Hur jag gjorde den mest avancerade ficklampan någonsin: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

PCB -design är min svaga punkt. Jag får ofta en enkel idé och bestämmer mig för att förverkliga den så komplex och perfekt som möjligt.

Så jag såg en gång en gammal "militär" 4,5V ficklampa med vanlig glödlampa som samlade damm a. Ljusutgången från den glödlampan var ganska eländig och batterierna var inte laddningsbara, batteritiden fanns inte. Men fallet var trevligt.

Så jag bestämde mig för att ge det ett nytt högteknologiskt hjärta.

Så jag frågade mig själv: "Hur många funktioner vill jag bygga in?" Och jag sa: "Ja. Alla."

:)

Jag ville ha:- utmärkt batteritid som arkiverades med 3,7V 6000mAh (3x NCR18500A) uppladdningsbart Li-Ion-batteri. Batteriets livslängd varierar från 20 timmar till 6 timmar, beroende på effektinställningen.

- högsta möjliga effektivitets -LED -diod jag kunde hitta - Ultraeffektiv Cree XP -G3 (187lm/W)

- högsta möjliga effektivitet LED -drivrutin IC (mer än 90%) - LED -drivrutiner för konsumenter är bara cirka 60% effektiva

- Jag ville ladda den via USB och med extern adapter upp till 40V, så jag kunde ladda den var som helst med vad som helst

- Jag ville att den skulle fungera som powerbank också, så jag kunde ladda min telefon med den

- Jag ville ha en laddningsindikator, så jag kunde se hur mycket juice som fortfarande finns inuti

- och jag ville passa allt inuti det lilla fodralet

Så jag behövde designa ett anpassat kretskort som skulle passa in i fodralet och jag behövde passa allt som beskrivs ovan på det kortet.

Ovan är en video som visar hela designprocessen. Se, dela, gilla och prenumerera gärna på min youtube -kanal:)

Jag kommer vidare att beskriva designstegen i denna instruerbara.

Förhoppningsvis kommer denna instruerbara att ge vissa människor perspektiv på vad som kan göras och hur mycket arbete som krävs för att göra det och kanske till och med inspirera några barn att bli elingenjörer:)

Steg 1: Den gamla ficklampan

Detta var ett billigt ljus, körde på ett 4,5V batteri och var lika starkt som ett vanligt ljus.

Den hade coola, manuellt manövrerade röda och gröna filter som var väldigt coola.

Steg 2: Slå på ficklampan

Jag rensade ut alla delar och mätte de inre måtten. Jag behövde designa brädan som skulle passa perfekt.

Jag bestämde mig för att använda 3 litiumbatterier parallellt. Lådan var för liten för att använda de klassiska 18650 -cellerna. Så jag bestämde mig för att använda lite kortare 18500 celler - Panasonic NCR18500A med cirka 2000mAh vardera. Så jag hade en ganska bra kapacitet på totalt 6 Ah

Detta innebar att ett utrymme för kretskortet var ganska litet. Men de säger: "man skulle klara sig om han försökte":)

Steg 3: Schemat

Så jag gjorde det här otroligt komplexa schemat. Fråga mig inte om timmar jag spenderat för detta:)

Jag letade och valde lämpliga komponenter i ganska många dagar, innan jag bestämde mig för slutsatsen. Detta innebär att du söker efter tillverkarens (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) webbplatser efter IC: erna efter kategorin och väljer en som passar mina behov. Och IC måste vara tillgänglig för att köpa i luktmängder på webbplatser som Farnell, Mouser och Digikey.

Att koppla alla IC: er är inte så svårt som det verkar, eftersom tillverkarna alltid har ett grundläggande kopplingsschema i IC -databladet. Jag kommer inte att gå in på detaljer här på schemat, om det uppstår några frågor, ställ gärna i kommentarerna.

