Haga que la batería de un circuito LED (20 LED) sea eficiente

Quiero conectar una figura de juego de guerra en miniatura para que tenga 20 LED. Como he hurgado en las opciones, mi preocupación es la duración de la batería y la frecuencia con la que se debe reemplazar la batería. Dado que cada sesión de juego dura de 4 a 5 horas, sería genial si pudiera encontrar una batería que durara varias sesiones de juego (aunque creo que esto es imposible...)

Soy MUY NUEVO en todo esto por lo que agradecería explicaciones/soluciones que entiendan que tengo poco conocimiento de los términos o técnicas (todavía no entiendo qué es lo actual...)

EDITAR: Aquí hay más detalles sobre lo que estoy tratando de hacer

Estoy tratando de iluminar esta figura (Knight Castellan).ingrese la descripción de la imagen aquí

Las ubicaciones de las luces serían (y sus especificaciones):

  • 8 azules para brazo derecho (3.4V, 20mA)
  • 2 Rojo-Azul-Verde para los ojos (3.4V, 20mA)
  • 10 luces rojas/naranjas para brazo izquierdo y motor (2.2V, 20mA)

En total, son 20 LED, todos a 20 mA y ninguno por encima de 3,4 V.

La batería iría dentro del torso. No puedo encontrar una imagen exacta, pero las dimensiones son aproximadamente 2" de ancho, 2" de alto, 3" de profundidad.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Mi preocupación es la duración de la batería, ya que me gustaría que las baterías duren al menos algunas sesiones de juego (digamos de 10 a 15 horas). No me importa reemplazar o recargar una batería, pero no tiene sentido si tengo que hacerlo a la mitad de un juego.

Debo agregar que no sé qué tan brillantes son estos LED (las especificaciones dicen 8-10,000 mcd para los azules), y que no sé cómo atenuarlos, pero preferiría que sean brillantes ya que generalmente están en una habitación bien iluminada.

