www.elektron.si

[flomaster]

Ali obstaja kakšno posebno vezje za napajanje belih LED diod z eno baterijo Li-ion. Poskušal sem izraèunati s preduporom za LED, ampak se mi ne izide, saj je polna baterija skoraj 4,2V in prazna okoli 3V, kar je za belo LED diodo po podatkih premalo, èe izhajam da rabi od 3,2V do 3,6V. Tudi èe upoštevam napetost baterije od 3,6V do 4,2V se s preduporom tok preveè spreminja.
Ali obstaja kakšno vezje za stabilno tokovno regulacijo toka skozi LED, na katerem je minimalni padec napetosti. Tisti tokovni regulatorji po vzorcu LM317 imajo prevelik padec napetosti.

[reber]

Niè nisi napisal kakšne bele LED diode bi rad napajal, so to mogoèe klasiène 5mm z nazivnimi 20mA, so to mogoèe 0,5W, 1W, 3W, 5W, 10W, ... bele LED

Ne glede na vrsto zgoraj omenjenih belih LED diod so napetostne karakteristike za bele LED z enim èipom bolj ali manj enake. Take bele LED diode svetijo že pri manj kot 3V, seveda pa je tok v tem primeru precej nižji od nazivnega. Svetilnost v tem primeru je seveda nižja, tok in poraba prav tako.
Pri LED z veèjim številom èipov in zaporedni vezavi teh èipov, je seveda napetostna karakteristika temu primerna, v bistvu enaka, kot èe bi enako vezavo sestavil z enojnimi LED diodami (enojna = z enim èipom).

Tole, kar sem napisal, boš najlažje razumel, èe sestaviš osnovno vezavo ene same LED diode s preduporom in narediš meritve pri razliènih napetostih ali bolje pri razliènih tokovih skozi LED in videl boš zelo zanimivo krivuljo grafa, èe boš narisal graf, to tudi priporoèam.

Kar se tièe samega vezja, ga sam še nisem zasledil, saj bi moral biti vrste step-down/step-up, režim delovanja bi bil odvisen od napetosti baterije. Nerodno je, ker je napetost baterije tako blizu napetosti LED diode in je zato zadeva lahko precej zoprna èe gre za napajanje ene same LED diode in je ta za povrh še 1W ali celo 3W in podobno, saj so tokovi potem veèji, kar postane še nekoliko bolj zoprno.

V primeru napajanja veèjega števila belih LED diod na eno litijevo baterijo vsekakor priporoèam step-up pretvornik napetosti, tja do ene zdrave meje in primernega izkoristka. Napetost lahko brez težav dvigneš na 10V in celo precej veè že z uporabo step-up konverterja z dušilko. Malo poglej poceni vezja na ebayu, sam sem delal poskuse s tistimi malimi, ki na izhodu dajejo 5V za USB porabnike, našel sem eno vezje, ki ga lahko nastavim do maksimalno 12V izhodne napetosti. S takim vezjem sem napajal 3 zaporedno vezane 0,5W bele LED diode in dobil zelo dobre rezultate in dober izkoristek.

Èe izkoristek ni tako zelo pomemben in boš napajal eno samo belo LED ali mogoèe le nekaj belih LED, potem ti priporoèam uporabo najbolj enostavnega in poceni napetostnega pretvornika z USB izhodom, ki deluje z vhodno napetostjo od recimo 2,5V do nekje 4,5V kar ustreza Li-ion bateriji in še veè. Dobljenih 5V ki so stabilni v celem napetostnem obsegu baterije, lahko uporabiš za napajanje LED diode s preduporom. V tem primeru bo precejšen del izgubljen kot padec na preduporu, ampak bo pa zelo enostavno in tudi zanesljivo.

Za velike izkoristke pa zadeva sploh ni preprosta, žal, lahko se zelo zakomplicira in pojavi se vprašanje èe se sploh splaèa.

Namesto ene litijeve baterije lahko uporabiš 2 ali 3 celice zaporedno in uporabiš step-down pretvornik napetosti, vendar v tem primeru polnjenje baterije ne bo veè tako zelo enostavno, saj potrebuješ še balanser ali BMS (battery management sistem), verjetno si na to že pomislil in nisi edini, tudi sam sem se dolgo èasa ukvarjal s tem vprašanjem in pristal na eni sami celici oziroma vzporedni vezavi veèih, saj je polnjenje sila preprosto, brez balanserja in BMS, treba je samo paziti da se ne preseže maksimalne napetosti 4,2V in da se baterija ne izprazni pod 3V, za dolgo življensko dobo pa ne preko 4,1V in ne pod 3,2V, to sicer pomeni manjšo kapaciteto za nekaj malega % in nekajkrat veèje število ciklov za baterijo, kar pomeni daljšo življensko dobo.

Uff, sem se razpisal, to pa zato, ker sem se s podobnim problemom in dilemo ukvarjal tudi sam pred nekaj leti in še danes mi ne da miru in še danes bi to rad še izboljšal.