Schemat innehåller följande underkretsar:

-Batteriladdning/överladdning och överströmskydd som håller batteriet inom säkra driftsgränser.

- USB långsam laddningskontroller - används för att ladda ficklampan långsamt via mikro USB -port. Detta är extra bekvämt, men ficklampan kan laddas i upp till 12 timmar via det här alternativet.

- Snabbladdningskontroller - denna IC styr laddningen via DC -uttaget som är monterat på batterifodralet. Den klarar ingångsspänning från 5V till 40V, har skydd mot omvänd polaritet och kan ladda batteriet på några timmar max. Jag lade till en omkopplare för att välja två olika laddningsströmmar beroende på strömkällans begränsning. Strömmen kan väljas mellan 1A och 3A. På så sätt kan du inte överbelasta en lägre driven DC -väggadapter. Jag ville ha det universellt:)

- LED -drivrutin - Jag valde en högeffektiv (90%) LED -drivrutin som kunde driva LED -lampan med upp till 1A ström (cirka 3W). Detta är ganska låg effekt, men jag valde högsta effektivitets -LED jag kunde hitta - Cree XP -G3 (187lm/W) vilket kompenserar för låg drivkraft. Jag ville ha högsta möjliga effektivitet och batteritid. Drivrutinen stöder fyra inställbara effektinställningar. Jag valde Av, 1W, 2W och 3W.

- Den roterande omkopplaren till binär avkodare - detta beror på att LED -drivarens effektutgångar var binärt kodade och jag behövde konvertera utgången från en switch till 2 bitars binär kod med dual OR gate IC.

- Batteri bränslemätarindikator Jag konstruerade diskret med 4 komparatorer, precisionsspänningsreferens och precisionsmotståndsavdelare. Det indikerade återstående kapacitet baserat på batterispänning. Jag hittade en urladdningsspänningskurva för en liknande battericell och beräknade motståndsdelarna så att de lyser upp lysdioderna i enlighet därmed.

- USB powerbank -funktion och snabbladdningskontroller. Den första IC genererar en stabil 5V IC från 2,5V - 4,2V batterispänning. Den andra IC är ett trevligt tillägg - det är en USB -laddningskontroller. När du ansluter telefonen till laddningsporten kommunicerar denna IC telefonen och berättar vad det här är en smart laddningsport och berättar för telefonen att den kan ta upp till 1,5A laddningsström. Utan denna IC skulle många telefoner bara ladda med USB -standardströmmen på 500mA. När snabbladdning har upprättats tänds en LED så att du kan se att telefonen laddas snabbt. En liten strömbrytare på kretskortet används för att aktivera powerbank -funktioner.

Om du tror eller inte, finns det 125 komponenter på denna schemat:)

Jag beställde för att passa dem på en mycket liten bräda. Jag var tvungen att använda passiva komponenter i miniatyr 0402 - en motståndsstorlek är 1 mm x 0,5 mm eller 0,04 x 0,02 tum. Därav deras storlek 0402.

Steg 4: Kretskortet

När schemat sedan är klart är det dags att forma kretskortsområdet till önskade dimensioner och placera komponenterna på kretskortet.

Detta är en ganska lång uppgift, men du kommer att trivas med att göra det. Det är ett trevligt och avkopplande jobb.

Lite kunskap om särskilda komponentplaceringar är till nytta. Det erhålls mestadels med böcker och självstudier och några kommer i praktiken. Ju fler PCB du kommer att göra desto bättre blir du på att göra det.

Jag använder Altium Designer som är ett professionellt program och jag får en licens från mitt jobb. Men för en hobbyist är Eagle, Kicad, designspark PCB och många andra en bättre lösning eftersom det är mycket lättare att komma igång.

Jag arbetar med komponenter också ritade i 3D, vilket hjälper mycket för att visualisera och designa höljena, eftersom du vet var saker är och hur höga de är. Men att dra komponentens fotavtryck med 3D -kroppar tar 3 gånger så mycket arbete. Men det är värt det i längden.

