USB žiarovka: 9 krokov (s obrázkami)

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

V tomto návode vám ukážem, ako vytvoriť super jasnú diódu LED napájanú z USB v kompaktnom formáte, ktorú som s láskou nazval „The Plugbulb“.

Túto malú žiarovku je možné zapojiť do akéhokoľvek konektora USB. Skvelé na premenu vašej prenosnej powerbanky na výkonnú baterku s dlhou životnosťou!

Krok 1: Prísady

Začnime s materiálmi. Jedna žiarovka vyžaduje:

• Zástrčka USB (najlepšie z prerušeného kábla)
• 3W LED žiarovka
• LED chladič
• 2 diódy, neemitujúce svetlo (akýkoľvek druh), ALEBO 5 ohm, 1/2W odpor
• vaše obľúbené plastové viečko (tu je moje)
• 1/2 balíčka Sugru (alebo podobného)
• malé, itty-bitty množstvo tepelnej zlúčeniny

Spolu s nasledujúcimi nástrojmi:

• spájkovačka a spájkovačka
• horúca lepiaca pištoľ
• kliešte
• prsty

Nebojte sa rozšíriť svoj recept podľa potreby pre väčšie dávky Plugbulb.

Krok 2: Roztrhnite ten konektor USB

Dávajte pozor, aby ste zachovali najmenej pár palcov drôtov. Zistil som, že na odlepenie plastu dobre fungujú kliešte. Môže to závisieť od typu plastu, ktorý obklopuje váš kábel. Je tiež dobré použiť jeden s káblom, ktorý vychádza zo zadnej strany zástrčky, na rozdiel od boku.

Krok 3: Vytvorte obvod LED, časť prvá

Tu je technická časť. Ponorím sa do nejakej teórie pre tých, ktorí sa zaujímajú o pochopenie toho, ako navrhovať pomocou výkonných LED diód. Tí, ktorí by sa do projektu radšej len pustili, aby ste mohli začať oslepovať svojich priateľov svojou skvelou novou baterkou, preskočte na ďalší krok.

Návrhy diód môžu byť spočiatku náročné, pretože ide o nelineárne zariadenia. To znamená, že napätie a prúd nie sú lineárne proporcionálne ako v rezistoroch. Prvý obrázok vyššie, s láskavým dovolením https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, ukazuje typickú IV krivku alebo vzťah medzi prúdom a napätím pre diódu.

LED diódy sú špeciálne diódy, ktoré sú navrhnuté tak, aby vyžarovali určitú vlnovú dĺžku svetla. LED diódy s vysokým výkonom, s ktorými budeme pracovať, budú mať podobnú krivku ako vyššie, okrem toho, že exponenciálny sklon je horizontálne predĺžený (ohyb nahor je posunutý smerom k vyššiemu napätiu). Druhý obrázok vyššie je krivka, ktorú som urobil s údajmi, ktoré som zhromaždil pri skúmaní charakteristík 3W LED diód, ktoré som použil v tomto projekte (rovnakých, s ktorými som sa spojil, ale tipoval by som, že všetky 3W biele LED diódy budú vyzerať dosť podobne).

Z môjho testovania som zistil, že medzi 200 a 500 mA sa zdá byť najlepšia rovnováha medzi jasom a spotrebou energie. Nad 500 je nárast jasu minimálny, keď sa prúd zvyšuje. Pod hodnotou 200 nie je LED dióda ani zďaleka taká jasná, ako by mohla byť. Tak ľahké. Ak chceme prejsť daným množstvom prúdu, stačí, aby sme sa riadili krivkou a našli napätie, ktorému zodpovedá. Keby som to napájal nastaviteľným zdrojom napätia a dokázal by som zadať konkrétne napätie, bolo by to skutočne také jednoduché.

Zložitá časť prichádza, keď ho chcete napájať zo zdroja bez správneho napätia. V tomto projekte chceme napájať LED z 5 voltov. Ak by sme LED zapojili rovno na 5 voltov, pumpovali by sme cez ňu príliš veľa prúdu a v momente by zhorela. Ako teda obmedzíme prúd?

