USB Plugbulb: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

I denne instruksjonsboken vil jeg vise deg hvordan du lager en superlys, USB -drevet LED med en kompakt formfaktor, som jeg kjærlig har kalt "The Plugbulb".

Denne lille pæren kan kobles til en hvilken som helst USB -kontakt. Flott for å gjøre din bærbare strømbank til en kraftig, langvarig lommelykt!

Trinn 1: Ingredienser

La oss starte med materialene. En pluggpære krever:

• En USB -kontakt (helst fra en ødelagt kabel)
• En 3W LED -pære
• En LED kjøleribbe
• 2 dioder, av den ikke-lysemitterende varianten (alle slags må gjøre) ELLER en 5ohm, 1/2W motstand
• din favoritt plastflaskehett (her er min)
• 1/2 pakke Sugru (eller lignende)
• en liten mengde termisk forbindelse

Sammen med følgende verktøy:

• loddejern og loddetinn
• varm limpistol
• tang
• fingrene

Føl deg fri til å skalere oppskriften din etter ønske for større mengder Plugbulb.

Trinn 2: Riv den USB -kontakten fra hverandre

Vær forsiktig med å bevare minst et par centimeter av ledningene. Jeg fant ut at tangen fungerte bra for å fjerne plasten. Det kan avhenge av plasttypen som omgir kabelen. Det er også en god idé å bruke en med kabelen som kommer ut av støpselets bakside, i motsetning til siden.

Trinn 3: Lag LED -krets, del ett

Her er den tekniske delen. Jeg skal dykke ned i noen teori for de som er interessert i å forstå hvordan man designer med strøm -LED. For de som helst bare vil fortsette med prosjektet, slik at du kan begynne å blende vennene dine med den kule nye lommelykten, kan du hoppe til neste trinn.

Dioder kan være vanskelige å designe med i begynnelsen fordi de er ikke-lineære enheter. Dette betyr at spenningen og strømmen ikke er lineært proporsjonal som i motstander. Det første bildet ovenfor, med tillatelse til https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, viser en typisk IV -kurve, eller forholdet mellom strøm og spenning, for en diode.

Lysdioder er spesielle dioder som er designet for å avgi en viss bølgelengde av lys. LED -lampene med høy effekt som vi skal jobbe med vil ha en lignende kurve som ovenfor, bortsett fra at den eksponensielle skråningen er forlenget horisontalt (bøyningen oppover forskyves mot en høyere spenning). Det andre bildet ovenfor er en kurve jeg laget med data jeg samlet mens jeg undersøkte egenskapene til 3W -lysdiodene jeg brukte i dette prosjektet (de samme som jeg koblet til, men jeg vil gjette at alle hvite 3W -lysdioder vil se ganske like ut).

Fra testen min fant jeg ut at mellom 200 og 500 mA ser ut til å gi den beste balansen mellom lysstyrke og strømforbruk. Utover 500 er lysstyrkeøkningen minimal etter hvert som strømmen øker. Under 200 er lysdioden ikke på langt nær så lyssterk som den kan være. Så enkelt nok. Hvis vi vil passere en gitt mengde strøm, er det bare å følge kurven og finne spenningen den tilsvarer. Hvis jeg drev denne med en justerbar spenningskilde, og kunne slå inn den spesifikke spenningen, ville det virkelig vært så enkelt.

Den vanskelige delen kommer inn når du vil drive denne fra en kilde uten riktig spenning. I dette prosjektet ønsker vi å drive LED -en fra 5 volt. Hvis vi kobler LED -en rett til 5 volt, ville vi pumpe altfor mye strøm gjennom den, og den ville brenne ut på et øyeblikk. Så hvordan begrenser vi strømmen?

Vi har flere alternativer. Vi kan bruke en spennings- eller strømregulator IC, og noen vil kanskje hevde at dette er den beste måten å gjøre denne oppgaven på. Størrelse er imidlertid en begrensning i dette prosjektet, så vi trenger noe mindre. Heldigvis, siden vi slår av denne fra en stabil, regulert 5 volt kilde (slik USB -forsyninger vanligvis er), kan vi ganske enkelt bruke dioder og/eller motstander for å finpusse strømmen/spenningen vi trenger.

Jeg vil beskrive hvordan jeg skal velge motstander først, selv om jeg valgte å bruke diodemetode i min konstruksjon. For å dimensjonere den riktige motstanden vil vi ta strømmen vi vil ha, la oss si 300mA, og spenningen motstanden vil se, 5V-VLED, hvor VLED er spenningen over LED-en ved 300mA (ved hjelp av grafen vår) og bruke ohm lov (V /I = R) for å beregne. I grafen kan vi se at ved 300mA faller LED -en rundt 3,25V. Derfor vil vår motstand falle 5-3,25 = 1,75V. Ved bruk av ohm -loven bør motstanden vår være 1,75V/300mA = 5,83 ohm.

Hvis du ikke har en fin IV -kurve for LED -en din, kan du alltid ty til matte, men det er ikke pent. Det siste bildet jeg festet til dette trinnet er ligningen for den typiske IV -kurven til en diode. Vi kan kombinere denne ligningen med ohm -loven for motstanden (V = IR) og løse for R (hvis du kjenner LEDens metningsstrøm). Vi vet at jeg er like og V må legge til 5. To ligninger, to ukjente. Men ekkelt … ikke sant?

