Fairy Light Battery Saver: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Батареи CR2032 великолепны, но они не работают так долго, как хотелось бы при использовании светодиодных гирлянд "Fairy Light".

В преддверии праздников я решил модифицировать несколько 20 световых струн, чтобы они работали от USB-блока питания.

Я поискал в Интернете и обнаружил, что не все USB-аккумуляторы останутся включенными при таком небольшом потреблении тока.

Путем тестирования и нескольких итераций я нашел рабочее решение, которое, я думаю, могут захотеть попробовать другие.

Помимо типичного времени непрерывной работы от 60 до 80 часов без подзарядки, необходимо будет покупать и перерабатывать меньшее количество батарей CR2032!

Обязательно выполните это или пропустите до конца, чтобы увидеть окончательную версию…

Лучшее я хотел оставить напоследок!

Боб Д.

Шаг 1: Сбор необходимых деталей

Требуется всего несколько компонентов, и все они подходят вместо двух батарей CR2032 в батарейном отсеке.

1x 3, 350 мА - 4, 440 мА USB внешний аккумулятор (или аналогичный) - от Walmart или Amazon

1x 20 светодиодных гирлянд - многие типы доступны на Amazon

www.amazon.ca/Starry-String-Lights-CR2032-20LEDs/dp/B01FO9II5K

1x транзистор 2N2222A или 2N4401 - я подтвердил, что оба типа работают хорошо.

2 диода 1N914A или 1N4148 - я подтвердил, что оба типа работают хорошо.

1x 3, резистор 300 Ом 1/4 Вт

1x 16 Ом или 2 резистора 33 Ом 1/4 Вт - для версий 1 и 2

1x резистор 10 Ом 1/4 ИЛИ (предпочтительно 1/2 Вт) - Версия 3.

1x 270 Ом резистор 1/4 Вт - версия 2

1x утилизированный разъем USB A и кабель - мы будем использовать красный + и черный - провода и изолировать белый и зеленый провода данных.

Шаг 2. Необходимые инструменты

Паяльная станция и припой.

Кусачки, инструмент для зачистки проводов, хирургический зажим, прецизионные отвертки.

Термоусадочные трубки и источник тепла.

Горячий клеевой пистолет и клей-карандаш.

Цифровые измерители или два для измерения тока, напряжения и сопротивления.

Напильники круглые и плоские.

Шаг 3: принципиальная схема и компоновка деталей - версии 1 и 2

Как и большинство вещей, которые я создаю, я всегда думаю о способах повторного использования как можно большего количества вещей. Мне нравится хороший поиск на Amazon, и я испытываю волнение каждый раз, когда приходит новая посылка… но использование запчастей, которые у меня есть под рукой, - это прекрасное чувство.

Это была одна из таких сборок, поэтому я решил использовать базовую схему драйвера светодиода постоянного тока, о которой недавно узнал в Интернете.

Ключевым компонентом, определяющим ток, подаваемый на светодиоды, является резистор эмиттера. Чтобы упростить объяснение здесь, я собираюсь заявить, что падение напряжения на эмиттерном резисторе довольно постоянное и составляет 0,5 В постоянного тока, благодаря диодам 1 и 2, подключенным к базе в качестве делителя напряжения.

В Версии 1 и Версии 2 я экспериментировал с током возбуждения светодиода от 15 мА до 30 мА, подаваемым на цепочку светодиодов.

Математический расчет необходимого резистора эмиттерного резистора:

0,5 В / 0,015 А = 33 Ом

или

0,5 вольт / 0,030 ампер = 16 Ом

В версии 2 основное отличие заключается в добавлении резистора на 270 Ом для увеличения общего потребляемого тока цепи до чуть более 50 мА, чтобы некоторые батареи не отключились примерно через 30 секунд.

В версии 3… я подожду позже, чтобы рассказать об этой модификации.

Шаг 4: разборка и подготовка

Выкрутите 4 винта, которые скрепляют крышку, отложите батареи в сторону и приступим.

Нам нужно согнуть выступы, чтобы освободить больше места для компонентов. Для этой задачи подойдут плоскогубцы или хирургический зажим.

Затем нам нужно удалить соединительную планку, соединяющую две батареи. Я обрезал пластиковые выступы и снял планку, так как она больше не нужна.

Нагрейте паяльную станцию и снимите провода переключателя и светодиода в точках, отмеченных на рисунке.

Я заметил, что анод + вывод имеет белую полосу для использования в будущем, и пока отложил светодиоды. Нам нужно будет снова подключить их позже и убедиться, что они подключены правильно.

Я также добавил переключатель и соединительную планку в свою коробку с запчастями … никогда не знаешь, когда они могут быть полезны для другого проекта!

Шаг 5: Установка батарейного отсека - см. Схему версии 1 или версии 2

Вот как я собрал компоненты:

Напоминание: катодный минус (-) - это конец диода с черной полосой.

-соедините D1 и D2 последовательно и припаяйте (я также добавил небольшой кусок прозрачной термоусадки).

-зафиксируйте анодный вывод D1 и базовый вывод T1 как можно ближе, чтобы можно было паять соединение, и припаяйте их.

-положите катод D2 плоской стороной вниз T1 так, чтобы его можно было припаять к отрицательной шине USB (там, где мы согнули язычок).

-обрезать катод по размеру и припаять.

-установите требуемый эмиттерный резистор на 16 Ом или 2 x 32 Ом и припаяйте между выводом эмиттера T1 и отрицательным выводом шины USB.

-Я добавил небольшой кусок прозрачной термоусадки к резистору 3K3, а затем поместил его между анодным переходом T1 Base / D1 и выступом USB + Rail. Затем припаяйте на место.

