USB Floodlight: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Detta började som en praxis inom SMD (ytmonteringsenhet) lödning på vanliga prototypbrädor och resulterade i ett mycket starkt kompakt USB-drivet översvämningsljus, perfekt för camping eller nödbelysning.

De flesta moderna LED -lampor innehåller inuti SMD LED -chips. Dessa marker är massproducerade, mycket billiga och tillgängliga för amatören till mycket låga priser. Jag köpte 200 av 5730 -typen för 1 EURO. Det fyrsiffriga numret anger deras storlek: 5,7x3,0 mm. De är klassade för 0,5W (~ 140mA vid 3,5V) vardera, även om de kommer att kräva en kylfläns för att fungera kontinuerligt med den effekten. Utan en kylfläns bör de antingen köras med en mycket lägre ström, eller de kan köras i pulserat läge vid full ström, till exempel i multiplexerat eller stroboskopiskt läge.

Denna instruktion beskriver hur man gör en USB-driven strålkastare, men lågt pris och liten storlek betyder att de kan användas för många andra applikationer, till exempel DIY 7-segment displayer, stämningsbelysning, växlampor, projektorer, ritbord eller något annat anpassade belysningslösningar.

Standard USB -powerbankar levererar 5V 1A, och de större kan leverera 2A. Designen som presenteras här är för 1A, så den fungerar i vilken powerbank som helst, men genom att fördubbla antalet lysdioder kan du göra en för 2A.

Steg 1: Teori

I motsats till det gammaldags glödlampan beror spänningsfallet på en LED väldigt lite på strömmen. Spänningsfallet för högströms vita lysdioder går från ~ 3.0V vid strömmar ~ 10mA till ~ 3.5V vid 100mA. Så de kan inte anslutas direkt till 5V som levereras av en USB -powerbank. Den enklaste lösningen är att ansluta varje LED i serie med ett motstånd. Värdet på detta motstånd bestämmer strömmen genom lysdioden, och därmed ljusstyrkan. Den exakta strömmen för en LED med motstånd är svår att beräkna, men lätt att uppskatta och enkel att mäta.

Till exempel innebär ett 1 kOhm -motstånd i serie med en vit lysdiod att strömmen är mycket låg, så spänningsfallet över lysdioden är ~ 2,9V och lämnar 2,1V över motståndet, och därmed en ström på 2,1mA genom motstånd, och samma 2,1mA genom lysdioden. Ett 100 Ohm motstånd skulle resultera i 21 mA om spänningsfallet för lysdioden skulle förbli 2,9V, men det kommer sannolikt att öka till 3,0V och lämna "bara" 2,0V över motståndet och därmed 20mA genom lysdioden. Med ett 10 Ohm motstånd skulle strömmen vara 200mA om LED -spänningsfallet var 3,0V, men det kommer sannolikt att öka till 3,4V, och det återstående 1,6V -fallet på motståndet ger en ström på 160 mA, vilket är något över nominell ström.

Så du kanske tror att för att skapa en stark lampa från en 5V 1A -strömförsörjning skulle det vara tillräckligt att sätta in parallella 6 eller 7 0,5W lysdioder, var och en med ett 10 Ohm -seriemotstånd. Varje LED skulle förbruka 160mA*3,4V = 0,54W och varje motstånd 160mA*1,5V = 0,24W. Det är nära specifikationen för lysdioden och inom specifikationen för ett 1/4W motstånd. Men om du provar detta kommer du att se att både lysdioden och motståndet blir extremt heta (~ 100C). Ännu mer om du placerar alla dessa komponenter nära varandra. Om inte en kylfläns och en fläkt används, kommer de sannolikt att dö och producera mycket giftig rök i processen.

Så jag har provat följande inställningar:

10 lysdioder med 22 Ohm -seriens motstånd. Jag mäter 1,4V fall över motstånden, så strömmen är 64mA per LED, totalt 0,64A. Med lysdioderna och motstånden monterade i närheten blir det så varmt att det gör ont vid beröring, men det smälter inte eller brinner och det är ett trevligt kompakt ljus för tillfällig användning.

