Luminita cu LED pe baterie "de aruncat"

[blazeu]

Intamplator am dat peste gaselnita "joule thief" (in esenta, un mic oscilator autoblocat cu reactie inductiva, dar nu numai).

Ideea de la care s-a pornit e utilizarea unui element ("baterie" inseamna un ansamblu de cel putin 2 elementi), aproape "terminat", cu tensiunea la borne scazuta sub cei 1,5 volti nominali. Un asemenea obiect nu mai asigura functionarea echipamentului (dispozitiv, aparat) in care e instalat, si e de obicei aruncat (fie la gunoi, fie, pentru cei mai eco, la tomberoanele pentru reciclat electronice sau chiar baterii).

Pentru accesibilitate, autorii propun construirea simplificata la maxim (1 tranzistor, 1 rezistor, 1 LED, 1 mic transformator si, desigur, o baterie); punctele "nevralgice" raman executia transformatorului (de fapt e o componenta relativ complexa, cuprinzand in primul rand o inductanta pentru acumularea energiei, dar si o bobina "secundara" care asigura reactia si respectiv oscilatia; de asemeni, tranzistorul nu poate fi chiar oricare, existand o serie de restrictii. Dar unul din cele mai problematice aspecte ramane, si greu de masurat, randamentul conversiei (da, e un mic convertor care ridica nivelul tensiunii).

 

Cei care au experimentat acest montaj au incercat diverse alte abordari: desi reactia e suficienta pentru oscilatie intre limite relativ largi, una din solutiile testate a fost "complicarea" schemei cu inca unul-doi tranzistori, configurati astfel incat sa oscileze fara reactia inductiva, ramanand numai inductanta de acumulare (solutie integrata intr-un mic circuit specializat, cum ar fi de exemplu PR4401, posibil numit astfel dupa tranzistorul 2n4401, utilizat in aceste aplicatii avand tensiunea de saturatie E-C relativ mica=randament ridicat si functionare la o tensiune mai scazuta a alimentarii). D-l Watson a realizat un "supercharged joule thief", adaugand numai o dioda si un condensator mic si rearanjand componentele (am experimentat cu succes aceasta realizare si i-as multumi D-lui Watson).

 

Pe treapta "urmatoare" as plasa utilizarea aceluiasi principiu pentru alimentarea unei lanterne "adevarate", cu LED. Aici sunt propuse (si cerute!) o varietate relativ mare de intensitati luminoase (si de gabarite), de la microlanterne de genul de pe brichete, pana la adevarate "reflectoare" de mana.

Evitand extremele, personal, sunt interesat de lanterne din gama "domestica" (cu extindere si la auto), pornind de la utilizarea unor elementi scosi din serviciu de pe alte aparate.

Un alt punct al "caietului de sarcini" e utilizarea a mai mult de un element (uzual 2, dar pot fi si mai multi). Desi chinezii au alimentat direct LED-urile la 4,5 sau chiar 6 volti(!) (am eu o "lampa pentru camping" care alimenteaza 24 de LED-uri in paralel din 4 elemente R6 inseriate!!), solutia are mai multe hibe: fie are randament scazut, utilizand un rezistor (sau mai multi) pentru limitarea curentului, fie utilizeaza direct rezistenta interna a LED-urilor si/sau a bateriilor (alta "solutie" ieftina dar proasta, care omoara bateriile si/sau LED-rile repede), rezultand un timp de functionare redus pana la scaderea luminozitatii la o valoare neutilizabila. Utilizarea unei prelucrari electronice, in afara de "stoarcerea" mai eficienta si completa a energiei, poate avea si un efect de stabilizare (desigur, intre anumite limite) a nivelului de iluminare (sau a curentului, ca sa ne exprimam mai "electronic").

 

Am deschis acest topic pentru a schimba pareri, idei si eventual prezentari ale realizarilor noastre (cei interesati de acest subiect).

