Рекомендации по типу аккумуляторной батареи для схемы велосипедного светодиода на 1-2 ампера

(Этот ответ обобщает предложения Аниндо Гоша по теме, сделанные в чате EE, а также несколько моих собственных наблюдений. Обратите внимание, что я не считаю этот ответ окончательным: просто хочу добавить что-то еще к набору предложений)

Этот ответ предполагает (без обоснования) конструкцию на основе батареи LiPO . Некоторая справочная информация:

• Аккумуляторы LiPO на 3,7 В.
• Параллельное соединение аккумуляторных элементов нежелательно, потому что если одна батарея имеет меньшее внутреннее сопротивление, чем другие, первая батарея разрядится первой, а затем остальные батареи начнут заряжать батарею с наименьшим внутренним сопротивлением.

Рекомендация состоит в том, чтобы разбить схему на следующие части:

• Цепь 5В: для ATmega и всех светодиодных драйверов. Эта часть будет управляться импульсным повышающим стабилизатором для повышения напряжения с 3,7 В.
• Светодиоды разделены на группы таким образом, что каждая группа управляется набором последовательно соединенных ячеек LiPO: это позволяет избежать параллельного соединения ячеек LiPO (подробнее о причинах последовательного соединения ниже).

Поскольку TLC5940 является стоковым драйвером, светодиоды могут подключаться при любом напряжении. Поскольку это светодиоды RGB,$V_{forward}$по крайней мере, некоторые из зеленых и синих каналов могут достигать 3,4, оставляя только 0,3 В запаса прочности при заданном номинальном напряжении LiPO. Если добавить тот факт, что напряжение LiPO существенно меняется в течение цикла разрядки ( Википедия : «Напряжение литий-полимерного элемента варьируется от примерно 2,7 В (разряженный) до примерно 4,23 В (полностью заряженный)»), этого недостаточно. Кроме того, согласно Аниндо Гошу и ветке TI , TLC5940 требует большого запаса по сравнению с$V_{forward}$напряжение для правильной регулировки светодиодов:$Vcc_{LED}$должно быть больше, чем$Vforward_{LED}$примерно на 1,2 Вольта при втекающем токе 120 мА - см. рис. 5 таблицы данных. Это приводит к выводу, что каждый блок светодиодов должен питаться от двух аккумуляторов LiPO, которые дадут минимум 5,4 вольта для питания светодиодов; после$V_{forward}$при падении 3,4 В остается еще 2 В запаса.

Возможной альтернативой для рассмотрения является использование каналов R, G и B по-разному: поскольку канал R имеет более низкую$Vforward_{LED}$, он может быть подключен к одной ячейке LiPO, в то время как каналы G и B по-прежнему будут питаться от двух последовательно соединенных ячеек.

Наконец, было предложено рассмотреть батареи LiFePo4 , которые имеют более жесткое выходное напряжение в течение цикла разрядки, обеспечивают более длительный срок службы и более высокий пиковый ток.

Быстрый первый проход - больше анон:

Какого цвета светодиоды?
Какая модель/марка и сколько.

С современными светодиодами 10А ~+3000 люмен+
ОЧЕНЬ яркий.
Зачем вам так много света?
Если вы используете старый хлам, потому что он дешевый, то современная высокоэффективная версия может значительно снизить текущие потребности.
Если вы используете современные светодиоды, вы застряли с их обеспечением, если вам нужно столько света.

Запуск светодиодов от собственного источника питания. Процессор может использовать собственный более высокий Vdd и управлять светодиодными драйверами с более низким напряжением.

Если используется батарея с понижающим преобразователем от 3 В, скажем, х 10 А х 2 часа = 60 ватт-часов плюс дополнительные потери на преобразование (10-20%).

При использовании линейного регулятора 10 А x 2 часа = 20 Ач.

Батарея ~ 3,5 В мин., если белая или синяя.
Ниже, если красный и т. д.

Если батарея была LiPo, то номинальное напряжение = 3,6 В.
Фактическое напряжение составляет 4,2 В, когда оно полностью снижено до 3 В + все, что вам нужно, если светодиоды белые или синие.

3,6 В x 20 Ач — это многовато.
iPad_latest составляет около 10 Ач.
iPhone_latest = около 1,7 Ач.

Что-то вроде 7 x 3,3 Ач LiPo.
Если красные светодиоды, то вы можете использовать батарею с меньшей емкостью и понижающий преобразователь.

Звучит не слишком сложно - просто раздражает :-).

Больше данных...?

Как насчет 4-х NiMH C-элементов последовательно? Они рассчитаны на 5000 мАч, а 4 из них дадут вам около 4,8 В. Должен дать вам не менее 2 часов при потребляемой мощности 2 ампера, но вам понадобится какая-то защита от переразряда, чтобы предотвратить повреждение батарей из-за их чрезмерной разрядки. Они должны быть в состоянии оставаться выше 4,5 В для большей части своей полезной емкости, но если вам нужно получить от них всю мощность, они опустятся ниже этого уровня. Если ваш микроконтроллер не может работать с напряжением менее 4,5 В, вы можете обойтись небольшим преобразователем постоянного тока, чтобы обеспечить микроконтроллеру стабильные 5 В, а затем управлять светодиодами с более низким напряжением по мере разрядки батарей.

Ячейки C весят около 91 г каждая, поэтому вы смотрите на вес батарей почти в фунт. Литий-ионные батареи, вероятно, будут весить около 60% от этого (по более высокой цене).

Если бы вы могли поддерживать среднее потребление тока ниже усилителя, вы, вероятно, могли бы получить два часа жизни от четырех элементов NiMH AA емкостью 2200 мАч примерно за 1/3 веса. (не спрашивайте меня, почему АА весят на 1/3 меньше, но обеспечивают примерно половину мощности по сравнению с С-элементами, я только что посмотрел емкость и вес в Интернете .)

Если вы можете выдержать больший вес, вы можете увеличить до четырех элементов D по 10000 мАч, но по 165 г каждый , это 1,5 фунта веса для батарей.

Одним из преимуществ стандартных элементов AA, C или D является то, что водитель может в крайнем случае заменить их на щелочные, но тогда вам придется выдерживать немного более высокое напряжение, поскольку новый щелочной элемент будет иметь 1,6–1,7. V, поэтому вы можете увидеть почти 7 В с 4 новыми элементами (которое быстро упадет до 6 В при токе разряда 1 А).