Zasilanie LED z 1 - 1.5V

Hello All,

Tak ostatnio często się przewijają pytania o zasilanie LEDów, na dokładkę swego czasu JF podesłał mi linka do jednotranzystorowej mikroprzetworniczki, że aż mi przyszła ochota się pobawić :-)

Wnioski:

  1. Dążenie do prosty chwalebne jest i basta!
1a. W dążeniu do prostoty nie można przesadzać - nie opłaca się!

Klasyczny układ, dość mocno rozpowszechniony, jest bardzo ładny - naprawdę. I działa. Jednak wzięcie go w obroty w praktycznym wykonaniu ujawnia dość nieprzyjemne wady tego układu:

  1. Podawane zazwyczaj ilości zwojów sa zbyt duże i rdzenie się nasycają.
  2. Oszczędzanie na kondensatorach daje dość znaczny spadek sprawności.
  3. Zasilanie diod impulsowo niekoniecznie się sprawdza 8-O

Sprawdzałem rdzenie toroidalne:

6.3/3.8/2 - pochodzenie - Allegro, Al ok. 500 nH/zw^2, nasycenie ok. 2 Azw

TN10 z materiału 3F3 firmy Ferroxcube (d. Philips), Al ok. 800 nH/zw^2, nasycenie ok. 3.5 Azw (teoretyczne - nawet nie sprawdzałem)

Tranzystor: BC337-16, o wzmocnieniu mierzonym miernikiem ok. 250.

Ogniwa R6 i R3 w stanie raczej podłym (świadomie!).

Diody LED białe, pochodzenie: Allegro, 5 mm - miały być 10000 mcd, szacuję na 2000-3000 mcd oraz 10 mm - te wyglądają faktycznie na 10000 mcd.

Uzwojenia na obu rdzeniach w takiej samej ilości zwojów 10+7, nawijane drutem miedzianym, srebrzonym, w teflonie o średnicy (bez izolacji)

0.3 mm. Nie bawiłem się w nawijanie bifilarne - po prostu 17 zwojów z odczepem po 10 zwojach.

Połaczenie klasyczne, czyli środek uzwojenia do + (plus), 10 zwojów przez rezystor 1 kom do bazy tranzystora, 7 zwojów na kolektor tranzystora, emiter tranzystora przez rezystor 0.1 om (do pomiaru prądu) na - (minus). Dioda LED pomiędzy emiter a kolektor (anoda do kolektora).

Na rdzeniu 6.3 mm częstotliwość ponad 100 kHz, przebieg pokręcony jak paralityk. Sprawdzam co się dzieje na zasilaniu - koszmar. Blokuję zasilanie kondensatorem 100 nF, przebiegi poprawiają się znacznie, na kondensatorze piła Upp ok. 0.4V - dodaję tantala 10 uF/16V - piła spada do ok. 150 mV - do zniesienia. Prąd szczytowy rzędu 250 mA (25 mV na 0.1 om), dioda świeci radośnie ale nie powiem, żeby mnie to zadowalało. Po kształcie zbocza narastającego piły widzę, że z tego rdzenia więcej niż te 250 mA przy

7 zwojach nie ma sensu wyciskać. Zbocze opadające - takie sobie - na mój gust - zaskakująco powoli tranzystor się wyłącza.

Biorę na tapetę rdzeń TN10 - piła się poprawia, widać wyraźnie spadek szybkości narastania prądu związany ze spadkiem napięcia zasilania, dioda swieci tak samo, częstotliwość trochę niższa. Zaczynam eksperymenty - dołączam druga diodę szeregowo z pierwszą. Świecą nadal tak sobie. Do rezystora bazowego równolegle dołączam drugi - poprawiło się :-) 380 mA w szczycie. Wyganiam syna na podwórze i każe iść z 'latarką' 100 metrów od domu - światło rzuce się w oczy bardzo ładnie - nie sposób go przegapić chyba nawet w dzień :-) Ale jako latarka słabe...

