LEDs für ein (Batterie-) Budget! - Wie kann ich den Strom durch eine LED senken, ohne die Batterie zu verbrauchen?

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EDIT: Hier ist eine sehr kurze Version, die mäanderförmig motivierte Version ist wahrscheinlich in der übergeordneten Frage zu allgemeinen Optimierungen der Akkulaufzeit zusammengefasst .

Wie kann ich den Strom in eine LED senken, ohne Batterie zu verschwenden?

Ich denke, die Verwendung eines Widerstands zum Verringern des Stroms wird die Batterielebensdauer verkürzen. Ist das wahr? Wie wird die Batterie verbraucht, wenn der Strom gering gehalten wird? Ist es die Verlustleistung?

Ich denke, mit einer Diode (und einem kleineren Widerstand) wird die Batterie immer noch verbraucht (LadyAda sagte so etwas wie "jedes lineare Gerät, um die Spannung zu senken, verbraucht die gleiche Menge an Leistung"). Ist das wahr? Ist es die gleiche Menge?

Kann ich die Spannung "kostenlos" senken, ohne zu viel Strom zu verschwenden? Wie kann ein Regler-IC das tun, was ein Widerstand oder eine Diode nicht kann?

— Jack Schmidt
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Sie scheinen sich die Frage zu stellen, wie ich den Strom einer LED absenke. Wenn dies der Fall ist, könnten Sie die Frage sehr verkürzen. Die Leute werden Sie in die richtige Richtung weisen.

— Kortuk

Radikal verkürzt. Ich habe auf die andere Frage nach dem Kontext verwiesen.

— Jack Schmidt

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Sie haben noch 8 Fragen in Ihrer Frage. Ich denke, das interessanteste ist, wenn eine Erhöhung des Widerstands Ihres Strombegrenzungswiderstands Ihre Batterielebensdauer verlängert.

— mjh2007

Momentan habe ich keine Zeit, aber morgen werde ich sehen, ob ich Ihre Frage beantworten kann: "Wie kann ein Regler-IC etwas tun, was ein Widerstand oder eine Diode nicht kann?"

— Kevin Vermeer

Linearregler können nichts, was Dioden oder Widerstände nicht können, in dem Sinne, wie Sie es meinen. Sie verschwenden immer noch Energie als Wärme. Schaltregler können jedoch, weil sie entweder den Strom widerstandslos durchlassen oder ihn vollständig blockieren, im Gerät selbst nichts verschwenden.

— Endolith

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Verwenden Sie eine Schwachstrom-LED. Zum Beispiel dieses verbraucht 2 mA.

Verwenden Sie die Pulsweitenmodulation (PWM), um die LED anzusteuern. Während der Ausschaltphase wird kein Strom verbraucht. 50% Helligkeit sind möglicherweise akzeptabel.

— Toby Jaffey
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Gute Idee. Ich habe etwas darüber für die IR-Sender-LEDs gesehen (anscheinend werden sie heiß, wenn sie nicht PWM sind). Cool, das senkt effektiv die "RMS" -Spannung, oder? Grundsätzlich kostenlos (in Bezug auf die Batterielebensdauer), außer dass ein Mikrocontroller oder Oszillator oder etwas anderes laufen muss, oder?

— Jack Schmidt

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Denken Sie auch daran, die LED zu blinken. Ein Arbeitszyklus von 1% (10 ms Einschaltdauer pro Sekunde) ist weiterhin sichtbar und verbraucht nur 1% der Leistung.

— Semaj

@ Jack Ja, es ist im Grunde kostenlos. Die Leistung einer MCU sollte weit unter der einer LED liegen.

— Toby Jaffey

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Ich denke, PWM ist der richtige Weg, um genauso viel Energie zu sparen wie ein Class-D-Verstärker. Sie können einen kleineren Widerstand verwenden und kurze Impulse mit großem Strom senden, und die LED interessiert das nicht? Es geht nur um die durchschnittliche Verlustleistung und die Geschwindigkeit, mit der Wärme abgeführt wird?