Lang historie kort, en motstand på ca 5 ohm vil gjøre susen. Du må også ta hensyn til strømspredning. 5 ohm ved 300mA vil forsvinne.3^2*5 =.45W varme, så vi trenger en 1/2W motstand. 5ohms er en vanskelig motstandsstørrelse, men vi kan lage dette med mer vanlige tilgjengelige motstander parallelt, for eksempel to 10ohm motstander eller fire 20ohm motstander. Hvis du gjør denne metoden, må du kontrollere at motstandene dine er 1/4W eller helst enda større når det gjelder akseptabel strømavledning, ellers kan de bli for varme og bli en fare.

Det andre alternativet er å bruke dioder for å slippe spenningen. En standard diode sies å falle.7 volt, men dette er ikke strengt tatt tilfelle. Det vil falle litt mer ved høyere strømninger, og litt mindre ved lavere strømmer. Dette betyr at to dioder i serie vil falle et sted rundt 1,4V. I vår krets ville dette etterlate 3,6V for LED -en vår, som skal passere et sted rundt 500mA i henhold til grafen vår. Selv om dette er litt høyt, er det innenfor området jeg lette etter, og å legge til en tredje diode i serie ville redusere spenningen for lav (~ 2,9V). Også når du sender denne mye strøm gjennom dioder, er det sannsynlig at spenningsfallet vil være litt mer enn 0,7, og dermed vil systemet finne en likevekt ved en litt lavere strøm. Igjen, dette kan løses mer presist med matte hvis du hadde alle detaljene til dioder, men jeg brukte en enklere tilnærming - en justerbar spenningsregulator. Jeg har nettopp lagt til to dioder (fordi dette var mitt gjestenavn) og sakte økte spenningen mens jeg målte strømmen. Da jeg kom til 5 volt, trakk det et sted rundt 400mA. Perfekt.

Hvis du bruker en annen diode og to ikke fungerer, kan du legge til eller trekke fra dioder eller til og med prøve forskjellige dioder med et annet spenningsfall. Eller du kan bruke motstander hvis du har de riktige verdiene liggende. Jeg kan ikke tenke på noen grunn til at den ene metoden ville være bedre enn den andre, men hvis du kan, vil jeg gjerne lære om det i kommentarene.

Nok en sidebemerkning for de som leker med lysdioder med høy effekt: Destillert vann er en flott kjøleribbe! Mens jeg testet grensene for disse lysdiodene, senket jeg dem helt i destillert vann. Destillert vann er en isolator (vel, mer som en veldig, veldig svak leder), så det er trygt for elektronikk. IKKE BRUK kranvann, ettersom de oppløste mineralene er det som gjør det ledende. Som alltid, bruk sunn fornuft og vær forsiktig, men dette kan være et nyttig triks.

Trinn 4: Lag LED -krets, del to

Nå er det på tide å lodde sammen grunnkretsen.

Legg en skvett termisk forbindelse på midten av kjøleribben, og trykk deretter LED -en på den. Det vil hjelpe til med å holde lysdioden på plass mens du lodder den til kjøleribben. Gjør det nå. Lodd LED -en til kjøleribben.

Deretter lodder du LED -en og de to dioder (eller din 5ohm motstand) i serie. Husk at dioder er polariserte, så sørg for at de alle vender i samme retning, ellers lyser ikke lyset ditt. Dioder har vanligvis et sølvbånd som indikerer lavspenningssiden. Sørg for at de hver går inn i kretsen med dette båndet på siden lenger fra 5V -kilden. Lysdioden er også en diode, noe som betyr at den også er retningsbestemt. Sørg for at du også peker i riktig retning. Vanligvis har de en markering på de små ledningene. Hvis du ikke gjør det, bruk en lavspenningskilde (~ 2-3V, to AA-batterier i serie fungerer) for å teste. Du vil ikke skade LED -en ved å koble den bakover, den fungerer bare ikke.

Jeg la til litt elektrisk tape på baksiden av kjøleribben, og stakk deretter diodene bak den. Det spiller ingen rolle hvilken rekkefølge disse komponentene går inn i kretsen, så lenge de alle vender i riktig retning.

Trinn 5: Koble til kontakten

Nå lodd USB -kontakten til kretsen. Alt du trenger er strøm (rød) og vanlige (svarte) ledninger fra USB. Du kan trimme de andre ned (men vær forsiktig så du ikke forkorter dem, for ikke å skade enheten du kobler den til). Prøv å gjøre dette med så lite overflødig slakk som mulig i ledningene.

Bruk litt varmt lim for å holde alt sammen.

Trinn 6: Skjær et hull i flaskehetten

Ja, jeg vet at det er din favoritt, men vi må gjøre dette.

Vi må lage en spalte på baksiden av flaskehetten slik at USB -kontakten kan gli gjennom. Jeg fant ut at jeg kunne bruke en borekrone til å bore to hull ved siden av hverandre som har riktig bredde, og deretter bruke en sagbevegelse med boret for å koble dem til en spalte. Jeg er sikker på at det finnes bedre metoder og bedre verktøy, og jeg vil gjerne lære om dem i kommentarene!

Trinn 7: Legg på flaskehetten

Skyv nå jekken gjennom spalten du gjorde i flaskehetten, og legg til litt mer varmt lim rundt den ser ut til å holde den på plass.

Trinn 8: Tilsett sukker

Bruk Sugru til å lage en fin forsegling rundt toppen av jekken, og skjule utseendet. Disse tingene fungerer også som et lim, noe som vil gjøre det mer holdbart.

Trinn 9: Kos deg

Se! Plugbulb!

Disse lampene trekker mindre strøm enn en smarttelefon lader, så de burde kunne drives fra omtrent hvilken som helst USB -batteripakke du har. Flott for nødlys eller å ta med på campingtur. Med en stor batteripakke vil de gå i titalls timer!

Glad i å lage!