Com he creat la llanterna més avançada de la història: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

El disseny de PCB és el meu punt feble. Sovint tinc una idea senzilla i decideixo realitzar-la el més complexa i perfecta possible.

Així doncs, una vegada vaig mirar una antiga llanterna "militar" de 4,5 V amb bombeta normal que recollia pols a. La sortida de llum d’aquesta bombeta era força miserable i les bateries no es podien recarregar, la durada de la bateria era inexistent. Però el seu cas va ser bonic.

Així que vaig decidir donar-li un nou cor d’alta tecnologia.

Així que em vaig preguntar: "Quantes funcionalitats vull incorporar?" I vaig dir: "Sí. Totes elles".

:)

Volia: - una excel·lent durada de la bateria que es va arxivar amb una bateria recarregable de ions de li de 3,7V 6000mAh (3x NCR18500A). La durada de la bateria oscil·la entre les 20 hores i les 6 hores, segons el paràmetre de potència.

- Díode LED de màxima eficiència possible que he pogut trobar - Cree XP-G3 (187lm / W) ultra eficient

- IC de control de LED d’eficiència més alta possible (més del 90%) - Els controladors de LED de consum només són eficients al voltant del 60%

- Volia carregar-lo per USB i amb un adaptador extern de fins a 40V, per poder carregar-lo a qualsevol lloc amb qualsevol cosa

- Volia que també servís com a powerbank, per poder carregar-hi el telèfon

- Volia un indicador d’estat de càrrega, per poder veure quant de suc encara queda a dins

- i volia encabir tot dins d’aquesta petita caixa

Per tant, necessitava dissenyar un PCB personalitzat que s’adaptés a la seva carcassa i calia ajustar tot el descrit anteriorment en aquest tauler.

A la part superior es mostra un vídeo que mostra tot el procés de disseny. No dubteu a veure, compartir, agradar i subscriure-us al meu canal de youtube:)

A continuació, descriuré els passos de disseny en aquesta instrucció.

Esperem que aquest instructiu doni a algunes persones la perspectiva del que es pot fer i de la feina que es necessita per fer-ho i potser fins i tot inspirarà a alguns nens a convertir-se en enginyers elèctrics:)

Pas 1: la llanterna antiga

Es tractava d’una llum barata, que funcionava amb una bateria de 4,5 V i era tan brillant com una espelma normal.

Tenia uns filtres verds i vermells frescos que funcionaven manualment, que eren molt frescos.

Pas 2: destripar la llanterna

Vaig destruir totes les parts i vaig mesurar les dimensions internes. Necessitava dissenyar el tauler que encaixés perfectament.

Vaig decidir utilitzar 3 bateries de liti en paral·lel. El cas era massa petit per utilitzar les clàssiques 18650 cel·les. Així que vaig decidir fer servir una mica més de 18500 cèl·lules més curtes: Panasonic NCR18500A amb uns 2000 mAh cadascuna. Així que tenia una capacitat bastant bona de 6Ah en total

Això significava que un espai per al PCB era bastant petit. Però diuen: "es podria gestionar si ho intentés":)

Pas 3: l’esquema

Així que vaig fer aquest esquema increïblement complex. No em preguntis sobre les hores que he passat per això:)

Vaig estar buscant i seleccionant els components adequats durant força dies, abans d’arribar a la conclusió. Això vol dir que navegueu pels llocs fabricants (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) per les CI per categoria i seleccionar-ne un que s'adapti a les meves necessitats. I el CI ha d’estar disponible per comprar quantitats d’olor a llocs com Farnell, Mouser i Digikey.

El cablejat de tots els circuits integrats no és tan difícil com sembla, perquè els fabricants sempre inclouen un diagrama de cablejat bàsic a la fitxa tècnica de CI. No entraré en detalls aquí sobre l'esquema, si sorgeix alguna pregunta, no dubteu a fer-ho als comentaris.

L'esquema inclou els següents subcircuits:

Protecció contra sobrecàrrega / sobrecàrrega i sobrecàrrega de la bateria que manté la bateria dins dels límits de funcionament segurs.

