Spadek napięcia na ogniwie Li-Ion KeePower ICR18650-340PCM przy obciążeniu 50-200mA

Witam Kolegów,

mam kilka pytań, mam nadzieję, że wybaczycie, jeżeli są nieco głupawe.

1. Otóż mam następujący problem - do ogniwa Li-Ion podłączam sobie układzik, który pobiera 50-200mA prądu (docelowo 50mA - 1.5A z wszystkimi komponentami). Z tym, że zauważyłem, że różnica napięcia na ogniwie dla obciążenia 50 i 200mA jest dość spora (według mnie), bo wynosi aż 0.2V i dioda, którą mam podłączoną wyraźnie zmienia jasność. Ogniwo w trakcie sprawdzania niepodłączone miało napięcie 3.9V, a pod obciążeniem około 3.7V.

Do układu dołączone będą jeszcze diody PowerLed, które będą pobierać w sumie nawet do 1A przy zaświeceniu wszystkich i boję się, że w takim wypadku spadek napięcia będzie na tyle drastyczny, że będą świeciły znacznie słabiej, niż powinny.

Czy te wyniki znaczą, że ogniwo jest uszkodzone? Używam modelu KeePower z zabezpieczeniem, 3400mAh, żadne chińskie badziewie.

Dane techniczne:
producent: KEEPPOWER
model: ICR18650-340PCM
napięcie: 3,7V
maksymalne napięcie ładowania: 4.20 ± 0.05 V;
minimalne napięcie rozładowania: 2.50V;
pojemność minimalna: 3300mAh
pojemność nominalna: 3400mAh
standardowy prąd ładowania: 1700mA
standardowy prąd rozładowania: 6800mA
wbudowany układ zabezpieczenia PCB: 10A
czas ładowania: ok. 4 h
wewnątrz ogniwo PANASONIC NCR18650B 3400mAh Li-ION

Czyli prąd rozładowywania kilka Amperów powinny spokojnie wytrzymać, a ja widzę różnicę jasności zwykłej diody już przy kilkuset mA...

2. Mam te diody power led, które mają napięcie przewodzenia powiedzmy 3.4V. Czy to oznacza, że mając zasilanie z ogniwa na poziomie powiedzmy 3.9V to muszę zbić je do 3.4V rezystorem i podpiąć szeregowo diodę? Bo po podłączeniu diody (i automatycznie zwiększeniu poboru prądu) napięcie to samo opada i nawet bez rezystora mierząc wynosi ono coś koło 3.3V albo mniej na samej diodzie. Co więcej, prądy wydają się podejrzenia małe, bo zamiast docelowych 350mA to są typu 150-200mA nawet jak podłączam diodę bezpośrednio do mojego ogniwa bez żadnego rezystora...

Gdzie tkwi błąd, czy może ja coś źle rozumuję, źle mierzę (podpinam sobie sondy do wejścia 10A DC i COM na multimetrze, na skali ustawiam 10A i wtedy czytam rezultat)? Tylko, że jak źle mierzę, to czemu jest taka różnica w jasności zwykłej diody pobierającej bardzo nieduży prąd już przy pobieraniu z ogniwa ledwie 200mA?

Z góry bardzo dziękuję za odpowiedzi.

Jest to sytuacja normalna przy liniowym zasilaniu diody, dioda przygasa ponieważ zmniejszyło jej się natężenie prądu przepływające przez nią, a to jest spowodowane zmniejszeniem napięcia zasilania. Diody zasil poprzez driver, bądź zwiększ stabilność zasilania (więcej ogniw równolegle ew. szeregowo/ przetwornica DC-DC step up).
Nawet najlepsze ogniwo/akumulator, zasilacz będzie miało spadek napięcia wynikające z obciążenia. Tak musisz zaprojektować układ, aby na to był odporny.

Dioda poniżej 3,4V nie będzie świeciła, a ogniwo możesz rozładować się do 2,5V, tak więc nigdy nie wykorzystasz całej pojemności ogniwa.

Napięcie 3,7V możesz przyjąć za prawidłowe.

Dzięki za odpowiedzi, miałbym w takim razie jeszcze kilka pytań, bo cała ta sytuacja jest dla mnie niestety nie do końca zrozumiała. No i w moim zastosowaniu wszystko muszę zmieścić w bardzo małej przestrzeni, więc zmieszczę tylko jedno ogniwo 18650.

