USB Floodlight: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Začalo to ako prax v spájkovaní SMD (zariadenie na povrchovú montáž) na štandardných prototypových doskách a výsledkom bolo veľmi jasné kompaktné záplavové svetlo napájané USB, ktoré je skvelé pre kempovanie alebo núdzové osvetlenie.

Väčšina moderných LED žiaroviek obsahuje vo vnútri SMD LED čipy. Tieto čipy sú sériovo vyrábané, veľmi lacné a dostupné pre domácich majstrov za veľmi nízke ceny. Kúpil som 200 z typu 5730 za 1 EURO. 4-miestne číslo udáva ich veľkosť: 5,7x3,0 mm. Majú každý 0,5 W (~ 140 mA pri 3,5 V), aj keď na ich nepretržitý chod bude potrebný chladič. Bez chladiča by mali byť buď spustené na oveľa nižšom prúde, alebo môžu byť spustené v pulznom režime na plný prúd, napríklad v multiplexnom alebo stroboskopickom režime.

Tento návod popisuje, ako vyrobiť svetlomet napájaný z USB, ale nízka cena a malá veľkosť znamenajú, že sa dajú použiť aj v mnohých ďalších aplikáciách, ako sú napríklad 7-segmentové displeje DIY, náladové svetlá, svetlá na pestovanie, projektory, kresliace stoly alebo akékoľvek iné riešenia osvetlenia na mieru.

Štandardné napájacie banky USB dodávajú 5V 1A a väčšie môžu dodávať 2A. Tu uvedený dizajn je pre 1A, takže bude fungovať v akejkoľvek energetickej banke, ale zdvojnásobením počtu LED diód môžete vyrobiť jednu pre 2A.

Krok 1: Teória

Na rozdiel od staromódneho žiarovky závisí pokles napätia na dióde LED od prúdu veľmi málo. Pokles napätia pre vysokoprúdové biele LED diódy sa pohybuje od ~ 3,0 V pri prúdoch ~ 10 mA do ~ 3,5 V pri 100 mA. Nie je ich teda možné pripojiť priamo k 5 V dodávanému pomocou powerbanky USB. Najjednoduchším riešením je zapojiť každú LED do série s odporom. Hodnota tohto rezistora určuje prúd cez LED, a tým aj jas. Presný prúd LED s odporom je ťažké vypočítať, ale je ľahké ho odhadnúť a je ľahké ho merať.

Napríklad odpor 1 kOhm v sérii s bielou diódou LED bude znamenať, že prúd je veľmi nízky, takže pokles napätia na dióde LED je ~ 2,9 V, pričom na rezistore zostane 2,1 V, a teda prúd 2,1 mA cez odpor, a to isté 2,1 mA prostredníctvom LED. Rezistor 100 Ohm by mal za následok 21 mA, ak by pokles napätia LED zostal na 2,9 V, ale pravdepodobne sa zvýši na 3,0 V, pričom na rezistore zostane „iba“2,0 V, a teda 20 mA cez LED. S odporom 10 Ohm by bol prúd 200 mA, keby pokles napätia LED bol 3,0 V, ale pravdepodobne sa zvýši na 3,4 V a zostávajúci pokles 1,6 V na odpore dáva prúd 160 mA, čo je mierne nad menovitý prúd.

Môžete si teda myslieť, že na výrobu silnej žiarovky zo zdroja 5 V 1 A by stačilo paralelne zapojiť 6 alebo 7 0,5 W LED diód, z ktorých každá má odpor série 10 Ohm. Každá LED dióda spotrebuje 160mA*3,4V = 0,54W a každý odpor 160mA*1,5V = 0,24W. To sa blíži špecifikácii pre LED a v rámci špecifikácie pre odpor 1/4W. Ale keď to vyskúšate, uvidíte, že LED aj odpor sa extrémne zahrievajú (~ 100 ° C). Ešte viac, ak umiestnite všetky tieto komponenty blízko seba. Pokiaľ sa nepoužije chladič a ventilátor, pravdepodobne umrú a produkujú pri tom veľa toxického dymu.

Skúsil som teda nasledujúce nastavenia:

10 LED diód s odpormi série 22 Ohm. Cez rezistory meriam pokles 1,4 V, takže prúd je 64 mA na LED, celkovo 0,64 A. Keď sú diódy LED a rezistory namontované blízko seba, sú tak horúce, že to na dotyk bolí, ale neroztopí sa ani nespáli a je to pekné kompaktné svetlo na príležitostné použitie.