Kolacja, herbatka i genialny :-) pomysł #1 - zamiast 'zamykać' obwód diody przez zasilanie wykorzystam całą cewkę. Przełączam katodę diod z emitera na drugi koniec cewki. Nie dość, że poprawia się praca przetwornicy, spada jej częstotliwość, to jeszcze jakby ciut jaśniej świeci. Ale nadal nie jest to to, o co by mi chodziło :-(

Właże na Allegro poleczyć frustrację, oglądam LumiLEDa, którego cena skoczyła juz do 40 PLN i genialny pomysł #2: a może by jednak spróbować z napięciem stałym?

Kolejny tantal 10/16 i dioda BAT43, odpinam anodę LEDów od kolektora, wpinam w szereg BAT43, bocznikuję LEDy tantalem i włączam. Ale jasno! Sprawdzam prąd szczytowy tranzystora - 320 mA (bateria siada - ledwie ponad 1V). No to trzeba sprawdzić - odlutowuję jedną nogę tantala - świeci po staremu, podłączam tantala - świeci jasno :-) Wychodze na ciemny korytarz - widać! Podpinam trochę świeższą baterię: 1.35V i szybkie pomiary, żeby za bardzo nie siadło:

Szczytowy prąd kolektora: 350 mA Częstotliwość pracy: 54 kHz (okres: 18.4 us, w tym duty: 13.2 us) Napięcie na LED (2 sztuki szeregowo) 6.05 stałego Napięcia tętnień: zasilanie: ok. 140 mV p-p diody: ok. 40 mV p-p

I w ten, nieco może skomplikowany sposób, doszedłem do IMHO naprawdę sprawnej i zgrabnej przetwornicy na 2 LEDy (na jednym też działa ślicznie!) zasilanej z niskiego napięcia, bez kłopotliwego nawijania trafa - tylko jedno uzwojenie z odczepem :-)

Podsumowując potrzebne elementy:

Rdzeń ferrytowy o srednicy zewnętrznej 10.5 mm i współczynniku Al ok.

800.

Ok. 20 cm drutu izolowanego o średnicy 0.3 mm lub ciut większej (może być drut np. z rozprutego kabla ethernetowego).

2 diody LED białe.

Tranzystor BC337-16 (równie dobrze może być inny tranzystor NPN małej mocy, o prodze szczytowym rzędu 300 mA i wzmocnieniu co najmniej 200)

Dioda BAT43 (może być też 1N4148 - kosztem minimalnego spadku sprawności).

2 kondensatory tantalowe 10uF (mogą być większej pojemności)

Rezystor ok. 500 om (najbliższa wartość: 510 om) - jego wartość jest wprost zależna od wzmocnienia tranzystora - im większe wzmocnienie, tym większa wartość rezystancji. W moim przypadku wzmocnienie tranzystora mierzone miernikiem wynosiło ok. 250.

Jeśli masz dostęp do oscyloskopu, to warto pomiędzy emiter tranzystora a minus zasilania dać na czas testów rezystor 'bezindukcyjny' 0.1 oma i obserwując przebieg na tym rezystorze, dobrać rezystor bazowy, tak aby uzyskać szczytowy prąd kolektora rzedu 350 mA dla 2 diod lub 200 mA dla jednej diody.

Jeśli nie masz oscyloskopu możesz ustalić punkt pracy porównując jasność diody/diod z jesnościa innej diody, zasilanej ze źródła prądu stałego (np. batera 9V + rezystor) ustawionego na 20 mA.

Zdecydowanie _NIE_ polecam prób mierzenia prądu diod podłączonych do przetwornicy z dwóch powodów:

  1. Pomimo filtracji nie jest to czysty prąd stały i często nawet mierniki ze środkowej półki nabierają się i fałszują wynik. O tanich miernikach w ogóle nie ma co mówić :-(

  1. Przypadkowe rozwarcie obwodu może skończyć się natychmiastowym zniszczeniem tranzystora i/lub tantala filtrującego.

Reply to
RoMan Mandziejewicz
Loading thread data ...

