¿Cómo mantener la energía encendida por un tiempo sin usar un microcontrolador o 555?

Sus objetivos son contradictorios.

  

mis principales preocupaciones NO son usar un microcontrolador o 555,

Está bien. No es un objetivo de ingeniería real, pero tal vez un objetivo interesante para aprender. Encontrará muchos circuitos monoestables en línea si solo busca en Google la búsqueda de imágenes para ellos. También es posible diseñar lógica digital a partir de bloques de construcción de una sola puerta.

  

manteniendo la salida estable durante todo el "estado inestable"

Probablemente pueda resolver esto utilizando un búfer entre la salida del circuito lógico y la carga. El búfer puede ser simple como un solo MOSFET.

  

utilizando una corriente nula o mínima en el "estado estable"

Es casi seguro que la mejor manera de hacerlo es usar un microcontrolador en lugar de un monoestable. Muchos microcontroladores pueden entrar en un estado de suspensión de muy baja potencia y luego responder cuando reciben una interrupción (por ejemplo, debido a que se ha activado un interruptor de presión).

  

por un minuto (más o menos)

Por lo general, es difícil obtener un monostable para mantener el tiempo con precisión durante un período tan largo. Nuevamente, la solución de bajo consumo y bajo costo es probablemente un microcontrolador. También puede diseñar un circuito digital usando lógica discreta (comience con un contador), pero casi definitivamente consumirá más energía inactiva que la solución del microcontrolador.

Un consejo general: cuando diseñas algo para una aplicación que nunca has probado antes, primero crea un diseño funcional, solo uno que tenga la funcionalidad básica requerida, luego una vez que sepas cómo se realiza el inicio. pensando en cómo optimizarlo para la velocidad o la potencia o lo que sea importante en esa aplicación.

¿Cuánto tiempo quieres que permanezca encendida la luz? ¿Estás dispuesto a tolerar una decadencia lenta?

Puede hacer un simple temporizador de retardo usando nada más que un MOSFET y una red RC en la puerta. Pero hay algunas advertencias y una sutileza.

Desea utilizar un MOSFET con un voltaje de umbral bajo y luego cargar el condensador de tiempo en la puerta a un voltaje relativamente alto. Esto mantendrá el MOSFET completamente mejorado durante la mayor parte del tiempo, luego la luz se desintegrará un poco más tarde.

La primera advertencia es que el MOSFET debe ser lo suficientemente grande y con suficiente disipador de calor para que su temperatura no suba demasiado mientras el MOSFET está en la región lineal. Su nivel de energía es bastante bajo, por lo que esto no debería ser un problema.

El MOSFET necesita tener un voltaje de umbral bajo. Dirígete a Digikey y busca "Trench FET". Estos tienen un voltaje de umbral muy bajo y son ideales para esta aplicación.

Es necesario que cargue el condensador de temporización a un voltaje bastante alto: lo ideal es 12 V CC. Usted menciona que tiene un suministro de 3 Vcc para el LED. Debido a que la corriente de sincronización es tan baja, podría colocar una batería estándar de 9V en serie con la fuente de 3 Vcc para obtener 12 Vcc. La batería durará varios años, pero debe ser reemplazada cuando el período del temporizador comience a ser demasiado corto.

A continuación se muestra un boceto simple:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El FDP8880FS-ND cuesta aproximadamente un dólar y tiene un umbral de puerta cercano a 3V. Se debe mejorar completamente a aproximadamente 4 Vcc o menos.

Cuando el interruptor de presión en el tapete se cierra, se carga C1. El FET se enciende con fuerza y la luz se enciende. C1 permanece cargado mientras el interruptor esté cerrado.

Cuando el interruptor se abre, el condensador comienza a descargarse. Sin embargo, el FET permanecerá saturado hasta que el voltaje caiga a un valor entre 3 y 4 Vcc. Luego, la luz decaerá lentamente hasta que esté completamente apagada.

C1 debe ser un condensador de calidad. Cerámica o película es buena, electrolítica es mala. Aumente el valor para darle la demora de tiempo que desee.

[Editar]

Quieres un tiempo de decaimiento más rápido, por lo que la adición de M2 y R3 debería hacer eso por ti.

Esto no se ha probado, pero debería funcionar. En funcionamiento, M2 sirve para descargar rápidamente C1 cada vez que se enciende. Se enciende cuando M1 no está completamente mejorado.

El funcionamiento del circuito es el siguiente:

Supongamos que el circuito está apagado. M1 está apagado, al igual que la carga. M2 está totalmente mejorado y coloca una resistencia de 10k en C1.