Elliot tiene razón y debería buscar un controlador de corriente de conmutación para ellos, pero... Su consumo de energía es .02A*20*3.4V=1.36W y si lo desea, puede hacer funcionar los LED a .015A*20*3.4V= 1.02W. Supongamos que puede encontrar un controlador LED con una eficiencia del 80 %, lo que significa que realmente necesita 1,36 W\0,8=1,7 W o 1,02 W\0,8=1,275 W. Multiplicaremos eso por 6 h porque la capacidad de la batería disminuirá con el tiempo, por lo que se necesitan baterías de 1,7 W * 6 h = 10,2 Wh o 1,275 W * 6 h = 7,65 Wh dependiendo de si encuentra aceptable un brillo de 15 mA (20 mA es el máximo continuo absoluto) .
La pregunta es: "¿Será suficiente una sola batería de iones de litio 18650 de alta capacidad? Si tiene el espacio o la opción, debido a la ubicuidad y el costo, para las baterías desechables debe intentar usar AA o más grandes y para las recargables, Li-Ion". Ion 18650 para obtener el mejor efecto económico. Si se trata de un ion de litio de 3,7 V, necesita 10,2 Wh/3,7 V = 2756 mAh o 7,65 Wh/3,7 V = 2067 mAh. El mejor Li-Ion de 2018 tiene una capacidad de 3500 mAh, los comunes tienen 2600 mAh. , así que sí, un solo 18650 funcionará si cabe. Luego, debe encontrar una placa de carga de batería y un controlador de corriente LED con un voltaje de entrada adecuado.
Desde una perspectiva de sistemas, el Li-ion 18650 sería genial. Pero aproximadamente la mitad de la carga útil sale después de que el voltaje de la celda haya caído por debajo de 3,4 V; eso significa que una solución simple de resistencia + LED es perfecta. A menos que el OP realmente quiera aprender sobre electrónica, debería ver si puede encontrar un controlador LED adecuado que haga el trabajo.
Por cierto, los LED no comparten bien la corriente en paralelo, por lo que si los pone en paralelo, tendrá que usar controladores de corriente individuales o desperdiciar mucha energía con resistencias en serie. Si los coloca en cadenas en serie de al menos 3 o 4 (depende del voltaje de salida aceptable de su controlador de corriente), compartirán la corriente de manera aceptable y el uso de un controlador de corriente le permitirá no usar resistencias en serie. Estaría buscando un controlador boost con una entrada de 3.4-4.2V (puede ser más amplia pero debe cubrir ese rango) y una salida adecuada para al menos 3S y 140mA
Que muchos LED que funcionan a 20 mA serán muy brillantes, intente mirar corrientes más bajas y ver qué tan brillantes son. Si 2mA es suficiente, entonces es una mejora instantánea x10 en la duración de la batería. Solo un pensamiento.
Gracias por las respuestas amigos. No sé mucho sobre electrónica, por lo que sería genial si la gente pudiera explicarme estos términos o comunicarse conmigo en privado. ¿Haría esto una sola batería 18650, o tendría que hacer un cableado complejo y agregar piezas?
@KH cree que puede ayudar a un novato a descubrir algunas soluciones de cableado.
Ya le di una respuesta adecuada a su última pregunta: electronics.stackexchange.com/questions/416931/… ….cadenas simples de LED y sin cálculos de resistencia
@TimWescott =) Sí, estoy recomendando un controlador de corriente de tipo impulso si puede encontrarlo. Solo quería mostrarle las matemáticas para averiguar lo que necesita.
Neil_UK tiene un muy buen punto, debe considerar cuánto atenuar puede hacer los LED antes de continuar, porque sería poco honor ganar su juego de Warhammer cegando a sus oponentes. Para ello, puedes experimentar con baterías y algunas resistencias. Es posible que necesite 2 brillos diferentes según el brillo de las luces, o puede decidir que desea mezclar 2 LED rojos para que sus ojos se vean realmente malvados , o una luz intermitente R / B alterna o luces descendentes ultravioleta. Si busca LED de 2 terminales de 5 mm con efectos especiales, puede considerarlos con la misma habilidad.
Si puede tolerar corrientes más bajas en uno o más de los LED, eso podría justificar el uso de resistencias para una parte de ellos, ya que los LED intermitentes/estroboscópicos/alternos tienen conmutación interna y probablemente no deberían ser controlados por corriente. La respuesta de @ JackCreasey a tu otra publicación cubre lo que estás buscando. Su último párrafo está sugiriendo lo que estoy sugiriendo. ¿Puede agregar una descripción aproximada de la figura que está tratando de iluminar, una imagen si es posible, así como los vacíos disponibles en su construcción? ¿Podrías meterle un plátano? ¿Lata de refresco? Las medidas también estarían bien =).
@KH Claro, editaré esta publicación.
¿Ya tienes los LED que piensas usar o puedes pedir lo que sea? Creo que para su proyecto, además de los LED RGB para sus ojos, es posible que desee considerar los LED de "respiración" para algunas de las luces de su armamento. Obtener los LED (son baratos, así que obtenga algunos extra) que desea usar y algunas resistencias sería un buen comienzo, para que pueda colocar el LED en la pieza y encontrar un brillo adecuado. Es posible que pueda usar una batería más pequeña o un método de cableado más fácil para la mayoría de ellos si el consumo de energía es lo suficientemente bajo. Vea si tiene un 18650. Si lo tiene, vea si cabe.
Miden 18 mm de ancho y 65 mm de largo.
@KH sí, la batería debería caber. Y no he pedido las luces ni nada (soldador...) así que iba a conseguirlas todas. Ya había revisado las luces de respiración y son de 3.4V 20mA, pero pensé que quería usar un controlador de corriente LED para maximizar la duración de la batería.

Respuestas (3)

No desea ejecutar todos estos a 20 mA. 20 LED en un cubo de 6" de un modelo como ese caballero (me tomó un tiempo encontrar el tamaño de estas cosas) con brillo completo no solo son visibles a la luz del día, iluminarán absolutamente una habitación. Puede encenderlos a un menor actual, y seguirán siendo visibles a la luz del día y bastante agradables en la oscuridad.

Dado que los alimenta a una corriente más baja, tendrán un voltaje directo más bajo para que pueda usar una batería más pequeña durante más tiempo. 20 leds a 1 o 2 mA funcionarán durante días con un par de pilas AAA. Ahora puede alimentarlos todos individualmente con una resistencia cada uno, pero eso es un poco derrochador y ocupa espacio. Se pueden alimentar en paralelo con una sola resistencia (¡Ignora a los que gritan que es un pecado!). El único problema con eso es que quieres rojo/naranja, por lo que tendrías una cuerda para el azul y otra para el rojo.

Lo último es el RGB que quieres para sus ojos. No has dicho cómo quieres que funcionen. ¿Un color fijo (LED RGB de 4 pines que combina múltiples resistencias para obtener un color áspero)? O parpadeando (LED de 2 pines con un microcontrolador incorporado que se ejecuta a través de un patrón, solo agregue energía). El led parpadeante funcionaría igual, normalmente esperando 20 mA a 3,3 voltios, así que encienda menos y está bien.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esquema de ejemplo. 3 pilas AAA para el tamaño. Alrededor de 13 mA para las cuerdas azul y roja. 10 para los dos cambiadores de color. Alrededor de 22 horas con buenas baterías alcalinas (y más debido a la forma en que las baterías se descargan conducen a luces LED más tenues que consumen menos corriente, pero eso depende de qué tan tenues te importe que vayan). Podría usar baterías NiMH de 1.2 V, pero probablemente quiera usar resistencias de 75 Ω en su lugar. Puede usar resistencias de 75 Ω si las quiere más brillantes, pero obviamente eso cambia un poco la duración.

