Destelle un LED con una fuente de alimentación extremadamente baja

Digamos que tengo una celda solar de muy baja potencia, que produce un par de uA de corriente a 100-200 mV para una potencia de salida de unos pocos cientos de nW. Lo que me gustaría saber es cuál es la mejor manera (la más eficiente) de hacer parpadear un LED usando esto como la única fuente de alimentación. Soy consciente de que un LED típico consume quizás 40 mW, por lo que, en el mejor de los casos, podría esperar que el LED parpadee durante unos 10 ms cada media hora más o menos.

No soy ingeniero eléctrico de formación, ni soy muy experto en diseño y análisis de circuitos, por lo que no estoy seguro de si hay un circuito relativamente simple que pueda usarse que consista solo en condensadores, resistencias y mosfets y/o diodos zener, o si Sería mejor tratar de utilizar un IC de administración de energía con un convertidor elevador, algo así como el TI BQ25504 o el LTC3108 .

Mi sensación es que estos circuitos integrados son excesivos para algo que me imagino que es relativamente simple, pero mi Google-fu no logra encontrar un enfoque para algo como esto.

Hackear una lámpara de jardín solar barata.
Es posible que desee un YX8018 o una pieza similar.
podría buscar en los circuitos de ladrones de julios

Respuestas (3)

Lo que está pidiendo no es "relativamente simple".

El mayor problema es el muy bajo voltaje. Puede conectar un capacitor a la celda solar y luego hacer algo cuando llegue a un voltaje particular. La parte de "hacer algo" sería posible solo con la energía almacenada en la tapa.

El problema con esto es que algo todavía tiene que decidir cuándo hay suficiente energía en la tapa (su voltaje es lo suficientemente alto) para usar la babosa de energía. Ese algo tomará alguna corriente de reposo. Obviamente, esa corriente de reposo debe ser inferior a los 2 µA que provienen de la celda solar, de lo contrario, la tapa nunca se cargaría.

Ciertamente, una corriente de reposo muy por debajo de 2 µA es factible, pero no a un nivel de aficionado casual. Sin embargo, el problema real es que a 200 mV, los semiconductores ordinarios no conducen nada. Es un voltaje demasiado bajo para operar directamente.

Es posible aumentar un voltaje, pero eso también toma la corriente de control y también perderá algo de energía. Si hubiera disponible un voltaje más alto, un circuito diseñado con mucho cuidado podría utilizar 200 mV, pero la corriente de reposo permitida también es inversamente proporcional al voltaje que aumenta.

La única forma en que veo que esto funciona es si obtiene varias celdas solares y las conecta en serie para obtener un voltaje más alto. Me gustaría al menos 1 V. 2 V será mucho más fácil.

No quise dar a entender que el problema fuera trivial, solo que los circuitos integrados tal vez eran más de lo necesario (creo que el LTC3108 podría hacer el trabajo, aunque de manera ineficiente). Supongo que llegas al meollo del problema aquí: "El problema con esto es que todavía hay algo que decidir... usar la babosa de energía". Supuse que habría alguna forma de usar tapas de cerámica de baja fuga y MOSFET para generar una "bola de energía" lo suficientemente grande y descargarla en el LED lo suficientemente rápido como para producir luz cuando alcanzara la masa crítica, pero supongo que tal vez no, al menos no en ningún lugar cerca de "simple".
@jwinterm El problema de construirlo a partir de componentes lineales es que a medida que el voltaje aumenta lentamente , la salida se encenderá lentamente . Y luego alcanzará un equilibrio en el que la diminuta cantidad de luz que obtiene equilibre exactamente la diminuta cantidad de electricidad que ingresa, y permanecerá en ese estado. Necesita algo que se encienda instantáneamente por completo y luego permanezca encendido (hasta que la energía se agote nuevamente), y eso es difícil de encontrar con voltajes tan bajos.

La esencia de lo que buscas es un circuito como este:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Aquí, he indicado un circuito que funcionará si está dispuesto a acumular algunas células solares. He tratado de diseñar esto para el voltaje operativo más bajo, por lo que probablemente esté bien comenzar alrededor de 2.5 V (Solo LED rojo, obviamente, aunque con voltajes de fuente más grandes, otros LED funcionarían). Sé que esto no es una sola celda. Pero ahí está.

La idea básica es dejar C 1 cargar lentamente. En algún momento, el disparador de voltaje (sección central con q 1 ) disparará el SCR que se compone de q 2 , q 3 y D 9 . El SCR vuelca la carga acumulada en C 1 a través del LED ( D 7 ). q 2 y D 9 formar un espejo actual con una ganancia muy inferior a uno. Y q 3 forma el resto del SCR. Se proporciona una pequeña retroalimentación positiva a través de C 2 y R 7 (ambos esenciales para una operación limpia) para hacer de este un circuito confiable.

Eso es todo.

Pero esto proporciona un "sabor" de cómo se vería un circuito discreto. Como puede ver, no es trivial. Y solo hace una parte de lo que quieres. No hay impulso aquí. Y esa es otra etapa más.

Espectáculos de especias, en 3 V , que esto entrega 10 mamá pulsa en un LED rojo y consume una corriente promedio de aproximadamente 1.5 m A . Y queda una variedad de ajustes que se pueden hacer al circuito para adaptarlo a las especificaciones, si las tiene.

Este circuito de luz intermitente LED está optimizado para funcionar con la luz ambiental presente en su habitación y ninguna otra fuente de energía. Una pequeña celda fotovoltaica convierte la luz en electricidad y esa corriente débil carga un capacitor de 1000uF. Después de un período de tiempo de alrededor de 1,5 segundos, la energía almacenada se descarga a través de un LED. https://www.instructables.com/Ambient-Light-Powered-LED-Flasher/