Luz de destaque LED que diminui lentamente quando removida da fonte de alimentação

Todos nós brincamos com diferentes transformadores e fontes de alimentação que possuem um indicador LED que escurece antes de sair completamente quando a fonte de alimentação está desconectada.

Estou trabalhando no projeto de uma luz de realce que envolveria uma fonte de luz de cristal translúcida (provavelmente feita de resina ou vidro, se eu puder encontrar um fornecedor barato) contendo LEDs e certos eletrônicos, e uma base que forneceria corrente elétrica. Para os jogadores, pode parecer um pouco com uma Welkynd Stone. Minha pergunta é: qual é a maneira mais simples de fazer com que os LEDs diminuam lentamente (digamos mais de 2 a 10 segundos) quando o cristal é removido da base? Semelhante ao transformador desconectado, mas com um escurecimento intencional e controlado.

Acabei de comprar alguns LEDs e planejo construir um sistema de teste nos próximos dois meses. Esses LEDs estão em uma faixa de 5 metros dividida em 3 séries de LED, executadas em paralelo e com classificação de 12V. Eu não sei a classificação do amplificador dos LEDs, mas acho que na faixa de 20ma (o que eu li é a média do branco brilhante). Provavelmente usarei 4 séries, totalizando 12 LEDs na versão de teste. LED strip link

Se eu tiver o transformador de energia CA embutido na base, acho que poderia usar vários capacitores em paralelo com um resistor para armazenar eletricidade e descarregá-lo lentamente nos LEDs. Mas sou um entusiasta autodidata, então sinceramente não sei se isso realmente funcionaria. Tampouco sei o número e as classificações de capacitores e resitor que eu precisaria.

Se eu tiver o transformador embutido no cristal, o transformador e o retificador reterão uma pequena quantidade de eletricidade, mas acho que não seria o suficiente para fornecer o efeito que estou procurando, então outra coisa teria que ser adicionado para durar vários segundos.

Uma bateria nicad com eletrônica de controle é literalmente meu último recurso para alcançar esse efeito, e provavelmente desistirei da ideia antes de programar minha própria placa de circuito.

Essa é a minha pergunta principal. Se alguém quiser pensar em como conectar o cristal à base, estou aberto a sugestões. Meu plano original era simplesmente ter uma conexão direta de cobre com cobre com a base. Mas recentemente estive pensando em um sistema de carregamento EM (semelhante a um powermat ou a essas lanternas recarregáveis ​​sem fio que meu pai tem). A preocupação com a rede sem fio é fornecer energia consistente aos LEDs, embora seja mais seguro. Eu também já aprendi um pouco sobre como construir a fonte de alimentação lendo este site do SE, mas se alguém tiver alguma sugestão para isso também, sou todo ouvidos. Para a compilação de teste, provavelmente o conectarei a uma fonte de alimentação de computador ou a uma fonte de alimentação de laptop, se encontrar uma de 12V na Goodwill ou na loja de peças eletrônicas local.

Se eu conseguir que o modelo de teste funcione, planejo construir possivelmente uma dúzia deles para iluminação de realce em minha casa.

A pergunta despertou meu interesse o suficiente para iniciar um experimento. Alterei os parâmetros da pergunta em um aspecto importante: em vez de uma faixa de LEDs com vários LEDs em série, conectei 3 LEDs azuis (V _f = ~ 2,8 Volts cada) em paralelo , com um único resistor de 100 Ohm para limitar a corrente a todos 3, para uma moeda de 0,047 Farad, 5,5 Volt, tipo "placa-mãe supercap".

Eu sei, compartilhar um resistor é realmente uma prática ruim; portanto, use resistores separados para seu próprio experimento.

A supercap foi carregada a partir de um par de células alcalinas AA (~ 3,12 Volts através do capacitor após 3 minutos) e, em seguida, os fios da bateria foram retirados.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Embora o efeito de escurecimento fosse um resultado esperado, os resultados foram surpreendentes: os LEDs permaneceram acesos em intensidade decrescente por mais de um minuto após desconectar a bateria. Aqui está o vídeo que tirei do experimento.