— Endolith

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LEDs sind toleranter gegenüber Überstrom, wenn sie gepulst werden (Wärmeabgabe, wie Sie sagten). Es ist jedoch wahrscheinlich am besten, die maximale Stromstärke nicht zu stark zu überschreiten. Verwenden Sie einen Strombegrenzungswiderstand, um den Einschaltstrom nahe an den Maximalwert zu bringen, und verwenden Sie dann eine PWM mit reduziertem Tastverhältnis, um die durchschnittliche Helligkeit dort zu erzielen, wo Sie sie möchten. Wenn das Flackern zu stark ist, setzen Sie eine Kappe parallel zur LED (nach dem Widerstand). Die Kappe würde auch einen Widerstand mit niedrigerem Wert zulassen, da dadurch ein Teil der Energie für den "Aus" -Teil der PWM gespeichert wird Zyklus.

— Jesse

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Ich denke, die Verwendung eines Widerstands zum Verringern des Stroms wird die Batterielebensdauer verkürzen. Ist das wahr?

Die erste Aussage lässt sich nur schwer mit Ja / Nein beantworten. Technisch verbraucht es einen Teil der Energie für sich selbst, aber wenn der Widerstand steigt, sinkt die Energie (der Strom nimmt auch ab, was in einer Batterie wichtig ist).

Wie wird die Batterie verbraucht, wenn der Strom gering gehalten wird?

Dies ist eine sehr, sehr unordentliche Aussage. "Klein", das bedeutet für jeden etwas anderes. Wenn Sie so klein wie vernachlässigbar meinen, dann kann es ignoriert werden, aber ich bezweifle, dass dies bei einem Stromkreis, der uA zählt, zutrifft. Eine vernachlässigbare Regel kann sein, dass der durchschnittliche Strom weniger als 1/10 des gesamten Systemstroms beträgt (ich bin Felder, 1/10 ist genug für 1 / unendlich).

Ist es die Verlustleistung?

Ja, in kürzester Zeit. Mit einer Batterie ist eine Spannung verbunden, die Sie normalerweise im Voraus kennen. Die meisten Geräte haben einen Strom, der sich ändert, wenn sich die Spannung ändert. Da Sie jedoch die Spannung kennen, können Sie die Stromaufnahme feststellen. Da die Kapazität des Akkus in AH oder mAH gemessen wird, sind Sie eingestellt. Nehmen Sie die Kapazität in AH an und teilen Sie sie durch die Anzahl A, die Ihr Gerät zieht, und Sie haben Ihre Lebensdauer in Stunden. Nummer groß genug? Sie sind bereit. Wirst du 3 Wochen früher sterben? Jetzt müssen Sie einen Weg finden, um die durchschnittliche Stromaufnahme zu verringern oder größere Batterien zu erhalten.

Ich denke, mit einer Diode (und einem kleineren Widerstand) wird die Batterie immer noch verbraucht (LadyAda sagte so etwas wie "jedes lineare Gerät, um die Spannung zu senken, verbraucht die gleiche Menge an Leistung"). Ist das wahr? Ist es die gleiche Menge?

Wie bereits erwähnt, verfügen Sie effektiv über ein aktuelles Budget. Wenn Ihre durchschnittliche Stromaufnahme erhöht wird, haben Sie die Batterielebensdauer verloren.

Kann ich die Spannung "kostenlos" senken, ohne zu viel Strom zu verschwenden? Wie kann ein Regler-IC das tun, was ein Widerstand oder eine Diode nicht kann?