Czy gdybym użył np. takiego sterownika dla każdej diody LED: NUD4001

Jest to układzik taki:


który, jak dobrze zrozumiałem, na pinach Iout podaje natężenie prądu określone wartością rezystora między Rext, a Vin. Chciałbym skorzystać z PWM, więc znalazłęm w datasheecie taki schemat:


który nawet jest dla mnie dość zrozumiały. LED+ podłączam sobie do Iout, LED- do GND i tranzystorem MOSFET-N steruję samym układem.

Teraz tak, skoro steruję prądem, to jak rozumiem napięcie diody "samo" się dostosuje? Zasilane będzie ogniwem Li-ion, w zakresie napięć powiedzmy 4.2V do 3.9V. W datasheecie jest wzór do obliczenia wydzielanej na urządzeniu mocy:

Więc tak, podstawiam sobie za Vin moje wartości dla obu przypadków. Vsense podane dla 25C wynosi 0.7V, natomiast dioda ma w datasheecie podane napięcie przewodzenia dla 350mA Typical 3.3V (max 3.9V):
Vdrop = 4.2V - 0.7V - 3.3V = 0.2V
Vdrop = 3.9V - 0.7V - 3.3V = -0.1V

Potem przemnożyć to razy Iout i wychodzi niewiele.

Czyli w pierwszym przypadku wychodzi dobrze, w drugim już gorzej. Czy w takim wypadku po prostu spadnie to natężenie prądu? We wzorze jest zależne tylko od Vsense (zależne od temperatury) i rezystora między Rext a Vin? Przy okazji, gdy będzie wzrastać temperatura układu, to Vsense będzie się zmniejszać, czyli w obu przypadkach moje Vdrop będzie się zwiększać, jak rozumiem jeżeli obie wartości są dodatnie to jest "dobrze"?

I czy w takim wypadku podłączenie układu jak na zdjęciu powyżej nie spowoduje takiego spadku napięcia na ogniwie? Przecież ten prąd przekazywany przez sterownik diody musi być skądś pobrany, a jak będzie pobrany z ogniwa, to czy nie wyjdzie na to samo?

Z góry dziękuję za odpowiedzi, bardzo to doceniam.

PWM czujesz prawidłowo. To jest źródło prądowe, a nie napięciowe. Układ "sam" dba o diody Power LED. Schematy masz w nocie katalogowej, również sposób policzenia prądu.

Przyzwoity akumulator o tej pojemności i napięciu powinien mieć oporność wewnętrzną około 0.04Ω, według twoich pomiarów ma ponad 30 razy większą. Nie wiem: jakiś wadliwy akumulator, opornik pomiaru prądu w układzie zabezpieczenia + tranzystor szeregowy (a może tam jest po prostu bezpiecznik polimerowy?), czy oporność styków i połączeń (też bywa duża)?

Przy napięciu około 3.5V akumulator Li-ion ma już niewiele ładunku i napięcie 2.5V należy traktować jako ograniczenie ze względu na powodowanie uszkodzenia, a nie praktyczny koniec rozładowania - należy kończyć przy napięciu około 3.5V (zmierzonym bez obciążenia). W pełni naładowany Li-ion powinien mieć 4.05V, jeśli ładuje się do 4.10V (4.15 jeśli do 4.20).

_jta_ napisał:

Przyzwoity akumulator o tej pojemności i napięciu powinien mieć oporność wewnętrzną około 0.04Ω, według twoich pomiarów ma ponad 30 razy większą. Nie wiem: jakiś wadliwy akumulator, opornik pomiaru prądu w układzie zabezpieczenia + tranzystor szeregowy (a może tam jest po prostu bezpiecznik polimerowy?), czy oporność styków i połączeń (też bywa duża)?

Przy napięciu około 3.5V akumulator Li-ion ma już niewiele ładunku i napięcie 2.5V należy traktować jako ograniczenie ze względu na powodowanie uszkodzenia, a nie praktyczny koniec rozładowania - należy kończyć przy napięciu około 3.5V (zmierzonym bez obciążenia). W pełni naładowany Li-ion powinien mieć 4.05V, jeśli ładuje się do 4.10V (4.15 jeśli do 4.20).

Jeden multimetr pokazuje mi 4.11V teraz (odrobinkę rozładowałem już), a inny równo 4 (przy czym oba to raczej tańsze z tańszych, ale ten drugi to już coś koło 10zł sztuka). Więc załóżmy, że ładuje się poprawnie do 4.15V.

Czy dobrze rozumiem, że przy takim akumulatorze przy poborze prądu 2A powinienem zaobserwować spadek napięcia o 2A * 0.04ohm, czyli 0.08V?