Genaralnie to chyba czysty przypadek .. ja bym zajrzal w ta wielka jaki tam jest krysztal .. bo cos mi sie wydaje ze to czysty marketing

- krysztalek ten sam, optyka niewiele lepsza [hm, przy malych katach to moze i lepsza ?], chlodzenie chyba gorsze ..

Ale teraz juz w gwint po zarowce nie wejda :-(

No - z diodami roznie bywa - sprawnosc niektorych przy wiekszym pradzie nieznacznie rosnie, innych spada.

Ale co sie dziwisz ? Popatrz jak to dziala:

-rdzen podchodzi pod nasycenie

-zmniejsza sie napiecie indukowane w uzw bazowym

-tranzystor staje sie "mniej otwarty" .. ale ciagle otwarty jest i prad kolektora prawdopodobnie nadal rosnie.

-gdzies dopiero pozniej dochodzimy do momentu gdy kombinacja nasycenia rdzenia, Rwewn baterii, stopnia otwarcia tranzystora powoduje spadek pradu kolektora.

-dopiero wtedy w bazowym indukuje sie ujemne napiecie, ktore przymyka tranzystor, i dalej przez dodatnie sprzezenie proces nabiera tempa.

W calosci raczej nie pomaga fakt ze baza jest wstepnie polazyzowana z 1.5V - w piewszek kolejnosci sprobowalbym cewke bazowa zasilic z 0.7V.

Teraz kilka wnioskow:

- rdzen musi dojsc do nasycenia

- jesli nie podoba ci sie duzy prad - dowin zwojow w obwodzie kolektora.

- przy zamknietym tranzystorze - na baterii jakies 1.5V, na bialej diodzie powiedzmy 3.2V, spadek na dlawiku ~1.7 .. tymczasem w bazowym musi sie wyindukowac co najmniej 0.9V zeby tranzystor zamknac .. wiec przekladnia co najmniej 1:0.5 - wszyscy stosuja 1:1 wiec jest zapas, ale moze mozna zmiejszyc ? Albo znow zasilic z mniejszego napiecia.

Wracamy do meritum - przecietna dioda biala to jest moze 3.2V/50mA, jak dobrze przegrzana, bo w katalogu pewnie zalecaja 20mA. Zakladajac [a dla noname z allegro to niekoniecznie jest prawda] ze sprawnosc ma 2x wieksza zaroweczki - porownywac nalezy z 3V/0.1A. A ja mam 3V/0.3A ... lub mocniejsze w latarce sensownej.

Hm, ciekawe. Bo imho:

-wiecej energii pompujesz przez cewke .. to niestety sprawnosc spadnie. Czesc niepompowana nie powinna byc oblozona "narzutem"

-przy swieceniu masz wieksze napiecie na dlawiku .. wiec i prad szybciej spada .. to skad spadek czestotliwosci ?

-prad diody i baterii mniejsze wypelnienia, wieksze szczyty .. to i wieksze straty na rezystancjach.

No - i to jest material na prawdziwa latarke :-)

Pomysl dosc dobry i ma zalety. Ma tez wady - spadek napiecia na diodzie prostujacej :-(( A w sumie ... tych zalet nie powinno byc az tak duzo.

Zaklocasz warszawa I :-)

Az mnie zacheciles do eksperymentow.

P.S. czy na 2 LED to warto 1 paluszka meczyc ? Moze lepiej od razu 2.

50KHz to lica sie nawija :-)

A moze by jakiegos mosfecika potrenowac ?

Tranzystor nie padnie - nie na takim rdzeniu.

Ale ... czyzby ci cos wybuchlo ? :-)

J.

Reply to
J.F.
[...]

Nie piszę z sufitu, tylko z tego co widzę na własne oczy. Te 5 mm badziewia mają jeszcze węższy kąt od tych 10 mm i świecą znacznie gorzej. Co do chłodzenia - wyprowadzenia nie sa nawet ciepłe, a to przez nie jest odprowadzane ciepło ze struktury.

Nie muszą - nie o to walczyłem.

