Circuito LED de "respiración" simple y eficiente

Actualmente estoy trabajando en un circuito pequeño, que tengo la intención de ejecutar un CR2032. La intención es que el circuito dure al menos 2 semanas (cuanto más tiempo, mejor), haciendo parpadear un LED verde cada 3 segundos, con un interruptor DIP para alternar la alimentación. Planeo usar un temporizador 555 con un LED verde difuso genérico , pero siento que hay un IC que puede lograr esto de manera más eficiente. ¿Cuál es la forma más eficiente de energía , pequeña (el PCB tendrá un área de superficie no mayor a 1"), la forma más sencilla de realizar este circuito con un CR2032 o similar? ¡Gracias chicos!

Puede comenzar usando una versión CMOS del chip, como 7555. Eso es sustancialmente menos hambriento y los componentes que definen el tiempo también se pueden optimizar. No sé si será suficiente para su requisito de 2 semanas. Otra opción sería un pequeño microcontrolador (p. ej., ATtiny13) que pasa la mayor parte del tiempo en modo de suspensión.
No soy un experto en el tema, pero la mayoría de los comentarios sobre el 555 afirman que tiene hambre de energía.
Quizá exagerado... quiero decir... piense en la flexibilidad ... pero siempre he tenido curiosidad por el ATtiny43U , un micro con convertidor boost integrado. Funciona hasta 0,7 V, por lo que puede apagarlo con una sola celda alcalina que tenga entre 2x (AAA frente a CR2032) y 8x (AA frente a CR2032) de energía.
Con respecto a los cálculos de @WoutervanOoijen, parece que una celda solar del tamaño de una calculadora hará mucho por usted. Podrías ponerlo en la carcasa de tu dispositivo. Creo que dan ~ 1mA @ 3.3V por lo general. Pero sí, su celular no se puede cargar, por lo que necesita un ML2032 o VL2032 hasta donde yo sé.

Respuestas (3)

La luz intermitente LED más eficiente con diferencia fue la National Semiconductor LM3909. Este chip ya no se fabrica, pero aún puedes comprarlo online.

Puede hacer parpadear un LED durante años en función de una celda "D" de 1,5 V. Una de las claves de su alta eficiencia es que utiliza la carga acumulada en el condensador de temporización para ayudar a encender el LED, en lugar de simplemente tirarlo a tierra y desperdiciarlo.

Con una corriente operativa (MAX) de 0,75 mA no se ve mal, pero un C555, que hace 1 Hz con un límite de 100 nF (en otras palabras: la carga desperdiciada es insignificante), se ve mejor y un PIC10F200, que puede dormir esperar a su perro guardián en ~ 10 uA (si leí la hoja de datos correctamente) es mucho mejor aún.
Si vamos a mencionar micros reales, entonces el MSP430 puede dormir con su reloj aún funcionando y consumir 1uA, y eso fue usando un cristal de 32kHz. Ejecutar el oscilador interno será aún menor.
¿Qué hay de usar solo un circuito RC sin procesar para lograr el efecto de "respiración"? Si no se desea/requiere un encendido/apagado binario, ¿no sería teóricamente casi tan eficiente como un LM3909? Sin embargo, hablando del LM3909, todavía se pueden obtener (probablemente nuevas existencias antiguas) en eBay si está dispuesto a desembolsar ~ $ 5 / chip
@DoktorJ: ¿Qué es exactamente "solo un circuito RC sin procesar" y cómo se usaría para hacer parpadear un LED? Quizás debería escribir eso como una respuesta separada, incluido un análisis de su presupuesto de energía.
@DaveTweed lo siento, el circuito en el que estaba pensando implica un transistor: cappels.org/dproj/simplest_LED_flasher/… . Mi memoria (defectuosa) recordó la resistencia y el condensador en el esquema, pero no el transistor. ¡Do!
El LM3909 terminó siendo el más simple, muy eficiente y con un paquete muy pequeño, aunque era un poco más difícil de conseguir. ¡Gracias a todos!

Un CR2032 tiene una capacidad de ~ 200 mAH. Durante 2 semanas, esto le da un presupuesto actual promedio de ~ 500 uA. Un 555 simple tiene una corriente de suministro de unos pocos mA, por lo que deberá usar un cmos 555, que tiene una corriente de suministro de (máx. @ 5V) 250uA. Use el valor más alto que pueda usar para la resistencia de temporización.

