Llum d'emergència LED (principalment recuperada): 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Aquest projecte es va inspirar en la meva senzilla necessitat d’evitar cops dolorosos contra les cantonades quan s’apaga l’energia elèctrica i estic fent coses al soterrani negre o en altres llocs foscos.

Després d'una avaluació extensa i sàvia d'altres solucions com:

- eliminar o arrodonir tots els racons afilats de tota la casa, - convertir-se en un gat, - gastar una quantitat irracional de diners per instal·lar llums comercials d'emergència, Arribo a la conclusió que, amb pocs components elèctrics recuperats i un parell de mòduls econòmics, hauria pogut fabricar els meus llums d’emergència de bricolatge.

Després d’unes poques iteracions de disseny, també he arribat a la conclusió que no només hauria pogut gastar una petita quantitat de diners, sinó també que hauria pogut reciclar molts components elèctrics que d’altra manera haurien estat escombrats. Amb l'única excepció del mòdul (econòmic) TP4056, tota la resta es pot salvar d'altres aparells electrònics trencats, de manera que podeu invertir una mica del vostre temps i construir el vostre "llum d'emergència LED de bricolatge majoritàriament recuperat", que sigui amigable amb el medi ambient.

Pas 1: materials i eines

Per a aquest projecte necessiteu eines bàsiques de soldadura i algunes eines bàsiques electròniques de bricolatge. He recollit les meves eines habituals en aquesta pàgina. He dissenyat una funda dedicada per a aquesta làmpada, amb l'objectiu específic de simplificar el cablejat. No és obligatori utilitzar-lo, però és molt recomanable, de manera que és millor que tingueu una impressora 3D. Tinc un CR-10 (modificat), però podeu utilitzar gairebé qualsevol impressora 3D i qualsevol filament, ja que és una impressió molt fàcil.

Per construir aquesta làmpada necessitem pocs altres components, que es puguin recuperar o comprar d’altres aparells electrònics. Primer de tot: necessitem una reserva d’alimentació per utilitzar-la durant l’apagada, utilitzarem una cèl·lula de ions de lió 18650 i, per descomptat, el seu carregador / controlador TP4056. Per controlar el comportament de la làmpada necessitem un commutador de tres vies (encès-apagat-encès) i un sol mosfet de canal p. Bé, com que és un llum "LED", òbviament necessitem un LED i la seva resistència de limitació de corrent. Afegiu pocs cables de recanvi, això és tot.

Espereu, per últim, però no menys important: necessitem un adaptador d’alimentació de paret per mantenir la llum sempre a punt, en cas contrari no serà una làmpada “d’emergència”. Vaig guardar molts dels meus antics adaptadors de paret per a mòbils, en realitat antics, en una caixa. Diverses vegades m'he preguntat per a què els podria utilitzar. Massa volts o pocs amperis per a la majoria d’aplicacions, però són perfectes per a aquesta tasca, de sobte ja no són escombraries.

Si no voleu utilitzar la meva funda 3D, podeu utilitzar una simple placa de prototipatge i el que vulgueu com a contenidor. El meu cas és bonic perquè ajuda el cablejat, ja que és un PCB real. Literalment és una placa de circuit imprès (3D). ^ _ ^

Pas 2: explicació del disseny

Si només voleu construir el llum, salteu aquest pas, però us suggereixo llegir-lo, ja que aquí podeu entendre com funciona i quins són els seus límits.

Per què he escollit aquests components?

Cèl·lula li-ion 18650: és una cèl·lula estàndard que es pot comprar o recuperar a partir de bateries de portàtils inutilitzables. Per recuperar aquestes cel·les, heu d’entendre com comprovar el seu seny i per què realment no hauríeu de mantenir les cel·les dolentes a prop vostre. Un munt de tutorials a Internet salvatge. Si no voleu invertir temps en el procediment correcte de reclamació, només cal que el compreu, millor que no ho sentiu.