Zrobiłem szybki eksperyment:
Pomiar napięcia na ogniwie bez obciążenia - 4.11V
Pomiar napięcia na ogniwie z obciążeniem w postaci opornika 1ohm 5W - 2.74V przy przepływie prądu 1.3A.

Pomiar napięcia poprzezprzyłożenie sond mojego multimetru do biegunów ogniwa, pomiar natężenia poprzez wpięcie miernika szeregowo z rezystorem w obwód.

EDIT: Naładowałem do pełna, miernik pokazuje 4.14V bez obciążenia.
Znalazłem też drugie takie samo ogniwo, naładuję je i zobaczę, czy efekt taki sam.

EDIT2: Ehh, ta elektronika mnie dobija, czarna magia. Teraz podpiąłem sobie jeszcze dwie diody power led po chamsku bez żadnego rezystora. Sprawdziłem napięcie na ogniwie bez nich - ok 4.05V, z nimi około 4V. A teraz bez nich natężenie prądu pokazuje mi 0.2A, a z zaświeconymi dwoma diodami jednocześnie maks 0.3A... I bądź tu mądry człowieku. Diody się trochę grzeją, świecą dość mocno i jakim cudem, jeżeli one pobierają tylko 100mA... Natężenie badam wpinając szeregowo mój multimetr zaraz przy ogniwie i dopiero to wchodzi potem do układu. W multimetrze używam wyjścia 10A, na skali ustawiam 10 i otrzymuję wynik 0.30, czyli jak rozumiem to jest w amperach? Bo zmiana skali na 200m powoduje tylko przełożenie przecinka.

A czy świecą i grzeją się tak samo z miernikiem i bez? Miernik ma jakiś opór, jego przewody też (takie tanie kilkanaście razy większy, niż akumulator).

Tak, na zakresie 10A natężenie prądu jest w A - tanie mierniki nie pokazują jednostki, na to potrzeba bardziej złożonego wyświetlacza, przełącznika...

Dzięki. Cóż, zamówiłem sobie te scalaczki, wydają się być w podłączeniu bardzo proste i nawet nie muszę modyfikować układu, bo już mam wyprowadzone wyjścia bezpośrednio z tranzystorów, więc zamiast podawać ten przebieg PWM na diodę, to mogę na sterownik.

Także dzięki wielkie za odpowiedzi wszystkim, następna fala pytań zapewne pojawi się jak dojdą już sterowniki, no chyba, że zadziałają od razu

Jak Koledzy znają jakieś przystępne (słowo klucz) książki typu "Elektronika dla początkujących", to chętnie bym sobie sprawił jakiś tytuł i spróbował doszkolić, bo mam wrażenie, że niektóre podstawowe rzeczy mi umykają. Tak to jest, niby się uczy praw Ohma, Kirchoffa itd, a potem w praktyce każde spotkanie z elektroniką to bolesne przeżycie. A czasem trzeba.

Pytanie, czy nie będzie problemów z niskim napięciem zasilania, bo tam podają Voltage Overhead 1.4 V (strona 2 na dole).

Rzeczywiście, to mi umknęło... W moim przypadku w takim wypadku braknie tego, bo jedynie dla koloru czerwonego z niższym napięciem przewodzenia diody ten warunek byłby spełniony. Ale chyba mogę przetwornicę jakąś DC DC step up do 5V zatrudnić, malutka jest na szczęście, więc zmieszczę. Co prawda wprowadza to kolejne straty, ale chyba na samej przetwornicy 4V->5V sprawność powinna być dość wysoka?

Popatrz na inne układy, np. taki:

http://www.vishay.com/docs/73861/sip12506.pdf

Zawsze mniej strat i elementów na płytce.

Wygląda fajnie, z tym, że nigdzie nie mogę znaleźć tego do kupienia, pzoa tym nie wiem, czy on będzie w stanie zasilić mi diodę kolorową natężeniem 350mA. Wykres wydajności dla mojego napięcia urywa się na 200mA, a dalsze wykresy przedstawiają statystyki dla połączonych szeregowo kilku zwykłych, białych diod led.

Mogę zapytać, gdzie Kolega znalazł ten układzik? Przeglądałem ofertę Farnell, ale nie znalazłem tam nic ponad scalaka, który już jest zamówiony, tego nud4001 i ncp3065, ale tego datasheeta rozumiem znacznie mniej niestety.

