Hvordan jeg laget den mest avanserte lommelykten noensinne: 10 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

PCB -design er mitt svake punkt. Jeg får ofte en enkel idé og bestemmer meg for å realisere den så kompleks og perfekt som mulig.

Så jeg så en gang en gammel "militær" 4.5V lommelykt med vanlig pære som samlet støv a. Lysutgangen fra den pæren var ganske elendig og batteriene var ikke oppladbare, batterilevetiden var ikke eksisterende. Men saken var fin.

Så jeg bestemte meg for å gi det et nytt høyteknologisk hjerte.

Så jeg spurte meg selv: "Hvor mange funksjoner vil jeg bygge inn?" Og jeg sa: "Ja. Alle sammen."

:)

Jeg ønsket:- utmerket batterilevetid som ble arkivert med 3,7V 6000mAh (3x NCR18500A) oppladbart Li-Ion-batteri. Batterilevetiden varierer fra 20 timer til 6 timer, avhengig av strøminnstillingen.

- høyest mulig effektiv LED -diode jeg fant - Ultraeffektiv Cree XP -G3 (187lm/W)

- høyest mulig effektivitet LED -driver IC (mer enn 90%) - forbruker LED -drivere er bare rundt 60% effektive

- Jeg ønsket å lade den via USB og med ekstern adapter opptil 40V, så jeg kunne lade den hvor som helst med hva som helst

- Jeg ville at den skulle fungere som powerbank også, så jeg kunne lade telefonen med den

- Jeg ville ha en ladestatusindikator, så jeg kunne se hvor mye juice som fortsatt er inne

- og jeg ville passe alt inne i den lille saken

Så jeg trengte å designe en tilpasset PCB som ville passe inn i esken, og jeg trengte å passe alt beskrevet ovenfor på det brettet.

Over er en video som viser hele designprosessen. Se, del, lik og abonner på min YouTube -kanal:)

Jeg vil videre beskrive designtrinnene i denne instruksen.

Forhåpentligvis vil dette instruktive gi noen mennesker perspektiv på hva som kan gjøres og hvor mye arbeid det tar å gjøre det og kanskje til og med inspirere noen barn til å bli elektriske ingeniører:)

Trinn 1: Den gamle lommelykten

Dette var et billig lys, som gikk på et 4,5V batteri og var så lyst som et vanlig lys.

Den hadde kule, manuelt betjente røde og grønne filtre som var veldig kule.

Trinn 2: Slå på lommelykten

Jeg slettet alle delene og målte de indre dimensjonene. Jeg trengte å designe brettet som ville passe perfekt inn.

Jeg bestemte meg for å bruke 3 litiumbatterier parallelt. Saken var for liten til å bruke de klassiske 18650 cellene. Så jeg bestemte meg for å bruke litt kortere 18500 celler - Panasonic NCR18500A med rundt 2000mAh hver. Så jeg hadde en ganske god kapasitet på totalt 6Ah

Dette betydde at det var ganske lite plass til PCB. Men de sier: "man kunne klare seg hvis han prøvde":)

Trinn 3: Den skjematiske

Så jeg laget denne utrolig komplekse skjematikken. Ikke spør meg om timene jeg brukte på dette:)

Jeg søkte og valgte de riktige komponentene i noen dager, før jeg bestemte meg for konklusjonen. Dette betyr å bla gjennom produsentens (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) sider etter IC -ene etter kategorien og velge en som passer mine behov. Og IC må være tilgjengelig for å kjøpe luktmengder på nettsteder som Farnell, Mouser og Digikey.

Kabling av alle IC -er er ikke så vanskelig som det ser ut, fordi produsentene alltid inkluderer et grunnleggende koblingsskjema i IC -databladet. Jeg vil ikke gå inn på detaljer her på skjematikken, hvis det oppstår spørsmål, kan du gjerne stille dem i kommentarene.

Skjematikken inneholder følgende underkretser:

-Batterilading/overladning og overstrømsbeskyttelse som holder batteriet innenfor sikre driftsgrenser.

