USB Plugbulb: 9 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

В этом руководстве я покажу вам, как сделать сверхяркий светодиод с питанием от USB в компактном форм-факторе, который я с любовью назвал «Plugbulb».

Эту лампочку можно подключить к любому USB-разъему. Отлично подходит для превращения портативного зарядного устройства в мощный и долговечный фонарик!

Шаг 1: ингредиенты

Начнем с материалов. Для одного Plugbulb требуется:

• USB-штекер (желательно от сломанного кабеля)
• Светодиодная лампа мощностью 3 Вт
• Светодиодный радиатор
• 2 диода, не излучающие свет (подойдут любые), ИЛИ резистор 5 Ом, 1/2 Вт
• твоя любимая пластиковая крышка от бутылки (вот моя)
• 1/2 пакета Sugru (или аналогичного)
• крошечное, крошечное количество термопаста

Наряду со следующими инструментами:

• паяльник и припой
• пистолет для горячего клея
• плоскогубцы
• пальцы

Не стесняйтесь увеличивать свой рецепт по желанию для больших партий Plugbulb.

Шаг 2: разорвите этот USB-разъем

Будьте осторожны, чтобы сохранить как минимум пару дюймов проводов. Я обнаружил, что плоскогубцы хорошо снимают пластик. Это может зависеть от типа пластика, окружающего ваш кабель. Также рекомендуется использовать кабель, выходящий из задней части вилки, а не сбоку.

Шаг 3: сделайте схему светодиода, часть первая

Вот техническая часть. Я собираюсь погрузиться в некоторую теорию для тех, кто хочет понять, как проектировать с помощью мощных светодиодов. Для тех, кто предпочел бы просто продолжить проект, чтобы вы могли начать ослеплять своих друзей своим классным новым фонариком, не стесняйтесь переходить к следующему шагу.

Поначалу может быть сложно спроектировать диоды, потому что они являются нелинейными устройствами. Это означает, что напряжение и ток не пропорциональны линейно, как в резисторах. Первое изображение выше, любезно предоставленное https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, показывает типичную ВАХ или соотношение между током и напряжением для диода.

Светодиоды - это специальные диоды, которые предназначены для излучения определенной длины волны света. Светодиоды высокой мощности, с которыми мы будем работать, будут иметь кривую, аналогичную приведенной выше, за исключением экспоненциального наклона, вытянутого по горизонтали (изгиб вверх смещен в сторону более высокого напряжения). Второе изображение выше - это кривая, которую я сделал с данными, которые я собрал при исследовании характеристик светодиодов мощностью 3 Вт, которые я использовал в этом проекте (те же, с которыми я связался, но я предполагаю, что все белые светодиоды мощностью 3 Вт будут выглядеть очень похоже).

В ходе тестирования я обнаружил, что диапазон от 200 до 500 мА, кажется, дает лучший баланс между яркостью и потребляемой мощностью. При превышении 500 яркость при увеличении тока минимальна. Ниже 200 светодиоды не так ярки, как могли бы быть. Достаточно просто. Если мы хотим пропустить заданное количество тока, все, что нам нужно сделать, это проследить кривую и найти напряжение, которому она соответствует. Если бы я питал его от регулируемого источника напряжения и мог бы установить это конкретное напряжение, это действительно было бы так просто.

Сложность возникает, когда вы хотите запитать его от источника без правильного напряжения. В этом проекте мы хотим запитать светодиод от 5 вольт. Если мы подключим светодиод напрямую к 5 вольт, мы пропустим через него слишком большой ток, и он мгновенно сгорит. Так как же ограничить ток?

У нас есть несколько вариантов. Мы могли бы использовать ИС регулятора напряжения или тока, и некоторые могут поспорить, что это лучший способ решить эту задачу. Однако размер - это ограничение в этом проекте, поэтому нам нужно что-то меньшее. К счастью, поскольку мы запитываем его от стабильного регулируемого источника 5 В (как это обычно бывает с USB-источниками), мы можем просто использовать диоды и / или резисторы, чтобы отточить требуемый ток / напряжение.

Сначала я опишу, как правильно подбирать резисторы, хотя в своей сборке я решил использовать диодный метод. Чтобы выбрать правильный резистор, мы возьмем ток, который нам нужен, скажем, 300 мА, и напряжение, которое будет видеть резистор, 5V-VLED, где VLED - это напряжение на светодиоде при 300 мА (с использованием нашего графика), и воспользуемся законом Ом (V / I = R) для расчета. На графике мы видим, что при 300 мА светодиод падает примерно на 3,25 В. Следовательно, наш резистор упадет на 5-3,25 = 1,75 В. По закону Ома наш резистор должен быть 1,75 В / 300 мА = 5,83 Ом.

Если у вас нет хорошей кривой IV для вашего светодиода, вы всегда можете прибегнуть к математике, но это некрасиво. Последнее изображение, которое я приложил к этому шагу, - это уравнение для типичной ВАХ диода. Мы можем объединить это уравнение с законом сопротивления для резистора (V = IR) и решить для R (если вы знаете ток насыщения светодиода). Мы знаем, что "I" равны, а "V" нужно добавить к 5. Два уравнения, два неизвестных. Но мерзко… правда?

