Frage an die Elektroniker unter uns, Dämmerungsschalter

[Bernd]

Hallo Freunde
Ich möchte die Energie, die mein Miniwindrad in einen Akku speichert, dazu nutzen das
sich das Windrad des nachts selbst, oder seine Umgebung beleuchtet. Nun suche ich nach
einer einfachen und vor allem stromsparenden Lösung, mit der sich meine LED-Beleuchtung
in der Dämmerung automatisch anschalten kann. Ein besonderes Kriterium ist die Vorgabe
das dieser "Schalter" praktisch keine Energie verbrauchen soll. Als Spannungsquelle stehen
6 - 12V zur Verfügung. Die Strombelastung durch die LEDs wird bei unter 50mA liegen. Für
Lösungsvorschläge, Schaltpläne, Anregungen und Tips wäre ich dankbar.

Ich versuche es mal selbst. Kann ich evtl. duch den Einsatz einer Mini solarzelle mit der daraus
gewonnenen Spannung irgendwas durchsteuern lassen ? Aber ich glaube dann hätte ich noch
keine Hysterese, also eine Schaltschwelle.

Grüsse

Bernd

[jb79]

Wenn du bei diesem Schaltplan statt dem NPN Transistor einen Mosfet nimmst, dann sollte das stromsparend genug sein, den Vorwiderstand kannst du eigentlich auch weglassen, weil der Mosfet über eine Spannung gesteuert wird und der Strom zum Ein bzw. Ausschalten sehr gering bzw. bei diesen Frequenzen (1x Am Tag ein/aus) irrelevant ist (macht erst im Bereich ab ein paar kHz Unterschiede).
Außerdem entfällt die Kollektor-Emitterspannung (in der Sättigung üblicherweise so im Bereich 200-300mV und damit auch wieder Verlustleistung durch einen niedrigen RDS-On des Mosfets, mit dem man natürlich auch ein bißchen mehr Leistung schalten könnte.

Zur Sicherheit würde ich die Spannungsversorgung des CMOS Bausteins über einen Widerstand und eine Z-Diode (z.B. 12V) machen, denn die halten nur ca. 15V aus. Als Pufferung noch ein kleiner Kondensator und die nicht benötigten 3 Gatter mit den Eingängen auf Masse hängen, sonst könnten sie zu schwingen beginnen und damit Strom verbrauchen.

Denke mit der Schaltung bleibt der Stromverbrauch unter 1mA, wobei 0,6mA auf den Spannungsteiler entfallen.

[Bernd]

Vielen Dank für diese erste Schaltung, ich werde mir die nachher genauer angucken.
geht es nicht noch unter 1mA ?

Grüsse

Bernd

[jb79]

Was der CMOS IC genau an Strom aufnimmt weiß ich leider nicht, vermutlich aber irgendwas im µA Bereich, den meisten Strom zieht wohl der Spannungsteiler.
Denke mit einem höherohmigen lichtempfindlichen Widerstand (oder 2 bzw. mehrere davon in Serie) könnte man den Spannungsteiler hochohmiger (also auch einen größeren Widerstand fürs Poti) machen und somit den Strom weiter senken.
Viel kleinere Ströme werden wohl nicht gehen, außer du verzichtest auf die Hysterese und nimmst einen Phototransistor in Darlington-Schaltung mit einem herkömlichen NPN Transistor zum Schalten der LEDs.
Sobald eine Hysterese gewünscht ist und das Ganze einstellbar sein muß kommt man um einen Spannungsteiler nicht herum, der aber eben ein bißchen Strom braucht (wenn auch nur sehr wenig). Der Strom ist allerdings auch wieder abhängig von der zur Verfügung stehenden Spannung.

Aber rechne mal nach: 1mA Verlust bei 50mA Strom sind gerade mal 2%, also ein Wirkungsgrad von 98%, besser ist die Diode sicher auch nicht.

[Bernd]

Naja 50mA war jetzt der Maximalwert den die Schaltung "aushalten" sollte. Die LEDs
werde ich vermutlich mit weit weniger ansteuern, eher so 5 - 20mA und da wären dann
1mA. die ständig Tag und Nacht verbraucht werden, im Verhältnis schon nicht soo wenig.
Gut finde ich auf jeden Fall die Hysterese, denn sonst hat man unter Umständen ein Blinklicht
im Garten wenn sich das Licht nahe der Schaltschwelle bewegt.
Ich baue gerade einen Prototypen unseres Projektes, deswegen werde ich erst spät heute
abend dazu kommen mir das alles genauer anzugucken.