Przez pół życia byłem przekonany, że impulsowe zasilanie poprawia sprawność. W tym wypadku się to nie sprawdziło. Zapewne wynika to wprost z banalnego powodu: dawniej LEDy były 'wschodzącą' techniką i budowano je ze sporym zapasem - chodzi mi o doprowadzenia do struktury. Obecnie oszczędza się na wszystkim a i technologia pozwala wyciągać coraz cieńsze druty - wyprowadzenia są cieniutkie i dają duże straty przy impulsowym zasilaniu. Jednak to jest kilkaset mA...

No i wychodzi z Ciebie teoretyk, niestety... Masz co najmniej kilka możliwości regulowania prądu szczytowego. Ale w tym wypadku akurat tylko dwie: - nasycanie rdzenia - 'nasycanie' tranzystora Zapewniam - nasycanie rdzenia jest bardzo złym pomysłem - za duże straty. Ograniczając prąd kolektora poprzez ograniczenie prądu bazy uzyskujesz znacznie lepsze rezultety. Oczywiście mowa o _tym_ układzie.

[...]

Nie ma takiej potrzeby.

NIE MUSI! Wręcz jest to niewskazane.

Duży prąd mi się podoba - odwinąłem 3 zwoje ;-P

Ja stosuję 1.4 : 1 ;-P

Dokładnie. Dlatego musi być więcej diod.

Sprawność nie spadła w sposób widoczny...

Większa ilość zwojów przy 'rozładowaniu'.

Prąd szczytowy jest ograniczony prądem bazy. Rezystancje są znikome.

Dokładnie :-)

Na 2 diodach mam ok. 6V, na Szczotce tracę ok. 0.3V - 5%

Zaleta podstawowa: przy takim samym prądzie pobieranym ze źródła to po prostu wreszcie świeci a nie jarzy się. Różnica jest mniej więcej taka, jak pomiędzy tymi badziewnymi 5mm a 10 mm. Szokująca wręcz.

Nie bardzo - blokuję po stronie zasilania i wyjścia. Gorzej, jak ktoś będzie to w gołych rękach trzymać.

Takie było założenie...

2.2/sqrt(50) = ok. 0.3 mm - nie trzeba licy.

Z 1.5V? Zapomnij. Z 3V może dałoby się coś wyselekcjonować.

Jarku - ja naprawdę zjadłem zęby na przetwornicach...

Żeby raz...

Reply to
RoMan Mandziejewicz

nie musi, a nawet nie powinien

Reply to
Michal Baszynski .

.....

Witam, naprawde bardzo ciekawy opis ;-) Poniewaz ok. 2 m-cy temu tez cos takiego "popelnilem"

formatting link
do Ciebie kilka pytan:

  1. Jaki Ci wyszedl pobor pradu ze zrodla (srednio)?
  2. Jak znaczny byl przyrost jasnosci po zastosowaniu shottky`ego i tantala? Czy bylbys w stanie orientacyjnie odniesc to do jasnosci xxx mA const.?
  3. Czy liczyles moze sprawnosci i jesli tak, to jak sie one ksztaltowaly w wersji z i bez dodatkowej diody i C.
  4. Moglbys mi podac namiary na te "rdzenie z Allegro"?
  5. W opisie nie zauwazylem sposobu pomiaru pradu ledow - czy i jak je mierzyles?
  6. Czy probowales innych kombinacji liczby uzwojen?
  7. Czy masz jakies zdjecia?

I jeszcze ze swojej strony dodam, ze warto przez 2 sek. wiecej sie zastanowic, gdzie jest w LEDzie anoda, bo odwrotne jego wstawienie nawet na chwilke konczy sie jego nagla smiercia - w tak banalny sposob w czasie testow polegly mi 2 naprawde sliczne LEDy :-( Ale pocieszam sie, ze nie byly to luxeon`y.

Pozdrawiam,

Reply to
dflaga

Powiedziałbym, że wykorzystałeś powszechnie znany układ ;-P

Nie mam wystarczająco dokładnej metody pomiaru RMS, żeby podać dokładną wartość. Liczone 'na palcach' wychodzi ok. 125 mA przy napięciu baterii 1.35V. Prąd szczytowy 350 mA, Duty-cycle 13.2 us, okres 18.4 us.