Mòdul TP4056: és un mòdul comú que pot gestionar una sola cèl·lula li-ion o li-poli de 3,6-3,7 V. Pot controlar la seva càrrega i descàrrega. Normalment es combina amb un altre xip, el DW01, que s’encarrega d’altres problemes com el curtcircuit, la sobretensió, la protecció de la cèl·lula de baix voltatge i altres coses. Aquest mòdul no es pot recuperar ni substituir per una altra cosa, heu de comprar-lo.

Mosfet de canal P: és un transistor especial, també conegut com a commutador electrònic. Això es podria veure com el "truc" principal d'aquest projecte, perquè aquest únic component pot afegir la "lògica" necessària en el comportament de la làmpada. Pot "detectar" l'apagada i actuar en conseqüència. Aquest mosfet es pot comprar (al cap i a la fi, és realment barat) o es pot recuperar amb electrònica descartada, amb una mica de paciència. Per recuperar components elèctrics, definitivament necessitareu alguna cosa com el meu provador de components electrònics. He utilitzat un transistor IRF4905 en una caixa TO-220. No és l’opció òptima, però funciona bé.

Interruptor de tres vies (encès / apagat / encès): és un senzill interruptor de commutació que configura la llum en les seves tres configuracions diferents que són:

1. sempre fora,
2. encès durant l'apagada,
3. sempre encés.

Es pot recuperar, però heu de tenir sort, he trobat molts interruptors similars, però és probable que només siguin interruptors bidireccionals (bàsicament el 99%).

Font d'alimentació: qualsevol dispositiu capaç de proporcionar almenys 4,5 V i 100 mA està bé. Això hauria de ser realment recuperat.

LED: tot i que aquest component es pot recuperar fàcilment gairebé a tot arreu, en realitat és difícil trobar un led "prou brillant". El LED ha de proporcionar una quantitat mínima de llum a tota l'habitació, però els leds recuperats més habituals no són res més que llums indicadors, amb una potència il·luminadora insignificant en tota l'habitació. He utilitzat leds dedicats de 3W dedicats per aquesta mateixa raó. Quina és la potència màxima de led? 5W, però només es pot alimentar correctament durant un breu període de temps, aviat tindrà poca alimentació. I definitivament no es suggereix a causa d’un problema de dissipació de calor. BTW, 5W generaran calor. Si no voleu fondre el cas que teniu

Connector de CC: és opcional, però es recomana. Durant l’apagada, encara necessito / vull sortir del soterrani, per restablir l’alimentació o el que sigui, i voldria veure què estic fent, així que tinc / vull portar el llum de emergència amb mi. No m'agrada desconnectar i portar l'adaptador de corrent, per tant he afegit un petit connector de CC per crear una llum d'emergència portàtil, autònoma. D'altra banda, només podríeu utilitzar el port USB per carregar la làmpada, només vaig decidir no reservar cap carregador microUSB per a aquesta làmpada.

Imant: també opcional, però potser útil per il·luminar alguna cosa específica durant l'apagada, col·locant el llum sobre un objecte metàl·lic. Hi ha dues ranures dedicades a la funda per a un imant rodó de 10x1 mm, només cal que utilitzeu una gota de cola per solucionar-les.

Resistència de limitació de corrent: obligatòria per a tots els leds, excepte si escolliu els components adequats (com he fet). S'han de conduir els leds controlant el corrent de corrent i no la tensió aplicada. Tots els leds tenen un corrent nominal màxim (Id) i el seu color defineix la seva tensió de connexió nominal (Vf).