24 lysdioder med motstånd i serien 47 Ohm. Jag mäter 1.7V fall över motstånden, så strömmen är 36mA per LED, totalt 0.86A. Saker värms upp efter en tid. Intressant nog känns motstånden varmare än lysdioderna, trots att de förbrukar mer energi och är mindre. Kanske LED -lamporna lyckas stråla bort en stor bråkdel av sin energi som ljus? Jag skulle inte använda den i ett tält eftersom temperaturen nås kan vara smärtsam och kan stiga till farlig nivå om den täcks av misstag.

40 lysdioder med motstånd i 100 Ohm -serien. Jag mäter 1,9V fall över motstånden, så strömmen är 19mA per LED, totalt 0,76A. Det blir märkbart varmt, men definitivt inte varmt. Detta gör en bra lampa, liknande en 3W LED -lampa (eller 30W glödlampa). Mycket användbar för fotografering av små föremål, lödning eller reparation, men också för att tända grillen eller som nödljus hemma, på vägen eller på campingen.

Steg 2: Obligatoriska komponenter

Instruktionerna gäller 40 LED -panelen med motstånd i 100 Ohm -serien, vilket jag tycker är det ljusaste och säkraste. Det hela tog mig ungefär en timme att löda, men det var visserligen efter att jag hade fått lite erfarenhet och lite självförtroende med två andra versioner av tavlan.

Nödvändiga komponenter (Total kostnad: mindre än 1 euro vid köp i halv bulk)

• 40 vita SMD '5730' lysdioder
• 40 100 Ohm motstånd, 1/4W
• 1 5x7cm prototypbräda. Ensidig, 18x24 hål.
• 1 USB -hane.

Verktyg: ett lödkolv, löd, pincett.

Lysdioderna har en polaritet. På avstånd kan deras utseende verka symmetriskt, men vid närmare inspektion ser du flera skillnader. Den mest användbara är på den gula framsidan: det är den ovala delen som faktiskt lyser upp, men ena sidan innehåller dessutom en linje. Det är den negativa sidan, precis som för dioder, elektrolytkondensatorer etc.

Steg 3: Bygginstruktioner

Börja 40 sätta lödder på den plats där lysdioderna ansluts till marken. Löd sedan lysdioderna med sin minussida på lödklumpen: håll i lysdioden med pincetten, smält lödklumpen och för in lysdioden i vätskeklumpen. Se till att hålet på plussidan av lysdioden har lite utrymme kvar för att sätta igenom motståndskabeln.

Montera motstånden en efter en på brädans baksida, enligt det vanliga mönstret som visas på bilden. Löd ena sidan till LED: s plus, och den andra sidan till mitten av brädet. Klipp bort överskottsledningarna på marken, men lämna dem på plussidan.

I slutet ansluter du också alla plus-sidledarna. Nu är en bra tid att testa om alla lysdioder fungerar. Jag upptäckte att med multimetern i 200 Ohm -inställningen lyser lysdioderna något, men tydligt nog för att se om man inte är bra ansluten. Använd några av överskottsledningarna för att ansluta alla punkter på båda minusskenorna.

Anslut nu USB -kontakten. Jag satte fyra klossar löd och lodde alla fyra stiften på brädet, så att kontakten sitter ordentligt fast på brädet. Sett ovanifrån är vänster stift plus och höger stift minus, och bör anslutas till respektive skenor. De två centrala stiften är för data och är således oanvända. Anslutningen till den vänstra markskenan ska gå från baksidan så att den kan passera plusskenan i mitten. Du kan nu testa det på en powerbank och om allt lyser bra är du klar!

Steg 4: Prestanda

Det är notoriskt svårt att visa hur starkt ett ljus är: autoexponering av en fotokamera betyder att ju starkare ljuset är, desto mindre blir exponeringen. Bilder tagna av utförandet av "vansinnigt ljus fackla" är ganska överväldigande. Ändå tycker jag att bilden ovan ger en ärlig uppfattning: i närheten är det väldigt ljust, men det lyser också bra ett par meter bort. Observera också att belysningen är mycket homogen, eftersom dessa SMD -lysdioder, i motsats till akryl -lysdioder, inte har någon fokuseringslins.

Sist men inte minst, om du gillar de här instruktionerna kan du överväga att rösta på den i "Make it Glow" -tävlingen!