Mimogrede bi še omenil, prejšnji teden sem dobil eno baterijsko svetilko iz DX in sicer z napajanjem z eno baterijo 18650, svetilka ima mislim da 3W ali še veè LED diodo, sveti kot nora, vendar... notri je vezje, ki nudi 3 stopnje svetilnosti, hitro utripanje in SOS utripanje po morsejevi abecedi... klasièna svetilka ali kitajska šara, neuporabno po mojem mnenju. Notri je vezje, ki vsebuje en hibridni 3 pinski èip (napajanje in izhod direktno na P-kanal FET) in seveda P-kanal fet, direktno na LED, brez predupora. Luèka ali bolje reèeno tista uboga LED dioda notri pri polni in zmogljivi bateriji vleèe preko 2A toka, ko je baterija izpraznjena pa baterijo potegne pod 3V in LED sveti precej slabše. No, ker mi tiste stopnje svetilnosti niso uporabne (delujejo po principu PWM) in utripanja tudi ne rabim, sem se odloèil, da bom vezje najbrž vrgel ven in dodal en sam predupor in naredil meritve, LED diodo ne bom spustil preko 1A pri polni bateriji, pri prazni bom pa videl kaj bo, koliko bo še svetilo. V glavnem, samo ohišje svetilke je na zunaj lepo in robustno, znotraj pa je LED pritrjena na parabolo ki je temperaturno v slabem stiku z ohišjem in se toplota slabo odvaja na zunanje sestavne dele ohišja. Da bo razoèaranje še veèje, sem za to kramo dal dobrih 8€ saj ne reèem, sveti kot nora pri polni bateriji, ampak kakšna bo življenska doba LED pri takšnem režimu pa je povsem druga stvar, si kar mislim, da pri slabem hlajenju to ni za upoabo na dolgi rok ali za uporabo veè kot nekaj minut, potem pa poèitek. No, za nekaj na hitro posvetit, kjer rabim veliko svetlobe in bo to trajalo le nekaj minut, je to super stvar in tudi življenska doba bo precejšnja, ampak to ni to, bi rekel da je to še en kitajski nateg

[flomaster]

Gre samo za eno belo LED moèi 3W, tako piše na ohišju. LED dioda je okrogla SMD s plastièno leèo, take LED se najdejo tudi na 6 kotni hladilni plošèici.

[Spajky]

Jest bi v serijo s to led-ico samo navadno par A diodo dal. ..

[reber]

Bolje kot dioda, se obnese navaden upor. Res bo tok ustrezno z izpraznjenostjo baterije padal. Napetost litijeve baterije pada in proti koncu bo tok že zelo majhen v primerjavi z zaèetnim stanjem pri polni bateriji. Èe namesto upora uporabiš diodo, bo ta razlika v toku še veliko veèja, padec napetosti na diodi je veliko manj odvisen od toka, kot padec napetosti na uporu. Z vidika omejevanja toka se upor obnese veliko bolje kot dioda. Tudi pri na pol izpraznjeni bateriji bo LED s preduporom še vedno precej dobro svetila, z diodo pa že zelo slabo ali pa sploh ne veè.

Tistih 3W napisanih na ohišju je mogoèe kitajskih 3W, v resnici je mogoèe le 1W ali 0,5W. Èe boš omejeval tok z uporom, naj bo pri polni bateriji tok max 1000mA, potem testiraj še pri napetosti recimo 3,7V, 3,5V in tako navzdol do 3V, mimogrede oceni še uporabnost svetlobe. Èe bi rad stabilen tok skozi celotno obmoèje praznjenja baterije, brez aktivnega omejevanja toka ne bo šlo. Èe imaš prostor za vezje, bi mogoèe lahko naredil omejitev toka s kakšnim operacijskim ojaèevalnikom, ki deluje z enojnim napajanjem in z napetostmi na vhodu neposredno okoli 0V, oziroma le nekaj mV nad 0V, saj bi meril padec na nekem uporu, tako kot je to obièajno.

Dodano zveèer:

Zaradi deževnega vremena, sem imel èas pogledati stare zapiske iz katerih sem razbral nekaj uporabnih informacij, ki temeljijo na poskusih iz preteklosti. Možno je narediti dokaj enostaven tokovni vir z nizkim padcem napetosti, vendar pri napetosti baterije pod 3,5V zaène tok skozi LED opazno padati in je pod napetostjo baterije 3,4V že opazno nižji. Do nekje 3,7V ali 3,6V je tok precej stabilen, potem pa zmanjkuje krmilne napetosti in vsak padec na tranzistorju se moèno pozna.

Možno je uporabiti LM358 operacijski ojaèevalnik, ki preverjeno deluje z nizkimi napajalnimi napetostmi tja do 3V brez težav, napetost vhodov okoli 50mV brez problemov, žal pa bipolarni tranzistorji pri malo veèjem toku pod 100mV ali celo pod 200mV na spoju CE ne gredo. Obièajni FET tranzistorji se z napetostmi pod 3V pogosto še ne odpirajo dovolj, kljub uporabi logic level FET in padec na DS je lahko enak ali še veèji kot pri bipolarnih. Padec na shunt uporu je bil v omenjenem primeru okoli 50mV, tako kot vhodi na OP.