Här är PCB-designdata inklusive gerber, större schematiska filer, montering och materialförteckning:

Jag använder JLCPCB för att göra mina brädor. Kostnaden för denna bräda är bara några $ för 5st (plus frakt) vilket är ett fynd! Registrera dig för att få $ 18 nya användarkuponger:

Du kan använda kupongkoden "JLCPCBcom" i kassan för en liten rabatt.

Steg 5: Tillverkning av kretskortet

Dagarna för etsning av kretskortet hemma är räknade. På gymnasiet för 10 år sedan brukade jag etsa mina PCB hemma. Det var mycket billigare så. Men då fanns det inga kinesiska företag som erbjuder PCB nästan gratis.:)

Nu kan du få 2 -lager PCB gjorda för 2usd + frakt på webbplatser som JLCPCB.com. Det är mycket bekvämare på det här sättet och du får professionella brädor.

Du behöver bara exportera gerberfilerna (som innehåller information om kopparlager på kretskortet) och ladda upp dem till deras webbplats och vänta några veckor på att din favoritpostbärare ska leverera ditt mästerverk.

Steg 6: Lödning

Lödningskomponenter denna lilla är ingen lätt uppgift. Men med ett bra lödkolv och bra syn går det att göra.

Jag använder Ersa Icon lödstation som gör jobbet mycket bra.

För det här projektet valde jag löjligt små komponenter eftersom jag hade väldigt lite plats. Annars skulle jag välja 0603 eller 0805 komponenter som är mycket lättare att löda.

Steg 7: Kylflänsen för LED

Jag behövde montera lite aluminiummassa i höljet för att fördela värmen från lysdioden.

Eftersom jag hade 3D -modellen på min bräda kunde jag enkelt modellera biten i 3D och tillverka den med min hobbyrouter.

Jag kunde klippa ut alla hål och utskärningar för att passa perfekt.

Steg 8: Starta monteringen

Sedan började monteringen och allt passade helt plötsligt perfekt.

Under kretskortet tejpade jag upp Kapton -tejpen så att kortet var elektriskt isolerat från aluminiumet så att inga kortslutningar kunde uppstå.

Steg 9: Några timmars kabelkrympning senare …

Odjuret var nästan komplett!

Jag krympte kablarna, monterade omkopplaren och strömkontakten, kopplade alla saker, monterade linsen för lysdioden och monterade batterierna inuti batterihållarna, limde termistorerna för att mäta batteriets temperatur. Laddnings -IC: erna håller batteriet inom de säkra gränserna. Om temperaturen är för låg eller för varm reduceras laddningsströmmen för att inte skada batteriet.

Steg 10: Och sedan …

Färdiga!

Ficklampan var klar! Se videon högst upp på instruktionsboken för att se den i aktion och hur starkt den lyser!

Det enda som behöver uppgraderas är att jag på något sätt måste täta hålet runt USB -kontakterna för damm.

Men jag har ännu inte kommit på hur jag ska göra det på rätt sätt. Om du har någon aning, berätta det i kommentarerna.

Så.. Nu tror du att jag är proffs och du kan inte skapa något sådant. Men du har fel. När jag började med elektronik på mellanstadiet hade jag inte heller någon aning om vad jag höll på med. Jag letade efter scheman på nätet och jag försökte löda dem när jag inte ens visste vad en transistor var och hur den fungerade. Naturligtvis fungerade de flesta av dem inte. Genom försök och fel blev jag bättre och bättre. Jag läste några böcker, gick till elektroteknik och började göra många PCB. Med var och en blev jag bättre. Och det kan du också!

Tack för att du läser min instruerbara! Kontrollera även mina andra instruktioner!

Du kan följa mig på Facebook och Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

för spoilers på det jag håller på med just nu, bakom kulisserna och andra tillbehör!

Tvåa i PCB Design Challenge