Energieeffiziente LED-Treiberschaltung

TL;DR-Version:

Verwenden Sie zwei AA-Alkalizellen, einen 2,7-kOhm-Widerstand und die LED in Reihe, sodass die LED mit dem absoluten Mindeststrom versorgt wird, der sie ausreichend zum Leuchten bringt.

---

Zusammenfassung der Chat-Diskussion zu dieser Frage.

• Bestimmen Sie empirisch, welcher Mindeststrom durch Ihre spezifische LED ausreichend Licht liefert, um als "anbleibend" akzeptabel zu sein. Fertig: 0,25 mA
• Messen Sie genau die Durchlassspannung der LED bei etwa dem doppelten Strom. Fertig: 1,86 Volt bei 0,5 mA
  • ^{Warum der höhere Strom? Damit der Zustand „Anbleiben“ auch dann noch gültig bleibt, wenn der Strom durch Batterieerschöpfung auf die Hälfte des Ausgangswertes absinkt.}
• Ermitteln Sie die Nennspannung Ihrer Stromquelle: Alkaline AA = ~1.5 x 2 = 3 Volts
• Fügen Sie der LED einfach einen Vorwiderstand hinzu, sodass die LED mit ~ 0,5 mA versorgt wird. Berechnung: R = (V _batt - V _led ) / I _led = (3 - 1.86) / 0.0005= 2,28 kOhm
• Der nächsthöhere E12-Wert = 2,7 kOhm ergibt 0,42 mA, gut innerhalb unseres gewünschten Strombereichs, also sind wir fertig.

Berechnen Sie nun den Stromverbrauch und die Langlebigkeit der Lösung

• Stromverbrauch der Schaltung: P = V x I = 3 x 0.00042= 1,27 Milliwatt
• Kapazität der Batterien:
  • Angenommen Energizer E91 Alkaline AA .
  • Aus dem Milliamperestunden-Kapazitätsdiagramm ergibt eine Extrapolation auf eine Entladerate von weniger als 1 mA, aber eine Entladung nur auf 1,27 Volt ergibt ungefähr 3000 mAh. Diese Annahme ist derart, dass die Spannung bei 2 Batterien in Reihe nicht unter 2,535 Volt abfällt, so dass der Strom durch die LED nicht unter 0,25 mA abfällt.
  • Wenn man das als Worst-Case-Zahl beibehält, 2 Zellen = 6000 mAh ( Näherung !)
  • Bei 0,42 mA Mindestlebensdauer = 6000 / 0,42 = 14285,7 Stunden = ~ 595 Tage, fast 2 Jahre .
• Selbst wenn wir die obigen Berechnungen erheblich vernachlässigen, ergibt diese Lösung immer noch eine Batterielebensdauer von etwa einem Jahr mit einem guten Schätzungspuffer.

---

_{Gemäß den im Chat durchgeführten und erwähnten Experimenten verbraucht er bei Verwendung eines Widerstands von 2,4 K 0,25 mA bei 2,5 V, 0,42 mA bei 3,0 V. Dies beweist, dass die obigen Berechnungen konservativ sind, eine längere Dauer ist nicht undenkbar.}

Ich weiß nicht, wie effizient der Joule-Dieb ist, also würde ich mich für den LTC3531 und einen Operationsverstärker entscheiden, um den FB-Pin am Gerät zu steuern. Die Absicht des Operationsverstärkers ist es, den LED-Strom zu überwachen und daher die Ansteuerung der LED konstant bei 20 mA zu halten. Hier ist ein Bild, das hoffentlich die Effizienz demonstriert: -

Das untere Bild ist die einstellbare Version und bei einer Last von (sagen wir) 20mA beträgt der Wirkungsgrad etwa 89%. Der Rückkopplungsstift, den ich von einer Niederleistungs-Operationsverstärkerschaltung ansteuern würde, die den Strom durch einen Widerstand mit kleinem Wert (z. B. 0,1 Ohm) "überwacht", der in Reihe mit der LED liegt. OK, Stabilitätsprobleme sind ungewiss, aber ich bin sicher, dass es zum Laufen gebracht werden kann. Die niedrigste Spannung, auf die es herunterarbeitet, beträgt 1,8 V, was es im Vergleich zum Joule-Dieb benachteiligt, aber ich denke, es wird für den größten Teil der Lebensdauer der Batterie effizienter sein, und dies könnte durchaus der gewinnende Weg sein?

Vielleicht würde ich dieses Gerät als Mittel in Betracht ziehen, um die letzten paar Tropfen aus der Batterie zu holen: -

Ich glaube nicht, dass es die Effizienz des LTC3531 übertreffen wird, bis die Dinge unter 2 V wirklich knapp werden, dann kann das LT1610-Gerät übernehmen und ein paar Joule mehr aus dem melken, was in den Batterien übrig ist - es wird bis unter 2 V funktionieren 1V. Oberhalb von 1,8 V wird es heruntergefahren und nimmt nicht am Verfahren teil - der LTC3531 wird seine Arbeit erledigen, aber wenn ihm die Puste ausgeht, schaltet ein anderer Low-Power-Operationsverstärker den Umschalter (!) Und der Einfachheit halber aus Komponenten könnte es eine andere LED verwenden - ist das erlaubt (?) - wenn nicht, muss der Operationsverstärker einen FET ansteuern, der den LTC3531 ausschaltet, und hoffentlich muss er nicht von der einzelnen LED getrennt werden. Kinderkrankheiten, die mit einem anderen FET gelöst werden können.