Ako som vyrobil najpokročilejšiu baterku všetkých čias: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Dizajn DPS je moje slabé miesto. Často dostanem jednoduchý nápad a rozhodnem sa ho realizovať čo najkomplexnejšie a najdokonalejšie.

Tak som sa raz pozrel na starú „vojenskú“4,5V baterku s bežnou žiarovkou, ktorá zbierala prach a. Svetelný výkon z tejto žiarovky bol dosť mizerný a batérie sa nedali nabíjať, životnosť batérie neexistovala. Ale jeho prípad bol pekný.

Preto som sa rozhodol dať tomu nové high-tech srdce.

Opýtal som sa teda: „V koľkých funkciách chcem zabudovať?“A povedal som: „Áno. Všetky.“

:)

Chcel som:- vynikajúcu výdrž batérie, ktorá bola archivovaná s nabíjateľnou lítium-iónovou batériou 3,7 V 6000 mAh (3x NCR18500A). Životnosť batérie sa pohybuje od 20 hodín do 6 hodín, v závislosti od nastavenia napájania.

- LED dióda s najvyššou možnou účinnosťou, akú som mohol nájsť - Ultra účinný Cree XP -G3 (187 lm/W)

- najvyššia možná účinnosť IC ovládača LED (viac ako 90%) - spotrebiteľské ovládače LED sú účinné iba okolo 60%

- Chcel som ho nabíjať cez USB a pomocou externého adaptéra až do 40 V, aby som ho mohol nabiť kdekoľvek s čímkoľvek

- Chcel som, aby slúžil aj ako powerbank, aby som si ním mohol nabíjať telefón

- Chcel som indikátor stavu nabitia, aby som videl, koľko šťavy je stále vo vnútri

- a chcel som zmestiť všetko do toho malého kufríka

Potreboval som teda navrhnúť vlastnú dosku plošných spojov, ktorá by sa zmestila do jej puzdra, a potreboval som zmestiť všetko, čo je vyššie popísané, na túto dosku.

Hore je video, ktoré ukazuje celý proces návrhu. Neváhajte sledovať, zdieľať, lajkovať a prihlásiť sa na odber môjho youtube kanála:)

Ďalej popíšem kroky návrhu v tomto návode.

Našťastie tento návod poskytne niektorým ľuďom pohľad na to, čo sa dá urobiť a koľko práce je na to potrebné, a možno dokonca inšpiruje niektoré deti, aby sa stali elektrotechnikmi:)

Krok 1: Stará baterka

Bolo to lacné svetlo, ktoré vybilo 4,5 V batériu a bolo jasné ako bežná sviečka.

Mal chladné, ručne ovládané červené a zelené filtre, ktoré boli veľmi chladné.

Krok 2: Vykuchanie baterky

Vykuchal som všetky diely a zmeral vnútorné rozmery. Potreboval som navrhnúť dosku, ktorá do nej perfektne zapadne.

Rozhodol som sa použiť súčasne 3 lítiové batérie. Skriňa bola príliš malá na použitie klasických článkov 18650. Preto som sa rozhodol použiť o niečo kratšie 18500 článkov - Panasonic NCR18500A s každým okolo 2 000 mAh. Takže som mal celkom dobrú kapacitu 6 Ah celkom

To znamenalo, že priestor pre DPS bol dosť malý. Ale hovorí sa: „Človek by to zvládol, keby sa pokúsil“:)

Krok 3: Schéma

Preto som urobil túto neuveriteľne komplexnú schému. Nepýtaj sa ma na hodiny, ktoré som tomu venoval:)

Hľadal som a vyberal vhodné komponenty niekoľko dní, než som sa odhodlal k záveru. To znamená, že si prehliadnete stránky výrobcov (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) pre integrované obvody podľa kategórie a vyberiete ten, ktorý vyhovuje mojim potrebám. A IC musí byť k dispozícii na nákup v množstve zápachu na stránkach ako Farnell, Mouser a Digikey.

Zapojenie všetkých integrovaných obvodov nie je také ťažké, ako sa zdá, pretože výrobcovia vždy zahrnujú do technického listu IC jednu základnú schému zapojenia. Nebudem sa tu rozpisovať o schéme, ak by vznikla nejaká otázka, pokojne sa pýtajte v komentároch.

Schéma zahŕňa nasledujúce subobvody:

-Ochrana proti prebitiu/vybitiu a nadprúdu, ktorá udržuje batériu v bezpečných prevádzkových medziach.