Ja, wenn Sie ein Gerät wie einen LED-Treiber verwenden, kann es den Trick machen. Die meisten davon sind Schaltnetzteile . Dies ist ein relativ fortschrittliches Konzept in der Elektronik. Versuchen Sie nicht, es zu verstehen. Verstehe nur, dass es betrügt. Es wird einen Wirkungsgrad im Bereich von 80 oder 90% haben. Sie können den Stromverbrauch Ihres Geräts berechnen und dann die Effizienz berücksichtigen, um den tatsächlichen Stromverbrauch zu ermitteln. Diese kann dann durch die Spannung geteilt werden und sollte mit Ihrer durchschnittlichen Stromaufnahme korrelieren.

Mein Rat

Es gibt einen einfacheren Weg. Als Joby sprach, PWM. Aber ich würde nicht vorschlagen, 10% PWM oder sogar 1% zu verwenden. Blinken Sie stattdessen kurz auf Ihrer LED, um Sie über wichtige Ereignisse zu informieren.

Wenn Sie überprüfen möchten, ob Ihr Gerät im Ruhezustand ist, blinken Sie alle 1 Sekunde. Wenn Sie senden, während RS232 verbunden ist, blinken Sie jedes Mal, wenn Sie ein "Paket" senden. Dies kann Ihnen alle paar Sekunden "Ein" -Zeiten von Millisekunden geben. Wenn Sie dies als grundlegende PWM betrachten, erhalten Sie weniger als 0,1%. Wenn Sie 20 mA ziehen, um zu blinken (ziemlich hell), dann ziehen Sie durchschnittlich 20 uA. Gehen Sie zu einer 2-mA-Diode, und Sie haben einen durchschnittlichen Strom von 2 uA. Wenn Sie jede Minute blinken, teilen Sie dies durch 60: 1 / 30uA.

— Kortuk
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Die spezielle Art der Stromversorgung ist ein Abwärtsregler. Schaltnetzteile sind ein sehr weit gefasster Begriff. Alles, was wirklich benötigt wird, um eine LED anzusteuern, ist eine Induktivität und ein Schalter, nicht wie das komplexe und teure Gerät, das auf der Wikipedia-Seite gezeigt wird.

— Kevin Vermeer

Ich habe jemandem geholfen, der eine hohe Helligkeit benötigte, um einen LED-Treiber zu implementieren, der einen Buck-Boost darstellte. Sie fallen alle unter SMPS. Der LED-Treiber würde die Spannung erhöhen, um den erforderlichen Strom zu erhalten, falls erforderlich. Ich halte es für ein fortgeschrittenes Thema für jemanden, der noch etwas über Widerstände und LEDs lernt. Wir fangen alle irgendwo an.

— Kortuk

Ich frage mich, warum ich eine Ablehnung erhalten habe. Wenn jemand, der mich abgelehnt hat, meine Meinung erweitern könnte, würde ich meinen Beitrag gerne verbessern. Ich habe versucht, jede Frage mit einer Erklärung zu beantworten, aber ich habe es vermieden, 10 Seiten zu schreiben und mich in Details zu verlieren.

— Kortuk

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Ich sehe nicht, was herabgestimmt werden würde. Sie haben den Umfang der Lösungsmöglichkeiten so erweitert, dass wesentlich effizientere Lösungen in Betracht gezogen werden können.

— Jesse

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Hier ist eine ausgefallene App-Notiz von Microchip über hocheffizientes LED-Fahren. http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/91060b.pdf

Das Wesentliche ist, dass sie eine Induktivität verwenden, um die LED ohne Strombegrenzungswiderstand anzusteuern. Die Induktivität steuert die LEDs automatisch mit der entsprechenden Spannung an. Ich weiß nicht, wie praktisch es ist, aber es könnte sich lohnen, nachzuforschen.

— ajs410
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Wie Sie sehen, verschwendet ein Widerstand Strom. Jedes andere analoge Gerät wie ein Transistor in einem Regelkreis, jede Art von IC, eine Diode oder was auch immer, wenn es Strom von einer Spannungsquelle zur LED überträgt, wird Strom verschwenden. Es gibt einen Spannungsabfall zwischen der Versorgungsspannung und dem Vorwärtsspannungsabfall an der LED, unabhängig davon, welcher LED-Strom fließt. Multiplizieren Sie, um die als Wärme verschwendete Energie zu ermitteln. Kein ausgefallener Regler-IC kann sich dieser grundlegenden Physik entziehen.

