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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltungsproblemchen: LED effektiv mit Kondensator leuchten lassen


Autor: ajax (Gast)
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Bei der Versorgung einer LED mit einen Goldcap Kondensator mit 1 Fahrrad 
ist mir folgendes Probelm aufgefallen:

Bei der Entladung des Kondensators sinkt die Spannung ab und die LED 
leuchtet ab 1,6V nicht mehr. Jetzt ist aber noch Energie im Kondensator 
gespeichert, die auch noch zum Leuchten der LED verwendet werden soll.

Hat jemand eine gute Idee, wie man die Energie eines Kondensators mit 
möglichst wenig Verlusen in Licht umwandeln kann?

Gruß,
ajax

Autor: Sebastian (Gast)
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Es gibt eine Schaltung, die man unter dem Begriff "Joule Thief" findet. 
Auch Elektronikbuchautor Burkhard Kainka stellt auf seiner Seite 
("Bastelecke") eine geeignete Lösung vor.

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Kleine Rechnung - so wie die Physiker vor 50 Jahren die Rückseite von 
benutzten Briefumschlägen oder gar Bierdeckel verwendet haben:

Anfangsspannung: 5 Volt (?, einfach unterstellt)
Endspannung: 1,6 Volt (steht oben)

Energie am Anfang: 5V² * 1 As/V * 0,5 = 12,5 Ws
Energie am Ende: 1,6V² * 1 As/V * 0,5 = 1,28 Ws

Die derzeitige "Primitivschaltung" nutzt also ca. 90% der gespeicherten 
Energie aus. Jede Aktion mit einem Wirkungsgrad < 90% erscheint mir 
daher recht nutzlos.

Bernhard

Autor: ajax (Gast)
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Hmm, jetzt fehlt nur noch zu Deiner primitv-Rechnung die Primitiv 
Schaltung. Ich befürchte bei einem einfachen Vorwiderstand liegt man bei 
weit unter 90%. Insbesondere wird die LED mit der Zeit dunkler.

Autor: Sebastian (Gast)
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Bernhard hat vollkommen recht, wenn es wirklich ein 5V Goldcap ist. Bei 
2,5V (oder sogar 1,8) kann ein Spannungswnadler sinnvoll sein.

Autor: Sebastian (Gast)
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Nachtrag: Ein PR4401 oder PR4403 LED-Schaltregler-IC, eigentlich für 
Batteriebetrieb gedacht, könnte vielleicht auch gehen:
http://www.ak-modul-bus.de/stat/led_treiber_pr4401.html

Autor: ajax (Gast)
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>Es gibt eine Schaltung, die man unter dem Begriff "Joule Thief" findet.
Der sieht nicht schlecht aus:

http://blog.fluegel.name/christoph/archives/139-Jo...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Nur ist solch eine Schaltung hier kontraproduktiv, denn wie Bernhard 
schon schrieb: Der Großteil der Energie steckt oberhalb der 1,6V in dem 
Kondensator. Daher wäre ein Low-Drop Stepdown sinnvoller, oder 
alternativ einen 2,3V Goldcap mit vielen F + Stepup.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Benedikt K. wrote:
> Der Großteil der Energie steckt oberhalb der 1,6V in dem Kondensator.
Nein, das stimmt nicht, die Energie steckt im delta U,
und von 2,5 bis 1,5V ist es genau gleich wie von 1,5 bis 0,5V: dU = 1V

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Lothar Miller wrote:
> Benedikt K. wrote:
>> Der Großteil der Energie steckt oberhalb der 1,6V in dem Kondensator.
> Nein, das stimmt nicht, die Energie steckt im delta U,
> und von 2,5 bis 1,5V ist es genau gleich wie von 1,5 bis 0,5V: dU = 1V

