Shaker - czyli latarka ładowana przez potrząsanie

[maciex93]

Byłem pewien, że napięcie wypadkowe dwu kondensatorów połączonych szeregowo to suma napięć na każdym z nich.

Jeżeli kondensator ma napięcie znamionowe 2,7V (tak jak podane superkondensatory) to przez połączenie szeregowe otrzymamy kondensator który można naładować do 5,4V

[Pyra]

Witam

Jeżeli kondensator ma napięcie znamionowe 2,7V (tak jak podane superkondensatory) to przez połączenie szeregowe otrzymamy kondensator który można naładować do 5,4V

W teorii tak, w praktyce nie.
W układach praktycznych przy łączeniu szeregowym kondensatorów, konieczne jest stosowanie rezystorów wyrównawczych. W przypadku małej nawet rozbieżności pojemności, jeden zacznie ładować się do wyższego napięcia, w związku z czym, może ulec uszkodzeniu.
Oczywiście nie wolno stosować dwóch kondensatorów połączonych szeregowo na napięcie będące sumą ich napięć znamionowych, należy zostawić co najmniej 10% zapasu.

Pozdrawiam

PS: W wolnych chwilach buduję wzmacniacze lampowe, kilka kondensatorów już mi odeszło do krainy wiecznego napięcia, mimo, iż nie doszły do napięcia znamionowego.

[maciex93]

O dziękuję za takie cenne informacje, teoria i praktyka to jednak nie idą w parze

Więc przy połączeniu szeregowym należy zastosować rezystory wyrównawcze, albo ładować je do mniejszego napięcia.
Superkondensatory na napięcie 5,5V już nie mają takich fajnych pojemności, na TME znalazłem 1,5F więc sporo mniej niż te na 2,7V.

[Majsterkowicz]

W układach praktycznych przy łączeniu szeregowym kondensatorów, konieczne jest stosowanie rezystorów wyrównawczych.

Właśnie o tym czytałem (patrz załącznik). Tylko nurtuje mnie właśnie kwestia doboru tychże rezystorów. Wyczytać można z poradnika, że prąd przepływu prądu przez w/w rezystor musi być 50x większy od prądu upływu. Poszukałem co nieco o tym prądzie, ale nic z tego nie zrozumiałem, ogólnie rzecz biorąc, pierwszy raz się z nim spotykam

Wracając do doboru rezystorów wyrównujących... Można to ogarnąć na poziomie matematycznym tu i teraz, czy warto wesprzeć się praktycznym pomiarem konkretnego egzemplarza kondensatora? W sensie takim, najpierw kupić, naładować do napięcia pracy, a następnie rozładować przez konkretny rezystor monitorując napięcie (ogólnie rzecz ujmując, mieliśmy takie ćwiczenie na laboratoriach z elektrotechniki, także nie powinno być to problemem ). Idąc dalej, mając już rzeczywiste pojemności dwu kondensatorów, jak dobrać rezystory?

Pomyślałem teraz nad ładowaniem tychże kondensatorów i wymyśliłem coś takiego...

Kondensator C1 redukowałby skoki napięcia podczas indukowania się prądu w cewce, dodatkowo posłuży jako przed-magazyn prądu. Następnie dioda Zenera (4,7V lub 5,1V) ograniczy napięcie ładowania baterii kondensatorów.
Czy to wystarczające rozwiązanie?

Aha, w planach mamy zastosować kondensatory 22F 2,7V Link

[Pyra]

Witam
Dioda Zenera jest źle podłączona, powinna być równolegle, aby spełniała swoje zadanie. Oczywiście też moc powinna mieć w okolicach 3W.
W takim wypadku jak narysowałeś dioda odejmowała by od zasilania swoje napięcie, więc w żaden sposób nie zapewniała by ochrony kondensatorów, a tylko obniżała napięcie na nie podawane.
Co do rezystorów, to około 1k powinny wystarczyć, ocena "na nosa". Prąd w nich płynący to około 2,7mA.
Najlepiej będzie połączyć dwa w szeregu i naładować do łącznego napięcia 5V monitorując cały czas napięcie na każdym.
Zauważ, że prąd pracy tych kondensatorów to tylko 300mA.

Pozdrawiam

[maciex93]

Majsterkowicz chyba się pomylił dodając linka do tego kondensatora 1F bo pisze że chce zastosować 22F wiec chyba chodzi o ten http://www.tme.eu/pl/details/drl22_2.7/ ... 0tk25rr/#y

[Majsterkowicz]

Dioda Zenera jest źle podłączona, powinna być równolegle, aby spełniała swoje zadanie. Oczywiście też moc powinna mieć w okolicach 3W.

Czy taki schemat jest w porządku?

Co do rezystorów, to około 1k powinny wystarczyć, ocena "na nosa". Prąd w nich płynący to około 2,7mA.
Najlepiej będzie połączyć dwa w szeregu i naładować do łącznego napięcia 5V monitorując cały czas napięcie na każdym.

Tak też zrobimy Z drugiej strony patrząc, oba rezystory zjadałyby blisko 5mA, co przy zasilaniu zwykłego LEDa (20mA), daje nam 25% krótszy czas świecenia! Jednak spróbujemy z diodą 5050, która ciągnie 60mA i zobaczymy rezultaty.

