La bombeta USB: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

En aquest instructiu us mostraré com fer un LED súper brillant, alimentat per USB, amb un format de format compacte, que he anomenat amb encant, "La bombeta".

Aquesta petita bombeta es pot connectar a qualsevol connector USB. Ideal per convertir el vostre banc d’energia portàtil en una llanterna potent i duradora.

Pas 1: Ingredients

Comencem pels materials. Una Plugbulb requereix:

• Un endoll USB (preferiblement d'un cable trencat)
• Una bombeta LED de 3W
• Un dissipador de calor LED
• 2 díodes, de la varietat no emissora de llum (qualsevol tipus ho hauria de fer) O una resistència de 5ohm, 1 / 2W
• el teu tap d'ampolla de plàstic preferit (aquí tens el meu)
• 1/2 paquet de Sugru (o similar)
• una petita quantitat de compost tèrmic

Juntament amb les eines següents:

• soldador i soldador
• pistola de cola calenta
• alicates
• dits

No dubteu a ampliar la recepta segons vulgueu per a lots més grans de Plugbulb.

Pas 2: esquinçeu aquest connector USB

Aneu amb compte de conservar almenys un parell de centímetres dels cables. Vaig trobar que les tenalles funcionaven bé per desprendre el plàstic. Pot dependre del tipus de plàstic que envolta el cable. També és una bona idea fer-ne un amb el cable que surt per la part posterior de l'endoll, en comptes del lateral.

Pas 3: Feu un circuit LED, primera part

Aquí teniu la part tècnica. Vaig a aprofundir en alguna teoria per a aquells interessats en entendre com dissenyar amb LED d’alimentació. Per a aquells que prefereixin continuar amb el projecte per començar a encegar els seus amics amb la seva nova llanterna, no dubteu a passar al següent pas.

Els díodes poden ser difícils de dissenyar al principi perquè són dispositius no lineals. Això vol dir que la tensió i el corrent no són linealment proporcionals com en les resistències. La primera imatge superior, cortesia de https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, mostra una corba IV típica, o la relació entre corrent i voltatge, per a un díode.

Els LED són díodes especials dissenyats per emetre una certa longitud d’ona de llum. Els LED d’alta potència amb els quals treballarem tindran una corba similar a l’anterior, excepte amb el pendent exponencial allargat horitzontalment (el revolt cap amunt es desplaça cap a una tensió més alta). La segona imatge superior és una corba que vaig fer amb les dades que vaig recollir mentre investigava les característiques dels LED de 3W que he utilitzat en aquest projecte (els mateixos que he enllaçat, però suposo que tots els LEDs blancs de 3W tindran un aspecte bastant similar).

De les meves proves, vaig trobar que entre 200 i 500 mA sembla donar el millor equilibri entre la brillantor i el consum d'energia. Més enllà de 500, els guanys de brillantor són mínims a mesura que augmenta el corrent. Per sota de 200, el LED no és tan brillant com pot ser. Tan fàcil. Si volem passar una quantitat determinada de corrent, tot el que hem de fer és seguir la corba i trobar la tensió a la qual correspon. Si alimentés això amb una font de tensió ajustable i pogués marcar aquest voltatge específic, seria tan fàcil.

La part complicada apareix quan es vol alimentar des d’una font sense el voltatge correcte. En aquest projecte, volem alimentar el LED des de 5 volts. Si connectem el LED recte a 5 volts, bombaríem massa corrent a través d’ell i es cremaria en un instant. Llavors, com limitem el corrent?

Tenim diverses opcions. Podríem utilitzar un regulador de corrent de voltatge o de corrent i alguns podrien argumentar que aquesta és la millor manera d’aconseguir aquesta tasca. Tot i això, la mida és una limitació en aquest projecte, de manera que necessitem quelcom més petit. Afortunadament, atès que estem apagant una font estable i regulada de 5 volts (com solen ser els subministraments USB), podem simplement utilitzar díodes i / o resistències per perfeccionar el corrent / voltatge que necessitem.

Primer descriuré com triar correctament les resistències, tot i que vaig optar per utilitzar el mètode de díode a la meva construcció. Per dimensionar la resistència correcta agafaríem el corrent que volem, diguem-ne 300 mA, i la tensió que veurà la resistència, 5V-VLED, on VLED és el voltatge del LED a 300mA (mitjançant el nostre gràfic) i utilitzaríem la llei d’ohms (V / I = R) per calcular. Al gràfic podem veure que a 300 mA el LED cau al voltant de 3,25 V. Per tant, la nostra resistència caurà 5-3,25 = 1,75V. Utilitzant la llei d’ohms, la nostra resistència hauria de ser 1,75V / 300mA = 5,83 ohms.

Si no teniu una bona corba IV per al vostre LED, sempre podeu recórrer a les matemàtiques, però no són boniques. La darrera imatge que he adjuntat a aquest pas és l’equació de la corba IV típica d’un díode. Podem combinar aquesta equació amb la llei d’ohms de la resistència (V = IR) i resoldre R (si coneixeu el corrent de saturació del LED). Sabem que les jo són iguals i les V s’han de sumar a 5. Dues equacions, dues incògnites. Però brut … oi?

En resum, una resistència d’uns 5 ohms farà el truc. Però també heu de tenir en compte la dissipació del poder. 5ohms a 300mA dissiparan.3 ^ 2 * 5 =.45W de calor, de manera que necessitem una resistència de 1 / 2W. 5ohms és una mida de resistència incòmoda, però podem fer-ho amb resistències més comunes disponibles en paral·lel, com ara dues resistències de 10ohm o quatre resistències de 20ohm. Si feu aquest mètode, assegureu-vos que les resistències siguin d’1 / 4W o, preferiblement, fins i tot més grans en termes de dissipació de potència acceptable; en cas contrari, podrien arribar a fer massa calor i convertir-se en un perill.

