיע ל-140KHz, והפולס היה קצר ו"מבולגן" הרבה יותר. הקשר הזה בין ערך הסליל לתדר מסתדר פחות או יותר עם ה-Datasheet שקישרתי קודם (בהנחה שבגרפים שם הם התכוונו לכתוב "KHz" ולא "Hz"…) אבל הזרם מתנהג הפוך. ב-Datasheet, מעל מתח סוללה מסוים, ככל שערך הסליל גדול יותר כך הזרם חלש יותר. לא ברור לי מדוע. אולי הכוונה לצריכה מהסוללה ולא לפלט מהלד?

סטפ-אפ: האתגר

כדי לחלץ מהרכיב מתח שימושי למיקרו-בקר, למשל, נצטרך גם להגביל את המתח המרבי וגם "ליישר" אותו. את המשימה השנייה אפשר לבצע בעזרת קבל – לכאורה הפתרון הטבעי והמובן מאליו. אבל רק לכאורה. כששמתי קבל בין מוצא הסליל לבין האדמה, לא משנה אם גדול (100uF) או קטן (1uF), המתח במוצא ירד ל-1.12V בלבד – לא ממש במפתיע, בדיוק אותו מתח שהסוללה עצמה הראתה באותו רגע. אני מניח שהסיבה לכך היא שהמתח העולה בקבל נתן "קונטרה" לסליל ומנע כך את קריסת השדה המגנטי. ייתכן שאני טועה לגמרי, כי מעולם לא למדתי אלקטרוניקה אנלוגית בצורה מסודרת, אבל קיבלתי אישוש לסברה הזאת כששמתי בין הסליל לקבל דיודה רגילה. אז המעגל כן עבד, והקבל הראה מתח יציב של 3V עם לד לבן מחובר ו-4.6V בלי לד.

אוקיי, אז יש מתח יציב. מה לגבי ההגבלה שלו? במדריך מסוים שמצאתי ברשת, הכותב שם דיודת זנר בין מוצא הסליל לבין האדמה. זה עובד אך גם בזבזני: כל מה שמעבר למתח הפריצה של הדיודה פשוט יתנקז לאדמה ויילך לאיבוד. הנה צילום מסך מהסקופ ללד לבן ודיודת זנר 3.3V (בלי קבל). שימו לב שהדיודה לא סתם שמה סף עליון למתח שראינו קודם, אלא מורידה את כל הגרף.

דרך אחרת שחשבתי עליה היא להזין מייצב מתח רגיל, למשל מסוג LDO, מהקבל שהזכרתי קודם. גם פה יהיה בהכרח בזבוז, אך אינטואיטיבית נראה לי שהוא יהיה נמוך יותר. אם ניקח LDO רגיל זה יהיה תרגיל בעבודה מיותרת (יש רכיבים באותו מחיר שיכולים "להרים" מתח בלי טובות), אבל להזמנה ההיא של ה-5252 צירפתי גם כמה מייצבי מתח סיניים קטנים שעולים 1.2 סנט(!) ליחידה, וזה כבר מתחיל להיות מעניין. בתמונה הבאה, המייצב נמצא על "מתאם" שאילתרתי מחתיכת PCB אוניברסלי קטנה.

כמו שאתם רואים זה עובד, והמתח במוצא המייצב אכן יציב ועומד על כ-3.2V. אבל אם תסתכלו טוב תראו שאין נגד ששומר על הלד: לא הצלחתי להוציא מהמייצב זרם גדול יותר מכ-2.3 מיליאמפר, שהוא נמוך משמעותית מסף הסכנה של הלד, אז בסוף לא היה צורך בנגד. אפילו כשהחלפתי לסוללה טריה יותר.

וזו המסקנה העצובה של הניסוי: בעזרת הרכיבים הזולים-מאוד האלה אפשר לחלץ 3.3V מיוצב מסוללת AA, אבל הזרם יהיה כל כך חלש שהוא יספיק רק ליישומים סופר-חסכוניים. ה-5252 תפור טוב מדי לייעוד המקורי שלו.