- Controlador de càrrega lenta USB: s’utilitza per carregar la llanterna lentament a través del port micro USB. Això és una comoditat afegida, però la llanterna es podria carregar fins a 12 hores mitjançant aquesta opció. He afegit un commutador per seleccionar el corrent de càrrega entre 100 mA (límit de corrent USB 1.0), 500 mA (corrent USB estàndard) i 800 mA (carregador de paret)

Controlador de càrrega ràpida: aquest IC controla la càrrega mitjançant el connector de la presa de corrent continu muntat a la caixa de la bateria. Pot gestionar el voltatge d’entrada de 5V a 40V, té una protecció contra polaritat inversa i pot carregar la bateria en poques hores com a màxim. He afegit un commutador per seleccionar dos corrents de càrrega diferents en funció de la limitació de la font d'alimentació. El corrent es pot seleccionar entre 1A i 3A. D'aquesta manera, no podeu sobrecarregar un adaptador de paret de CC de menor consum. Ho volia universal:)

- Controlador LED: he triat un controlador LED d'alta eficiència (90%), capaç de conduir el LED amb fins a 1 A de corrent (al voltant de 3W). Es tracta d’una potència força baixa, però he triat un LED d’eficiència més alta que he pogut trobar: el Cree XP-G3 (187lm / W) que compensa la poca potència motriu. Volia la màxima eficiència i autonomia de la bateria. El controlador admet 4 paràmetres de potència configurables. Vaig triar Off, 1W, 2W i 3W.

- El commutador giratori al descodificador binari: això es deu al fet que les sortides d’alimentació del controlador LED estaven codificades binàriament i necessitava convertir la sortida d’un commutador a codi binari de 2 bits amb IC de porta O doble.

- Indicador d'indicador de combustible de la bateria que he dissenyat discretament amb 4 comparadors, referència de tensió de precisió i separadors de resistència de precisió. Va indicar la capacitat restant en funció del voltatge de la bateria. Vaig trobar una corba de tensió de descàrrega per a una pila de bateria similar i vaig calcular els separadors de resistències perquè il·luminessin els LED en conseqüència.

- Funció USB powerbank i controlador de càrrega ràpida. El primer CI genera un CI estable de 5V a partir de la tensió de la bateria de 2,5V a 4,2V. El segon CI és un bon complement: és un controlador de càrrega USB. Quan connecteu el telèfon al port de càrrega, aquest IC comunica el telèfon i li indica què és un port de càrrega intel·ligent i li indica que pot trigar fins a 1,5 A de corrent de càrrega. Sense aquest CI molts telèfons només es carregarien amb el corrent per defecte USB de 500 mA. Quan s’estableix una càrrega ràpida, s’encén un LED perquè pugueu veure que el telèfon s’està carregant ràpidament. Es fa servir un petit interruptor del PCB per habilitar la funcionalitat del powerbank.

Si creieu o no, en aquest esquema hi ha 125 components:)

Per ordenar-los en un tauler molt petit, vaig haver d’utilitzar components passius de mida 0402 en miniatura: la mida d’una resistència és d’1 mm x 0,5 mm o 0,04 per 0,02 polzades. D'aquí la seva mida 0402.

Pas 4: el PCB

Després, quan l’esquema s’hagi completat, és hora de donar forma a l’àrea del PCB a les dimensions desitjades i col·locar els components al PCB.

Aquesta és una tasca bastant llarga, però us agradarà fer-la. És una feina agradable i relaxant.

Una mica de coneixement sobre ubicacions de components concrets és útil. S’obté sobretot amb llibres i tutorials i alguns entren a la pràctica. Com més PCB faràs, millor podràs fer-ho.

Utilitzo Altium Designer, que és un programa professional i tinc una llicència del meu lloc de treball. Però per a un aficionat, un Eagle, Kicad, designspark PCB i molts altres són una millor solució, ja que és molt més fàcil començar.

Treballo amb components també dibuixats en 3D, cosa que ajuda molt a la visualització i al disseny dels recintes, ja que saps on són les coses i quina alçada tenen. Però dibuixar les petjades dels components amb cossos 3D requereix 3 vegades més feina. Però val la pena a la llarga.