EDIT: Dodam jeszcze, że docelowo będę musiał zastosować 4 takie sterowniki, bo muszę zasilić 4 diody, przy czym jednocześnie maksymalnie 2

Jeśli chodzi o stabilizację prądu LED-a, to najprościej jest użyć tranzystora, któremu dasz określony prąd bazy, i któremu do kolektora podłączysz LED-a. Prąd tranzystora mało zależy od napięcia. Do prądu 350mA jakiś BC337 (NPN), czy BC327 (PNP) będzie raczej trochę za słaby, wypada użyć BC635 (NPN), albo BC636 (PNP), albo BD135 (NPN), albo BD136 (PNP).

Metoda dokładniejsza: w emiterze tranzystora umieszczasz opornik o takiej wartości, żeby mieć na nim ze 100mV, to napięcie porównujesz z wzorcowym przy użyciu wzmacniacza operacyjnego (może LM324, poczwórny, akurat na 4 LED-y) i z tego wzmacniacza sterujesz bazę tranzystora (NPN, czyli np. BD135, albo BC635). Tu sprzężenie zwrotne stabilizuje prąd.

To, ile z napięcia baterii będziesz tracił na układzie stabilizacji, będzie zależeć od tego, jaki się trafi tranzystor, dla typowego BC635 powinno to być około 0.3V, więc jeśli LED potrzebuje 3.4V, to potrzebne będzie napięcie zasilania nie mniej, niż 3.7V - przy mniejszym prąd LED-a zmaleje.

_jta_ napisał:

Metoda dokładniejsza: w emiterze tranzystora umieszczasz opornik o takiej wartości, żeby mieć na nim ze 100mV, to napięcie porównujesz z wzorcowym przy użyciu wzmacniacza operacyjnego (może LM324, poczwórny, akurat na 4 LED-y) i z tego wzmacniacza sterujesz bazę tranzystora (NPN, czyli np. BD135, albo BC635). Tu sprzężenie zwrotne stabilizuje prąd.

Rozumiem, jak to działa ideowo, ale realizacja już niestety przekracza moje rozumowanie (przynajmniej na razie). Na pewno muszę zacząć od czegoś prostszego, może niekoniecznie dokładnego, ale żeby dało efekty inne, niż podłączenie bezpośrednie do ogniwa.

_jta_ napisał:

Jeśli chodzi o stabilizację prądu LED-a, to najprościej jest użyć tranzystora, któremu dasz określony prąd bazy, i któremu do kolektora podłączysz LED-a. Prąd tranzystora mało zależy od napięcia. Do prądu 350mA jakiś BC337 (NPN), czy BC327 (PNP) będzie raczej trochę za słaby, wypada użyć BC635 (NPN), albo BC636 (PNP), albo BD135 (NPN), albo BD136 (PNP).

Rozumiem, ale w jaki sposób podać określony prąd bazy na ten tranzystor? I jeszcze wtedy jak tym sterować? Teraz mam PWM podany na zwykłego n mosfeta logic level.

I czym się różni takie rozwiązanie od zastosowania przetwornicy 5V i tych dedykowanych scalaków, które powinny mi dać określony prąd? Rozumiem, że najmniej komponentów byłyby same tranzystory bipolarne, niewiele więcej z tym wzmacniaczem operacyjnym (i jak rozumiem to lepsze rozwiązanie), a najwięcej z tymi dedykowanymi scalakami (scalak + mosfet do każdej diody), ale też to zmieszczę, mam tyle miejsca na płytce. Koszt też oczywiście ma znaczenie, najchętniej bym z tymi bipolarnymi spróbował, tylko, jak napisałem, nie wiem jak sterować nimi za pomocą mikrokontrolera.

EDIT:
Czy może chodzi o taki układ (nie mój, znaleziony w internecie)?

Najprostsze, to tranzystor bipolarny i opornik podłączony między bazę i zasilanie - np. NPN, emiter do '-', kolektor przez LED-a do '+', baza przez opornik do '+' (a PNP odwrotnie). Ten opornik trzeba dobrać do napięcia baterii i wzmocnienia tranzystora tak, by przy maksymalnym napięciu baterii nie przegrzać LED-a.

Taki układ, jak narysowałeś, działa na takiej zasadzie, że tranzystor Q1 pilnuje, żeby na oporniku R3 było napięcie równe jego napięciu baza-emiter (około 0.66V) - czyli dla LED-ów 350mA należy użyć R3=1.89Ω (albo 2Ω, wtedy wyjdzie 330mA; inne układy stabilizujące prąd zwykle działają na takiej samej zasadzie).

