Schaltung zur Erkennung von Dunkelheit mit sehr niedrigem Strom (<10 Mikroampere), die sich bei Licht ausschaltet

Ich habe ein Gerät entwickelt, das eine LED mit sehr niedrigem Strom (<10 Mikroampere) als sehr schwache Anzeige für den Einsatz im Dunkeln beleuchtet.

Im einfachsten Fall ist die Schaltung eine 3-V-Knopfbatterie + Widerstand (300K-1M Ohm) + LED.

Ich möchte, dass es sich ausschaltet, wenn Umgebungslicht im Raum ist, und im Idealfall überhaupt keinen Strom verbraucht, um die kleine Batterie zu schonen, mit der es betrieben wird.

Die mir bekannten Dunkelheitsdetektoren verwenden jedoch einen Transistor und einen Fotodetektor, um dies zu erreichen (siehe https://www.buildcircuit.com/darklight-sensor-using-transistor/ ) und verbrauchen normalerweise Strom im Umgebungslicht, wenn die LED ist ausgeschaltet. Diese funktionieren, wenn die LED mit ~ 10-20 mA betrieben wird, aber nur beim Basteln konnte ich diese bei den niedrigen Strömen von <10 uA, mit denen ich zu arbeiten versuche, nicht zum Funktionieren bringen.

Irgendwelche Ideen für eine bessere Möglichkeit, einen Niederstrom-LED-Schaltkreis vollständig auszuschalten, wenn Licht erkannt wird?

Danke --

Ein möglicher Ansatz wäre, den Fotodetektor nur alle paar Sekunden für einige Mikrosekunden einzuschalten.
@NateStrickland Aber dann müssen Sie sich Gedanken über den Stromverbrauch des Geräts machen, das das Timing übernimmt und den Fotodetektor steuert ...
@ElliotAlderson, das ist absolut richtig, aber für diesen Zweck sind Geräte mit sehr geringem Stromverbrauch verfügbar, da das regelmäßige Aufwachen, um einen Sensor zu überprüfen, eine häufige Anforderung ist. Zugegeben, sie sind meistens MCUs, die etwas Programmierung erfordern.
Fügen Sie ein 10uA-fähiges Solarpanel hinzu und lassen Sie die LED den ganzen Tag laufen
Vielleicht möchten Sie die Arbeit von hackaday.io/project/11864-tritiled vergleichen , die eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren mit einem kleinen Mikrocontroller erreicht, der einen Boost-Controller mit Strom versorgt.
@sstobbe Warum Solar? Verwenden Sie einfach einen Akku oder eine größere 3V-Lithiumbatterie. Ein CR2032 hält etwa 100 Tage, wenn er 24 Stunden am Tag bei 10 µA eingeschaltet bleibt. Das Hinzufügen eines Fotodetektors erhöht Ihren ROI um Jahre. Ein Solarpanel ist nie eine gute Idee, wenn öffentliches Stromnetz verfügbar ist. Solar benötigt auch einen Akku und ein MPPT-Ladegerät. Es ist unwahrscheinlich, dass es jemals einen ROI mit einem Solarpanel geben würde. 1 kW (10¢) wird diese Schaltung über 30 Millionen Stunden betreiben. Sollte nur batteriebetrieben sein, wenn Netzstrom nicht möglich ist.
@Missverstanden Die Frage des OP war nach einem Fotodetektor, der wenig Strom verbraucht. Ein Solarpanel ist genau das, was tagsüber keinen Strom verbraucht, sondern Strom liefert. Ich weiß nicht, was das OPs-Widget ist, daher kann ich nicht zu seinem Nutzen oder Anwendungsfall sprechen.
@sstobbe Was ich sage, ist, dass der ROI beim Hinzufügen nur des Fotodetektors (Teile und Arbeit) Jahre betragen würde. Das Hinzufügen eines Solarpanels würde sich wahrscheinlich nie auszahlen. Man könnte ein Leben lang Batterien für diese Schaltung kaufen und für 1 Stunde Arbeit bezahlt werden. Der einfachste Weg, die Schaltung zu verbessern, besteht darin, eine LED mit höherer Effizienz wie eine Cree XP-G3 oder Luxeon C Line zu verwenden. Sie sollten in der Lage sein, jede dieser LEDs 5 Jahre lang auf einem CR2032 zu betreiben. Wenn Sie eine Punktlinse hinzufügen, können Sie die Intensität mit einem kollimierten Strahl stark erhöhen und den Strom noch weiter reduzieren.
@Missverstanden Mit Solarpanel meine ich eine Reihe von Solarzellen, die zu Panels angeordnet sind, wie sie in einem Solarrechner oder Gartenlicht eines Dollargeschäfts zu finden sind. Das Panel kostet ein paar Cent. Ich stimme jedoch voll und ganz zu, dass der Kauf von ein paar zusätzlichen Batterien ausschließlich für den ROI billiger ist (allerdings nicht die OP-Frage).

Antworten (2)

Bei 10 Mikroampere könnten Sie einfach eine Solarzelle und eine (sehr) leckarme Diode hinzufügen. Jede vernünftige Lichtmenge würde dann Ihre Schaltung anstelle der Batterie mit Strom versorgen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Der sehr kleine Strom zurück in die Batterie kann getrost ignoriert werden, und der bas116 hat einen Leckstrom im nA-Bereich.

Warum wird dieser Akku betrieben? Wenn keine Batterie erforderlich ist, ist eine lineare 3-V-Versorgung gut geeignet.

10 µA sind etwas zu hoch. Sie sollten in der Lage sein, in den Bereich unter 1 µA zu gelangen.
Hängt davon ab, ob Sie den Raum beleuchten möchten oder die LED nur quer durch den Raum sichtbar sein soll.

Es gibt keinen ROI beim Ausschalten der LED, wenn der Raum nicht dunkel ist. Sie sollten in der Lage sein, die LED mit einem einzigen CR2032 jahrelang zu halten. Ein einzelner CR2032 sollte 3 Jahre bei 10 µA halten.

Dieses Projekt beansprucht 5 Jahre mit einem einzigen CR2032. Und es verwendet billige LEDs mit geringer Effizienz.
Die LED mit der höchsten Effizienz ist heute (Februar 2019) eine Samsung LM301B . Diese LED hat eine Effizienz von mehr als 150 % der in diesem Projekt verwendeten LED. Die LM301B ist die LED, die Sie verwenden möchten. Das sollte die 5 Jahre auf mehr als 7,5 Jahre verlängern.

Die Verwendung einer blinkenden LED verlängert die Lebensdauer. Ein Impuls von 200 ms pro Sekunde verlängert die Batterielebensdauer um das Fünffache oder 37,5 Jahre in Kombination mit dem LM301B. Das oben genannte Projekt verwendet einen PIC µController. Sind die Kosten und der Arbeitsaufwand für das Hinzufügen eines µControllers 5 Batterien wert? Denke nicht. Und ein Aufwärtswandler wird nicht benötigt, da eine Lithium-Batterie eine sehr flache Entladekurve hat. Boost geht auf Kosten einer reduzierten Effizienz.

Eine 3-V-Lithiumbatterie und ein Widerstand sind alles, was Sie brauchen. Lassen Sie es rund um die Uhr laufen.

Um es möglicherweise effizienter zu machen, verwenden Sie einen Abwärtsspannungsregler und keinen Widerstand.
Für einen LM301B benötigen Sie eine Spannung von etwa 2,2 V

Schaltung zur Erkennung von Dunkelheit mit sehr niedrigem Strom (<10 Mikroampere), die sich bei Licht ausschaltet
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