 

Florin 

 

PS Deoarece (inca) am dificultati cu atasarea de imagini, va recomand cate o cautare cu cuvintele cheie "joule thief" si "super charged joule thief"; blogul D-lui Watson e "rusty bolt", si se dezbate acolo mai pe larg subiectul.

Editat Septembrie 15, 2014 de blazeu

[Spitfire]

Va recomand sa utilizati tranzistorul 2N2222, nu 2N4401, veti avea alte rezultate, mult mai bune. Cat despre schema "clasica" care circula pe net cu un tranzistor, un torulet un rezistor de 1Kohm, are un mare defect: valoarea eronata a rezistorului! Incercati prin tatonare alte valori, mai ridicate ale rezistorului, functie de tranzistor, inductor si LED. Cele mai bune rezultate le-am obtinut cu 22Kohmi, 2N2222 si LED albastru Nichia, la un consum de 6mA, tensiunea in sarcina a pilei AA fiind 0,7V, LED-ul lumineaza...normal(!), exact ca in situatia in care ar fi tranzitat de 15mA/3,2V.

[blazeu]

Tranzistorul 2N2222 e unul dintre primele tranzistoare de comutatie "adevarate", adica isi pastreaza castigul si la curenti mari de colector (tranzistorii "obisnuiti" au o scadere a castigului importanta la cresterea curentului de colector) Totusi, tranzistoarele recomandate pentru acest oscilator sunt alese in special cu tensiunea de saturatie colector-emitor cat mai mica, pentru a putea conduce si la tensiuni ale bateriei de 0,6 volti.

 

Eu am incercat "super charged joule thief" (vezi link-ul spre "rustybolt" si de acolo spre articolul cu descrierea variantei si masurarile lui Watson), cu BC 337.

Am construit o lanterna in corpul uneia vechi cu 2 x R6 si bec de 2,2 volti cu lupa (original), am inlocuit unul din elementi cu montajul si am alimentat 2 leduri albe, miniatura, inseriate (lumina pentru unghere intunecate, gen surub cazut in calculator sau sub masa). Pentru luminat la distanta, am modificat cateva lanterne pe care le-am alimentat cu 3 volti (am avut ocazia sa vad acum cateva zile o gama de lanterne similare, alimentate la 3 volti din elementi de diverse dimensiuni, produse de chinezi, cu circuit gen PR4401!)

Am vreo 2 lanterne cu R20 (cam grele!), dar si cu elementi mai usori, gen R6 si R3.

Ca o particularitate a alimentarii aceluiasi blocking la 3 volti, traful l-am bobinat cu infasurarea din baza la jumatate (20/10 spire). Majoritatea le-am facut pe toruri extrase din CFL-uri (poate fi carbonizat aproape total, ferita e ok) Si astea sunt de diverse dimensiuni si cu diverse sectiuni....

O alta aplicatie e "lampa solara de gradina", care alimenteaza ziua din 2 celule fotovoltaice un acumulator NiCd, care va furniza energia pentru un LED alimentat de un...oscilator pentru ridicat tensiunea! Acolo electronica e "complicata" de adoptarea solutiei oscilatorului cu 2 tranzistori, adesea un al treilea opreste oscilatia cat timp celulele debiteaza. Am si o placuta mai moderna, cu un integrat cu 4 picioruse care "face tot", inclusiv comutatia de pe incarcare solara pe iluminat cu oscilatorul (si asta are o bobina industriala care arata ca o rezistenta).

 

Revin insa la problema initiala: constructia unui invertor alimentat de la 3 volti, insa "ceva" mai eficace decat montajul chinezesc din lanterne (2 elemente, intrerupator, integrat, bobina (proasta) si LED(uri), in paralel daca sunt mai multe (solutia cea mai pacatoasa....))

 

A vazut cineva o schema gen push-pull, simetrica, pentru putere ceva mai mare? (eu am inlocuit becul la vreo 2 pistoale de lipit cu 2 LED-uri in paralel, insa cu polaritatea inversata; o rezistenta de limitare pentru curent si lumineaza foarte bine, fiecare pe cate o semi-alternanta, "campul operator"....)

