Frage:
Einfacher, effizienter "atmender" LED-Schaltkreis
Joshua Steiner
2015-02-15 13:04:04 UTC
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Ich arbeite derzeit an einer kleinen Schaltung, die ich mit einem CR2032 betreiben möchte. Die Schaltung soll mindestens 2 Wochen dauern (je länger desto besser) und alle 3 Sekunden eine grüne LED mit einem DIP-Schalter zum Umschalten der Stromversorgung pulsieren lassen. Ich plane, einen 555-Timer mit einer generischen grünen diffusen LED zu verwenden, aber ich habe das Gefühl, dass es einen IC gibt, der dies effizienter erledigt. Was ist die energieeffizienteste , kleinste (die Leiterplatte wird eine Oberfläche von nicht mehr als 1 "haben), einfachste Methode zum Abziehen diese Schaltung mit einem CR2032 oder vergleichbar? Danke Jungs!

Sie können mit einer CMOS-Version des Chips wie 7555 beginnen. Das ist wesentlich weniger hungrig und die Komponenten, die das Timing definieren, können ebenfalls optimiert werden.Ich weiß nicht, ob es für Ihre 2-wöchige Anforderung ausreicht.Eine andere Option wäre ein kleiner Mikrocontroller (z. B. ATtiny13), der seine Zeit hauptsächlich im Schlafmodus verbringt.
Kein Experte in dieser Angelegenheit, aber die meisten Kommentare zu den 555 behaupten, dass sie machtgierig sind.
Overkill vielleicht ... ich meine ... denke an die * Flexibilität * ... aber ich war schon immer neugierig auf die [ATtiny43U] (http://www.atmel.com/devices/ATTINY43U.aspx), aMikro mit integriertem Aufwärtswandler.Arbeitet bis zu 0,7 V, sodass Sie eine einzelne alkalische Zelle ausschalten können, die zwischen 2x (AAA vs CR2032) und 8x (AA vs CR2032) Energie hat.
In Bezug auf die Berechnungen von @WoutervanOoijen scheint es, als würde eine Solarzelle mit Taschenrechnergröße viel für Sie tun.Sie können es auf das Gehäuse Ihres Geräts setzen.Ich denke, sie geben normalerweise ~ 1mA@3.3V.Aber ja, Ihre Zelle kann nicht aufgeladen werden, daher benötigen Sie meines Wissens einen ML2032 oder VL2032.
Drei antworten:
Wouter van Ooijen
2015-02-15 14:40:25 UTC
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Ein CR2032 hat eine Kapazität von ~ 200 mAH. Für 2 Wochen ergibt dies ein durchschnittliches aktuelles Budget von ~ 500 uA. Ein normaler 555 hat einen Versorgungsstrom von einigen mA, daher müssen Sie einen cmos 555 verwenden, der einen Versorgungsstrom von (max. @ 5 V) 250 uA hat. Verwenden Sie den höchsten Wert, den Sie für den Zeitsteuerungswiderstand verwenden können.

Angenommen, Ihr LED-Strom beträgt 2 mA und die LED leuchtet 3/10 Sekunde lang, fügt die LED durchschnittlich 200 uA hinzu. Das bringt die Summe auf 450 uA, was Ihre Idee nahezu machbar macht. Vergessen Sie jedoch die "generische" 555, und eine hocheffiziente LED wäre eine bessere Idee als Ihre generische 20-mA-LED. Entscheiden Sie sich auch nicht für einen Akku in Schnäppchenqualität.

Die Reduzierung der LED-Einschaltdauer macht einen großen Unterschied, wie dies bei Verwendung eines gut programmierten Mikrocontrollers der Fall wäre. Oder eine dickere Batterie.