Es un LED que gira los colores por sí solo. Entonces cambia de rojo a verde a azul. Lo que sugieres suena como una solución increíble y simple, pero ¿qué necesitaría?
@ vashts85 Ah, un led rgb "parpadeante". Normalmente 2 pines y alterna los colores por sí solo. Simplemente conéctelo al voltaje que espera, a veces con una resistencia. Todo aquí es una configuración básica de batería + cable + resistencia + LED, muy simple.
Entonces, esencialmente debería usar una resistencia realmente alta (como 5000 ohmios) y conectar todo en paralelo (¿con una resistencia por LED?), Reduciendo así el drenaje a aproximadamente 20 mA en total (y el brillo también), y luego estaré capaz de alimentar con algo así como un 9V durante largos períodos de tiempo?
Pruebe con 100 ohmios y 2 o 3 AAA. Durarán más que un 9v.
¿Puede explicar por qué durarían más y por qué la resistencia más baja? ¿Y le daría a cada LED una resistencia y los usaría todos en paralelo?
Realmente agradecería que respondieras a mi último comentario <3 ¡gracias por toda la ayuda!
@ vashts85 Recomiendo una resistencia por cadena de LED paralelos. Publicaré una foto rápida. Recomiendo 100 ohmios porque fuente de 3V - 2.8 voltaje de led = 0.2 voltaje de resistencia. 0,2/100 = 0,02 amperios o 20 mA en la resistencia. Publicaré un pequeño esquema más tarde.
Y vashts85 también puede experimentar con valores de resistencia para el brillo.
Me alegro de que alguien haya respondido a esto más rápido que yo. =)
@KH otra respuesta no sería mal recibida :D

La capacidad de esta batería no es de 1000 mAh, es de unos 750 mAh a baja corriente.

Tenga en cuenta que la batería vinculada solo proporciona 9 V durante un breve período de tiempo. La capacidad nominal asume que su dispositivo aún funciona si el voltaje cae a 5.4V. En realidad, obtendrá alrededor de 700 mAh y el voltaje será de 7 V a 8 V. Si los LED no están en serie y necesita 400 mA, no debe esperar más de 1,75 horas de funcionamiento.

Será difícil usar 2 LED en serie si el voltaje cae cerca de 7 V, y el brillo cambiará mucho a medida que la batería se descargue. Incluso si eso estuvo bien, obtendrá aproximadamente 3,5 horas de funcionamiento en este caso.

Debería buscar otro enfoque, posiblemente uno que utilice un regulador de conmutación de alta eficiencia como fuente de corriente constante.

A 20 mA, sus LED serán increíblemente brillantes para una figura tan pequeña. Hay varias soluciones a los problemas que tienes:

  1. Podría usar las fuentes actuales que mostré en la otra respuesta y proporcionar un pequeño PWM para reducir el brillo. Esto reduciría considerablemente el consumo de energía. El uso de una MCU pequeña y simple podría brindarle control PWM de quizás 3-5 cadenas cada una con un brillo preestablecido para las cadenas de LED individuales.

  2. Puede usar el LED RGB integrado WS2812 para obtener el color o la intensidad que desee. Incluso puede ser posible reducir la cantidad de LED necesarios haciendo una conexión de fibra óptica a una pequeña cantidad de LED RGB. La fibra óptica plástica (POF) es muy barata ( ver aquí ) y está fácilmente disponible. Use un pequeño orificio en algún plástico para colocar múltiples fibras sobre uno de los LED.
    El WS2812b ya viene en forma de tiras LED de muchas fuentes, y podría ser un buen punto de partida para usted. Este podría ser un medio muy eficiente de proporcionar su iluminación y hacer que el tiempo de ejecución sea de muchas horas. El controlador para configurar el brillo y el color en realidad no necesitaría estar dentro de su modelo, podría enviar los datos en serie cuando enciende el modelo y luego quitar el controlador. El mismo controlador podría usarse con múltiples modelos (existen infinitas oportunidades y variaciones para crear el sistema de control).

El WS2812 funciona con 3,5-5,3 V, por lo que todo lo que se necesita es una sola batería LiPo sin ningún tipo de regulación; esto simplificaría significativamente su cableado.

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