Floodlight USB: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Això va començar com una pràctica de soldadura SMD (dispositiu de muntatge superficial) en plaques prototipus estàndard, i va donar lloc a una llum d'inundació compacta molt brillant alimentada per USB, ideal per acampar o il·luminar d'emergència.

La majoria de les bombetes LED modernes contenen a l’interior xips LED SMD. Aquests xips són de producció massiva, són molt econòmics i estan disponibles per a l’aficionat a preus molt baixos. Vaig comprar 200 del tipus 5730 per 1 EURO. El número de 4 dígits indica la seva mida: 5,7x3,0mm. Tenen una potència de 0,5 W (~ 140 mA a 3,5 V) cadascun, tot i que requeriran un dissipador de calor per funcionar contínuament a aquesta potència. Sense dissipador de calor, haurien de funcionar a un corrent molt inferior o es poden executar en mode pulsat a ple corrent, per exemple en mode multiplexat o estroboscòpic.

En aquesta instrucció es detalla com fer un llum d'inundació alimentat per USB, però el preu baix i la mida petita fan que es puguin utilitzar per a moltes altres aplicacions, com ara pantalles de 7 segments de bricolatge, llums d'ambient, llums de creixement, projectors, taules de dibuix o qualsevol altra solucions d’il·luminació personalitzades.

Els bancs d’alimentació USB estàndard ofereixen 5V 1A i els més grans poden proporcionar 2A. El disseny que es presenta aquí és per a 1A, de manera que funcionarà en qualsevol banc de potència, però duplicant el nombre de LEDs en podreu fer un per a 2A.

Pas 1: teoria

Contràriament a la llum incandescent de moda, la caiguda de tensió d’un LED depèn molt poc del corrent. La caiguda de tensió dels LED blancs d’alta intensitat va de ~ 3,0 V a corrents de ~ 10 mA a ~ 3,5 V a 100 mA. Per tant, no es poden connectar directament als 5V subministrats per un banc d’alimentació USB. La solució més senzilla és connectar cada LED en sèrie amb una resistència. El valor d'aquesta resistència determina el corrent a través del LED i, per tant, la brillantor. El corrent exacte d’un LED amb resistència és difícil de calcular, però fàcil d’estimar i senzill de mesurar.

Per exemple, una resistència d'1 kOhm en sèrie amb un LED blanc significa que el corrent és molt baix, de manera que la caiguda de tensió sobre el LED és de ~ 2,9 V, deixant 2,1 V sobre la resistència i, per tant, un corrent de 2,1 mA a través del resistència, i el mateix 2.1mA a través del LED. Una resistència de 100 Ohm resultaria en 21 mA si la caiguda de tensió del LED es mantingués en 2,9 V, però és probable que augmenti fins a 3,0 V, deixant «només» 2,0 V sobre la resistència i, per tant, 20 mA a través del LED. Amb una resistència de 10 Ohm, el corrent seria de 200 mA si la caiguda de tensió del LED fos de 3,0 V, però és probable que augmenti a 3,4 V i la caiguda restant de 1,6 V a la resistència doni un corrent de 160 mA, que està lleugerament per sobre del corrent nominal.

Per tant, podríeu pensar que per fer una llum forta a partir d’un subministrament de 5V 1A, n’hi hauria prou amb posar en paral·lel 6 o 7 LED de 0,5W, cadascun amb una resistència de la sèrie de 10 Ohm. Cada LED consumiria 160mA * 3,4V = 0,54W i cada resistència 160mA * 1,5V = 0,24W. Això s’acosta a les especificacions del LED i a les especificacions d’una resistència de 1 / 4W. Però si proveu això, veureu que tant el LED com la resistència s’escalfen extremadament (~ 100C). Més encara si col·loqueu tots aquests components a prop els uns dels altres. Tret que s’utilitzi un dissipador de calor i un ventilador, és probable que morin i produeixin molta fumació tòxica durant el procés.

Per tant, he provat les configuracions següents:

10 LEDs amb resistències de la sèrie 22 Ohm. Mesuro 1,4 V de caiguda sobre les resistències, de manera que el corrent és de 64 mA per LED, 0,64 A en total. Amb els LEDs i les resistències muntades a prop, fa tant de calor que fa mal al tacte, però no es fon ni es crema i és una bona llum compacta per a ús ocasional.

