¡LEDs con un presupuesto (de baterías)! - ¿Cómo puedo reducir la corriente de un LED sin gastar la batería?

Question

EDIT : Aquí hay una versión mucho más breve, la versión motivada serpenteante es probablemente subsumida en la pregunta principal sobre las optimizaciones generales de la duración de la batería .

¿Cómo puedo bajar la corriente en un LED sin gastar batería?

Creo que el uso de una resistencia para bajar la corriente agotará la vida de la batería. ¿Es esto cierto? ¿Cómo se consume la batería si la corriente se mantiene pequeña? ¿Es la disipación de energía?

Creo que usar un diodo (y una resistencia más pequeña) seguirá consumiendo la batería (LadyAda dijo algo así como "cualquier dispositivo lineal para bajar el voltaje utiliza la misma cantidad de energía"). ¿Es esto cierto? ¿Es la misma cantidad?

¿Puedo bajar la tensión "gratis", es decir, sin desperdiciar demasiada energía? ¿Cómo puede hacer un CI regulador lo que no puede hacer una resistencia o un diodo?

Answer 1

Utilice un LED de baja corriente. Por ejemplo, este consume 2mA.

Utiliza la modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar el LED. Durante el periodo de apagado, no consume energía. Un 50% de brillo puede ser aceptable.

Answer 2

Creo que el uso de una resistencia para bajar el corriente agotará la vida de la batería. ¿Es esto es cierto?

La primera afirmación es difícil de responder con un sí/no. Técnicamente, consume parte de la energía en sí misma, pero a medida que la resistencia aumenta, la energía disminuye (la corriente también disminuye, que es lo que importa en una batería).

¿Cómo se utiliza el batería si la corriente se mantiene pequeña?

Esta es una afirmación muy, muy desordenada. "Pequeño", significa algo diferente para cada persona. Si quieres decir pequeño, como en insignificante, entonces puede ser ignorado, pero dudo que esto sea cierto con un circuito que cuenta uA. Para que sea insignificante una buena regla puede ser que su corriente media sea menor que 1/10 de la corriente total de tu sistema (soy campos, 1/10 es suficiente para 1/infinito).

¿Es la disipación de energía?

Sí, en la respuesta más breve. Una batería tiene un voltaje asociado, que normalmente se conoce de antemano. La mayoría de los dispositivos tienen una corriente que varía según el voltaje, pero como conoces el voltaje puedes saber su consumo de corriente. Como la capacidad de la batería se mide en AH o mAH, ya está todo listo. Tome la capacidad, en AH, y divídala por los A que consume su dispositivo y tendrá su vida útil en horas. Si el número es lo suficientemente grande, ya está listo. Si te mueres 3 semanas antes, tienes que encontrar la manera de reducir el consumo medio de corriente o comprar baterías más grandes.

Creo que el uso de un diodo (y una menor resistencia) seguirá consumiendo la batería (LadyAda dijo algo así como "cualquier dispositivo lineal para bajar el tensión utiliza la misma cantidad de energía"). ¿Es esto cierto? ¿Es la misma cantidad?

Como ya se ha dicho, tienes un presupuesto de corriente. Si tu consumo medio de corriente aumenta, habrás perdido la vida de la batería.

¿Puedo bajar el voltaje "gratis", es decir, sin desperdiciar demasiada energía? ¿Cómo puede un CI regulador hacer lo que una resistencia o un diodo?

Sí, si utilizas un dispositivo como un controlador de LEDs, puede servir. La mayoría de ellos son Fuentes de alimentación conmutadas . Se trata de un concepto relativamente avanzado en electrónica, no te martirices tratando de entenderlo. Solo entiende que hace trampa. Tendrá una eficiencia en el rango del 80 o 90%. Usted puede calcular el consumo de energía de su dispositivo y luego factor en la eficiencia para obtener el consumo de energía real. Esto puede ser dividido por el voltaje y debe correlacionarse con su consumo de corriente promedio.

Mi consejo

Hay una manera más fácil. Como Joby estaba hablando, PWM. Pero yo no sugeriría usar un PWM del 10%, o incluso del 1%. En vez de eso, haz parpadear tu LED durante periodos cortos para avisar de eventos importantes.

Si quieres comprobar que tu dispositivo está durmiendo, parpadea cada 1 segundo al despertar. Si está transmitiendo cuando el rs232 está conectado, parpadee cada vez que transmita un "paquete". Esto puede dar tiempos de "encendido" de milisegundos cada pocos segundos. Si piensas en esto como un PWM básico, entonces estás obteniendo menos de un .1%. si estás tirando de 20mA para parpadear (bastante brillante) entonces estás tirando de una media de 20uA. Si parpadeas cada minuto, tienes que dividir por 60 en eso: 1/30uA.

Answer 3

Aquí tienes una elegante nota de aplicación de Microchip sobre la conducción de LEDs de alta eficiencia. http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/91060b.pdf

La esencia es que utilizan un inductor para conducir el LED sin resistencia limitadora de corriente. El inductor acciona automáticamente los LEDs a la tensión adecuada. No sé hasta qué punto es práctico, pero puede merecer la pena investigarlo.

Answer 4

Una resistencia desperdicia energía, como observas. Cualquier otro dispositivo analógico, como un transistor en un circuito regulador, cualquier tipo de circuito integrado, un diodo, o lo que sea, si está transportando corriente desde una fuente de tensión al LED, va a desperdiciar energía. Hay una caída de voltaje a través de él, desde la tensión de alimentación hasta la caída de voltaje hacia adelante a través del LED, con cualquier corriente del LED que esté fluyendo. Multiplique para encontrar la energía desperdiciada en forma de calor. Ningún regulador IC de lujo puede escapar a esta física básica.

Sólo hay dos elementos eléctricos que no desperdician energía: el aire vacío y el cable. El aire vacío, es decir, cualquier no-conexión como un interruptor abierto o un transistor apagado, tiene corriente cero. El cable, o cualquier conductor como un transistor encendido (sin tener en cuenta la pequeña tensión de saturación) tiene una caída de tensión nula. Los circuitos de baja potencia deben evitar las resistencias y utilizar transistores como interruptores, siempre encendidos o apagados.

Para el LED, que necesita una determinada cantidad de corriente, se puede accionar un transistor con una onda rectangular. Se desperdicia muy poca energía en el transistor, ya sea "encendido" o "apagado". La carga se transfiere eficazmente al LED. Por supuesto, no se quiere dejar pasar demasiada corriente durante la fase de "encendido" y tostar el LED o hacerlo envejecer, así que hay que suavizar la tensión en la carga con un condensador. (Esto es opcional, dependiendo de la corriente máxima del LED, de la frecuencia de conmutación, etc.) El brillo del LED puede variarse alterando el ciclo de trabajo de la onda rectangular, aunque es mejor no utilizar una onda de encendido del 100%, ya que entonces el LED recibe toda la tensión.

Se trata de una fuente de alimentación conmutada básica, una tecnología vital de las últimas y próximas décadas.

Answer 5

Si aumentas la resistencia de tu resistencia limitadora de corriente creería que la vida de tu batería se alargaría. Con una fuente de voltaje (como una batería) el uso de una resistencia más grande significa que menos corriente fluirá a través de la resistencia y el diodo. El único inconveniente es que tienes un diodo más débil. Sin embargo, ya que la corriente a través de todo el circuito se ha reducido, la vida de la batería en mAh se incrementará.