Máme niekoľko možností. Mohli by sme použiť integrovaný obvod regulátora napätia alebo prúdu a niektorí by mohli tvrdiť, že je to najlepší spôsob, ako sa k tejto úlohe dostať. Veľkosť je však v tomto projekte obmedzením, preto potrebujeme niečo menšie. Našťastie, pretože to napájame zo stabilného, regulovaného 5 -voltového zdroja (ako sú zdroje USB obvykle), môžeme jednoducho použiť diódy a/alebo odpory na zdokonalenie prúdu/napätia, ktoré potrebujeme.

Popíšem najskôr, ako správne vybrať odpory, aj keď som sa vo svojej zostave rozhodol použiť diódovú metódu. Na dimenzovanie správneho rezistora by sme zobrali požadovaný prúd, povedzme 300mA, a napätie, ktoré rezistor uvidí, 5V-VLED, kde VLED je napätie na LED pri 300mA (pomocou nášho grafu) a použijeme zákon ohmu (V /I = R) vypočítať. Na grafe vidíme, že pri 300mA LED klesá približne o 3,25V. Preto náš odpor klesne o 5-3,25 = 1,75V. Pri použití zákona ohmov by mal byť náš odpor 1,75 V/300 mA = 5,83 ohmov.

Ak pre svoju LED nemáte peknú IV krivku, môžete sa kedykoľvek uchýliť k matematike, ale nie je to pekné. Posledný obrázok, ktorý som pripojil k tomuto kroku, je rovnica pre typickú IV krivku diódy. Túto rovnicu môžeme skombinovať s ohmovým zákonom pre odpor (V = IR) a vyriešiť pre R (ak poznáte saturačný prúd LED). Vieme, že I sú rovnaké a V je potrebné pridať k 5. Dve rovnice, dve neznáme. Ale hrubé … však?

Stručne povedané, rezistor asi 5 ohmov bude stačiť. Musíte však vziať do úvahy aj stratu energie. 5 ohmov pri 300mA rozptýli.3^2*5 =, 45W tepla, preto potrebujeme odpor 1/2W. 5 ohmov je nepríjemná veľkosť rezistora, ale môžeme to urobiť s bežnejšie dostupnými odpormi paralelne, ako sú dva 10 ohmové odpory alebo štyri 20 ohmové odpory. Ak urobíte túto metódu, uistite sa, že vaše odpory sú 1/4W alebo, pokiaľ možno, ešte väčšie, pokiaľ ide o prijateľný stratový výkon, inak by sa mohli príliš zahriať a stať sa nebezpečenstvom.

Ďalšou možnosťou je použiť diódy na zníženie napätia. Hovorí sa, že štandardná dióda klesne na 0,7 voltu, nie je to však celkom tak. Pri vyšších prúdoch klesne o niečo viac a pri nižších prúdoch o niečo menej. To znamená, že dve diódy v sérii klesnú niekde okolo 1,4V. V našom obvode by to ponechalo 3,6 V pre našu LED, ktorá by podľa nášho grafu mala prejsť niekde okolo 500 mA. Aj keď je to trochu vysoké, je to v rozsahu, ktorý som hľadal, a pridanie tretej diódy do série zníži príliš nízke napätie (~ 2,9 V). Pri prechode tohto veľkého prúdu diódami je tiež pravdepodobné, že pokles napätia bude o niečo viac ako 0,7, takže systém nájde rovnováhu pri mierne nižšom prúde. Opäť to možno presnejšie vyriešiť matematikou, ak máte všetky podrobnosti o diódach, ale použil som jednoduchší prístup - nastaviteľný regulátor napätia. Práve som pridal dve diódy (pretože to bol môj hosť) a pri meraní prúdu som pomaly zvyšoval napätie. Kým som sa dostal na 5 voltov, už to ťahalo niekde okolo 400mA. Perfektné.

Ak používate inú diódu a dve nefungujú, môžete diódy pridať alebo odčítať alebo dokonca vyskúšať rôzne diódy s iným poklesom napätia. Alebo môžete použiť odpory, ak máte okolo seba správne hodnoty. Nenapadá ma žiadny dôvod, prečo by jedna metóda bola lepšia ako druhá, ale ak môžete, rád by som sa o tom dozvedel v komentároch.