On po pierwsze wymaga MOSFET-a, któremu wystarczy bardzo małe napięcie bramki - ciężko będzie taki znaleźć, po drugie tracisz na nim około 0.7V. Jeśli już coś w tym stylu, to można spróbować użyć LM334 zamiast tranzystora NPN, a tranzystora NPN zamiast MOSFET-a, opornik R1 można połączyć z '+'; wadą będzie prąd LED-a tym większy, im LM334 jest cieplejszy, zaletą spadek napięcia około 0.06V (60mV) + napięcie nasycenia tranzystora NPN (bywa około 150mV, np. dla BC635.

LM334 zwykle jest używany jako źródło prądowe: podłącza się opornik między R i V-; prąd jest około (227uV/°K)*T/R, gdzie T to temperatura w °K, R to opór tego opornika; ale można podłączyć pin R do opornika w twoim układzie i wynik będzie taki, jak z tranzystorem o napięciu baza-emiter około 60mV (zwykły krzemowy ma 0.66V).

To, co narysowałeś (i też to, co można zrobić z LM334) jest układem ze sprzężeniem zwrotnym stabilizującym prąd. Z tym, że maksymalny prąd LM334 to 10mA, więc prąd opornika R1 nie powinien być większy; poza tym wzorzec napięcia rośnie z temperaturą (więc i prąd LED-a), a LM334 kosztuje ze 3zł, więc sporo.

Jeśli spadek napięcia na oporniku ma być mały, to niestety trzeba mieć jakiś "czujnik" tego napięcia, któremu wystarczy takie małe napięcie - tranzystor krzemowy potrzebuje za dużo, może być LM334, wzmacniacz operacyjny (1/4 LM324), albo komparator (1/4 LM339) - te dwa ostatnie potrzebują jeszcze wzorca napięcia.

W roli wzorca napięcia może być dzielnik na opornikach, który przy normalnym napięciu z baterii da ze 100mV, nieco lepiej jakiś tani LED zasilany przez opornik, i z niego dzielnik z oporników, na wyspecjalizowany scalak chyba nie ma co się porywać (choć np. TL431 jest w miarę tani).

chkdskk napisał:

lupin22
1. Zapoznaj się z charakterystyką wyładowania ogniwa w załączniku.

2. LED-y zasila się źródłami prądowymi tylko i wyłącznie.

1. Chodzi jak rozumiem o to?


To, co jestem w stanie z tego wyczytać, że dla akceptowalnych dla mnie zakresów napięcia 4.2V - 3.7V jestem w stanie wykorzystać tylko połowę pojemności ogniwa. W przybliżeniu, ale będę pobierał prąd max 1A, więc myślę, że w tym przypadku bliżej jest do niebieskiej linii, w większości zastosowań pobór 500mA będzie bardziej adekwatny do mojego urządzenia z zaświeconą tylko jedną diodą.

W takim razie czy dobrze rozumiem, że zastosowanie przetwornicy pozwoli mi na utrzymanie stałego napięcia 5V niezależnie od poziomu wyładowania ogniwa, w efekcie pozwalając mi wykorzystać całą (albo prawie) pojemność? Czy w takim wypadku gdybym przyjął, że napięcie zawsze wynosi 5V, to mógłbym do każdej diody dobrać pojedynczy rezystor (akceptując straty na nim) i w ten sposób utrzymywać stałe natężenie prądu (bez przejmowania się, że napięcie ogniwa zasilającego spada)?

2. Czy układ, który opisałem w pierwszej części posta (ogniwo + przetwornica 5V) byłby źródłem prądowym w takim razie? Skoro napięcie byłoby utrzymywane na stałym poziomie (co jak rozumiem jest odpowiednikiem źródła bez rezystancji wewnętrznej - czyli wg. wikipedii źródła prądowego), to prąd zależałby tylko od oporu rezystora.

Jeśli prawię tu herezje to byłbym bardzo wdzięczny za wytłumaczenie jak dziecku, dlaczego.

_jta_ napisał:

(...)

Spróbuję zrozumieć, co napisałeś, w międzyczasie tylko dodam, że jak mnie elementy na zorganizowanie tego będą kosztowały mniej, niż 10-15zł w sumie, to jest to jak najbardziej akceptowalne dla mnie.

Przetwornica na ogół są źródłem napięciowym (dają na wyjściu określone napięcie, które mało zależy od prądu - idealne źródło prądowe daje określony prąd, który nie zależy od oporności obciążenia, idealne źródło napięciowe - określone napięcie, które nie zależy od prądu, jaki pobiera z niego obciążenie).

Był na forum temat o układzie "Joule Thief" (czyli "złodziej dżuli" - chodzi o jednostkę energii) - to była prosta przetwornica do zasilania LED-a z baterii 1.5V, nawet już dość mocno rozładowanej. I tam się pojawił, oprócz tego prostego układu, bardziej zaawansowany, który stabilizował prąd LED-ów (czyli był źródłem prądowym). Może spróbuj go znaleźć?