Was ist mit dem Zerhacken des LED-Eingangs, damit Sie ihn weniger als 3/10 der Zeit einschalten (aber dimmen)?
Ich denke (bin aber kein Experte), dass es keine Rolle spielt, ob Sie die LED für 33% (PWM) über 300 ms oder 100% über 100 ms eingeschaltet haben.
Ich meinte, dass zum Beispiel sogar der 100-ms-Blitz mit einem Tastverhältnis von 33% oder 50% verwendet werden kann.Es hängt alles davon ab, wie hell der Blitz sein soll.
Ich meinte, dass ein 100-ms-Blitz mit 33% Einschaltdauer genauso viel Strom verbraucht und so gut sichtbar ist wie ein 33-ms-Blitz mit 100% Einschaltdauer. Warum also PWM?
Dave Tweed
2015-02-15 18:18:48 UTC
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Der mit Abstand effizienteste LED-Blinker war der National Semiconductor LM3909. Dieser Chip wird nicht mehr hergestellt, kann aber trotzdem online gekauft werden.

Er kann eine LED für Jahre basierend auf einer 1,5-V-D-Zelle blinken lassen. Ein Schlüssel zu seiner hohen Effizienz besteht darin, dass die im Zeitkondensator angesammelte Ladung verwendet wird, um die LED zu beleuchten, anstatt sie nur auf Masse zu werfen und zu verschwenden.

Mit einem (MAX) Betriebsstrom von 0,75 mA sieht es nicht schlecht aus, aber ein C555, der 1 Hz mit einer 100nF-Kappe leistet (mit anderen Worten: die verschwendete Ladung ist vernachlässigbar), sieht besser aus und ein PIC10F200, der schlafen kannDas Warten auf seinen Watchdog auf ~ 10 uA (wenn ich das Datenblatt richtig gelesen habe) ist noch viel besser.
Wenn wir die tatsächlichen Mikros erwähnen wollen, kann der MSP430 bei laufender Uhr schlafen und 1uA ziehen - und das mit einem 32-kHz-Kristall.Der Betrieb des internen Oszillators ist noch weniger.
Was ist mit der Verwendung einer rohen RC-Schaltung, um den "Atmungseffekt" zu erzielen?Wenn ein binäres Ein / Aus nicht erwünscht / erforderlich ist, wäre dies theoretisch nicht fast so effizient wie ein LM3909?Apropos LM3909, sie sind immer noch bei eBay erhältlich (wahrscheinlich neue Altbestände), wenn Sie bereit sind, ~ 5 USD / Chip auszugeben
@DoktorJ: Was genau ist "nur eine rohe RC-Schaltung" und wie würde das verwendet, um eine LED zu blinken?Vielleicht sollten Sie das als separate Antwort aufschreiben, einschließlich einer Analyse des Strombudgets.
@DaveTweed Entschuldigung, die Schaltung, an die ich gedacht habe, beinhaltet einen Transistor: http://cappels.org/dproj/simplest_LED_flasher/Simplest_LED_Flasher_Circuit.html.Mein (fehlerhafter) Speicher erinnerte an den Widerstand und den Kondensator im Schaltplan, aber nicht an den Transistor.Doh!
Der LM3909 war der einfachste, sehr effizienteste mit einem sehr kleinen Paket, obwohl sie etwas schwieriger zu beschaffen waren.Vielen Dank an alle!
jmn
2015-02-16 03:45:00 UTC
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Das Ziel für die Akkulaufzeit ist realisierbar. Größe auch. Ich habe vor etwa 20 Jahren eine ähnliche Leiterplatte hergestellt, aber mit einer roten LED als Weihnachtsspielzeug. Die geschätzte Batterielebensdauer betrug ungefähr 1 Monat, und ich weiß, dass die Batterie zwar ungefähr so ​​lange überlebt hat, sich aber über mehrere Jahre erstreckt.

Ich werde versuchen, einige Design-Highlights aus dem Speicher wiederherzustellen:

  • Ich habe einen 555 mit geringer Leistung verwendet, wahrscheinlich den in einem Kommentar erwähnten CMOS 7555. Es war beeindruckend wenig Leistung!