- USB regulátor pomalého nabíjania - slúži na pomalé nabíjanie baterky cez micro USB port. Toto je pridané pohodlie, ale pomocou tejto možnosti by sa baterka mohla nabíjať až 12 hodín. Pridal som prepínač na výber nabíjacieho prúdu medzi 100mA (obmedzenie prúdu USB 1,0), 500mA (štandardný prúd USB) a 800mA (nástenná nabíjačka)

- Ovládač rýchleho nabíjania - tento integrovaný obvod ovláda nabíjanie prostredníctvom konektora DC napájaného z puzdra na batériu. Dokáže zvládnuť vstupné napätie od 5V do 40V, má ochranu proti prepólovaniu a dokáže nabiť batériu maximálne za niekoľko hodín. Pridal som prepínač na výber dvoch rôznych nabíjacích prúdov v závislosti od obmedzenia zdroja energie. Prúd je voliteľný medzi 1A a 3A. Týmto spôsobom nemôžete preťažiť nástenný adaptér DC s nižším napájaním. Chcel som to univerzálne:)

- Ovládač LED - vybral som vysoko účinný (90%) ovládač LED, schopný poháňať LED prúdom až 1 A (okolo 3 W). Je to dosť nízky výkon, ale vybral som LED s najvyššou účinnosťou, akú som mohol nájsť - Cree XP -G3 (187 lm/W), ktorá kompenzuje nízky jazdný výkon. Chcel som maximálnu možnú účinnosť a výdrž batérie. Ovládač podporuje 4 nastaviteľné nastavenia napájania. Vybral som si Off, 1W, 2W a 3W.

- Otočný prepínač na binárny dekodér - je to preto, že výstupné výstupy ovládača LED boli binárne kódované a potreboval som previesť výstup z prepínača na 2 -bitový binárny kód s duálnym obvodom hradla OR.

- Indikátor palivomeru na batérii som navrhol diskrétne so 4 komparátormi, presnou referenciou napätia a presnými deličmi rezistorov. Udávala zostávajúcu kapacitu na základe napätia batérie. Našiel som krivku vybíjacieho napätia pre podobný batériový článok a vypočítal som rozdeľovače odporu, aby podľa toho rozsvietili LED diódy.

- Funkcia USB powerbank a regulátor rýchleho nabíjania. Prvý IC generuje stabilný 5 V IC z napätia batérie 2,5 V - 4,2 V. Druhý IC je príjemným doplnkom - je to regulátor nabíjania USB. Keď pripojíte telefón k nabíjaciemu portu, tento integrovaný obvod oznámi telefónu a oznámi mu, čo je to inteligentný nabíjací port, a oznámi telefónu, že môže nabíjať až 1,5 A nabíjacieho prúdu. Bez tohto IC by sa mnoho telefónov nabíjalo iba s predvoleným prúdom USB 500mA. Keď je zavedené rýchle nabíjanie, rozsvieti sa LED dióda, aby ste videli, že sa telefón rýchlo nabíja. Malý prepínač na doske plošných spojov slúži na aktiváciu funkcií powerbanky.

Ak veríte alebo nie, v tejto schéme je 125 komponentov:)

Aby som ich umiestnil na veľmi malú dosku, musel som použiť miniatúrne pasívne komponenty veľkosti 0402 - jeden rezistor má veľkosť 1 mm x 0,5 mm alebo 0,04 x 0,02 palca. Preto je ich veľkosť 0402.

Krok 4: DPS

Potom, keď je schéma hotová, je načase vyformovať oblasť DPS na požadované rozmery a umiestniť súčiastky na DPS.

Je to dosť zdĺhavá úloha, ale budete ju vykonávať radi. Je to príjemná a relaxačná práca.

Trochu znalostí o konkrétnych umiestneniach komponentov príde vhod. Väčšinou sa získava pomocou kníh a návodov a niektoré sa uvádzajú do praxe. Čím viac PCB vyrobíte, tým lepšie to zvládnete.

Používam Altium Designer, ktorý je profesionálnym programom a od práce dostávam licenciu. Ale pre domácich majstrov je Eagle, Kicad, designspark PCB a mnoho ďalších lepším riešením, pretože je oveľa jednoduchšie začať.

Pracujem s komponentmi nakreslenými aj v 3D, čo veľmi pomáha pri vizualizácii a navrhovaní príloh, pretože viete, kde sa veci nachádzajú a ako sú vysoké. Nakreslenie komponentných stôp pomocou 3D tiel však vyžaduje trikrát viac práce. Ale z dlhodobého hľadiska to stojí za to.