@U.P., dzięki.

@_jta_


Czy chodzi o taki układ, jeśliby zamienić npn na lm334, a mosfet na npn? A jak wtedy zatrudnić do tego PWM? Jeszcze dodatkowy mosfet, przez którego przejdzie zasilanie całego tego układziku?

EDIT: Zaraz poszukam tamtego układziku, może uda się znaleźć.

Tak, coś takiego. W nocie katalogowej sugerują jeszcze dodanie układu opornik+kondensator, np. między bazą i emiterem Q1 (zobacz LM134, str. 8, 9, 10).

Jak chcesz w tym układzie kluczować włączanie LED-a, to chyba tranzystorem NPN tam, gdzie masz R2 (emiter do LM334 V+, kolektor do bazy Q1, na bazę podajesz sygnał sterujący, 2.0V na pewno wystarczy do włączenia, poniżej 0.8V na pewno będzie wyłączony.

Zwróć jeszcze uwagę na wartość R1: 32Ω jest dobre do LED-a 20mA, a jak masz LED-a 350mA, to opornik powinien być np. 2Ω.

Obawiam się jeszcze o sytuację, kiedy napięcie zasilania będzie niższe, prąd LED-a będzie za mały i LM334 będzie "starał się" dać większy prąd, żeby spowodować zwiększenie prądu LED-a - że wtedy przekroczy dopuszczalny prąd. Może opornik 100Ω w emiterze tego NPN-a?

Ale ten układ zwiększa prąd przy wzroście temperatury, a do 4 LED-ów wyjdzie dość drogo - więc lepiej pokombinować ze wzmaczniaczem operacyjnym, albo komparatorem.

Wyjdzie mnie mniej więcej tyle samo, ile zastosowanie przetwornicy step up 5V i 4x nud4001, a miejsca zajmie nawet więcej (nie licząc przetwornicy, ale ta może być osobno, przyklejona wręcz do mojego ogniwa, myślę konkretnie o czymś takim - mt3608 - jest mała i dostępna w cenie groszowej na aliexpresie). Ogólnie od tego zacznę, bo części są już w drodze i może lepiej zrozumiem samo działanie układu, jak sobie pomierzę napięcia i natężenia w różnych miejscach. A w międzyczasie spróbuję się dowiedzieć więcej o tych wzmacniaczach i komparatorach, może coś załapię

Dzięki wielkie jeszcze raz za odpowiedzi.

Jeszcze bym prosił tylko o potwierdzenie (lub zaprzeczenie), że mając przetwornicę step up będę mógł wycisnąć z baterii więcej, niż gdybym i tak musiał ładować ją przy spadku napięcia do 3.5V, czyli w około połowie pojemności, a nie np. do 3V, czyli już dobre 80%+ pojemności, bo nie wiem, czy dobrze to rozumiem.

Mam wrażenie, że bez przetwornicy wykorzystasz 60% energii, jaką byś pobrał z akumulatora używając przetwornicy - pytanie, jaki % wykorzystasz. Jeśli przetwornica daje 5V, a LED potrzebuje 3.4V, to LED wykorzystuje 68% energii, jaka jest na wyjściu przetwornicy - a ile % energii jest tracone w przetwornicy?

Z przetwornicą rozładujesz ogniwo Li-ion do 3.0V (dalej już całkiem nie ma sensu), zamiast do 3.5V - gdyby to było ogniwo jednorazowe, to nie byłoby sprawy, ale akumulator rozładowywany do 3.0V "pożyje" znacznie krócej, niż rozładowywany do 3.5V - może to ma dla ciebie jakieś znaczenie, może nie.

Dlatego właśnie wskazane jest użycie dedykowanego układu, który zakończy pobieranie prądu w momencie zejścia napięcia do dolnej granicy przyjętej za bezpieczną dla ogniwa Li-Ion.

Ogniwa, których używam, mają zabezpieczenie. Z tego, co widzę, minimalne napięcie rozładowania to 2.5V, czyli układzik PCB jak rozumiem na tyle jest ustawiony. W datasheecie ogniwa podane jest, że przy rozładowywaniu do 2.5V po 500 cyklach pojemność spadnie do około 2250mAh:

Niestety jak widać nie ma wykresów dla innego napięcia odcięcia.