Obecnie, po prawie dobie ciągłego działania, napięcie na baterii spadło do ok. 0.4V a prząd szczytowy do ok. 35-40 mA.

Bardzo znaczny. Fajnie to wygląda, gdy tantal jest przylutowany tylko jedną nogą i się go recznie podpina....

Nie bardzo - po prostu zaczyna to świecić normalnie. Tak jak przy zasilaniu ze źródła prądu stałego rzędu 20 mA.

Nie zmieniało się spożycie energii. Nawet częstotliwość nie ulegała istotnej zmianie. Sprawność szacuję na ok. 70-80% Nie jestem w stanie zauważyć różnicy pomiędzy jasnością ze Szczotką i bez (be tantala), ale te 5% na pewno odbiera. Ale warto!

Podawałem: Witawa. Ale te rdzenie nadają się tylko do jednego LEDa. Rdzenie TN10 swego czasu sprzedawał krzych_wro - z tego, co mi wiadomo, na razie nie ma nic wystawionego i będzie wystawiał dopiero w przyszłym tygodniu.

Nie mierzyłem - nie ma potrzeby. To naprawdę wynika wprost z parametrów uzwojeń.

Próbowałem na mniejszym rdzeniu - najpierw było 10+10 i rdzeń się nasycał. Odwinąłem 3 zwoje w kolektorze i był spokój.

Mam - ale zdjęcia nie oddają rzeczywistości - LEDy wyszły bardzo jaskrawe. Przy normalnym oświetleniu tła to po prostu biała plama. Aż tak dobrze w rzeczywistości nie jest :-)

[...]
Reply to
RoMan Mandziejewicz

On Mon, 24 May 2004 20:02:53 +0000 (UTC), snipped-for-privacy@USUNTOelka.pw.edu.pl

Deczko dziwne. Zgodnie z teoria przylaczalem LED przez 10k prosto do gniazdka - i swiecil.

Przetworniczka nie powinna go uszkodzic.

J.

Reply to
J.F.

_Białego_ LEDa? Bo czerwone są odporne...

Może uszkodzić.

Reply to
RoMan Mandziejewicz

Nie - zielonego i czerwonego.

Roman, przeciez to sie zachowuje jak dioda Zenera - przebija .. i dopiero trzeba solidnie przeciazyc zeby ubic. No chyba ze te biale jakies wrazliwe ?

J.

Reply to
J.F.

Tego nie neguje - moze takie typy, albo takie sztuki.

Ale tak mi sie wydaje ze te 10mm nie jest do niczego potrzebne, wiec pewnie ktos robi prawdziwe 10cd w 5mm ..

zajrzyj na strony Agilenta - maja tam ch-ki swiatlo(prad). Jedne sa liniowe, inne podgiete w dol, jeszcze inne w gore. Ale nie sa to duze roznice.

A ja sie zastanawiam czy to nie jest kwestia drobnego przeklamania powielanego przez pokolenia. Bo owszem - "zauwazalnosc" leda jest lepsza jak on miga powoli - tzn oko zauwaza ten moment jak LED zasilany 20mA [o ile jest to dluzej niz 0.1s], a srednio zuzywa pradu jak 5..10mA. W dodatku samo miganie powoduje wieksza zauwazalnosc.

Mowisz ? Tez sa straty.

A przepraszam - jakie sa cele projektowe: Jak najwieksza moc, czy jak najwieksza sprawnosc ? :-)

Bo ja przy bateriach stawiam na sprawnosc, moc .. zarowki kryptonowe nie sa drogie :-)

Hm .. a bedzie to miec wieksza sprawnosc od zarowki ? Bo inaczej sensu nie widze :-)

To nie bedzie duza zmiana .. ale raczej na niekorzysc.

Moment .. a - podlaczyles sie pod to co leci do rezystora bazowego ? A, moze byc ciekawe.