24 LEDs amb resistències de la sèrie 47 Ohm. Mesuro 1,7 V de caiguda sobre les resistències, de manera que el corrent és de 36 mA per LED, 0,86 A en total. Les coses s’escalfen al cap d’un temps. Curiosament, les resistències se senten més calentes que els LED, tot i consumir més energia i ser més petites. Potser els LED aconsegueixen radiar una gran fracció de la seva energia com a llum? No l’utilitzaria en una tenda de campanya, ja que les temperatures assolides poden ser doloroses i poden augmentar fins a un nivell perillós si es cobreixen accidentalment.

40 LEDs amb resistències de la sèrie 100 Ohm. Mesuro 1,9 V de caiguda sobre les resistències, de manera que el corrent és de 19 mA per LED, 0,76 A en total. Es fa notablement càlid, però definitivament no fa calor. Això fa que sigui una làmpada fantàstica, similar a una bombeta LED de 3W (o una bombeta incandescent de 30W). Molt útil per a la fotografia d'objectes petits, soldadura o reparació, però també per il·luminar la barbacoa o com a llum d'emergència a casa, a la carretera o al càmping.

Pas 2: components necessaris

Les instruccions corresponen al panell de 40 LED amb resistències de la sèrie 100 Ohm, que crec que és el més brillant i el més segur. La cosa completa em va costar aproximadament una hora a soldar, però és cert que va ser després d’haver tingut una mica d’experiència i certa confiança amb altres dues versions del tauler.

Components necessaris (cost total: inferior a 1 euro si es compra a granel)

• 40 LED SMD ‘5730’ blancs
• 40 resistències de 100 Ohm, 1 / 4W
• 1 tauler prototip de 5x7cm. Forats de 18x24 d'una sola cara.
• 1 connector USB mascle.

Eines: un soldador, soldador, pinces.

Els LED tenen una polaritat. Des de la distància, la seva aparença pot semblar simètrica, però, si la inspeccioneu de prop, veureu diverses diferències. El més útil és a la part frontal groga: hi ha la part oval que realment s’il·lumina, però un costat conté a més una línia. Aquest és el costat negatiu, igual que per als díodes, condensadors electrolítics, etc.

Pas 3: instruccions de construcció

Comenceu 40 posant manetes de soldadura al lloc on els LED es connecten a terra. A continuació, soldeu els LED amb el seu costat menys a la bombeta de soldadura: manteniu el LED amb les pinces, foneu la bombeta de soldadura i canvieu el LED a la bombeta líquida. Assegureu-vos que al forat del costat positiu del LED quedi una mica d’espai per passar el cable de la resistència.

Muntar les resistències una per una a la part posterior del tauler, seguint el patró regular que es mostra a la imatge. Soldeu un costat al plus del LED i l’altre costat al centre del tauler. Talleu els cables sobrants del costat del terra, però deixeu-los al costat positiu.

Al final, connecteu també tots els cables del costat positiu. Ara és un bon moment per provar si tots els LED funcionen. Vaig trobar que amb el multímetre configurat a 200 Ohm, els LED s’encenen lleugerament, però prou clarament per veure si no es connecta bé. Utilitzeu alguns dels cables en excés per connectar tots els punts d’ambdós rails menys.

Ara connecteu el connector USB. Vaig posar quatre blobs de soldadura i vaig soldar els quatre pins a la placa, de manera que el connector estigui ben fixat a la placa. Vist des de dalt, el pin esquerre és més i el pin dret és menys, i s’hauria de connectar als respectius rails. Els dos pins centrals són per a dades i, per tant, no s’utilitzen. La connexió amb el rail de terra esquerre hauria d’anar des de la part posterior per permetre que creui el rail més al centre. Ara podeu provar-lo en un banc de potència i, si tot s’il·lumina, ja heu acabat.

Pas 4: rendiment

És notòriament difícil mostrar la intensitat de la llum: l’autoexposició d’una càmera de fotos significa que, com més forta sigui la llum, menys serà l’exposició. Les imatges de la representació de la "torxa increïblement brillant" són bastant decebedores. Tot i això, crec que la imatge anterior dóna una idea honesta: a prop és molt brillant, però també il·lumina bé a un parell de metres. Tingueu en compte també que les il·luminacions són molt homogènies, ja que aquests LED SMD, al contrari dels LED acrílics, no tenen lent de focus.

Per últim, però no menys important, si us agraden aquestes instruccions, penseu a votar-les al concurs "Fes-ne resplendor".