Tu sú konštrukčné údaje DPS vrátane Gerberov, väčších schematických súborov, montáže a kusovníka:

Na výrobu svojich dosiek používam JLCPCB. Náklady na túto dosku sú len niekoľko dolárov za 5 kusov (plus poštovné), čo je výhodná ponuka! Zaregistrujte sa a získajte 18 nových kupónov pre používateľov:

Pri platbe môžete pri zľave použiť kód kupónu „JLCPCBcom“.

Krok 5: Výroba DPS

Dni leptania DPS doma sú zrátané. Na strednej škole som pred 10 rokmi leptal PCB doma. Takto to bolo oveľa lacnejšie. Potom však neexistovali žiadne čínske spoločnosti, ktoré by ponúkali PCB takmer zadarmo.:)

Teraz môžete získať 2vrstvové dosky plošných spojov vyrobené za 2USD + za dodanie na stránkach, ako je JLCPCB.com. Je to oveľa pohodlnejšie a získate dosky profesionálnej kvality.

Stačí exportovať súbory gerber (ktoré obsahujú informácie o vrstvách medi na doske plošných spojov) a nahrať ich na svoje stránky a počkať niekoľko týždňov, kým váš obľúbený poštár doručí vaše majstrovské dielo.

Krok 6: Spájkovanie

Spájkovanie týchto malých súčiastok nie je ľahká úloha. Ale s dobrou spájkovačkou a dobrým zrakom sa to dá zvládnuť.

Používam spájkovaciu stanicu Ersa Icon, ktorá robí svoju prácu veľmi dobre.

Pre tento projekt som vybral smiešne malé súčiastky, pretože som mal veľmi málo miesta. V opačnom prípade by som zvolil súčiastky 0603 alebo 0805, ktoré je oveľa jednoduchšie spájkovať.

Krok 7: Chladič pre LED

Potreboval som do krytu vložiť hliníkovú hmotu, aby sa teplo z LED diódy rozvádzalo.

Keďže som mal 3D model svojej dosky, mohol som kus ľahko modelovať v 3D a vyrobiť ho pomocou svojho hobby routeru.

Dokázal som vystrihnúť všetky otvory a výrezy, aby to perfektne sedelo.

Krok 8: Spustenie montáže

Potom sa začala montáž a všetko zrazu perfektne sedelo.

Pod DPS som zalepil pásku Kapton, aby bola doska elektricky izolovaná od hliníka, aby nemohlo dôjsť k skratu.

Krok 9: Pár hodín zalisovania káblov neskôr …

Šelma bola takmer úplná!

Zalisoval som káble, namontoval vypínač a napájací konektor, pripojil všetky veci, namontoval šošovku pre LED a namontoval batérie do držiakov batérií, prilepil termistory na meranie teploty batérie. Nabíjacie integrované obvody udržujú batériu v bezpečných medziach. Ak je teplota príliš nízka alebo príliš horúca, nabíjací prúd sa zníži, aby sa batéria nepoškodila.

Krok 10: A potom…

Hotovo!

Baterka bola kompletná! Pozrite sa na video v hornej časti návodu, aby ste ho videli v akcii a ako jasne svieti!

Jediná vec, ktorú je potrebné aktualizovať, je, že musím nejako utesniť otvor okolo konektorov USB pre prach.

Ale ešte som neprišiel na to, ako to urobiť správne. Ak máte nejaký nápad, povedzte to v komentároch.

Takže.. Teraz si myslíte, že som profesionál a nie ste schopní vytvoriť také niečo. Ale mýliš sa. Keď som na strednej škole začínal s elektronikou, tiež som nemal predstavu, čo robím. Hľadal som online schémy a pokúsil som sa ich spájkovať, keď som ani nevedel, čo je to tranzistor a ako funguje. Väčšina z nich samozrejme nefungovala. Prostredníctvom pokusov a omylov som bol stále lepší a lepší. Prečítal som niekoľko kníh, išiel študovať elektrotechniku a začal som vyrábať veľa PCB. S každým ďalším som sa zlepšoval. A vy tiež!

Ďakujem, že ste si prečítali môj návod! Prečítajte si aj moje ďalšie pokyny!

Môžete ma sledovať na Facebooku a Instagrame

www.instagram.com/jt_makes_it

za spoilery na tom, na čom práve pracujem, zákulisí a ďalšie doplnky!

Druhé miesto v súťaži PCB Design Challenge