Home 

Исследование энергопотребления инфракрасного светодиода

Цель исследования - найти режимы работы инфракрасного светодиода в паре с инфракрасным фототранзистором в котором будет минимальное энергопотребление схемы. Идея в использовании импульсного питания светодиода, т.е. запитывать светодиод только в период опроса фототранзистора. Подавая большой ток на короткий импульс.



30.11.12

pic
Принципиальная схема тестовой установки. Используется инфракрасный светодиод KP-3216F3C и инфракрасный фототранзистор KP-3212P3C. Для запитывания светодиода используется три разных резистора: 270 Ом, 100 Ом, 68 Ом. В качестве генератора импульсов используется микроконтроллер PIC 12F629. Каждый раз перепрограммировался после задания нужной задержки. Делалось это специально чтобы заумный код микроконтреллера не вносил искажения в измеряемый ток потребления схемы. Амперметр - тестер DT830B. Голубой и Желтый это места подключешния соответствующих щупов осциллографа. Вся схема запитывается от USB->DCDC3.3V->Stab->3.3v.

pic
Схем показывающая процесс отражения инфракрасного излучения в закрытой коробке.

pic
Плата жестко прикручена к корпусу, что обеспечивает жесткую фиксацию оптопары над одним местом в корпусе и на одной высоте, в ходе всего эксперимента.

pic
Корпус закрывается крышкой. Щелки конечно там были изза проводов, но влияние внешнего освещения при закрытой крышке никак не обнаруживалось. Так что им в полной уверенности можн пренебречь.

Сам эксперимент:
Измерения проводились сначала с резистором 270 Ом это левый столбец в рисунках с осциллограммами.. Потом я убрал этот резистор и поставил 100 Ом, это центральный столбец. Правый это 68 Ом (реально было 70 Ом).
270 om (столбец вниз) 100 om (столбец вниз) 68 om (столбец вниз)
pic
IR LED - OFF, 0.53mA
pic
IR LED - OFF, 0.54mA
pic
IR LED - OFF, 0.54mA
pic
10us-ON, 0.55mA
pic
10us-ON, 0.56mA
pic
10us-ON, 0.57mA
pic
100us-ON, 0.62mA
pic
100us-ON, 0.67mA
pic
100us-ON, 0.70mA
pic
1000us-ON, 1.26mA
pic
1000us-ON, 1.77mA
pic
1000us-ON, 1.9mA
pic
5000us-ON, 4.20mA
pic
5000us-ON, 6.66mA
pic
5000us-ON, 7.28mA
pic
7500us-ON, 6.03mA
pic
7500us-ON, 9.7mA
pic
7500us-ON, 10.62mA
pic
IR LED - ON, 6.41mA
pic
IR LED - ON, 10.35mA
pic
IR LED - ON, 11.31mA

Насыщение фототранзистора (полная засветка) на данных осциллограммах не показана. Но ближе всего картинка правая нижняя. При полной засветке желтая линия опускается вниз, чуть выше чем 0 вольт.

Четко видно что светодиод входит в рабочий режим через 2ms или 2000us, после подачи на него питания.

Рассмотрим первый столбец результатов замера с резистором 270 Ом.  На первом рисунке видно инфракрасный светодиод выключен голубая линия показывает уровень 0 вольт. Желтая линия показывает что фототранзистор закрыт, и уровень сигнала 3.3В.
.....
...


03.12.12

Рассмотрим что на линии питания:
pic
Конденсатор на питании 5uF
pic
Конденсатор на питании 105uF
pic
Конденсатор на питании 475uF
Замеры проводились с резистором на светодиоде номиналом 68 Ом. Импульс длительностью 1000us или 1ms.

Видно что чем больше емкость конденсатора тем меньше провал по питанию.

04.12.12

Подумал про пуль дистанционного управления телека, там же тоже инфракрасный светодиод и работает такой пульт годами. Посмотрел схемы разных пультов и увидел, что в цепи светодиода почти нет сопротивления (резистора), вернее он нам есть но на 2-3 Ома. А у меня то 100 Ом стоит. И схема в пульте работает в импульсном режиме. Заменил свои 100 Ом на 39 Ом, длительность импульса подсветки 200us, и о супер потребление сократилось очень значительно при той же чувствительности к движению глаза. До этого потребление было 40мА, а сейчас 10мА. Кстати можно попробовать резистор еще уменьшить, в даташите на светодиод(KP-3216F3C) написано, что в импульсном режиме(короткие импульсы 10us и пауза 100us) светодиод до 1.2А выдерживает, так что еще есть куда экономить батарейку. Пока оставлю 39 Ом. Общая яркость светодиода тоже уменьшилась в 4 раза, он теперь подсвечивается только в момент опроса фотодатчиков. И влияние на глаз ИК излучения тоже в 4 раза уменьшилось, хотя и до этого оно было незначительным. Кстати оказалось очень хорошо, что в моей схеме светодиоды запитываются через IRLML2402 (MOSFET транзистор), потому что порт микроконтроллера не смог бы выдать такие большие импульсы тока.
pic pic
 
Голубой щуп светодиод, желтый фототранзистор.

Да из-за перевода в импульсный режим пришлось отказаться от ШИМ регулировки яркости светодиодов, но возможность регулировки яркости-уровня сигнала постоянной составляющей(на фототранзисторе) также осталась, регулируя эти самые 200us можно делать ярче или слабее. Но увеличение длительности сильно повышает потребление схемой, есть смысл уменьшить резистор и сильно не увеличивать время подсветки, но в каких то разумных пределах его регулировать, например 100us-500us.
P.S.уменьшил до 33 Ом, думаю пока хватит.Стало так:
pic pic
Нулевой уровень от фототранзистора(желтый) не фиксирован, потому что плата жестко не закреплена в тестовой коробке над отражающим пластиком.
 
Коблов Александр Владимирович
Ростов-на-Дону
Россия
2012

 

 

информация

К рекламе которая отображается на моих страничках я не имею никакого отношения, хостинг narod.ru бесплатный, поэтому они вставляют рекламу какую хотят, куда хотят и как хотят.