 

Florin 

 

PS Eu am obtinut cele mai bune rezultate cu valoarea -baza de 1,5 kohm/1,5 volt din schema lui Watson (3,3 kohm pentru alimentare la 3 volti)...

Sa fiu sincer, nu mi-am pus problema sa ma apuc sa fac tot felul de masurari, m-am orientat dupa un criteriu pur subiectiv: la o anumita valoare (spre mica), oscilatia inceteaza (LED ul se stinge); la valori mari (gen 7-10 kohm), probabil scade consumul, insa lumina devine prea slaba.

Editat Septembrie 15, 2014 de blazeu

[Den]

Eu folosesc montaje thief joule pentru iluminat pe leduri noaptea.Din 2.4v (1.2v x 2)  alimentez circa 7 leduri x 0.5W in paralel.Montajul cu 2 tranzistori  la care folosesc combinatia bd244 /bd139 /bc546a absolut fara probleme.

[validae]

Se poate folosi și varianta cu un singur tranzistor, piesa critică este însă transformatorul, respectiv materialul și mărimea lui. Am făcut invertor puternic pe tor de ferită din cele folosite la filtrele EMI de pe cablurile VGA sau din sursele în comutație.Binențeles și tranzistorul este critic, dar la tensiuni de peste 1,5V bobina e cea mai importantă, trebuie tatonate mai multe variante până găsiți optimul.

[UDAR]

Rezultate bune la tensiuni mici 1-1,5V și la curenți ceva mai mărișori ( mai multe LED-uri înseriate ) am obținut cu 2SD965 și cu 2SD882 . Din păcate testele le-am făcut mai demult și nu la modul sistematic - cu măsurători și notarea rezultatelor. Ce rețin însă e că am lucrat cu bobine cu ”priză la jumătate” , de fapt bobinam cu două fire . Am folosit atât diferite toruri mici cât și oale de ferită ( tot mici , desigur ). Un singur exemplar ca să zic așa îl am în funcție - dar ăla nu aprinde un LED ci generează o tensiune de +5V stabilizată dintr-un acumulator de 1,2V/4,5Ah într-un miliohmmetru . Acolo însă , am un PN2222A plus un BC547C pentru control. 

[Den]

Eu am testat si bd139 pentru montajul cu un  singur tranzistor pt a alimenta direct un led de 1w de la un grup de 2 acumulatori de 1.2v.De fapt ala mi-a picat primul pe mana.Foarte multumit de rezultat.Tor am testat cu 2 x 10 spire ,fir luat de la cablu de retea... Nu prea ma incanta punctul de functionare.,asa ca am luat la plesneala unul gata bobinat recuperat banuiesc de la o sursa atx .Eh dracie si ce bine functiona,se auzea inclusiv fluieratura specifica.. Nu-mi par critice piesele la un joule thief,dar daca vrei sa duci eficienta la maxim,atunci trebuie.. Eu am preferat sa folosesc o rezistenta variabila la polarizare,e mai sigur in atingerea punctului optim de functionare.

Editat Septembrie 15, 2014 de Den

[leo 17]

ceva de dimensiuni mici am incercat pe un tor micut de ferita din ala care se pune pe diode de redresare ..am pus cu conductor subtire 2x 10 sp si tranzistorul si ledul au incaput in soclul unui bec clasic de 3,5 v 

[blazeu]

Multumesc pentru feed-back!