Alguns productors podrien dir alguna cosa diferent al seu full de dades, en aquest cas seguiu el full de dades, però aquests són els Vf habituals per als diferents colors [V]:

• IR - infrarojos 1.3
• vermell: 1,8
• groc1,9
• verd 2.0
• taronja 2.0
• wihte3.0
• blau 3.5
• UV - ultraviolat 4 - 4.5

Per calcular el valor correcte de la resistència limitant de corrent (R), heu de conèixer el voltatge màxim (Va) de la vostra font d'alimentació i utilitzar aquesta fórmula:

R = (Va - Vf) / Id

El voltatge de sortida del TP4056 oscil·la entre 4,2 i 2,5 V, de manera que hem d’utilitzar 4,2 V com a Va. Utilitzant els components que he enllaçat anteriorment, tenim un led de 3W amb un Vf de 3,5V, per tant tenim un identificador de 0,85A. En aquest cas, els números són:

R = (4,2 V - 3,5 V) / 0,85A = 0,82 Ohm

Hauria d'afegir una resistència d'1 Ohm perquè realment intento ensenyar alguna cosa, en realitat és totalment innecessari, la resistència dels cables també ajuda. A més, a 0,85A el voltatge de la bateria serà rellevant, de manera que hauríem d’utilitzar -diguem- 3,8-4V com a Va. Això significa que la resistència limitadora és encara menys necessària.

Un altre exemple, amb el mateix tipus de led però amb una puntuació de 1W, els números són:

Id = 1W / 3,5V = 0,285A

R = (4,2 V - 3,5 V) / 0,285 A = 2,8 Ohm

Bé, aquest és el cas de components triats específicament amb qualificacions definides. Un led genèric normalment podria funcionar considerant-se com a 3V, 10mA. Viouslybviament això no és 100% cert, però sense millors informacions …

R = (4,2 V - 3 V) / 0,01 A = 120 Ohm

Per sort, 120 Ohm és un valor de resistència estàndard, si no fos així hauria utilitzat el valor estàndard més gran més proper.

La resistència també dissipa l'energia en forma de calor, i també s'ha de dissenyar adequadament la seva potència nominal. No us preocupeu, és tan fàcil com la determinació d’Ohm.

W = (Va - Vf) * Id

Com que 0,01A (10mA) podrien fluir a través de la resistència de 120 Ohm, podria dissipar 0,012W de calor.

W = (4,2V - 3V) * 0,01A = 0,012W

Una resistència ¼W comuna serà més que suficient.

Resistència de tracció: aquesta resistència només hauria de mantenir el mosfet en el seu suposat estat, suprimint qualsevol transitori o soroll que els cables poguessin recollir i activar accidentalment el mosfet. Qualsevol resistència del rang 1K-10K Ohm està bé.

Com funciona?

He dedicat força hores a descobrir el millor disseny. Vaig intentar optimitzar el cost del projecte minimitzant els components necessaris, intentant no renunciar a les funcions. Podria haver utilitzat un microcontrolador, hi ha models bàsics molt barats que es venen a tot arreu. Podria haver utilitzat PCB personalitzats, hi ha molts serveis de producció i lliurament de PCB. Vaig decidir no fer-ho perquè hauria augmentat molt el cost i la complexitat. A més, seria realment difícil recuperar un microcontrolador.

El TP4056 fa les seves coses, cuidant la bateria i subministrant energia. El seu coixinet de sortida està connectat al pin central del commutador alternatiu, que es pot configurar en tres configuracions: connectat al pin esquerre, no connectat, connectat al pin dret.

Quan no està connectat a res (posició central, apagada), el comportament és bastant clar, el led està apagat tant si l'adaptador de paret proporciona energia o no. El procés de càrrega no depèn del commutador, si l'adaptador de paret està endollat a la bateria es carregarà.

Suposem que el pin dret està connectat al terminal positiu del LED. Si canvieu l'interruptor per connectar el centre i els passadors de la dreta, passareu per alt el mosfet. El LED estarà encès sempre que el TP4056 pugui subministrar energia.

L'opció de permanència és commutar el commutador per connectar el pin central al pin de font del mosfet. En aquesta configuració, el mosfet pren el control. Si el passador de la porta veu el voltatge de l’adaptador de paret, no permetrà que flueixi corrent entre la font i el drenatge i el LED quedarà apagat. Quan s’inicia l’apagada, el voltatge del carregador caurà ràpidament a zero. Ara, el terminal de la porta del mosfet veurà zero volts i deixarà fluir el corrent, de manera que el LED estarà encès sempre que el TP4056 pugui proporcionar energia.