Das mag ja sein, (oder nicht? Ich würde jetzt behaupten von 1->0V ist 
1/4 soviel Energie wie von 2V->0V).
Aber selbst wenn: 5V-1,6V=3,4V und das ist mehr als 1,6V. Somit ist es 
wichtiger die Energie bei >1,6V sinnvoll auszunutzen, als die 1,6V-0,8V 
(oder bis wohin so ein Stepup läuft) = 0,8V zu nutzen und darüber mit 
einem miserablen Wirkungsgrad zu arbeiten.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Somit ist es wichtiger die Energie bei >1,6V sinnvoll auszunutzen...
Korrekt bei einem 5V-GoldCap. Nur ist bisher diese Spannung von ajax 
(Gast) noch nicht bestätigt  :-o

Autor: Reinhard B. (brainstorm)
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Soweit ich weiß gibt es schon von einigen Herstellern spezielle 
LED-Treiber ICs, die mit gepulsten Stromquellen arbeiten. Man braucht 
dann keinen Vorwiderstand mehr. Vielleicht mal ein paar Samples zukommen 
lassen?

mfg

Autor: Guido Körber (Gast)
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Prema hat LED Treiber die mit niedrigen Eingangsspannungen auskommen.

Autor: ajax (Gast)
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Lothar Miller:
>> Somit ist es wichtiger die Energie bei >1,6V sinnvoll auszunutzen...
>Korrekt bei einem 5V-GoldCap. Nur ist bisher diese Spannung von ajax
>(Gast) noch nicht bestätigt  :-o

Hmm, die 5V kann ich nicht ganz bestätigen.
Mein Miniprojekt ist folgendes: Ich möchte eine Art Solarlampe bauen, 
aber statt mit NiMH Akkuu mit Goldcap, da es mich stört, dass man die 
Akkus nach einiger Zeit austauschen muss. Ich nehme an, dass die 
Goldcaps langzeitstabiler sind.

Ausserdem soll es eine ganz spezielle Solarlampe werden:
Ich habe ein paar Mini-Soalrzellen, die je nach Lichteinfall 1-3.5V 
bringen. Meine Solarlampe soll eine Zimmer-Solarlamppe werden und sich 
auch bei schwacher Zimmerbeleuchtung aufladen. Die Schaltung muss also 
extrem Energiesparend ausgelegt werden und beim Entladen auch möglichst 
alle Energie im Kondensator verbrauchen.

Was die Berechnung von Benedikt betrifft: Ich finde den energetischen 
Ansatz nicht schlecht und mir scheint die Berechnung richtiger als mit 
delta-U zu argumentieren.

Gruß,
ajax

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ok, das erklärt einiges.
Wie lange soll die LED denn leuchten?
Im Idealfall leuchtet eine rote LED (1,8V 10mA = 18mW) an einem auf 3,5V 
geladenen 1F Kondensator (= 6J) 340s wenn ich mich nicht verrechnet 
habe. Also nur etwa 6 Minuten.

Ein kombinierter Stepup/down Betrieb ist etwas problematisch und 
verschlechtert eigentlich immer den Wirkungsgrad.
Ich würde mir daher eine Seite aussuchen, also entweder einen Stepup 
oder einen Stepdown Wandler verwenden.
In diesem Fall würde ich zum Stepup tendieren, also einen Goldcap mit 
mehr als 1F verwenden, der z.B. nur auf max 2V geladen wird.

Autor: ajax (Gast)
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OK, danke.
Mal schauen, ob sich ein Step up Converter finde läst, der schon bei 2V 
geht.  Der oben vorgeschlagene "Joule Thief" scheint ja schon ab unter 
1.5V zu gehen. Nur beim Wirkunsgrad hätte ich noch meine Zweifel.

Gruß,
ajax

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Vom Wirkungsgrad her, sollte dieser weiter oben vorgeschlagene besser 
sein:
Beitrag "Re: Schaltungsproblemchen: LED effektiv mit Kondensator leuchten lassen"

Erhältlich z.B. bei Reichelt.

Wobei natürlich auch hier das Problem besteht, wenn am Kondensator >2V 
anliegen, die LED aber nur max 2V benötigt.

Autor: Harald A. (Gast)
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Dazu fällt mir das (deutsche) Stichwort "Vampirschaltung" ein:

http://www.google.de/search?q=vampirschaltung

Vielleicht hilft die Schaltung, die in dem Suchergebnis unter scantec.de 
präsentiert wird. Verlangt aber nach einem speziellen IC...

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