24 LED diód s odpormi série 47 Ohm. Na odporoch meriam pokles 1,7 V, takže prúd je 36 mA na LED, celkovo 0,86 A. Veci sa po určitom čase zahrievajú. Je zaujímavé, že odpory sa cítia teplejšie ako diódy LED, napriek tomu, že spotrebúvajú viac energie a sú menšie. Môžu byť diódy LED schopné vyžarovať veľkú časť svojej energie ako svetlo? Nepoužíval by som ho v stane, pretože dosiahnuté teploty môžu byť bolestivé a pri náhodnom prekrytí sa môžu zvýšiť na nebezpečnú úroveň.

40 LED diód s odpormi série 100 Ohm. Cez rezistory meriam pokles 1,9 V, takže prúd je 19 mA na LED, celkovo 0,76 A. Citeľne sa otepľuje, ale rozhodne nie je horúco. Je to skvelá lampa, podobná 3W LED žiarovke (alebo 30W žiarovke). Je veľmi užitočný pri fotografovaní malých predmetov, spájkovaní alebo opravách, ale aj pri osvetlení grilu alebo ako núdzové svetlo doma, na cestách alebo v kempingu.

Krok 2: Požadované komponenty

Návod je pre 40 LED panel s odpormi série 100 Ohm, ktorý je podľa mňa najjasnejší a najbezpečnejší. Spájkovanie celej veci mi trvalo asi hodinu, ale priznávam, že to bolo potom, čo som získal určité skúsenosti a istotu v ďalších dvoch verziách dosky.

Požadované komponenty (celkové náklady: menej ako 1 euro, ak sa nakupuje v polo hromadnom balení)

• 40 bielych LED diód SMD ‘5730’
• 40 100 Ohm odpory, 1/4W
• 1 prototypová doska 5 x 7 cm. Jednostranné, otvory 18 x 24.
• 1 konektor USB samec.

Pomôcky: spájkovačka, spájkovačka, pinzeta.

LED diódy majú polaritu. Z diaľky sa môže ich vzhľad zdať symetrický, ale pri podrobnom skúmaní uvidíte niekoľko rozdielov. Najužitočnejšie je na žltej prednej strane: je tam oválna časť, ktorá sa v skutočnosti rozsvieti, ale jedna strana obsahuje navyše čiaru. To je negatívna stránka, rovnako ako pre diódy, elektrolytické kondenzátory atď.

Krok 3: Pokyny na stavbu

Začnite 40 prikladaním kvapiek spájky na miesto, kde sa diódy LED pripájajú k zemi. Ďalej spájkujte LED diódy s ich mínusovou stranou na spájkovacej guličke: držte LED diódu pinzetou, roztavte spájkovaciu guličku a presuňte LED na tekutú škvrnu. Zaistite, aby v otvore na plusovej strane diódy LED zostal voľný priestor na prevlečenie rezistora.

Jeden po druhom namontujte odpory na zadnú stranu dosky podľa pravidelného vzoru uvedeného na obrázku. Jednu stranu spájkujte k plusu diódy LED a druhú stranu k stredu dosky. Odrežte prebytočné vodiče na strane zeme, ale nechajte ich na strane plus.

Nakoniec spojte všetky plusové vodiče. Teraz je vhodný čas na test, či všetky LED diódy fungujú. Zistil som, že s multimetrom nastaveným na 200 Ohm sa diódy LED mierne rozsvietia, ale dostatočne zreteľne, aby zistili, či nie je dobre zapojený. Pomocou niektorých z prebytočných káblov spojte všetky body oboch mínus koľajníc dohromady.

Teraz pripojte konektor USB. Dal som štyri kvapky spájky a všetky štyri piny som spájkoval s doskou, aby bol konektor na doske dobre zaistený. Pri pohľade zhora je ľavý kolík plus a pravý kolík mínus a mal by byť spojený s príslušnými koľajnicami. Dva centrálne piny slúžia na dáta, a preto sú nepoužité. Pripojenie k ľavej pozemnej koľajnici by malo prechádzať zo zadnej strany, aby mohlo v strede prechádzať plusovou koľajnicou. Teraz to môžete vyskúšať na powerbanke a ak sa všetko dobre rozsvieti, máte hotovo!

Krok 4: Výkon

Je notoricky ťažké ukázať, aké silné je svetlo: automatická expozícia fotoaparátu znamená, že čím je svetlo silnejšie, tým menšia bude expozícia. Obrázky urobené z „šialene jasnej pochodne“sú dosť ohromujúce. Napriek tomu si myslím, že vyššie uvedený obrázok dáva úprimnú predstavu: v blízkosti je veľmi jasno, ale aj dobre osvetľuje niekoľko metrov. Všimnite si tiež, že osvetlenie je veľmi homogénne, pretože tieto LED diódy SMD, na rozdiel od akrylových LED, nemajú zaostrovací objektív.

V neposlednom rade, ak sa vám tieto pokyny páčia, zvážte ich hlasovanie v súťaži „Make it Glow“!