No està malament només per un commutador mosfet i senzill. ^ _ ^

Pas 3: Muntatge

S'adjunta el diagrama de cablejat, R1 és la resistència de limitació de corrent, R2 és la resistència de baixada.

Per explotar les traces dissenyades per la caixa, heu de modificar el mosfet tal com ho vaig fer jo. Bàsicament, heu de tallar la part superior metàl·lica i posar el passador central per deixar-lo entrar al forat, per utilitzar el traç subjacent. No us preocupeu, aquest mosfet està qualificat per a tasques molt més pesades que per conduir un LED petit, ja que no quedarà paralitzat a causa de la zona menys dissipadora.

Soldar a la cel·la 18650 ÉS UNA TASCA DELICADA, assegureu-vos de saber què feu. No és difícil, però és perillós. Bàsicament, heu d’utilitzar el soldador a la màxima potència durant el mínim temps possible, però, si us plau, dediqueu uns minuts a entendre un tutorial específic, ja que n’hi ha molts. Més val que perdonar.

A més, el procés de cablejat és força senzill, només heu de seguir el diagrama adjunt i mirar les fotos. Intenteu no fondre la funda amb el soldador, de totes maneres he imprès la meva funda en PLA, que no és tòxica si s’escalfa. Un cop acabat el cablejat, utilitzeu algunes gotes de cola calenta per mantenir tot segur al seu lloc.

El connector de CC és opcional, també podeu utilitzar el port USB incorporat. Soldaré un connector de CC perquè no vull reservar / tallar un cable micro USB per a aquesta làmpada. He de recuperar antics carregadors de mòbils.

Si voleu utilitzar el port USB, podeu utilitzar qualsevol cable USB de 5V estàndard.

De fet, també podeu tallar el cable antic de l’adaptador de paret i connectar els cables GND i positius a un terminal micro USB de recanvi. Només cal tallar el cable USB i exposar el coure dels seus cables, connectar el cable GND al pin 5 i connectar el cable positiu al pin 1 (imatge adjunta). Per comprovar quin cable és el pin 1 i 5, heu d’utilitzar un multímetre com a provador de continuïtat. Bé, això és factible, però no es recomana. Acabareu amb un endoll USB de tensió no estàndard i feu un gran esforç per fer alguna cosa que sigui molt més fàcil amb un senzill connector de CC.

Pas 4: Ús

Connecteu el carregador o el cable USB a la llum d’emergència.

Configureu el commutador al mode que vulgueu, canvieu-lo a automàtic si voleu que el llum es comporti com una llum d'emergència adequada.

Espereu el següent apagat i gaudiu de com podeu evitar fàcilment els racons!:)

Mireu el vídeo, mostra com es comporta aquesta làmpada. Si us agrada el projecte, feu un cop d'ull cap amunt i subscriviu-vos per obtenir-ne més.

PD: Se suposa que és una làmpada d’URGÈNCIA, no l’haureu d’utilitzar com a làmpada estàndard. El problema és senzill i és un "error" del TP4056. Resum llarg: si utilitzeu el llum en mode bypass (led sempre encès) i el carregador està endollat, el procés de càrrega de la bateria no acabarà correctament. Probablement no acabarà gens. Sí, amb les cèl·lules de liti això és un problema, no es pot bombar la càrrega en una cèl·lula per sempre. Aquesta configuració no és perillosa si s’utilitza durant uns minuts. Aquest llum no provocarà una explosió si oblideu aquest problema i us trobeu en aquesta situació. Si necessiteu llum d’aquesta làmpada durant, diguem-ne, 10 minuts, encara podeu utilitzar-la en aquest mode sense estar en perill. No guardeu / oblideu la làmpada en aquesta configuració, ja que podrien passar coses dolentes.