Cómo mejorar un diseño elegante para un atenuador LED, de baja potencia con LDO

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Estoy construyendo un reloj de alarma de amanecer. Se supone que el LED se vuelve más brillante en el transcurso de 30 minutos, luego permanece encendido por otros 30 minutos y luego se apaga. Estoy usando un pin digital en un Arduino Pro Mini 3,3V para alimentar un transistor. La placa Arduino dormirá por el resto del tiempo, ahorrando energía. El dispositivo será alimentado por una sola batería de ion de litio 18650, con un panel solar adicional para cargar la batería durante el día (utilizando un TP4056 con un circuito de protección adicional).

Este es el resto del circuito. Para proteger el LED, estoy usando un MCP1825 LDO para regular la entrada de voltaje. Razoné que con esta pequeña diferencia entre Vin y Vout, es lo suficientemente eficiente. Elegí el MCP1825 por su baja corriente de reposo y el voltaje de abandono bastante bajo. (Si tengo suerte, podría obtener la versión con el modo de apagado). Puede que tenga que reemplazar el R1 que elegí en base a un hfe de 30.

Hasta ahora solo he probado este circuito sin el LDO y la batería con una fuente estable de 3,3V (todavía no tengo las otras partes). Funciona.

Tengo estas preguntas:

  1. Dado que estoy usando una batería, pensé que no es necesario un capacitor de entrada para el LDO. ¿Es correcto?
  2. Si lo comprendo correctamente, un LDO actúa fundamentalmente como una especie de resistencia. ¿Esto significa que no produce ningún ruido y, por lo tanto, puedo prescindir de un condensador de salida?
  3. ¿El TP4056 (y / o el panel solar) introduciría ruido de todos modos, que tendría que filtrar con condensadores (entrada Y salida)?
  4. ¿Los tapones perderán corriente todo el tiempo, desperdiciando energía?
  5. ¿Ves una forma de evitar la regulación de voltaje o ahorrar energía de alguna otra manera en este circuito?

Estoy tratando de entender cada pieza de este circuito, pero sigo siendo solo un principiante. Por favor, avíseme de cualquier falla importante en mi diseño y también en la publicación de este problema. Gracias.

(Yo sí leí la hoja de datos del MCP1825 que recomienda el uso de un capacitor de entrada. Sin embargo, eso no suena como una necesidad).

    
pregunta fertchen

3 respuestas

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Gracias por hacerme hacer esto: aplique el pensamiento de los primeros principios.

Necesito una luz razonablemente brillante para iluminar lentamente. ¿Tiene que ser este LED? Eché un vistazo más de cerca a los valores de candela / lumen y resulta que hay muchos LED blancos (e incluso amarillo-naranja) con una clasificación entre 20-30 mA que son (en el papel) casi la mitad de brillantes que el superbright I tiene. Teniendo en cuenta que incluso un LED SMD a bordo estándar en el Arduino Uno es bastante brillante (en una habitación oscura) me di cuenta de que nunca probé mi circuito en la oscuridad. Así que la solución más elegante parece ser eliminar el transistor, ahorrar el 90% de la energía y alimentar el LED a través de la placa Arduino. Debería poder soportar el estrés de un solo LED de 25 mA.

Me siento un poco mal por aceptar esto, mi propia respuesta a mi propia pregunta. Pero supongo que es, para esta pregunta en particular, la mejor solución. Gracias a todos por contribuir. Aprendí algo de ti y lo aprecio sinceramente.

    
respondido por el fertchen
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Respondiendo a sus preguntas en orden:

  1. y 2. Dado que estoy usando una batería, me di cuenta de que no hay un capacitor de entrada necesario para el LDO. ¿Es eso correcto?

NO, eso no es correcto. Necesita tanto capacitores de entrada como de salida para el regulador, ya que es un dispositivo activo con ganancia de bucle. No es como una resistencia en absoluto.

