Простая и эффективная «дышащая» светодиодная схема

В настоящее время я работаю над небольшой схемой, которую я собираюсь запустить на CR2032. Намерение состоит в том, чтобы схема работала не менее 2 недель (чем дольше, тем лучше), с миганием зеленого светодиода каждые 3 секунды с DIP-переключателем для переключения питания. Я планирую использовать таймер 555 с обычным зеленым рассеянным светодиодом , но я чувствую, что есть микросхема, которая может выполнить это более эффективно. Какой самый энергоэффективный , небольшой (печатная плата будет иметь площадь поверхности не более 1 дюйма), самый простой способ реализовать эту схему с помощью CR2032 или аналогичного? Спасибо, ребята!

Вы можете начать с использования CMOS-версии чипа, такой как 7555. Это значительно менее прожорливо, и компоненты, определяющие синхронизацию, также могут быть оптимизированы. Не знаю, хватит ли этого на 2 недели. Другим вариантом может быть небольшой микроконтроллер (например, ATtiny13), который большую часть времени проводит в спящем режиме.
Не эксперт в этом вопросе, но в большинстве комментариев к 555 утверждается, что он прожорлив.
Возможно, излишество... Я имею в виду... подумайте о гибкости ... но мне всегда было любопытно узнать о ATtiny43U , микросхеме со встроенным повышающим преобразователем. Работает до 0,7 В, поэтому вы можете питать его от одного щелочного элемента, который имеет от 2x (AAA против CR2032) до 8x (AA против CR2032) энергии.
Что касается расчетов @WoutervanOoijen, кажется, что солнечная батарея размером с калькулятор сделает для вас многое. Вы можете поместить его на корпус вашего устройства. Я думаю, что обычно они дают ~ 1 мА при 3,3 В. Но да, ваш сотовый нельзя заряжать, поэтому вам нужен ML2032 или VL2032, насколько я знаю.

Ответы (3)

На сегодняшний день самой эффективной светодиодной мигалкой был National Semiconductor LM3909. Этот чип больше не производится, но вы все еще можете купить его в Интернете.

Он может мигать светодиодом в течение многих лет на основе 1,5-вольтовой ячейки «D». Одним из ключей к его высокой эффективности является то, что он использует заряд, накопленный в конденсаторе времени, чтобы помочь зажечь светодиод, а не просто сбрасывать его на землю и тратить впустую.

С (MAX) рабочим током 0,75 мА это выглядит неплохо, но C555, который делает 1 Гц с конденсатором 100 нФ (другими словами: потери заряда незначительны), выглядит лучше, и PIC10F200, который может спать ожидание его сторожевого таймера на ~ 10 мкА (если я правильно прочитал техническое описание) еще лучше.
Если мы собираемся упомянуть настоящие микропроцессоры, то MSP430 может спать с работающими часами и потреблять 1 мкА — и это при использовании кристалла 32 кГц. Запуск внутреннего генератора будет еще меньше.
А как насчет использования только необработанной RC-цепи для достижения эффекта «дыхания»? Если двоичное включение/выключение нежелательно/необходимо, не будет ли это теоретически почти таким же эффективным, как LM3909? Говоря о LM3909, их все еще можно купить (вероятно, новые старые запасы) на eBay, если вы готовы выложить ~ 5 долларов за чип.
@DoktorJ: Что такое «просто необработанная RC-схема» и как ее можно использовать для мигания светодиодом? Возможно, вам следует написать это как отдельный ответ, включая анализ его энергетического бюджета.
@DaveTweed извините, схема, о которой я думал, действительно включает транзистор: cappels.org/dproj/simplest_LED_flasher/… . Моя (неисправная) память вспомнила резистор и конденсатор на схеме, но не транзистор. Дох!
LM3909 оказались самыми простыми, очень эффективными, с очень маленьким корпусом, хотя их было немного сложнее найти. Всем спасибо!

CR2032 имеет емкость ~ 200 мАч. За 2 недели это дает вам средний текущий бюджет ~500 мкА. Обычный 555 имеет ток питания в несколько мА, поэтому вам нужно будет использовать cmos 555 с током питания (макс. при 5 В) 250 мкА. Используйте самое высокое значение, которое вы можете использовать для временного резистора.

Предполагая, что ток вашего светодиода составляет 2 мА, а светодиод горит 3/10 секунды, светодиод добавит в среднем 200 мкА. В итоге получается 450 мкА, что делает вашу идею практически осуществимой. Но забудьте об «универсальном» 555, и высокоэффективный светодиод будет лучше, чем обычный светодиод на 20 мА. Также не покупайте аккумулятор дешевого качества.