- USB langsom ladekontroller - brukes til å lade lommelykten sakte via mikro USB -port. Dette er ekstra praktisk, men lommelykten kan lade i opptil 12 timer via dette alternativet. Jeg la til en bryter for å velge ladestrøm mellom 100mA (USB 1.0 strømgrense), 500mA (standard USB -strøm) og 800mA (vegglader)

- Hurtigladningskontroller - denne IC styrer ladingen via DC -kontakten som er montert på batterikassen. Den kan håndtere inngangsspenning fra 5V til 40V, har omvendt polaritetsbeskyttelse og kan lade batteriet på få timer maks. Jeg la til en bryter for å velge to forskjellige ladestrømmer, avhengig av begrensningen til strømkilden. Strømmen kan velges mellom 1A og 3A. På denne måten kan du ikke overbelaste en lavere strøm DC -adapter. Jeg ville ha det universelt:)

- LED -driver - Jeg valgte en LED -driver med høy effektivitet (90%), som var i stand til å drive LED -en med opptil 1A strøm (rundt 3W). Dette er ganske lav effekt, men jeg valgte LED med høyeste effektivitet jeg kunne finne - Cree XP -G3 (187lm/W) som utgjør lav drivkraft. Jeg ønsket høyest mulig effektivitet og batterilevetid. Driveren støtter 4 innstillbare strøminnstillinger. Jeg valgte Av, 1W, 2W og 3W.

- Den roterende bryteren til binær dekoder - dette er fordi LED -driverens effektutganger var binærkodet og jeg trengte å konvertere utgangen fra en bryter til 2 bit binær kode med dual OR gate IC.

- Batteri drivstoffmålerindikator Jeg designet diskret med 4 komparatorer, presisjonsspenningsreferanse og presisjonsmotstandsdelere. Den angav gjenværende kapasitet basert på batterispenning. Jeg fant en utladningsspenningskurve for en lignende battericelle og beregnet motstandsdelerne slik at de tente lysdiodene tilsvarende.

- USB powerbank -funksjon og hurtigladestyring. Den første IC genererer en stabil 5V IC fra 2,5V - 4,2V batterispenning. Den andre IC er et fint tillegg - det er en USB -ladekontroller. Når du kobler telefonen til ladeporten, kommuniserer denne IC telefonen og forteller den hva dette er en smart ladeport og forteller telefonen at den kan ta opptil 1,5A ladestrøm. Uten denne IC ville mange telefoner bare lades med USB -standardstrømmen på 500mA. Når hurtiglading er etablert, lyser den en LED, slik at du kan se at telefonen lades raskt. En liten bryter på kretskortet brukes for å aktivere powerbank -funksjonalitet.

Hvis du tror eller ikke, er det 125 komponenter på denne skjemaet:)

Jeg bestilte dem på et veldig lite brett. Jeg måtte bruke passive komponenter i miniatyr 0402 - en motstandsstørrelse er 1 mm x 0,5 mm eller 0,04 x 0,02 tommer. Derav størrelsen 0402.

Trinn 4: PCB

Når skjematikken er fullført, er det på tide å forme PCB -området til de ønskede dimensjonene og plassere komponentene på PCB.

Dette er en ganske lang oppgave, men du vil like å gjøre det. Det er en hyggelig og avslappende jobb.

Litt kunnskap om bestemte komponentplasseringer kommer godt med. Det er for det meste oppnådd med bøker og opplæringsprogrammer, og noen kommer i praksis. Jo flere PCB du vil gjøre, desto bedre blir du til å gjøre det.

Jeg bruker Altium Designer som er et profesjonelt program, og jeg får lisens fra jobben min. Men for en hobbyist er en Eagle, Kicad, designspark PCB og mange andre en bedre løsning siden det er mye lettere å komme i gang.

Jeg jobber med komponenter også tegnet i 3D, noe som hjelper mye for visualisering og utforming av skapene, fordi du vet hvor ting er og hvor høye de er. Men å trekke komponentens fotavtrykk med 3D -kropper tar 3 ganger så mye arbeid. Men det er verdt det i lengden.