Ešte jedna postranná poznámka pre tých, ktorí hrajú s vysoko výkonnými LED diódami: Destilovaná voda je skvelý chladič! Kým som testoval limity týchto LED diód, úplne som ich ponoril do destilovanej vody. Destilovaná voda je izolátor (viac ako veľmi, veľmi slabý vodič), takže je bezpečná pre elektroniku. NEPOUŽÍVAJTE vodu z vodovodu, pretože rozpustené minerály sú tým, čo ju robí vodivou. Ako vždy používajte zdravý rozum a buďte opatrní, ale môže to byť užitočný trik.

Krok 4: Vytvorte obvod LED, časť druhá

Teraz je čas spájkovať základný obvod.

Do stredu chladiča umiestnite kúsok tepelnej zmesi a potom naň zatlačte diódu LED. Pomôže to udržať LED na mieste, keď ju spájkujete s chladičom. Teraz to urob. LED spájkujte s chladičom.

Ďalej spájajte LED a dve diódy (alebo váš 5ohm odpor) do série. Nezabudnite, že diódy sú polarizované, preto sa uistite, že sú všetky otočené rovnakým smerom, inak sa vaše svetlo nezapne. Diódy majú spravidla strieborný pás označujúci stranu nízkeho napätia. Zaistite, aby každý prešiel do obvodu s týmto pásmom na strane ďalej od vášho zdroja 5V. LED dióda je tiež dióda, čo znamená, že je tiež smerová. Uistite sa, že aj vy ukazujete správnym smerom. Obvykle majú označenie na malých vodičoch. Ak nie, na testovanie použite zdroj nízkeho napätia (~ 2–3 V, budú fungovať dve batérie AA v sérii). Pripojením dozadu nepoškodíte LED, nebude fungovať.

Na zadnú stranu chladiča som pridal elektrickú pásku a potom som za ňu zastrčil diódy. Nezáleží na tom, v akom poradí idú tieto komponenty v obvode, pokiaľ všetky smerujú správnym smerom.

Krok 5: Pripojte konektor

Teraz zapojte konektor USB do obvodu. Všetko, čo potrebujete, je napájací (červený) a spoločný (čierny) vodič z USB. Ostatné môžete orezať (dávajte však pozor, aby ste ich neskrátili, aby ste nepoškodili akékoľvek zariadenie, do ktorého zapojíte). Skúste to urobiť s čo najmenšou prebytočnou vôľou v kábloch.

Teraz pomocou horúceho lepidla držte všetko pohromade.

Krok 6: Vyrežte otvor v uzávere fľaše

Áno, viem, že je váš obľúbený, ale musíme to urobiť.

V zadnej časti uzáveru fľaše musíme urobiť štrbinu, aby sa dala zasunúť zástrčka USB. Zistil som, že môžem použiť vrták na vyvŕtanie dvoch otvorov vedľa seba, ktoré majú správnu šírku, a potom ich pomocou rezného pohybu spojiť s vrtákom a vytvoriť štrbinu. Som si istý, že existujú lepšie metódy a lepšie nástroje, a rád by som sa o nich dozvedel v komentároch!

Krok 7: Pridajte uzáver fľaše

Teraz zatlačte zdvihák cez štrbinu, ktorú ste urobili v uzávere fľaše, a pridajte ďalšie horúce lepidlo, zdá sa, že ho drží na mieste.

Krok 8: Pridajte cukor

Pomocou Sugru urobte pekné tesnenie okolo hornej časti zdviháka a skryte vzhľad. Táto látka funguje aj ako lepidlo, vďaka čomu bude odolnejšia.

Krok 9: Užite si to

Hľa! Plugbulb!

Tieto svetlá spotrebúvajú menej energie ako nabíjanie smartfónov, takže by mali byť schopné napájať takmer akýkoľvek akumulátor USB, ktorý máte. Ideálne pre núdzové osvetlenie alebo na výlet. S veľkým akumulátorom pobeží niekoľko desiatok hodín!

Šťastnú výrobu!