  1. ¿El TP4056 (y / o el panel solar) introduciría ruido de todos modos, lo que tendría que filtrar con condensadores (entrada Y salida)?

Es poco probable que tenga un ruido apreciable de un panel solar, pero el TP4056 es un dispositivo activo y especifica el uso de capacitores de entrada y salida para controlar la estabilidad.

  1. ¿Las tapas escaparán de corriente todo el tiempo, desperdiciando energía?

SÍ, las tapas tienen fugas, pero para los valores de las tapas de cerámica que necesita, estamos hablando de pA. La velocidad de auto descarga de la batería que usa es mucho mayor que la corriente de fuga de los condensadores.

  1. ¿Ves una forma de evitar la regulación de voltaje o ahorrar energía de alguna otra manera en este circuito?

Un regulador de voltaje que intenta mantener el voltaje en un nivel fijo NO ES la manera de conducir un LED de alta corriente. Dado que está utilizando un dispositivo LED de 350 mA, es posible que esté utilizando el límite de cortocircuito en el regulador para disminuir el voltaje de salida, especialmente cuando el LED se calienta.

Sugerencias:

  1. Use un controlador de corriente constante para impulsar el LED directamente de su batería. Esto funcionará aunque esté utilizando PWM para controlar el LED para controlar el brillo. Es posible que pueda sobrevivir con solo una resistencia limitadora en serie para el LED (especialmente si no se está acercando al límite del LED de 350 mA), pero la corriente variará a medida que la temperatura del LED aumente.

  2. Cambie el 2N2222 a un FET, tendrá un voltaje más bajo que el VCE (sat) del transistor a 350mA. En este momento, el VCE (sat) del 2N2222 probablemente proporciona la limitación de corriente de su circuito.

Intentecomprenderlahojadedatosdelosdispositivosqueusa,claramentecomosemuestraarriba,VCE(sat)eslaprincipalpreocupacióna350mA.

  • No vuelva a adivinar las hojas de datos. Si especifican entrada o salida de capacitores, utilícelos. Si es como dice que es nuevo en la electrónica, las decisiones que tome pueden ser deficientes y simplemente no comprende las implicaciones. En este caso, su comprensión de la fuga de los condensadores cerámicos como un problema importante es una clara indicación de su nivel de comprensión. Puede comenzar leyendo este documento de Murata.

    • Los peores condensadores para fugas son los electrolíticos de aluminio, y aquí la corriente de fuga puede estar en el rango de uA, pero aún no es significativa para su aplicación.

        
    respondido por el Jack Creasey
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    Para ser honesto, tengo curiosidad acerca de por qué quería usar una solución de ahorro de energía y sin condensador. La baja potencia tiene sentido en un circuito operado por batería, pero supongo que también va por un diseño ecológico. Si nos da a conocer sus objetivos al respecto, podemos ayudarlo mejor y quizás recomendarle alternativas.

    Primero, me emociona decirle que hay LDO legítimos sin condensador. Pero la mejor opción en este caso es omitir el LDO en su diagrama y conducir el LED a través de una resistencia. Podría reemplazar el transistor con un mosfet para ahorrar caídas de voltaje y utilizar mejor la batería.

    Para agregar el uso del capacitor, la falta de capacitor puede causar que su LDO se vuelva inestable u oscile, lo que a su vez aumentará el consumo de energía. Dado que su carga es solo un LED, la calidad de la energía no debería ser una preocupación y el LDO le irá bien en el estadio.

    La carga solar es un asunto completamente nuevo. La eficacia depende de las propiedades físicas del panel solar y otros factores. Si su panel solar es muy pequeño o se usa en interiores, es posible que incluso necesite un recolector de energía porque la salida de voltaje del panel es muy baja. Si su panel solar es sustancial, por otra parte, también debe gestionarlo con cuidado.

    También tenga en cuenta que la milla extra en el ahorro de energía puede no valer la pena, ya que se verá superada por su consumo de energía.

        
    respondido por el user199643

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