Torcia/luce notturna con Supercap

[AstroliteG]

Salve a tutti,
sono un nuovo iscritto a questo forum, molto interessante per gli argomenti trattati e con molte persone esperte in grado di dare delle risposte techiche e complete.

Apro questa discussione perché mi piacerebbe sfuttare al meglio dei supercondensatori a bottone che ho acquistato (1,5F 5,5V della Panasonic) per alimentare dei LED SMD (o dei bianchi 6000K da alimentare a 3,0-3,2V 20mA, oppure dei blu 2,8-3,6V 30mA), ovvero 1 o due al massimo.

Ora, il prototipo su breadboard funziona bene. Ho messo 2 supercap in parallelo per ottenere 3F a 5,5V, i quali vengono caricati con una resistenza di limitazione da 10 Ohm a 5V o poco meno. In parallelo ai condensatori ho posizionato un LED SMD blu con una resistenza da 20 Ohm in serie.
Appena alimento a 5V il circuito, i condensatori si caricano e il LED si accende. Se dopo 5 minuti scollego l'alimentazione, i condensatori sono carichi quasi al 100%, e il LED mantiene la luminosità costante per 3 minuti, e una luminosità molto buona per 15 minuti, tanto da poter essere utilizzato come torcia per leggere un libro.
Le cose che però non mi piacciono molto sono che il led dopo 3 minuti non produce la stessa luce, e che appena scollego l'alimentazione la tensione scende molto velocemente a 3,8V (entro 1 minuto), per poi proseguire una discesa molto più lenta verso i 2,8V, la tensione minima per ottenere una buona luminosità. Per il calo di tensione improvviso ipotizzo che sia determinato dalla tensione di giunzione massima del led + resistenza. Confermate? Oppure posso chiedervi perché si verifica questo? (provando a caricare a 5,00V i condensatori, questi dopo 1 ora scendono a 4,92V. Invece provando a caricarli direttamente a 3,8V, la tensione scende lentamente fino a 2,8V, dopodichè la discedsa continua ancor più lentamente (minore è la tensione ai capi del led, e minore sarà la corrente che attraversa il led stesso), quindi il calo veloce di tensione si verifica solamente con tensioni superiori a 3,8V.
Altra cosa negativa è che sotto i 2,5V la luce prodotta dal led è veramente poca, anche se i condensatori sono ancora carichi, infatti se li collego in parallelo il led funziona ancora per qualche decina di minuti.

Comunque, quel che vorrei fare è poter caricare a 5V i due condensatori, in un tempo massimo di 5 minuti, e poi ottenere un'illuminazione quasi costante per almeno 30 minuti, tutto questo cercando di spendere pochi soldi per il circuito, e magari farlo il più contenuto possibile (non disprezzo gli SMD ).
Utilizzare un regolatore di tensione tipo LM317 mi sembra inutile.
Ho sentito parlare bene dei convertitori DC/DC switching, i quali hanno rendimenti molto elevati (sopra il 90%), correnti di 50µA per il funzionamento, e tensioni di ingresso che spaziano dai -0,5V fino a 10V, e una tensione di uscita regolabile o fissa, per esempio a 4V. Secondo voi potrebbero fare a caso mio?
Tutto quel che vorrei è poter utilizzare quasi tutta (se non anche tutta) la carica del condensatore, per ottenere un'autonomia del led molto maggiore rispetto a quella che ottengo adesso.

Spero di essere stato abbastanza chiaro e di ricevere qualche risposta/consiglio su come e cosa fare.
Vi ringrazio :)

P.S.
ho provato ad utilizzare il famoso circuito Joule Thief ma con risultati assai deludenti. Il circuito autooscillante infatti consuma parecchia energia, e il condensatore si scarica molto prima. comunque, con 2V sul condensatore il led si accende anche se non emette una gran luce. il problema sta che i 2V li raggiunge in 10 minuti, mentre con l'alimentazione diretta del LED il condensatore dopo quel periodo di tempo è ancora a 2,9V circa.

[IsidoroKZ]

Ti serve sicuramente un convertitore a commutazione. Dato che non hai problemi di tensione di riferimento puoi usare una topologia buck-boost e il circuito deve controllare la corrente di uscita a 20mA.

Il tuo problema principale e` che vuoi usare una sorgente che puo` avere tensione piu` elevata o piu` bassa della tensione di carico, e quindi devi andare su un buck boost.

Non so se se ne trovano gia` fatti, altrimenti ti conviene cercare fra i componenti national (ora texas), linear technology e tanti altri e scegliere un integrato micropower che soddisfaccia le tue specifiche.