A razão pela qual os LEDs permaneceram acesos por muito mais tempo do que o esperado é que um LED típico continua aceso até bem abaixo de 5% de sua corrente nominal - No caso dos LEDs que eu usei, por volta da marca de 1 minuto, eles eram bastante visíveis , se fraca, com apenas 1 mA dividido entre os três.

Os LEDs finalmente escureceram depois de 15 minutos.

Conclusões :

• Uma capacitância muito menor do que o supercapacitor 0,047 Farad usado aqui seria preferida para a finalidade prevista.
• Se for necessário usar uma faixa de LED de 12 volts e 20 mA, em vez de LEDs em paralelo, um conjunto de 3 dessas supercaps de moedas em série funcionaria: A capacitância resultante de cerca de 0,0157 Farad fornecerá uma duração de escurecimento mais próxima do objetivo do OP de 2 a 10 segundos, em vez do escurecimento insuportavelmente longo de 1 minuto observado no vídeo.
• A razão pela qual alguns cálculos de capacitância publicados anteriormente, incluindo meu próprio comentário de 0,5 Farad, estavam muito longe da marca, é porque o fluxo de corrente redutor devido à descarga, ou seja, o efeito de escurecimento muito procurado, não foi contabilizado.
• Para quaisquer comentários que possam surgir sobre a ESR "inaceitavelmente alta" dessas supercaps da placa-mãe, fica claro que a teoria precisa ser apoiada por experimentação prática, como foi feito para esta resposta.

O supercapacitor que usei é vendido por menos de US $ 2 por par , incluindo frete internacional, no eBay:

Não são exatamente as dezenas ou centenas de dólares que eu e outros mencionamos anteriormente.

Addeddum graças à discussão com @DavidKessener :

• Se estiver usando várias supercaps em série e for carregada com uma tensão mais alta para a cadeia, do que a tensão nominal do capacitor individual, são necessários resistores de polarização para prolongar a vida útil dos capacitores. Sem eles, os capacitores carregam de maneira desigual e acabam morrendo mais rapidamente.
• Com base nesta nota máxima do Maxwell , e considerando uma corrente de fuga por capacitor de 10 uA ( a corrente de fuga real dessas tampas em particular é muito menor, muito mais segura ), obtemos um valor de 55 kOhm para a passagem dos resistores 10 x 10 = 100 uA, então adicione 3 novos Resistores de 56k como abaixo, para usar uma fonte de 12 volts e uma faixa de LED de 12 volts

^{simule este circuito}

O TL494 é geralmente usado em fontes de alimentação como o mecanismo de controle de um comutador buck ou boost, mas também pode ser facilmente usado para o controle PWM de um LED, já que cada um de seus transistores de saída pode atingir 200 mA.

Dê uma olhada no relatório de aplicação da TI SLVA001E, "Projeto de reguladores de tensão de comutação com o TL494 (Rev. E)", para ver como colocá-lo no modo de extremidade única e usar o DTC para controlar a saída PWM; um circuito RC no pino DTC deve ser suficiente para reduzir gradualmente o ciclo de trabalho após a remoção do dispositivo.

EDITAR:

Aqui está um circuito não otimizado que pode ser usado. Observe que o aparelho precisará de sua própria fonte de alimentação para funcionar.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

S1 pode ser um microinterruptor de alavanca ou algum tipo de par de ponte em ponte com material condutor. Quando S1 é fechado, o DTC é mantido em 0V, permitindo o ciclo de trabalho PWM máximo e, portanto, o brilho do LED. Quando S1 é desativado, C1 carrega lentamente através do divisor de tensão R1 / R2, aumentando lentamente a tensão do DTC e, assim, reduzindo o ciclo de trabalho do PWM para 5%.