  • Verwenden Sie Widerstände in der Mega-Ohm-Klasse und kleine Kondensatoren, verwenden Sie so wenig Elektronen wie möglich. Die Verwendung eines CPU-Chips ist völlige Verschwendung, nur der CPU-Oszillator selbst verbraucht mehr Energie als dieser einfache RC-Timer.

  • Verwenden Sie ein sehr kurzes Blinken, z. B. 10-100 us. Das menschliche Auge ist sehr schnell und sobald es erkannt wird, ist es übertrieben, weitere Fotos hinzuzufügen. Testen Sie, wie kurz Sie blinken können ...

  • Kurzes Blinken bedeutet, dass Sie den Vorwiderstand für die LED überspringen können. Sie möchten, dass die gesamte Batterieenergie in die LED fließt und ein kurzer Impuls nicht genug Strom aufbaut, um sie aufgrund der Drahtinduktivität zu zerstören.

  • Ich denke, es war möglich, den RC zu entladen Timer-Kondensator dieses 7555 durch die LED! Das bedeutet, dass die Elektronen, die gerade zur Messung der Zeit verwendet wurden, recycelt werden, um auch das Licht zu erzeugen, wodurch die Batterielebensdauer effektiv verdoppelt wird. Ein Bonusvorteil besteht darin, dass das langsame Laden des Kondensators einen vernachlässigbaren Verlust des Innenwiderstands der Batterie verursacht, während der Kondensator einen sehr geringen Widerstand aufweist und den größten Teil seiner Ladung in die LED einspeisen kann.

"Die Verwendung eines CPU-Chips ist eine totale Verschwendung" ist Unsinn, es sei denn, Sie treffen die (völlig falsche) Wahl, ihn mit einem Kristall zu verwenden.Das wäre ungefähr so dumm wie mit dem Standard 555.
Genau.Mindestens ein Mikrocontroller kann bei noch aktiver Uhr schlafen und weniger als 1 uA ziehen.Sie würden die eingebaute PWM-Hardware verwenden und diese nur aktivieren, um den Arbeitszyklus zu ändern.Der Stromverbrauch des Mikros ist im Vergleich zu dem der LED wirklich vernachlässigbar.
Ich habe das Wort "xtal" entfernt, da es in der Tat nicht das Richtige für geringe Leistung ist.Der Punkt hier ist, dass unabhängig davon, wie effizient die RC-Schaltung der CPU ist, sie nicht effizienter ist als eine einfache RC-Schaltung.Dann kann ich zustimmen, dass eine richtige CPU einen vernachlässigbaren Teil der Energie verbraucht, aber ich bin mir hier nicht sicher.Ein LED-Blinken kann * sehr * kurz sein.Und für einen trivialen Moment fügt es nur Komplexität hinzu.
@jmn Wie würden Sie die Komplexität eines PIC10F200 + Widerstands + LED + Batterie übertreffen?
@WoutervanOoijen mit einem CPU-Chip * ist * eine totale Verschwendung, wenn es sich um eine einmalige Schaltung handelt und Sie einen 10- bis 100-Dollar-Programmierer kaufen, um einen 50-¢ -Chip zu programmieren, um einen Job zu erledigen, den Teile mit einer Gesamtstückliste von ~ 2 $ erledigen können.
Das ursprüngliche Argument von @DokotorJ: jmn war, dass die Verwendung eines uC eine Energieverschwendung sei.entlarvt.Dann wechselte er zu einer komplexeren Lösung.entlarvt.Ihr Argument ist noch ein anderes und unter den von Ihnen beschriebenen Umständen (einmalig, kein Programmierer verfügbar) gültig.
@WoutervanOoijen Der separate On-Chip-RC-Oszillator (Watchdog) im PIC (und ATtiny) war für mich neu.Diese On-Chip-Lösung macht sie energieeffizienter als die alte 7555!Ich werde sie hinzufügen, wenn ich Zeit für eine Bearbeitung finde.


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