Короче говоря, резистор около 5 Ом подойдет. Однако вы также должны учитывать рассеиваемую мощность. 5 Ом при 300 мА рассеивают 0,3 ^ 2 * 5 = 0,45 Вт тепла, поэтому нам нужен резистор 1/2 Вт. 5 Ом - это неудобный размер резистора, однако мы можем сделать это с помощью более распространенных резисторов, подключенных параллельно, таких как два резистора 10 Ом или четыре резистора 20 Ом. Если вы используете этот метод, убедитесь, что ваши резисторы имеют мощность 1/4 Вт или, желательно, даже больше с точки зрения приемлемого рассеивания мощности, в противном случае они могут стать слишком горячими и стать опасными.

Другой вариант - использовать диоды для падения напряжения. Утверждается, что на стандартном диоде падает 0,7 вольт, однако это не совсем так. Он будет немного падать при более высоких токах и немного меньше при более низких токах. Это означает, что два последовательно соединенных диода упадут где-то около 1,4 В. В нашей схеме это оставит 3,6 В для нашего светодиода, который, согласно нашему графику, должен пройти где-то около 500 мА. Несмотря на то, что это немного высокое значение, оно находится в диапазоне, который я искал, и добавление третьего последовательно включенного диода приведет к слишком низкому падению напряжения (~ 2,9 В). Кроме того, при пропускании такого большого тока через диоды вполне вероятно, что падение напряжения будет немного больше, чем 0,7, таким образом, система найдет равновесие при немного более низком токе. Опять же, это можно решить более точно с помощью математики, если у вас есть все детали диодов, но я использовал более простой подход - регулируемый регулятор напряжения. Я просто добавил два диода (потому что это было мое предположение) и медленно увеличивал напряжение, измеряя ток. К тому времени, когда я достиг 5 вольт, он потреблял где-то около 400 мА. Идеально.

Если вы используете другой диод, и два из них не подходят, вы можете добавить или вычесть диоды или даже попробовать разные диоды с другим падением напряжения. Или вы можете использовать резисторы, если у вас есть подходящие значения. Я не могу придумать ни одной причины, по которой один метод был бы лучше другого, но если вы можете, я бы хотел узнать об этом в комментариях.

Еще одно замечание для тех, кто играет с мощными светодиодами: дистиллированная вода - отличный теплоотвод! Пока я проверял пределы для этих светодиодов, я полностью погрузил их в дистиллированную воду. Дистиллированная вода - изолятор (ну, скорее, очень и очень слабый проводник), поэтому она безопасна для электроники. НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ водопроводную воду, так как растворенные минералы делают ее проводящей. Как всегда, руководствуйтесь здравым смыслом и будьте осторожны, но это может оказаться полезным.

Шаг 4: создание светодиодной схемы, часть вторая

Теперь пришло время спаять основную схему.

Нанесите немного термопаста на центр радиатора, затем прижмите к нему светодиод. Это поможет удерживать светодиод на месте, пока вы припаяете его к радиатору. А теперь сделай это. Припаяйте светодиод к радиатору.

Затем припаивайте светодиод и два диода (или резистор на 5 Ом) последовательно. Помните, что диоды поляризованы, поэтому убедитесь, что все они обращены в одном направлении, иначе ваш свет не включится. Диоды обычно имеют серебряную полосу, указывающую на сторону низкого напряжения. Убедитесь, что каждый из них входит в цепь с этой полосой на стороне, дальше от вашего источника 5 В. Светодиод также является диодом, что означает, что он также является направленным. Убедитесь, что это тоже указывает в правильном направлении. Обычно они имеют маркировку на крошечных выводах. Если у вас нет, используйте источник низкого напряжения (~ 2-3 В, две батареи AA, подключенные последовательно, будут работать) для проверки. Вы не повредите светодиод, подключив его обратной стороной, он просто не будет работать.

Я прикрепил немного изоленты к задней части радиатора, а затем заправил диоды за ней. Не имеет значения, в каком порядке эти компоненты входят в схему, если все они обращены в правильном направлении.

Шаг 5: Подключите разъем

Теперь припаиваем разъем USB к схеме. Все, что вам нужно, это силовой (красный) и общий (черный) провода от USB. Вы можете обрезать другие (но будьте осторожны, чтобы не закоротить их, чтобы не повредить любое устройство, к которому вы это подключаете). Постарайтесь сделать это с минимальным провисанием проводов.

Теперь используйте горячий клей, чтобы скрепить все вместе.

Шаг 6: прорежьте отверстие в крышке бутылки

Да, я знаю, что это ваш любимый, но мы должны это сделать.

Нам нужно сделать прорезь в задней части крышки бутылки, чтобы можно было вставить USB-штекер. Я обнаружил, что могу использовать сверло, чтобы просверлить два рядом друг с другом отверстий подходящей ширины, а затем использовать сверло с помощью пилы, чтобы соединить их, образуя прорезь. Я уверен, что есть лучшие методы и лучшие инструменты, и я хотел бы узнать о них в комментариях!

Шаг 7: Добавьте крышку от бутылки

Теперь протолкните домкрат через прорезь, которую вы сделали в крышке бутылки, и нанесите еще немного горячего клея вокруг, чтобы удерживать его на месте.

Шаг 8: Добавьте Sugru

Используйте Sugru, чтобы сделать красивую печать вокруг верхней части домкрата и скрыть видимость. Этот материал также действует как клей, что делает его более прочным.

Шаг 9: Наслаждайтесь

Вот! Plugbulb!

Эти фонари потребляют меньше энергии, чем зарядка смартфона, поэтому они должны питаться практически от любого USB-аккумулятора, который у вас есть. Отлично подходит для аварийного освещения или для похода. С большим аккумулятором они проработают десятки часов!

Удачи!