Luz de acento LED que se atenúa lentamente cuando se retira de la fuente de alimentación

Todos hemos jugado con diferentes transformadores y fuentes de alimentación que tienen un indicador LED que se atenúa antes de apagarse por completo cuando la fuente de alimentación está desconectada.

Estoy trabajando en el diseño de una luz de acento que involucre una fuente de luz de cristal translúcida (probablemente hecha de resina o vidrio si puedo encontrar un proveedor barato) que contenga LED y ciertos componentes electrónicos, y una base que suministre corriente eléctrica. Para los jugadores, puede parecer algo así como una piedra Welkynd. Mi pregunta es ¿cuál es la forma más simple de hacer que los LED se atenúen lentamente (por ejemplo, más de 2 a 10 segundos) cuando se retira el cristal de la base? Similar al transformador desenchufado, pero con una atenuación intencional y controlada.

Acabo de comprar algunos LED y planeo construir un sistema de prueba durante el próximo mes o dos. Estos LED se encuentran en una tira de 5 metros dividida en 3 series de LED que funcionan en paralelo y tienen una capacidad nominal de 12v. No sé la clasificación de amplificador de los LED, pero supongo que en el rango de 20ma (lo que he leído es promedio para el blanco brillante). Probablemente usaré 4 series con un total de 12 LED en la compilación de prueba. Enlace de tira de LED

Si tengo el transformador de alimentación de CA integrado en la base, supuse que podría usar varios condensadores en paralelo con una resistencia para almacenar electricidad y descargarla lentamente en los LED. Pero soy un entusiasta autodidacta, así que honestamente no sé si esto realmente funcionaría. Tampoco sé el número y las clasificaciones de condensadores y resistencias que necesitaría.

Si tengo el transformador integrado en el cristal, el transformador y el rectificador retendrían una pequeña cantidad de electricidad, pero no creo que sea casi suficiente para proporcionar el efecto que estoy buscando, por lo que otra cosa tendría que ser añadido para que dure varios segundos.

Una batería nicad con electrónica de control es, literalmente, mi último recurso para lograr este efecto, y probablemente renunciaré a la idea antes de comenzar a programar mi propia placa de circuito.

Esa es mi pregunta principal. Si alguien quiere reflexionar sobre cómo conectar el cristal a la base, estoy abierto a sugerencias. Mi plan original era simplemente tener una conexión directa de cobre a cobre con la base. Pero recientemente he estado considerando un sistema de carga EM (similar a un powermat o estas linternas inalámbricas recargables que tiene mi papá). La preocupación con la conexión inalámbrica es proporcionar energía constante a los LED, aunque es más seguro. También he aprendido bastante sobre la construcción de la fuente de alimentación mediante la lectura de este sitio de SE, pero si alguien tiene alguna sugerencia para eso, también estoy enterado. Para la construcción de prueba, probablemente lo conecte a una fuente de alimentación de computadora o una fuente de alimentación de computadora portátil si puedo encontrar una de 12v en Goodwill o en la tienda local de piezas de electrónica.

Si logro que el modelo de prueba funcione, planeo construir posiblemente una docena de estos para la iluminación de acento alrededor de mi casa.

La pregunta despertó mi interés lo suficiente como para organizar un experimento. Cambié los parámetros de la pregunta en un aspecto clave: en lugar de una tira de LED con varios LED en serie, conecté 3 LED azules (V _f = ~ 2.8 voltios cada uno) en paralelo , con una sola resistencia de 100 Ohm para limitar la corriente a todos 3, a un "Supercapa de placa base" tipo moneda de 0.047 Farad, 5.5 Voltios.

Lo sé, compartir una resistencia es una práctica realmente mala, así que solo usa resistencias separadas para tu propio experimento.

El supercap se cargó de un par de celdas alcalinas AA (~ 3.12 voltios a través del condensador después de 3 minutos), luego se retiraron los cables de la batería.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si bien el efecto de atenuación fue un resultado esperado, los resultados fueron sorprendentes: los LED permanecieron encendidos con una intensidad decreciente durante más de un minuto después de desconectar la batería. Aquí está el video que tomé del experimento.