Suponiendo que la corriente de su LED sea de 2 mA y que el LED esté encendido durante 3/10 de segundo, el LED agregará un promedio de 200 uA. Eso eleva el total a 450 uA, lo que hace que su idea sea casi factible. Pero olvídese del 555 'genérico', y un LED de alta eficiencia sería una mejor idea que su LED genérico de 20 mA. Tampoco opte por una batería de calidad económica.

Reducir el tiempo de encendido del LED marcará una gran diferencia, al igual que usar un microcontrolador bien programado. O una batería más gruesa.

¿Qué hay de cortar la entrada del LED, para que se encienda (pero se atenúe) por menos de 3/10 del tiempo?
Creo (pero no soy un experto) que no importa si tiene el LED encendido al 33 % (PWM) durante 300 ms o al 100 % durante 100 ms.
Quise decir que, por ejemplo, incluso el flash de 100 ms se puede usar con un ciclo de trabajo del 33% o 50%. Todo depende de qué tan brillante debe ser el flash.
Quise decir que un flash de 100 ms con un ciclo de trabajo del 33 % consumirá tanta energía y será tan visible como un flash de 33 ms con un ciclo de trabajo del 100 %, entonces, ¿por qué molestarse con PWM?

El objetivo de duración de la batería es factible. Tamaño también. Hice una PCB similar hace unos 20 años, pero con un LED rojo como juguete de Navidad. La duración estimada de la batería fue de alrededor de 1 mes y sé que la batería de hecho sobrevivió tanto tiempo, pero se extendió durante varios años.

Intentaré recuperar algunos aspectos destacados del diseño de la memoria:

  • Usé un 555 de baja potencia, probablemente el CMOS 7555 mencionado en un comentario. ¡Era impresionantemente de baja potencia!

  • Use resistencias de clase Mega-ohm y capacitores pequeños, use la menor cantidad de electrones posible. Usar un chip de CPU es un desperdicio total, solo el oscilador de la CPU usará más energía que este simple temporizador RC.

  • Use un parpadeo muy corto, como 10-100 us. El ojo humano es muy rápido y una vez detectado, es excesivo agregar más fotones. Pruebe qué tan corto es el parpadeo que puede usar...

  • Parpadeo corto significa que puede omitir la resistencia en serie para el LED. Desea que toda la energía de la batería entre en el LED y un pulso corto no generará suficiente corriente para destruirlo debido a la inductancia del cable.

  • ¡Creo que fue posible descargar el condensador del temporizador RC de ese 7555 a través del LED! Eso significa reciclar los electrones que se acaban de usar para medir el tiempo, para producir la luz también, duplicando efectivamente la vida útil de la batería. Una ventaja adicional es que la carga lenta del capacitor genera una pérdida insignificante de la resistencia interna de la batería, mientras que el capacitor tiene una resistencia muy baja y puede alimentar la mayor parte de su carga al LED.

'usar un chip de CPU es un desperdicio total' es una tontería, a menos que tome la decisión (totalmente incorrecta) de usarlo con un cristal. Eso sería tan estúpido como usar el 555 estándar.
Exactamente. Al menos un microcontrolador puede dormir con su reloj aún activo y consumir menos de 1uA. Usaría el hardware PWM incorporado y solo lo activaría para cambiar el ciclo de trabajo. El consumo de energía del micro será realmente insignificante en comparación con el del LED.
Eliminé la palabra "xtal" ya que de hecho no es lo correcto para baja potencia. El punto aquí es que no importa cuán eficiente sea el circuito RC de la CPU, no es más eficiente que un circuito RC simple. Entonces puedo estar de acuerdo en que una CPU adecuada puede tomar una parte insignificante de la energía, pero no estoy seguro aquí. Un parpadeo del LED puede ser muy breve. Y por un parpadeo trivial, solo agrega complejidad.
@jmn, ¿cómo superaría la complejidad de un PIC10F200 + resistencia + LED + batería?
@WoutervanOoijen usar un chip de CPU es un desperdicio total si se trata de un circuito único y se encuentra comprando un programador de $ 10- $ 100 para programar un chip de 50 ¢ para hacer un trabajo que se puede hacer con una lista de materiales total de ~ $ 2.
@DokotorJ: el argumento original de jmn era que usar un uC era una pérdida de energía. desacreditado Luego cambió a una solución de este tipo que es más compleja. desacreditado Su argumento es otro, y bajo las circunstancias que describe (único, no hay programador disponible) válido.
@WoutervanOoijen El oscilador RC en chip separado (perro guardián) en el PIC (y ATtiny) era nuevo para mí. ¡Esa solución en chip los hace más eficientes energéticamente que el antiguo 7555! Los agregaré cuando encuentre tiempo para una edición.
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