[AstroliteG]

Grazie mille per la risposta. :)
Ho fatto come hai detto, e ho trovato un integrato SMD adatto allo scopo, solamente che richiede una tensione di alimentazione minima di 1,8V, e io speravo si potesse utilizzare qualcosa che possa sfruttare appieno l'energia del condensatore, o almeno fino a 0,5V.
LTC3531-3.3
http://www.linear.com/product/LTC3531

Per caso sai se è possibile utilizzarlo in qualche modo e riuscire a spingerlo oltre le sue possibilità? Intendo farlo funzionare a tensioni inferiori a quella minima dichiarata...

[IsidoroKZ]

Ho una buona notizia e una cattiva notizia.

Quella buona e` che se scarichi i condensatori da 5V a 1.8V hai usato l'85% dell'energia immagazzinata nel condensatore, quindi non vale la pena di scendere ancora con la tensione minima.

Quella brutta e` che quel convertitore ha una uscita a tensione costante mentre a te serve a corrente costante. Bisogna usare un integrato che esca a corrente costante oppure un integrato con la possibilita` di configurare la retroazione in modo da controllare la corrente.

Un'altra possibilita` e` quella di usare due led in serie e un controllore boost (sempre con uscita in corrente): hai il doppio di luce ma meta` durata.

[AstroliteG]

Beh, la buona notizia mi piace assai considerando che al momento riesco ad utilizzarlo tra 3,8V e 2,7V, dopodichè è inutile.

Per la a brutta notizia, scusa l'ignoranza ma non capisco il problema.
Cioè, se io in serie al led ci metto una resistenza da 10 Ohm, e faccio in modo di avere una tensione di uscita di 3,8V massimo 4V, in teoria la tensione dovrebbe mantenersi sempre costante, come pure la corrente, la quale viene limitata dalla resistenza. Inoltre, se metto una resistenza magiore la luminosità diminuisce perché la corrente diminuisce, quindi potrei inserire uno switch che mi permetta di avere 2 livelli di luminosità, ovvero, "luce notturna" (basta che il led si accenda e riesca a fare poca luce), oppure "torcia" (led alla massima potenza o quasi).
Per caso è fattibile questo? ovvero è possibile utilizzare questo integrato con una resistenza e decidere anche la luminosità?

Altrimenti, nel caso non esistessero integrati di questo genere a corrente costante come potrei fare? Sono un po confuso.

[IsidoroKZ]

Se metti una resistenza sprechi potenza. Inoltre il valore della resistenza dovrebbe essere scelto led per led, a meno di non avere un regolatore a tensione regolabile e tararlo per ogni led in modo da avere la corrente voluta (a caldo, dato che il led quando si scalda cambia la sua tensione di lavoro).

L'integrato che hai trovato da` 3.3V devi trovarne uno regolabile. Cerca fra gli integrati fatti per essere led driver.

[AstroliteG]

quindi se ho ben capito, se collego il led direttamente all'uscita di questo integrato si brucia, giusto?
Comunque, se mettessi una resistenza da 10ohm, ok che una parte dell'energia verrebbe sprecata, ma non dovrebbe essere estremamente piccola?


Comunque, cercando sul sito della linear dei buck boost led driver ho trovato questi, e purtroppo funzionano non sotto i 2,3V :
http://parametric.linear.com/Buck-Boost ... 32_%3C=2.8
secondo te qual è il migliore per me? Considera poi che sarebbe bello poter decidere tramite una resistenza la luminosità del led.

Comunque, il risultato finale più importante per me è sfruttare il più possibile l'energia accumolata dal supercap, senza perderne troppa nella conversione, quindi alto rendimento. se possibile vorrei far funzionare a piena potenza il led per almeno 30 minuti, oppure diverse ore alla minima luminosità.

[AstroliteG]

Piccolo problema. Ho visto che tutti i driver led buck boost sono in contenitori tipo DFN o altri, i quali per me sono impossibili da saldare con gli strumenti a mia disposizione, ovvero uno stilo con punta da 0,2mm a temperatura controllata, delle pinzette e dello stagno (SN/PB 60/40) da 0,5mm.
volendo sono in grado di saldare questo tipo di integrato SMD http://www.ti.com/graphics/folders/part ... V61220.jpg

E quella tipologia corrisponderebbe proprio al primo integrato che avevo scelto, ache se non è idoneo per i led così com'è, ovvero LTC3531 - 3,3.
Per caso è semplice adattare questo integrato per pilotare 1 o masismo 2 led SMD in parallelo? Oppure come potrei fare per riuscire a sfruttare al meglio i miei 2 condensatori da 1,5F e 5,5V ciascuno?