Zauważ, że prąd pracy tych kondensatorów to tylko 300mA.

Majsterkowicz chyba się pomylił dodając linka do tego kondensatora 1F bo pisze że chce zastosować 22F wiec chyba chodzi o ten[...]

Jest dokładnie, jak mówi kolega maciex93.

Pozdrawiam

[Pyra]

Witam

Co do rezystorów, to około 1k powinny wystarczyć, ocena "na nosa". Prąd w nich płynący to około 2,7mA.
Najlepiej będzie połączyć dwa w szeregu i naładować do łącznego napięcia 5V monitorując cały czas napięcie na każdym.

Tak też zrobimy Z drugiej strony patrząc, oba rezystory zjadałyby blisko 5mA, co przy zasilaniu zwykłego LEDa (20mA), daje nam 25% krótszy czas świecenia! Jednak spróbujemy z diodą 5050, która ciągnie 60mA i zobaczymy rezultaty.

Źle liczysz, oba rezystory "będą zjadały" tyle samo, czyli około 2,7mA, bo są połączone w szeregu.

Co do schematu, to jeśli ma ten układ to pamiętaj, że zener musi mieć sporą moc.
Pozdrawiam

[Majsterkowicz]

Źle liczysz, oba rezystory "będą zjadały" tyle samo, czyli około 2,7mA, bo są połączone w szeregu.

Co do schematu, to jeśli ma ten układ to pamiętaj, że zener musi mieć sporą moc.

Masz całkowitą rację Jestem wzrokowcem, a że nie narysowałem sobie tego 'czarne na białym', to i źle policzyłem

Dzięki za sprawdzenie schematu. Patrząc teraz na niego dochodzę do wniosku, że mimo mniejszej pojemności kondensatorów względem akumulatorów (zachowując tę samą cenę), prostota układu stabilizująco-ładującego, przemawia do nas dużymi literami na swoją korzyść.

Mam jeszcze trzy kwestie, których nie jestem pewien.
1. Sprawa wyłącznika;
a) wyłącznik typu micro-switch;
• prostota, małe wymiary,
• mizerna wytrzymałość prądowa,
• brak możliwości włączenia na stałe,
• na początek odpada
b) tranzystor kluczujący + micro-switch;
• przy montażu SMD - małe wymiary
• można włączać micro-switchem,
• przy odpowiednim dobraniu rezystora na bazę, możliwy wybór jasności świecenia,
• brak możliwości włączenia na stałe
• opcja całkiem, całkiem
c) tranzystor kluczujący + wyłącznik dźwigniowy/przesuwny;
• możliwość włączenia na stałe,
• przy odpowiednim dobraniu rezystora na bazę, możliwy wybór jasności świecenia,
• zwiększone wymiary wyłącznika/ów,
• opcja całkiem spoko
d) wyłącznik dźwigniowy/przesuwny - bezpośrednio;
• brak stosowania dodatkowej elektroniki,
• prostota konstrukcji,
• potrzeba miejsca tylko na jeden wyłącznik,
• straty na stykach wyłącznika,
• brak wyboru jasności świecenia,
• odrobię mało nowoczesne rozwiązanie ,
• opcja średnia

Którą wybrać? Ogólnie, czy da radę tutaj tranzystor i czy przy zastosowaniu jakiegoś małego SMD'ka (np BC848, bo takich mam sporo), czas świecenia znacząco nie spadnie?

2. Średnica drutu oraz ilość zwojów. Na filmiku niestety nie ma nic na temat średnicy oraz ilości zwojów, a jedynie indukowane na niej napięcie, czyli coś około 4V, mnie będzie potrzebne 5V, a nawet i odrobina więcej

3. Zasilenie diody. Zakładając ładowanie kondensatorów do 5V oraz podłączenie doń białej diody LED, zakończy jej jakże krótki żywot, a latarka nabierze jedynie walorów estetycznych. Konieczne jest przecież zastosowanie regulatora prądu (60 mA) lub też pójście na łatwiznę i włączenie szeregowo z diodą rezystora o odpowiedniej wartości. Dla mnie, to byłaby ostateczność, bo przecież tracilibyśmy energię na rezystorze, a tutaj w nadmiarze nigdy jej nie będzie
Racjonalnym rozwiązaniem wydaje mi się właśnie klucz tranzystorowy. A może powinienem zastosować coś innego?
Pomóżcie proszę, jestem już praktycznie na końcu zmagań przygotowawczych, tuż przed zakupami materiałów na latarkę

Pozdrawiam

[ElSor]

Dla mnie, to byłaby ostateczność, bo przecież tracilibyśmy energię na rezystorze, a tutaj w nadmiarze nigdy jej nie będzie

Rezystor ograniczy prąd także ogólny bilans będzie na +. Jego brak sprawi, że napięcie na kondensatorze nigdy przy sprawnej diodzie nie podskoczy do > ~4V.