Ze względu na to, że samo ogniwo kosztuje 24zł, a to KeepPower, które posiadam aż 48, pomyślałem, że równie dobrze mogę kupić osobno układzik zabezpieczający, w sumie wyjdzie koło 30zł. Ale tak, czy siak, wszystkie zabezpieczenia, które znalazlem, włączają się przy 2.5V, więc myślałem, że to jest jeszcze bezpieczne napięcie. Szkoda, że nie ma wykresu właśnie dla np. 3V. W każdym razie, jeżeli ogniwo wytrzyma 500 pełnych rozładowań, powiedzmy 2500mAh średnio, prąd pobierany powiedzmy 600mA *2 (jako straty), to wyjdzie z tego 1000h użytkowania, także całkiem nieźle. W każdym razie na pewno się muszę zagłębić w ten temat, chociaż na razie jestem najbardziej ciekawy, jaka będzie różnica w jasności diody po podłączeniu jej do tego dedykowanego sterownika, niezależnie na razie od strat.

Trochę się doszkoliłem w temacie i trochę lepiej już rozumiem, o czym tutaj do mnie pisaliście. Przejrzałem w internecie kilka schematów źródeł prądowych z LM324 i na szybko skleiłem coś takiego:



Czyli tak:

- dzielnik napięcia wykorzystuje obecny i tak stabilizator liniowy (Cała moja logika działa na 3.3V, jest to stabilizator z minimalnym spadkiem napięcia 0.33V, więc akurat. Zresztą w zasadzie nawet jakby napięcie spadło do około 3V wraz z rozładowaniem się ogniwa do 3.33V, to dla procka to nie będzie problem), żeby uzyskać napięcie 100mV.
- dalej jest wzmacniacz, który porównuje to wzorcowe napięcie 100mV z tym na oporniku R1, którego wartość jest dobrana tak, żeby uzyskać ~350mA (R = U/I, 0.1/0.35 = 0.29, dla opornika 0.27Ohm wychodzi prąd 370mA, więc ujdzie).
- rezystor R4 dodałem po przeczytaniu, że bez niego z pokemnością bramki tranzystora może powstać generator

Teraz mam oczywiście jeszcze kilka pytań:
1. Czy ten schemat jest poprawny?
2. Jak dobrać odpowiedni tranzystor? Gdzie w datasheecie szukać wartości jaki jest spadek napięcia na takim tranzystorze (to 0.3V dla BC635)? Widziałem w różnych przykładach mosfeta i bipolarnego, jaka jest różnica w takim zastosowaniu?
3. Jak to jest z mocą wydzielaną na tranzystorze? Dla mosfeta liczę sobie Rds(on) * Ic^2 i wychodzi bardzo mało. Natomiast dla NPN wyczytałem, że to już jest Vce*Ic, skąd mam wziąć tą wartość Vce?
4. W którym miejscu mogę dołożyć mosfeta sterowanego PWMem z mojego mikrokontrolera, żeby kontrolować jasność diody w ten sposób?
5. Czy taki układzik sam z siebie zużywa energię? Mój układ nie jest fizycznie odcinany od zasilania, jest non stop podłączony do ogniwa, tylko po prostu cała logika jest usypiana, gdy nie jest używany.

No, pytań w głowie kłębiących się to nie koniec, ale nie chcę przesadzić i wystraszyć tutaj wszystkie pomocne osoby dlatego na razie tyle. Dzięki za dotychczasowe porady i cierpliwość!

EDIT:
A, dodam jeszcze, że z tym ogniwem chyba wszystko jest w porządku, podpiąłem dwie diody jednocześnie, świecą, grzeją się (może nie tak, jak powinny, ale jednak), a napięcie na ogniwie spada o kilkadziesiąt miliwoltów. Zostawiam to teraz włączone na dłużej, żeby sprawdzić, jak szybko się rozładuje. Natomiast jak próbuję tym samym miernikiem mierzyć płynący prąd, to nie dość, że wychodzi podejrzanie mało, bo jedynie około 300mA, to jeszcze do tego w głośniku, który odtwarza dźwięk jako część projektu, słyszę głośne tętnienia i trzaski (zgaduję, że wprowadzane przez mój multimetr i wzmacniane przez wzmacniacz audio).

Dokładnie coś takiego. Tranzystor jest pożądany o niskim napięciu kolektor-emiter w stanie włączenia - to z grubsza pokrywa się z napięciem nasycenia, ale z zastrzeżeniem, że przy prądzie bazy najwyżej 20mA (a prądzie kolektora 350mA) - zwykle napięcie nasycenia podają przy I_C/I_B=10. Trzeba by sprawdzić to dla kilku tranzystorów - pewnie BC635 wypadnie lepiej od BC337, ciekawe jak BD135, według noty katalogowej Fairchild powinien typowo mieć spadek napięcia 150mV, to chyba odrobinę lepiej od BC635. Pewnie tranzystory o większej mocy (a właściwie dostosowane do większego prądu) będą miały odrobinę mniejszy minimalny spadek napięcia.