Uporaba FET tranzistorjev z zelo nizkim pragom Vgs(to) Gate-source threshold voltage bi rešila problem, obièajno so to FET tranzistorji za nizke napetosti, tja do max 30V, kar je ustrezno. Take tranzistorje najdemo na matiènih plošèah raèunalnika, so za velike tokove in imajo izredno nizko upornost Rdson. Žal so taki FET tranzistorji veèinoma N-ch (N kanal) in pogosto zakomplicirajo vezavo z LM334 oziroma LM234, opisano v nadaljevanju. P-ch FET tranzistorji imajo praviloma višji Rdson, tudi Vgs(to) imajo višji. Saj obstajajo specijalni tranzistorji, ampak niso v široki potrošnji ali ponudbi.

Obstajajo verzije z uporabo LM334 tokovnega vira + bipolarni tranzistor, ampak je zadeva na las podobna, problem so parazitni padci na tranzistorju, ki so celo opazno veèji kot na shunt uporu za tipanje toka.
Vezje preizkušeno deluje na napetosti od 2,5V do 5V in še veè, stabilni tok je nekje od 3,3v ali 3,4V naprej , kar je manj, pa je tok malce nižji, saj napetost LED naredi svoje. Pri 3V napajalne napetosti, ko je baterija prazna, je tok nekaj pod polovico, ni slab rezultat. Vezje je opisano v data-sheet National semiconductors LM334 na strani 8.

Razlika napetosti med baterijo in LED je premajhna, ko je baterija že na nizkem nivoju, zato v tem stanju ne moreš na noben naèin doseèi nazivnega toka, ki bi ga želel. Iz vseh teh ugotovitev sledi, da je nujna uporaba stikalnih pretvornikov. Èe imaš prostor, lahko uporabiš poceni step-up pretvornik na minimalno 5V, lahko tudi veè, potem pa stikalni step-down pretvornik za tokovno ali napetostno-tokovno stabilizacijo toka skozi LED.

Kaj pomeni tokovna stabilizacija? to je direktno tokovno krmiljenje toka skozi LED.
Kaj pomeni napetostno tokovna stabilizacija? v tem primeru gre za stabilen napetostni vir, tok se omejuje s preduporom, lahko tudi z dokaj majhnim padcem napetosti. Tok v tem primeru je lahko zelo stabilen, èe je stabilna tudi napetostna regulacija. Ta naèin se izkaže zelo dobro ali najbolje kot kompromis med ceno in stabilnostjo regulacije toka za veè posameznih LED ali veè posameznih skupin na eno napajanje z eno regulacijo.

Glede na to, da sem v preteklosti preizkusil mnogo naèinov napajanja belih LED z LI-ion baterijo, sem ugotovil, da brez primernega step-up napetostnega pretvornika žal ne bo šlo. Zelo dobre rezultate sem dosegel z napajanjem 3 zaporedno vezanih belih LED diod z enim step-up pretvornikom, napajanje iz ene same litijeve celice. Tok je bil stabilen v celotnem napetostnem obseku od 4,2V navzdol do 3V. Izkoristek je bil najveèji pri polni bateriji, pri prazni nekoliko manjši, saj je tok pri polni bateriji zaradi višje napetosti najmanjši in narašèa s padanjem napetosti baterije, ker sta na izhodu napetost in tok stabilna.

Sedaj se pa ti natanèno izjasni, kaj imaš pri roki in kaj bi rad dosegel.

Moje raziskave temeljijo na ideji o razsvetljavi na kolesu (biciklu), kjer bi rad omejil predvsem velikost in tudi težo, sistem pa bi moral biti preprost in veèji del bi moral biti vgrajen v votle dele okvirja kolesa. Zakljuèil sem s celicami 18650, ki jih lahko vgradim v votel nosilec sedeža, šlo bi tudi v votle dele okvirja. Zaradi preprostosti polnjenja sem se odloèil z aeno samo celico ali vzporedno vezavo celic, saj odpade uporaba balanserja. Polnilnik za eno samo celico se dobi že narejen na ebayu za smešno ceno, testi pa so pokazali izjemno uporabnost, toènost in zanesljivost. Vsaka zaporedna veuava veèih celic bi prinesla sicer lažje napajanje LED, vendar veliko veè težav pri polnjenju in še veè težav pri kontroli praznjenja. Dober BMS, ki bi urejal tako polnjenje in praznjenje pa je za uporabo na biciklu hitro prevelik in glomazen, zato ne pride v poštev.

[flomaster]

Gre za eno LED v ohišju za na bicikel, originalno napajalno vezje je neznano kje, dobil sem samo luèko, razsuto in se malo igram s tem. Verjetno bom res dal kar predupor, za zaèetek bo v redu.

[reber]

Verjetno imaš prostora dovolj, zato ne bo problema z velikostjo napajalnega vezja. Èe ti ustreza s preduporom, poskusi tako, predelaš še vedno lahko.