Validae: sunt pe deplin constient ca transformatorul e o piesa importanta; desigur, pentru un transfer de putere mai mare e necesar un miez de sectiune mai mare (in ipoteza utilizarii unei frecvente fixe); pe de alta parte, un miez mai mic poate transfera o putere mai mare cu conditia de a ridica frecventa. Factorul cel mai dificil de apreciat e insa domeniul de frecventa in care ferita torului se comporta bine (nu are pierderi mari, nu e prea aproape de saturatie). Spre exemplu, inelele provenite din CFL sunt utilizate acolo la frecvente in jur de 50 khz, si se comporta destul de bine pana la 200-300 khz. Unii s-au "fript" cu toruri provenite din surse in comutatie (ceva mai mari), care insa au dovedit o comportare slaba in frecventa (in special miezul pe care sunt instalate acele bobine de echilibrare a sarcinilor pe diverse tensiuni. Mai exista in unele constructii niste bobine care lucreaza la saturatie, pentru reglajul tensiunii de 3,3 volti, nu mi-e foarte clar ce rezultate ar da astea. In fine, mai am cateva toruri provenite de la sursele de procesor de pe placi baza; nici despre astea nu stiu daca s-ar comporta bine, parca genul asta de sursa step-down (de la 12 la 1, volti pentru procesoarele Intel si de la 5 la 1, pentru AMD), au si componenta continua prin acele bobine? Oricum, un miez cu constanta mica (putini microhenry pe spira) e de asteptat sa se comporte mai bine la capitolul pierderi si frecventa maxima, insa inductanta mai mica obtenabila il face sa aiba o capacitate de transfer per ciclu mai redusa.

 

Udar: Da, aveti dreptate, bobinajul cu numar egal de spire e varianta cea mai buna pentru alimentarea dintr-un singur element (de la 1,5 volti in jos); totusi, interesul meu se indrepta catre utilizarea a 2 elementi (3 >>2 volti), situatie in care eu am redus la jumatate spirele din bobina de reactie (20 + 10, de exemplu); functionarea e buna si am facut modificarea in ideea de a reduce solicitarea la tensiune inversa a jonctiunii BE. Tranzistorul 2SD965 l-am intalnit recomandat si de altii, 2SD882 e ceva nou (probabil ca mai sunt si alte tipuri de tranzistori cu tensiune de saturatie mica si amplificare suficienta pentru acest tip de oscilator). Oricum 2SD965 are Icmax  5A (!) si Uce sat 0,3 volti/Ic=1,5A... Din pacate nu am (inca?) un asemenea tranzistor sa fac vreun test.

 

Den: Tranzistorul BD139 se comporta surprinzator de bine si la mine (intr-un convertor de la 12 volti pentru tub fluorescent de 8W, dar probabil ca trafo-ul e reusit), inca nu l-am incercat si la tensiuni joase. Fiti mai explicit, ce fel de traf "gata bobinat, din sursa atx" ati utilizat? Eu am vazut niste etichete gen "EE19CDN" pe latura superioara a miezului. Oricum, banuiesc ca ati utilizat unul din trafurile mici, si mai precis cel de comanda a tranzistorilor de putere (ca cel de la sursa auxiliara sigur nu poate utiliza infasurarea pentru primar la 300 de volti).... Totusi daca auziti frecventa de conversie (eu am o problema cu frecventele inalte, insa probabil ca nu trece de 16khz, ceea ce e foarte putin fata de ce se utilizeaza curent la aceste invertoare), ma intreb cum sta cu randamentul? Din ce relatau alti experimentatori, la frecvente mai joase scad oarecum pierderile (de comutatie?)insa si transferul de putere...

 

Leo 17: Descrierea Dv. imi aminteste de o constructie destinata inlocuirii unui bec de lanterna, vazuta la unul din bloggerii "inraiti" pe joule thief. Totusi, sarma aia foarte subtire are si rezistenta cam mare=pierderi mari; probabil ca primeaza miniaturizarea si astfel inlocuirea becului cu cat mai putine modificari...  

 

Repet, ma intereseaza daca a construit cineva un invertor push-pull (simetric)? Daca nu, poate ma "opintesc" eu ? Uite, ma apuc sa caut prin scheme, insa ce am eu e de putere mai mare, sa vad cum o adaptez....

 

Florin

Editat Septembrie 16, 2014 de blazeu

[Den]

 

 

Aceea din centru a fost varful,bineinteles spira subtire pt. reactie.Dar,mai spun odata,o rezistenta variabila in baza e foarte indicata.Sus experimentul meu,bun doar pt led/leduri consum mic.Inductantele simple au fost preferatele mele ,pentru ca in aplicatia mea a castigat montajul cu 2 tranzistori.Eu am alimentat fara probleme leduri de putere la sursa de 2 x 1.2v ,reusind sa le pun in pericol de cateva ori.