L'altra opció és utilitzar díodes per baixar el voltatge. Es diu que un díode estàndard cau 0,7 volts, però no és estrictament el cas. Baixarà una mica més a corrents més alts i una mica menys a corrents més baixos. Això significa que dos díodes en sèrie cauran al voltant dels 1,4V. Al nostre circuit, això deixaria 3,6 V per al nostre LED, que hauria de passar a uns 500 mA segons el nostre gràfic. Tot i que és una mica alt, està dins del rang que cercava i afegir un tercer díode en sèrie baixaria el voltatge massa baix (~ 2,9 V). A més, quan es passa aquest corrent a través dels díodes, és probable que la caiguda de tensió sigui una mica superior a 0,7, de manera que el sistema trobarà un equilibri a un corrent lleugerament inferior. Una vegada més, això es pot resoldre amb més precisió amb matemàtiques si teniu tots els detalls dels díodes, però he utilitzat un enfocament més fàcil: un regulador de voltatge ajustable. Acabo d’afegir dos díodes (perquè aquest era el meu client) i vaig augmentar lentament el voltatge mentre mesurava el corrent. Quan vaig arribar a 5 volts, tirava de 400 mA. Perfecte.

Si feu servir un díode diferent i dos no funcionen, podeu afegir o restar díodes o fins i tot provar diferents díodes amb una caiguda de tensió diferent. O podeu utilitzar resistències si teniu els valors adequats. No puc pensar en cap raó per la qual un mètode seria millor que l’altre, però si podeu, m’encantaria conèixer-lo als comentaris.

Una nota lateral més per a aquells que juguen amb LED d’alta potència: l’aigua destil·lada és un gran dissipador de calor. Mentre provava els límits d’aquests LED, els vaig submergir completament en aigua destil·lada. L’aigua destil·lada és un aïllant (bé, més aviat com un conductor molt i molt feble), de manera que és segura per a l’electrònica. NO USEU aigua de l’aixeta, ja que són els minerals dissolts els que la fan conductora. Com sempre, utilitzeu el sentit comú i aneu amb compte, però pot ser un truc útil.

Pas 4: Feu un circuit LED, segona part

Ara és hora de soldar junts el circuit bàsic.

Col·loqueu una mica de compost tèrmic al centre del dissipador de calor i, a continuació, premeu el LED. Ajudarà a mantenir el LED al seu lloc mentre el soldeu al dissipador de calor. Ara fes això. Soldeu el LED al dissipador de calor.

A continuació, soldeu el LED i els dos díodes (o la vostra resistència de 5 ohm) en sèrie. Recordeu que els díodes estan polaritzats, així que assegureu-vos que tots estiguin orientats a la mateixa direcció o que la llum no s’encengui. Els díodes solen tenir una banda platejada que indica el costat de baixa tensió. Assegureu-vos que entrin al circuit amb aquesta banda al costat més lluny de la font de 5 V. El LED també és un díode, és a dir, també és direccional. Assegureu-vos que esteu apuntant també en la direcció correcta. Normalment tenen un marcatge en els petits conductors. Si no ho feu, utilitzeu una font de baixa tensió (~ 2-3V, funcionaran dues bateries AA en sèrie) per provar. No danyareu el LED connectant-lo cap enrere, només funcionarà.

Vaig afegir una mica de cinta elèctrica a la part posterior del dissipador de calor i després vaig ficar els díodes darrere. No importa en quin ordre entren aquests components dins del circuit, sempre que tinguin la direcció correcta.

Pas 5: connecteu la presa

Ara soldeu la presa USB al circuit. Tot el que necessiteu és l’alimentació (vermella) i els cables comuns (negres) de l’USB. Podeu retallar els altres (però tingueu cura de no reduir-los, per no danyar el dispositiu que connecteu). Intenteu fer-ho amb el mínim excés de fletxa possible als cables.

Ara utilitzeu una mica de cola calenta per mantenir-ho tot unit.

Pas 6: tallar un forat a la tapa de l'ampolla

Sí, sé que és el vostre favorit, però ho hem de fer.

Hem de fer una escletxa a la part posterior del tap de l'ampolla perquè el connector USB es pugui lliscar. Vaig trobar que podia fer servir una broca per perforar dos forats un al costat de l’altre de l’amplada adequada i, a continuació, utilitzar un moviment de serrar amb la broca per connectar-los, formant una escletxa. Estic segur que hi ha millors mètodes i millors eines, i m'encantaria conèixer-los als comentaris.

Pas 7: afegiu el tap de l'ampolla

Ara, empenyeu el gat a través de la ranura que heu fet a la tapa d’ampolla i afegiu-hi una mica de cola calenta al voltant del que sembla que el mantingui al seu lloc.

Pas 8: afegiu el Sugru

Utilitzeu el Sugru per fer un bon segell a la part superior de la presa i amagueu la imatge. Aquestes coses també actuen com a cola, cosa que el farà més durador.

Pas 9: gaudiu

Heus aquí! La bombeta!

Aquests llums consumeixen menys energia que un telèfon intel·ligent carregant-se, de manera que haurien de poder alimentar-se gairebé de qualsevol bateria USB que tingueu. Ideal per a una llum d’emergència o per fer un viatge d’acampada. Amb una bateria gran, funcionaran durant desenes d’hores.

Feliç fer!