Cuando el interruptor se cierra, R2 carga C1 a los 12 Vcc completos de las dos baterías conectadas en serie. R2 es mucho más pequeño que R3 que R3 casi no tiene efecto en el voltaje de la compuerta de M1.

M1 se enciende con fuerza y el voltaje de la compuerta en M2 cae a aproximadamente cero. M2 se apaga y permanece así mientras M1 esté completamente mejorado.

Cuando la carga en C1 decae hasta el punto en que M1 comienza a apagarse, M2 se enciende y descarga C1 rápidamente.

Una ventaja final de modificar el circuito de esta manera: MOSFET M1 ya no necesita pasar un tiempo significativo en la región lineal. Ahora puede convertirse en un paquete físicamente mucho más pequeño que no necesita ningún disipador.

Prueba este. puede ajustar el "VAR1" para cambiar a tiempo. Para aumentar / disminuir aún más el valor del condensador (C1).

Hesubido archivo de simulación de Proteus .

tal vez algo loco como este:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Lectura de izquierda a derecha:

R3 es un potenciómetro que puede ajustar la sensibilidad a la presión que se requiere para desencadenar el cambio lógico debido a que la Resistencia Sensible a la Fuerza (FSR) disminuye la resistencia cuando se aplica presión (la persona pisa la colchoneta delantera).

Se utiliza un búfer inversor con disparador schmitt para convertir esa señal en bondad digital. La señal digital irá a "ALTA" cuando alguien pise la almohadilla de presión. La señal alta entra en la entrada S del pestillo SR "CHARGE". La entrada R se conecta en el DISCHARGE SR Latch que debería estar desactivado en este punto.

La salida de CHARGE es alta (Q = ALTA), y NO Q será BAJA. LOW enciende el MOSFET de canal P que se muestra como M1, que normalmente se mantiene APAGADO cuando NO Q es una fuerza alta, o durante una condición de tres estados, la resistencia R6 está ahí para mayor confiabilidad.

Cuando M1 se enciende, la corriente de la fuente de 3V fluye directamente a un capacitor de 100uF. Este nodo / riel está siendo monitoreado para una lógica ALTA mediante los buffers digitales "RDY" (que significa listo) y "NRDY". Cuando el nodo del condensador está LISTO, el seguro DISCHARGE SR entra en acción, deshabilitando el bloqueo de la entrada CHARGE colocando su entrada R alta y luego activando el MOSFET M2 del canal N del lado bajo. M2 permite que el condensador C1 drene a través de una resistencia R8 conocida, formando una red RC con una constante de tiempo de ~ 1 segundo.

El estado de carga pasará de ~ 2.3V (cuando la señal a RDY era válida) hasta ~ 1V para que sea lógico LOW, haciendo que el latch DISCHARGE SR se reinicie y se detenga, y libere la R de la entrada CHARGE SR Latch, Permitiendo que comience un nuevo ciclo de pasos de presión.

Sinceramente, lo hice rápidamente en aproximadamente 15 minutos y existen algunos problemas del mundo real, como las posibles condiciones de carrera, los umbrales de activación de Schmitt desiguales por todos lados y la necesidad de al menos 2 redes RC adicionales para ralentice las señales a propósito y evite estas condiciones de carrera, especialmente para RDY y NRDY.

ambos MOSFET tendrían que ser MOSFET de nivel lógico de muy bajo voltaje, iría a valores de 1V Vgs_th y probablemente a 12- > 20V VdsMax.

Todo esto debería funcionar sin problemas a 3V. Especialmente si utiliza chips lógicos CMOS y utiliza MOSFET como se sugiere. Se podría usar PNP y NPN BJT en lugar de los FET, pero perdería demasiado voltaje y demasiada corriente solo para saturarlos para reducir la caída de voltaje directo. Todos estos dispositivos CMOS también tendrán una corriente de fuga / inactividad ultra baja.

En términos de tamaño de la solución, puede hacer pasivos de tamaño de montaje en superficie 0402, obtener un IC de Latch SR doble, un paquete MOSFET complementario P y N que probablemente sea un SOT23-6 pequeño, y un búfer inversor hexagonal único + disparador Schmitt el chip lógico de estilo de salida (como el SN74LV14ADR de Texas Instruments), y el búfer "sin inversión" son solo dos inversores encadenados en serie, lo cual es excelente porque entonces utiliza más circuitos disponibles en ese paquete.

Si alguien puede agregar a este circuito o ampliar la teoría para hacerlo más robusto, no dude en comentar.