Co do mocy, jaka się wydziela w tranzystorze, to ona zależy od napięcia baterii - odejmij od niego napięcie LED-a i spadek napięcia na oporniku, resztę dostanie tranzystor, pomnóż to przez prąd... Pewnie napięcie na tranzystorze będzie do 0.7V, prąd ma być 350mA, wychodzi moc 250mW.

Lepiej nie włączać LED-ów na długo, jeśli nie masz pewności, że nie nagrzeją się nadmiernie - zbyt wysoka temperatura powoduje degradację materiału, co trwale zmniejsza jasność.

No właśnie, czytanie tych datasheetów tylko przyprawia mnie o ból głowy...

Dlaczego oni podają statystyki dla wzmocnienia 10, a sam minimalny współczynnik wzmocnienia hFE jest podany 40+:
Patrzę konkretnie na model BC868 NXP (w dość niedużej obudowie SOT89 ma moc 1W, a dla czerwonej diody z napięciem przewodzenia 2.4V mogę potrzebować coś w okolicach 0.5W):

Potem na wykres - no i właśnie jest informacja, że to dla wzmocnienia 10. Nie ma innych wykresów pokazujących Vce(sat). Jeśli dobrze czytam:

to mi wychodzi ledwie 40mV dla 300mA, czyli bardzo niewiele, tylko prąd bramki wynosiłby wtedy 30mA.

W jaki sposób określić wartość Vce(sat) dla mojego prądu 350mA, jak nie wiem nawet, jakie będzie wzmocnienie (bo jest podany dość szeroki zakres nie obejmujący wzmocnienia 10 jak z wykresu)?

Czy jak dla Ic=500mA podane jest hFE 85 do 375 to oznacza, że mój prąd bazy Ib będzie wynosił w przybliżeniu od 4mA do 0.9mA (dla Ic = 350mA)? Jak wtedy zwykle zmienia się wartość Vce(sat)?

I czy muszę się martwić takimi parametrami tranzystora jak wzmocnienie właśnie? Czy to się będzie ustawiać "samo" przez układ LM324 za pomocą sprzężenia zwrotnego i nie muszę się tym przejmować?

Link do datasheeta, ale wiele więcej w nim informacji nie ma...

A co do diody i chłodzenia to tutaj nie ma co się martwić, jest podpięta do całkiem sporego radiatora aluminiowego, poza tym ten pomiar prądu chyba jest prawidłowy, one pobierają go po prostu tak mało. Świeci się już ponad 5h, nie widać na razie, żeby szczególnie światło osłabło, a w tym czasie napięcie na ogniwie spadło mi z 4.05V do 3.62V. Także wykorzystałem dopiero nieco ponad połowę pojemności.

Spadek napięcia kolektor-emiter zależy od prądów kolektora i bazy - jeśli prąd bazy jest mniejszy, niż I_C/10, to ten spadek napięcia zwykle jest większy. Przypuszczam, że w zakresie nasycenia (I_B od nieco ponad I_C/h_FE do I_C/10) zależność napięcia od prądu bazy będzie zbliżona do U_CE=U_CEsat(I_B=I_C/10)+0.26mV*ln((h_FE-10)/(h_FE-I_C/I_B)); jeśli I_B maleje do I_C/h_FE, to U_CE według tego wzoru rośnie do nieskończoności - w tym rejonie wzór przestaje być poprawny.

Przy niższym spadku napięcia kolektor-emiter wystarczy niższe napięcie baterii, żeby dało się zapewnić np. 3.4V na LED-zie. Choć może nie warto kupować drogiego tranzystora, żeby zyskać np. 50mV.

Nota katalogowa National Semiconductor LM124/224/324 zapewnia, że on da prąd wyjściowy co najmniej 20mA (a typowy ma być 40mA); jeśli prąd bazy ze 20mA wystarczy, to OK. I tak przez większość czasu tranzystor powinien działać ze znacznie mniejszym prądem bazy, dopiero kiedy będzie potrzebny bardzo mały spadek napięcia na tranzystorze, prąd bazy zacznie rosnąć.

Niestety prąd bazy płynie przez opornik pomiarowy, a sprzężenie zwrotne utrzymuje stały prąd opornika, nie LED-a - prąd LED-a maleje o przyrost prądu bazy.