Editat Septembrie 16, 2014 de Den

[giongiu]

Exista si integrate dedicate, ce lucreaza de la 2V, cu un randament foarte bun. De exemplu....  http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX1771.pdf

Desi integratul e conceput pentru tensiune constanta, s-ar putea cred modifica pentru curent constant, pentru alimentarea ledurilor.

Sau si mai simplu, fara tranzistor extern...  http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf

Editat Septembrie 16, 2014 de giongiu

[giongiu]

Daca se doreste totusi realizarea convertorului cu componente discrete, cred ca ar trebui incercat in locul bipolarului, un mosfet. Exista mosfeti ce se deschid cu o tensiune GS, de cca 2V, de ex IRF3708. Randamentul cred ca s-ar imbunatati substantial, caderea de tensiune pe mosfet, fiind mult mai mica.

Editat Septembrie 17, 2014 de giongiu

[giongiu]

Am testat un convertor cu mosfeti, folosind ca sursa de inspiratie schema asta  http://www.qsl.net/xq2fod/Electron/Fluolamp/fluo20.gif

Am folosit un tor din pulbere fier, 2x4 spire pentru excitatie, 2x3 spire sarcina mosfeti. Cu IRF3708, functioneaza de la cca 3V, consumul in gol e mare, cca 0,3A, frecventa de oscilatie cca 2Mhz, semnalul de comanda e triunghiular. Ramane sa mai testez, sa cobor frecventa, respectiv curentul in gol.

[blazeu]

Genul acesta de invertor are consum mare in gol (traful de iesire fiind si pentru comutatie, curentul primar urca pana la atingerea saturatiei miezului).

Fie incercati totusi un "fly-back" (acesta e "in 2 timpi": timpul 1: tranzistorul aplica tensiunea pe primar si curentul creste liniar pana la limita (fie existe reactie de curent, fie se atinge saturatia, pentru blocking-ul simplu, gen joule thief), timpul 2: tranzistorul se blocheaza, tensiunea se inverseaza si dioda secundara se deschide, permitand trecerea energiei (magnetice) din miez catre sarcina - sau, inversiunea tensiunii produce deschiderea jonctiunii LED-ului si iluminarea acestuia)

 

Fie, dar se justifica doar pentru puteri (relativ) mari, utilizati schema (simetrica) propusa de dv dar echipata cu 2 transformatoare, cel de reactie (mic) cu atingerea saturatiei, cel de iesire in regim liniar. O cautare mi-a dat schema "clasica":

Nu reusesc sa atasez schema, am gasit-o cu cautare pe "two trafo inverter" la images, a 4-a si a 5-a

Editat Septembrie 25, 2014 de blazeu

[blazeu]

Pana la urma, m-am "razgandit", tot invertorul fly-back ramane cea mai buna solutie,

puterea pe care o am in vedere e totusi foarte mica. Prima "complicatie" care mi se pare

utila  e un circuit cu o forma de stabilizare a iesirii. Schema propusa foloseste redresarea

iesirii (sursa de pierderi nu tocmai neglijabile!) si utilizarea unui rezistor pe care apare o cadere

de tensiune care va produce modificarea parametrilor oscilatiei in sensul de a limita curentul 

prin acel rezistor (si implicit prin sarcina, util la tensiune mare la alimentare)....

Daca as gasi o forma de a lasa alimentarea sarcinii in impulsuri....

 

Cu stima, Florin

 

PS Am evitat MOS-FET-ii, din 2 motive: 1) nu am experienta de utilizare, 2) chiar daca au Rds-on 

foarte mica (echivalenta tensiunii de saturatie mici), au in schimb "pretentii" la tensiuni relativ mari pe grila?

Editat Octombrie 8, 2014 de blazeu