Es gibt nur zwei elektrische Elemente, die keinen Strom verschwenden: leere Luft und Draht. Leere Luft, dh jede Nichtverbindung wie ein offener Schalter oder ein ausgeschalteter Transistor, hat keinen Strom. Ein Draht oder ein beliebiger Leiter wie ein eingeschalteter Transistor (ohne Berücksichtigung der kleinen Sättigungsspannung) weist einen Spannungsabfall von Null auf. Stromkreise mit geringer Leistung müssen Widerstände vermeiden und Transistoren als Schalter verwenden, immer entweder ein oder aus.

Für die LED, die eine bestimmte Strommenge benötigt, können Sie einen Transistor mit einer Rechteckwelle ansteuern. Es wird sehr wenig Energie im Transistor verschwendet, egal ob "Ein" oder "Aus". Die Ladung wird effizient auf die LED übertragen. Natürlich möchten Sie während der Einschaltphase nicht zu viel Strom fließen lassen und die LED anstoßen oder altern lassen. Glätten Sie die Spannung an der Last mit einem Kondensator. (Dies ist optional, abhängig von der maximalen Stromstärke der LED, der Schalthäufigkeit usw.) Die LED-Helligkeit kann durch Ändern des Tastverhältnisses der Rechteckwelle variiert werden, obwohl Sie nicht 100% der Welle verwenden möchten Die LED wird mit der vollen Spannung versorgt.

Dies ist ein grundlegendes Schaltnetzteil, eine wichtige Technologie der letzten und kommenden Jahrzehnte.

— DarenW
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Während ein Draht nicht viel Spannungsabfall hat, ist er nicht Null (es sei denn, Sie haben einen supraleitenden Draht, der Nullwiderstand hat). Ein Draht hat oft nur einen sehr geringen Widerstand, was einem geringen Spannungsabfall entspricht.

— Pfyon

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Wenn Sie den Widerstand Ihres Strombegrenzungswiderstandes erhöhen, würde ich denken, dass sich Ihre Batterielebensdauer verlängern würde. Bei einer Spannungsquelle (z. B. einer Batterie) mit einem größeren Widerstand fließt weniger Strom durch den Widerstand und die Diode. Der einzige Nachteil ist, dass Sie eine Dimmer-Diode haben. Da sich jedoch der Strom durch den gesamten Stromkreis verringert hat, erhöht sich die Batterielebensdauer in mAh.

— mjh2007
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Was Sie wollen, ist ein Stromregelkreis. Diese sind häufig in besseren LED-Taschenlampen zu finden ( Beispiel ), und Geräte wie MAX6969 können Ihnen helfen, eine Reihe von LEDs von einem Mikrocontroller aus zu steuern. Dieser spezielle Chip spart Ihnen nur dann Strom, wenn Sie ihn mit einer niedrigeren Spannung (möglicherweise von einem Konstantspannungs-Abwärtsregler geliefert) kombinieren, um die LEDs oder die PWM mit Strom zu versorgen. Durch Erhöhen eines Vorwiderstands wird zwar weniger Strom verbraucht und somit die Batterielebensdauer verlängert, das Licht wird jedoch ebenfalls verringert. Mit den Konstantstromversorgungen können Sie die in den Vorwiderständen in Wärme umgesetzte Leistung eliminieren.

— Yann Vernier
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Versuchen Sie stattdessen, die LED mit einem Abwärtstransformator zu betreiben. Verwenden Sie die Seite nur mit mehreren Spulen in Reihe. Die LED bietet Widerstand, indem Sie die Transformatorspule in vielen Umdrehungen drehen, bevor Sie die LED erreichen ein Widerstand ... Verschwendung wird geringer sein

— user17788
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