-Для версии 2 - установите и припаяйте резистор 270 Ом между шинами USB + и USB-.

-Пришло время просушить кабель USB и подключить клеевой пистолет.

-вы должны будете отрезать и подпилить немного, чтобы позволить кабелю USB войти в батарейный отсек (где переключатель был первоначально расположен)… здесь будьте терпеливы.

-с проложенными красным и черным выводами припаяйте их на место.

-Теперь пора приклеить термоклей USB-кабель к основанию аккумуляторного ящика. Удерживайте проволоку на месте, пока клей не затвердеет. Добавьте несколько капель клея, чтобы удерживать зеленый и белый провода передачи данных в стороне, пока вы находитесь на нем.

-Я хотел, чтобы светодиодный шнур выступал по прямой линии напротив точки входа USB-кабеля. Это означало, что мне пришлось снова разрезать и подпилить батарейный отсек, чтобы установить провод на место.

-сухо установите полосатый вывод анода + светодиода и припаяйте его к шине USB +.

-сухая установка катода - вывод светодиода на вывод коллектора T1. Припаяйте и добавьте термоусадочную пленку, чтобы изолировать соединение.

-Проверьте все соединения, и если все в порядке, пора подключить его к блоку питания.

Шаг 6. Тестирование версии 1 и изменение версии 2

Версия 1 Тестирование:

Я использовал блок питания Hype HW-440-ASST, который работал стабильно (не выключался) при питании цепочки из 20 светодиодов.

Примечание. Расчетное время работы (при полной зарядке) составит 4,400 мАч / 30 мА = 145 часов.

Затем я протестировал версию 1 с блоком питания ONN ONA18W102C, который автоматически отключался через 30 секунд.

Версия 2 Создание и тестирование:

Затем я собрал ту же схему Версии 1 на макетной плате и добавил дополнительный резистор 270 Ом к шинам USB + и USB -. Это увеличило общий потребляемый ток цепи до 50 мА. ONN ONA18W102C будет оставаться включенным постоянно. Это стало версией 2, которая будет работать с большинством USB-аккумуляторов.

Расчетное время работы (при полной зарядке) для блока питания ONN ONA18W102C составит 3 350 мАч / 50 мА = 69 часов. Это будет работать на полной яркости в течение всего этого времени.

Оригинальные оценки и мысли батареи:

Батареи CR2032 рассчитаны на 3 В постоянного тока и емкостью 240 мАч, и на сайте хвастается, что их хватит на 72 часа при непрерывном использовании. Внутреннее сопротивление батареи CR2032 ограничивает ток в Fairy Lights, поэтому в оригинальной конструкции нет ограничивающего резистора. Однако все сайты, на которые я смотрю, указывают на то, что CR2032 не любит разряжаться с такой высокой скоростью (около 30 мА).

Я не могу подтвердить это наверняка на данный момент, но я помню, что свет выглядел заметно тусклее после 3-х часов вечера (продолжительностью 4 часа). Нет никакого способа получить "волшебство" от этих батарей. Во время тестирования я подтвердил, что свет выглядит очень тусклым, когда батареи достигают 2,5 В постоянного тока на элемент.

Мне придется провести некоторые испытания в реальной жизни и обновить этот пост позже, но я думаю, что блоки питания емкостью 3 350 мАч при 5 В постоянного тока должны полностью превосходить по производительности 240 мАч при 6 В постоянного тока (2 батареи последовательно) CR2032.

Кроме того, целью здесь было более длительное время автономной работы и, в конечном итоге, меньшее количество «расходуемых» и переработанных батарей CR2032.

Дальше:

Как вы уже догадались … Задумана версия 3, так что продолжайте читать!

Шаг 7: Волшебный свет: версия 3 с двумя нитями светодиодных фонарей

Версия 3 использует дополнительный ток, который отводился (терялся) на резистор 270 Ом в Версии 2.

Поскольку мы ориентировались на 50 мА в качестве общего потребляемого тока, чтобы поддерживать средний блок питания включенным, мы можем внести улучшения. Я провел тест, в котором я запитал световую струну током 15 мА, а вторую световую струну - 30 мА, и спросил жену, заметила ли она разницу. Она несколько раз огляделась и показала, что на самом деле не видит и не различает.

Этот эксперимент подтвердил, что лучшим решением было бы подключить две (2) струны Fairy Light параллельно и подать на них ток 50 мА. На прилагаемой схеме для версии 3 вы можете видеть, что все, что требовалось, - это изменить резистор эмиттера R2 на 10 Ом и подключить вторую световую цепочку параллельно.

Чтобы рассчитать мощность через R2 по закону Ома:

P = E x I

E = 0,5 В (через R2)

I = 50 мА (через R2)

0,5 x 50 = 0,025 Вт

Мы можем безопасно использовать резистор 10 Ом 1/4 Вт (250 мВт) для этого приложения.

На рисунке 2 показано, что тестовая схема потребляет 50 мА согласно расчетам.

Я добавил несколько изображений процесса сборки, чтобы показать прокладку кабеля.

Версия 3 завершена и тестируется на моем стенде.

Шаг 8: Версия 2 и Версия 3 - конечный продукт

Вот версии 2 и 3 в работе на моем стенде.

Заключительное примечание:

Это была забавная сборка с освещением, которое я могу использовать в любое время года в течение года.

Самое приятное то, что мне больше не нужно заказывать и ждать замены батарейки CR2032!

Спасибо за то, что следуете за вами, и счастливого строительства!

Боб Д