[Majsterkowicz]

Rezystor ograniczy prąd także ogólny bilans będzie na +. Jego brak sprawi, że napięcie na kondensatorze nigdy przy sprawnej diodzie nie podskoczy do > ~4V.

Jakoś to dla mnie mało zrozumiałe... Bo niby jak rezystor włączony szeregowo z zasilaną diodą (a tym samym wyłączaną na czas ładowania kondensatora), ma wpłynąć na ładowanie tychże kondensatorów?


Z tranzystorem, wyglądałoby to tak:

[Pyra]

Witam
Pierwszy schemat jest poprawny, choć przy rezystorze szeregowym 1k dużej jasności nie uzyskasz...
Drugi schemat, no cóż tutaj tranzystor pełni tylko rolę włącznika, ograniczając jedynie troszkę napięcie zasilania o spadek napięcia na złączu CE.
Pozdrawiam

[Majsterkowicz]

choć przy rezystorze szeregowym 1k dużej jasności nie uzyskasz...

Ach tak, rezystor R3 był na szybko skopiowany z jednego po lewej, stąd wartość pozostała Normalnie dałbym coś około 33Ω

Drugi schemat, no cóż tutaj tranzystor pełni tylko rolę włącznika, ograniczając jedynie troszkę napięcie zasilania o spadek napięcia na złączu CE.

A to nie dzieje się tak, że zakładając;
- wzmocnienie tranzystora, przy Uce=5V wynosi hFE=240
- preferowany prąd Ic = 60mA
- spadek napięcia przy w/w prądzie CE, na złączu BE wynosi 0,8V
... prąd bazy wyszedłby na poziomie 0,25mA. Obliczając napięcie, które musiałby zredukować rezystor na bazę; Ur=5-0,8=4,2V, następnie przy prądzie bazy 0,00025A, należałoby zastosować rezystor (tutaj R3) o wartości 16.800Ω? Oczywiście najbliżej ma tutaj rezystor 16k, ale zawsze można dołożyć szeregowo 860Ω.

Jeżeli coś źle liczę, to proszę mnie poprawić

Myślałem także nad zbudowaniem prostego generatora PWM na układzie NE555 oraz podpiąć go pod AMC7135, ale nie sprawdzałem jeszcze, jaka byłaby konsumpcja prądu tegoż regulatora.

Pozdrawiam

[Pyra]

Witam
Obliczenia OK, tylko założenia nie teges...
Aby to działało dobrze, to musiał byś mieć dokładnie stałe napięcie zasilania układu, tranzystor musiał by mieć dokładnie taka samą temperaturę, dokładnie założone wzmocnienie.... Niestety, w życiu tak się nie da, dlatego konieczne jest stosowanie ujemnego sprzężenia zwrotnego, a to wprowadza dodatkowe ograniczenia. Tym nie mniej przy zasilaniu z 5V możesz się pokusić o małe rozbudowanie układu, ale efekt będzie już dużo lepszy.
Proste sposoby stabilizacji prądu LEDa

Pozdrawiam

[Majsterkowicz]

Dzięki za szybką odpowiedź!

Idąc za Twoimi radami, dochodzę do tego, ażeby wykorzystać jeden ze sposobów stabilizacji podanych przez Ciebie:


Z końcowego wzoru...
R1 = 0,6V / Iled
...wartość rezystora R1 wyniesie okrągłe 10Ω

Z drugiej jednak strony, przeglądając notę katalogową tranzystora, przy prądzie Ic=60mA, napięcie Ube sat. wynosi około 0,8V, stąd też na rezystorze R1 odłożyłoby się 0,4V, uwzględniając to w obliczeniach, wartość rezystora wyniesie R1=6,6Ω

To by było finito z regulacją?

Jeżeli tak, to został jeszcze problem z cewką, a konkretnie ilością zwojów oraz średnicą drutu.

@Edit:

Przyszły już praktycznie wszystkie części potrzebne do zbudowania latarki, także pokusiliśmy się o wykonanie prototypu (dla bezpieczeństwa, na innym kondensatorze, niż ten 22F ).
Ku naszemu zdziwieniu, po zmontowaniu układu:

z lekka zmodyfikowanego, bo dodaliśmy rezystor ustalający prąd płynący przez diodę; naładowaliśmy kondensator do napięcia wyższego od napięcia przebicia Zenera, następnie podłączyliśmy do kondensatora diodę wraz z rezystorem. Monitorując napięcie na kondensatorze zauważyliśmy, że napięcie na nim spada także poniżej napięcia przebicia zenera. Sprawdzaliśmy to dla różnych diod Zenera, zarówno dla 2.7V jak i 3.6V. Wszędzie była taka sama sytuacja.
Dodatkowo, gdy kondensator naładowaliśmy do napięcia niższego, niż napięcie przebicia (np. 2,5V), a następnie podłączyliśmy diodę Zenera wraz z szeregowo wpiętym rezystorem (dioda w kierunku zaporowym, oczywiście), napięcie na kondensatorze również drastycznie szybko spadało, o wiele szybciej niż podczas własnego samorozładowywania się.

W czym może być problem? Diody Zenera są sprawne, sprawdzaliśmy to miernikiem, a układ podłączaliśmy na różne sposoby.