Grüsse

Bernd

[Flens]

Am besten nimmt man eine glasklare grün leuchtende LED ,weil nun kommt es : diese LED produziert im Sonnenlicht ca 1,9 Volt und damit kann man schon einen Miniakku laden. Eine einzelne Solarzelle macht ja nur 0.5 Volt.

[Huracan]

Tach,

ergänzend möchte ich anmerken, daß die LEDs am besten über eine Stromquelle versorgt werden sollten, damits nicht flackert, wenn die Spannung schwankt.
Ganz einfach geht es hiermit:

Zwischenablage01.jpg (3.7 KiB) 14857-mal betrachtet

So wie gezeigt ist es bestimmt nur für LowCurrentLEDs geeignet, aber verkleinert man R1, dann kann man auch einen größeren Strom einstellen. Die Anzahl der LEDs verändert ihn allerdings auch. So kommt es auf die Anzahl und die Art der LEDs an, wieviel Strom tatsächlich fließt.
Der N-Kanal JFET (BF 256) sollte bei R1 = 56Ohm und einer normalen LED dann auch ca. 9mA an 1,8Volt haben.
Das schöne an dieser Beschaltung, der Vorwiderstand als parasitäre Last entfällt. Verluste spielen sich im µA-Bereich ab.

BGH

[arcobär]

Die LED-Beleuchtung läßt sich noch stromsparender auslegen, wenn die LED`s nicht mit Gleichstrom sondern mit pulsierendem Strom betreibt. Dazu kann man die restlichen 3 Gatter des "4093 " verwenden, ein Gatter ais Taktgenerator und 2 Gatter als Monoflop. Da die LED`s nachleuchten, wird es als Dauerlicht wahrgenommen und man benötigt nur einen Bruchteil des Stromes. Als Ersatz für einen NPN-Transistor setze ich gerne den MOS-FET BS 170 ein.

Gruß Uli

[Bernd]

Hallo an alle, das hört sich alles prima an und ich danke euch schonmal vorab für
eure Hilfe. Einige Dinge peile ich aber nicht so recht, weil ich da nicht so tief drinn
stecke wie ihr.

Zur Schaltung von Huracan. Verstehe ich das so richtig, das der Strom für die LEDs durch
den Widerstand R1 fliessen muss ? Wenn ja fallen dort die besagten 1,9V ab ? Das wäre
dann ja nicht gerade soo wenig Verlustleistung. Vielleicht habe ich aber auch etwas falsch
verstanden.

Zu Jürgens Schaltungsvorschlag und Ulis Ergänzung. Das Ding gefällt mir auch gut, soweit
sich die Verluste innerhalb der Bauteile in Grenzen halten werden. Uli, kannst du mir evtl.
etwas genauer sagen wie ich das Aufbauen müsste ? Ich geb es zu, ich bräuchte einen Schaltplan
mit genauen Werteangaben etc. nach dem ich nur noch nachbauen muss. Es ist zuviele Jahre
her das ich so richtig mit Schaltungen umgehen konnte.
Das man den "Lichtverlust" beim Pulsen einer LED nicht sieht, habe ich jetzt schon mehrfach gehört
und ich finde die Idee super um damit weitere Energie einzusparen. Allerdings bringt das natürlich
nur was wenn die Schaltung dafür nicht mehr verbraucht als sie einspart. Aber das könnt ihr besser
beurteilen als ich.

Grüsse

Bernd

[jb79]

Also pulsierender Strom ist wie eine Phasenanschnittsteuerung, die Leuchtstärke nimmt dadurch ab.

Das mit der Konstantstromquelle hast du schon richtig gesehen, der Widerstand stellt den Strom ein.
Die genaue Funktionsbeschreibung kannst du hier ganz unten nachlesen.

Allerdings hast du dadurch die Möglichkeit, die Helligkeit der LEDs einzustellen: Schaltung z.B. hier. Man kann auch Pin1 des ICs jetzt dafür nehmen, das Ganze ein- und auszuschalten.
Wenn du Pin 1 des ICs jetzt an den Ausgang (statt dem Transistor) der von mir geposteten Schaltung schließt (bitte nicht 1:1 mit ein und dem selben 4093-er, da sind eh 4 von den Gattern drinnen), dann kann man sowohl Einschaltzeitpuntk als auch Helligkeit der LED im aktiven Zustand einstellen.