Her er PCB-designdataene inkludert gerber, større skjematiske filer, montering og materiellregning:

Jeg bruker JLCPCB for å lage brettene mine. Kostnaden for dette brettet er bare noen få dollar for 5 stk (pluss frakt) som er et kupp! Registrer deg for å få $ 18 nye brukerkuponger:

Du kan bruke kupongkoden "JLCPCBcom" i kassen for en liten rabatt.

Trinn 5: Produksjon av kretskortet

Dagene for etsing av PCB hjemme er nummerert. På videregående skole for 10 år siden pleide jeg å etse PCB -ene hjemme. Det var mye billigere på den måten. Men da var det ingen kinesiske selskaper som tilbyr PCB -er nesten gratis.:)

Nå kan du få 2 -lags PCB laget for 2usd + forsendelse på nettsteder som JLCPCB.com. Det er mye mer praktisk på denne måten, og du får profesjonelle tavler.

Du trenger bare å eksportere gerberfilene (som inneholder informasjon om kobberlag på kretskortet) og laste dem opp til nettstedet deres og vente noen uker på at favorittpostbudet ditt skal levere mesterverket ditt.

Trinn 6: Lodding

Loddingskomponenter denne lille er ingen enkel oppgave. Men med et godt loddejern og godt syn kan det gjøres.

Jeg bruker Ersa Icon loddestasjon som gjør jobben veldig bra.

Til dette prosjektet valgte jeg latterlig små komponenter fordi jeg hadde lite plass. Ellers ville jeg valgt 0603 eller 0805 komponenter som er mye lettere å lodde.

Trinn 7: Heatsink for LED

Jeg trengte å passe litt aluminiumsmasse inn i kabinettet for å distribuere varmen fra LED -en.

Siden jeg hadde 3D -modellen av brettet mitt, kunne jeg enkelt modellere stykket i 3D og produsere det med min hobbyrouter.

Jeg kunne kutte ut alle hullene og utskjæringene for å passe perfekt.

Trinn 8: Start montering

Så startet monteringen og alt passet plutselig perfekt.

Under kretskortet teipet jeg Kapton -båndet slik at brettet ble elektrisk isolert fra aluminiumet slik at det ikke kunne oppstå kortslutninger.

Trinn 9: Noen timer med kabelklemming senere …

Dyret var nesten komplett!

Jeg krympet kablene, monterte bryteren og strømkontakten, koblet til alle tingene, monterte linsen for LED -en og monterte batteriene inne i batteriholderne, limte termistorene for å måle batteritemperaturen. Lade -IC -ene holder batteriet innenfor de sikre grensene. Hvis temperaturen er for lav eller for varm, reduseres ladestrømmen for ikke å skade batteriet.

Trinn 10: Og så …

Ferdig!

Lommelykten var komplett! Se videoen på toppen av instruksjonsboken for å se den i aksjon og hvor lyst den skinner!

Det eneste som trenger oppgradering er at jeg på en eller annen måte må tette hullet rundt USB -kontaktene for støv.

Men jeg har ennå ikke funnet ut hvordan jeg skal gjøre det riktig. Hvis du har noen ide, fortell det i kommentarene.

Så.. Nå tror du at jeg er profesjonell, og du klarer ikke å lage slike ting. Men du tar feil. Da jeg begynte med elektronikk på ungdomsskolen, ante jeg heller ikke hva jeg gjorde. Jeg lette etter skjemaer på nettet, og jeg prøvde å lodde dem da jeg ikke engang visste hva en transistor var og hvordan den fungerte. Selvfølgelig fungerte de fleste av dem ikke. Gjennom prøving og feiling ble jeg bedre og bedre. Jeg leste noen bøker, gikk for å studere elektroteknikk og begynte å lage mange PCB. For hver og en ble jeg bedre. Og det kan du også!

Takk for at du leser min instruktive! Sjekk også mine andre instrukser!

Du kan følge meg på Facebook og Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

for spoilere på det jeg jobber med, bak kulissene og andre statister!

Runner Up i PCB Design Challenge