La razón por la que los LED permanecieron encendidos durante mucho más tiempo de lo esperado es que un LED típico continúa iluminado hasta muy por debajo del 5% de su corriente nominal: en el caso de los LED que utilicé, alrededor de la marca de 1 minuto eran bastante visibles , si es tenue, con solo 1 mA dividido entre los tres.

Los LED finalmente se atenuaron a la nada después de unos 15 minutos.

Conclusiones :

• Se preferiría una capacidad mucho más pequeña que el supercondensador Farad 0.047 utilizado aquí para el propósito previsto.
• Si se debe usar una tira de LED de 12 voltios y 20 mA, en lugar de LED en paralelo, entonces funcionaría un conjunto de 3 de estos supercaps de monedas en serie: la capacitancia resultante de alrededor de 0.0157 Farad proporcionará una duración de atenuación más cercana al objetivo del OP de 2 a 10 segundos, en lugar de la insoportablemente larga atenuación de 1 minuto observada en el video.
• La razón por la que algunos cálculos de capacitancia publicados anteriormente, incluido mi propio comentario de 0.5 Farad, estaban muy lejos de la marca, es porque no se tuvo en cuenta la reducción del flujo de corriente debido a la descarga, es decir, el mismo efecto de atenuación.
• Para cualquier comentario que pueda surgir sobre la ESR "inaceptablemente alta" de estos supercaps de placa base, está claro que la teoría debe ser respaldada por la experimentación práctica, como se hizo para esta respuesta.

El supercondensador que utilicé se vende por menos de $ 2 por par , incluido el envío internacional, en eBay:

No del todo las decenas o cientos de dólares que yo y otros habíamos mencionado anteriormente.

Agregado gracias a la discusión con @DavidKessener :

• Si se utilizan múltiples supercaps en serie y se cargan a un voltaje más alto para la cadena, que el voltaje nominal del condensador individual, se requieren resistores de polarización para prolongar la vida útil de los condensadores. Sin estos, los condensadores se cargarán de manera desigual y eventualmente morirán más rápido.
• En base a esta nota de aplicación de Maxwell , y tomando una corriente de fuga por capacitor de 10 uA ( la corriente de fuga real de estas tapas en particular es mucho más baja, incluso más segura ), obtenemos un valor de 55 kOhm para que pasen las resistencias de polarización 10 x 10 = 100 uA, así que agregue 3 nuevos Resistencias de 56k como se muestra a continuación, para usar un suministro de 12 voltios y una tira de LED de 12 voltios

^{simular este circuito}

El TL494 generalmente se usa en fuentes de alimentación como mecanismo de control para un conmutador buck o boost, pero también se puede usar fácilmente para el control PWM de un LED ya que cada uno de sus transistores de salida puede hundir 200mA.

Eche un vistazo al informe de aplicación de TI SLVA001E, "Diseño de reguladores de voltaje de conmutación con el TL494 (Rev. E)", para ver cómo ponerlo en modo de un solo extremo y usar el DTC para controlar la salida PWM; Un circuito RC en el pin DTC debería ser suficiente para reducir gradualmente el ciclo de trabajo al retirar el dispositivo.

EDITAR:

Aquí hay un circuito no optimizado que se puede utilizar. Tenga en cuenta que el dispositivo necesitará su propia fuente de alimentación para que funcione.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

S1 puede ser un microinterruptor de palanca o algún tipo de par de contactos puenteados con material conductor. Cuando S1 está cerrado, el DTC se mantiene a 0 V, lo que permite un ciclo de trabajo PWM máximo y, por lo tanto, el brillo del LED. Cuando S1 se desconecta, C1 se carga lentamente a través del divisor de voltaje R1 / R2, aumentando lentamente el voltaje DTC y reduciendo así el ciclo de trabajo PWM al 5%.