Rezystancje nie sa takie znikome, bo 1ohm przy 320mA to juz troche grzeje :-) Ale przy calej cewce to moze i faktycznie nie ma problemu.

Ograniczany pradem bazy ? Baza w tym momencie nie puszcza pradu.

Swoja droga - ile te luxeonki kosztuja przy sredniej ilosci, moze by jakis grupowy zakup ?

Ale przy docelowej sprawnosci 90% to sporo :-)

Ciekawe. Musze sprawdzic.

Ale czy sensowne ?

No - na wtornym sie 3V pojawi :-)

Ale nie z paluszka zasilanych :-)

tantal z paluszka ? no no ..

P.S. Kumpel spalil amperomierz - chcial zmierzyc prad zwarcia paluszka. Okazalo sie ze NiCd ma grubo ponad 1A

J.

Reply to
J.F.
[...]

Oczywiście, że jasność diody nie ma nic wspólnego z ilością plastiku.

[...]

Ja myślę o wyświetlaczach LED - zasilanie impulsowe dawało lepsze rezyltaty.

Na czym? Brak wzrostu prądu kolektora skutkuje natychmiastowym 'przerzuceniem'. Straty sa przy nasycaniu rdzenia.

Duża moc przy dużej sprawności ;-P

Sens zawsze jest - to bydle świeci już drugą dobę a napięcie na baterii poniżej 0.4V. Oczywiście świeci już dość słabo - żarówka nie świaciłaby dawno w ogóle...

[...]

Nieistotne.

Dokładnie :-)

A skąd tam miałby być 1 om?

Skrót myślowy.

:-)

Na jednotranzystorowej przetwornicy zasilanej z 1.5V nie ma szans na

90%

Sprawdź :-)

Dla _mnie_ - sensowne.

Robienie na MOSFETcie transformatorowej przetwornicy to lekka zbrodnia... Poza tym - kłopotliwy start.

Ale sprawdzanych przy niskich napięciach zasilania.

Nie tantal - ale tranzystor mocy 'strzelający' plastikiem w oko już był. Dobrze, że okulary noszę :-)

Szalony? Nie od dzisiaj wiadomo, że NiCd mają potężne prądy zwarcia. Byle alkaliczna bateria R3 ma ok. 5A na świeżo. I to na dość długich przewodach miernika...

Reply to
RoMan Mandziejewicz

Na tej stronie :

formatting link
lampe przednia do roweru na 5 bialych ledach.

W opisie lampy napisali ze daje ona natezenie swiatla ponad 400 kandeli!

Ja na allegro znalazlem ledy biale o maksymalnej jasnosci 10.000mcd czyli 10 cd ! Wiec z moich obliczen 5 x 10 to jakies 50 cd , to skad w tej lampie ponad 400cd ? Czy sa takie ledy ktore tyle daja 100cd/szt. swiatła - czy to tylko chwyt reklamowy?

Czy te biale LEDy z allegro naprawde maja 10 cd, jesli tak to przy jakim pradzie ? Czy znacie jakies strony producentow bialych diod ?

Reply to
Piotr Chmiel

w niczym mi nie pomagasz :P szoczewka soczewką, a ja nie o to pytalem !

Reply to
Piotr Chmiel
[...]

[...]

Kiedy właśnie chodzi o soczewkę...

Reply to
RoMan Mandziejewicz

w farnellu UK pojedyncze sztuki modelu 1W od ok. 8.5 funta

ale do startu go musisz na poczatku jakos choc troche odetkac

w porywach spokojnie nawet kilkanascie A z paluszka NiCd pociagniesz.

Reply to
Michal Baszynski .

a moze najpierw pomyslec jak go zasilic? ;-) jakas przetoworniczka ale ze stabilizacja pradu? ja swojego przywiezionego z UK pedze z przetwornicy na MAX1676, ale zamiast stabilizacji pradu jest opornik 0.6 oma :-(

Reply to
Michal Baszynski .

a pamietasz moze od kogo kupowales te diody?

Reply to
Michal Baszynski .

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.