Aquí teniu les dades de disseny de PCB, inclosos gerbers, fitxers esquemàtics més grans, muntatge i llista de materials:

Utilitzo JLCPCB per fer les meves taules. El cost d’aquest tauler és de només uns quants $ per 5 unitats (més l’enviament), cosa que és una ganga. Inscriviu-vos per obtenir cupons d’usuaris nous de 18 dòlars:

Podeu utilitzar el codi de cupó "JLCPCBcom" a la caixa per obtenir un petit descompte.

Pas 5: fabricació del PCB

Els dies de gravat del PCB a casa estan comptats. Fa deu anys, a l’institut, gravava els PCB a casa. Era molt més barat d’aquesta manera. Però llavors no hi havia empreses xineses que oferissin PCB de manera gairebé gratuïta.:)

Ara podeu obtenir PCB de 2 capes per a enviament de 2 usd + a llocs com JLCPCB.com. És molt més còmode d’aquesta manera i obteniu taules de qualificació professional.

Només heu d’exportar els fitxers gerber (que contenen informació sobre les capes de coure del PCB) i penjar-los al seu lloc i esperar unes setmanes perquè el vostre carter preferit lliuri la vostra obra mestra.

Pas 6: soldar

Soldar components tan petits no és una tasca fàcil. Però amb un bon soldador i una bona visió es pot fer.

Faig servir l’estació de soldadura Ersa Icon, que fa molt bé la feina.

Per a aquest projecte vaig escollir components ridículament petits perquè tenia poc espai. En cas contrari, triaria components 0603 o 0805 que són molt més fàcils de soldar.

Pas 7: el dissipador de calor per LED

Calia introduir una mica d'alumini al recinte per distribuir la calor del LED.

Com que tenia el model 3D de la meva placa, podia modelar fàcilment la peça en 3D i fabricar-la amb el meu encaminador de passatemps.

Podria retallar tots els forats i retalls per adaptar-lo perfectament.

Pas 8: Inici de l'assemblea

Aleshores va començar el muntatge i de sobte tot encaixava perfectament.

Sota el PCB vaig gravar la cinta Kapton de manera que la placa estava aïllada elèctricament de l'alumini, de manera que no es podia produir cap curtcircuit.

Pas 9: poques hores de cablejat més endavant …

La bèstia estava gairebé completa!

Vaig encertar els cables, vaig muntar l’interruptor i el connector d’alimentació, vaig connectar totes les coses, vaig muntar l’objectiu del LED i vaig muntar les bateries dins dels suports de les bateries, vaig enganxar els termistors per mesurar la temperatura de la bateria. Els circuits integrats de càrrega mantenen la bateria dins dels límits de seguretat. Si la temperatura és massa baixa o massa alta, es redueix el corrent de càrrega per no danyar la bateria.

Pas 10: I després …

Acabat!

La llanterna estava completa! Mireu el vídeo a la part superior de l’informable per veure’l en acció i el brillant que brilla.

L'únic que cal actualitzar és que d'alguna manera he de segellar el forat al voltant dels connectors USB per obtenir pols.

Però encara no he pensat com fer-ho correctament. Si teniu alguna idea, expliqueu-la als comentaris.

Llavors.. Ara creieu que sóc un professional i no sou capaç de crear tal cosa. Però t’equivoques. Quan vaig començar amb l’electrònica a l’escola mitjana, tampoc no tenia ni idea del que feia. Buscava esquemes en línia i vaig intentar soldar-los quan ni tan sols sabia què era i com funcionava un transistor. Per descomptat, la majoria no funcionaven. A través de proves i errors, vaig ser cada vegada millor. Vaig llegir alguns llibres, vaig anar a estudiar enginyeria elèctrica i vaig començar a fabricar molts PCB. Amb cada un em vaig millorar. I tu també!

Gràcies per llegir el meu instructiu. Si us plau, comproveu també els meus altres instructibles.

Em podeu seguir a Facebook i Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

per a spoilers sobre el que estic treballant actualment, entre bastidors i altres extres.

Segon classificat del PCB Design Challenge