Сокращение времени включения светодиода будет иметь большое значение, как и использование хорошо запрограммированного микроконтроллера. Или более толстый аккумулятор.

Как насчет того, чтобы отключить вход светодиода, чтобы он включался (но затемнялся) менее 3/10 времени?
Я думаю (но я не эксперт), что не имеет значения, горит ли у вас светодиод на 33% (ШИМ) в течение 300 мс или на 100% в течение 100 мс.
Я имел в виду, что, например, даже вспышку на 100 мс можно использовать с рабочим циклом 33% или 50%. Все зависит от того, насколько яркой должна быть вспышка.
Я имел в виду, что вспышка на 100 мс с рабочим циклом 33% будет потреблять столько же энергии и будет такой же видимой, как вспышка на 33 мс с рабочим циклом 100%, так зачем беспокоиться о ШИМ?

Целевой срок службы батареи выполним. Размер тоже. Я сделал похожую печатную плату около 20 лет назад, но с красным светодиодом в качестве рождественской игрушки. Предполагаемый срок службы батареи составлял около 1 месяца, и я знаю, что батарея действительно продержалась примерно столько же, но растянулась на несколько лет.

Я попытаюсь восстановить некоторые моменты дизайна по памяти:

  • Я использовал маломощный 555, вероятно, CMOS 7555, упомянутый в комментарии. Это была впечатляюще низкая мощность!

  • Используйте резисторы мегаомного класса и маленькие конденсаторы, используйте как можно меньше электронов. Использование процессорного чипа — пустая трата времени, просто генератор ЦП будет потреблять больше энергии, чем этот простой RC-таймер.

  • Используйте очень короткое мигание, например, 10-100 мкс. Человеческий глаз работает очень быстро, и если его обнаружить, то добавлять больше фотонов будет излишним. Проверьте, насколько коротким миганием вы можете пользоваться...

  • Короткое мигание означает, что вы можете пропустить последовательный резистор для светодиода. Вы хотите, чтобы вся энергия батареи пошла на светодиод, и короткий импульс не создаст достаточного тока, чтобы разрушить его из-за индуктивности провода.

  • Я думаю, что можно было разрядить конденсатор таймера RC этого 7555 через светодиод! Это означает повторное использование электронов, которые только что использовались для измерения времени, для производства света, что фактически удваивает срок службы батареи. Дополнительным преимуществом является то, что медленная зарядка конденсатора приводит к незначительным потерям из-за внутреннего сопротивления батареи, в то время как конденсатор имеет очень низкое сопротивление и может передавать большую часть своего заряда в светодиод.

«Использование процессорного чипа — это полная трата времени» — это ерунда, если только вы не сделаете (совершенно неправильный) выбор использовать его с кристаллом. Это было бы так же глупо, как использовать стандартный 555.
Точно. По крайней мере, один микроконтроллер может спать с активными часами и потреблять менее 1 мкА. Вы бы использовали встроенное оборудование ШИМ и проснулись бы только для изменения рабочего цикла. Энергопотребление микро будет действительно незначительным по сравнению со светодиодом.
Я убрал слово «xtal», так как оно действительно не подходит для малой мощности. Дело в том, что независимо от того, насколько эффективна RC-цепь процессора, она не более эффективна, чем обычная RC-цепочка. Тогда я могу согласиться с тем, что правильный процессор может потреблять незначительную долю энергии, но здесь я не уверен. Мигание светодиода может быть очень коротким. А для тривиального моргания это только добавляет сложности.
@jmn как бы вы превзошли сложность PIC10F200 + резистор + светодиод + батарея?
@WoutervanOoijen использование чипа ЦП - пустая трата времени, если это одноразовая схема, и вы обнаружите, что покупаете программатор за 10-100 долларов, чтобы запрограммировать чип за 50 центов для выполнения работы, которую могут выполнять детали с общей спецификацией ~ 2 доллара.
@DokotorJ: первоначальный аргумент jmn заключался в том, что использование UC было пустой тратой энергии. разоблачен. Потом перешел на такое решение, более сложное. разоблачен. Ваш аргумент является еще одним, и при описанных вами обстоятельствах (один раз, нет доступного программиста) действителен.
@WoutervanOoijen Отдельный встроенный RC-генератор (Watchdog) в PIC (и ATtiny) был для меня новым. Это встроенное решение делает их более энергоэффективными, чем старый 7555! Я добавлю их, когда найду время для редактирования.