USB -kontaktlampan: 9 steg (med bilder)

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

I den här instruktionsboken kommer jag att visa dig hur du gör en superljus, USB -driven LED med en kompakt formfaktor, som jag kärleksfullt har kallat "The Plugbulb".

Den här lilla lampan kan anslutas till valfritt USB -uttag. Perfekt för att göra din bärbara powerbank till en kraftfull, långvarig ficklampa!

Steg 1: Ingredienser

Låt oss börja med materialen. En Plugbulb kräver:

• En USB -kontakt (helst från en trasig kabel)
• En 3W LED -lampa
• En LED kylfläns
• 2 dioder, av den icke ljusemitterande sorten (vilken typ som helst bör göra) ELLER ett 5ohm, 1/2W motstånd
• din favorit plastflaskkåpa (här är min)
• 1/2 paket Sugru (eller liknande)
• en liten, itty-bitty mängd termisk förening

Tillsammans med följande verktyg:

• lödkolv och löd
• lim pistol
• tång
• fingrar

Skala gärna upp ditt recept efter önskemål för större satser med Plugbulb.

Steg 2: Riv isär den USB -kontakten

Var noga med att bevara minst ett par centimeter av trådarna. Jag fann att tången fungerade bra för att skala bort plasten. Det kan bero på vilken typ av plast som omger din kabel. Det är också en bra idé att använda en med kabeln som kommer ut ur kontakten, i motsats till sidan.

Steg 3: Gör LED -krets, del ett

Här är den tekniska delen. Jag kommer att dyka in i lite teori för dem som är intresserade av att förstå hur man designar med power -lysdioder. För dem som hellre bara vill fortsätta med projektet så att du kan börja blända dina vänner med din coola nya ficklampa, hoppa gärna till nästa steg.

Dioder kan vara svåra att designa med först eftersom de är icke-linjära enheter. Detta betyder att spänningen och strömmen inte är linjärt proportionella som i motstånd. Den första bilden ovan, med tillstånd av https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, visar en typisk IV -kurva, eller förhållandet mellan ström och spänning, för en diod.

Lysdioder är speciella dioder som är utformade för att avge en viss våglängd av ljus. Lysdioderna med hög effekt som vi kommer att arbeta med kommer att ha en liknande kurva som ovan, utom med den exponentiella lutningen långsträckt horisontellt (böjningen uppåt förskjuts mot en högre spänning). Den andra bilden ovan är en kurva som jag gjorde med data som jag samlade när jag undersökte egenskaperna hos de 3W lysdioder som jag använde i detta projekt (samma som jag länkade till, men jag skulle gissa att alla 3W vita lysdioder kommer att se ganska lika ut).

Från mina tester fann jag att mellan 200 till 500 mA verkar ge den bästa balansen mellan ljusstyrka och strömförbrukning. Utöver 500 är ljusstyrkan ökad minimal när strömmen ökar. Under 200 är lysdioden inte alls så ljus som den kan vara. Så lätt nog. Om vi vill passera en given mängd ström är det bara att följa kurvan och hitta spänningen den motsvarar. Om jag drev detta med en justerbar spänningskälla och kunde slå in den specifika spänningen, skulle det verkligen vara så enkelt.

Den knepiga delen kommer in när du vill driva detta från en källa utan rätt spänning. I detta projekt vill vi driva lysdioden från 5 volt. Om vi ansluter lysdioden direkt till 5 volt, skulle vi pumpa alldeles för mycket ström genom den och den skulle brinna ut på ett ögonblick. Så hur begränsar vi strömmen?

Vi har flera alternativ. Vi kan använda en spännings- eller strömregulator IC, och vissa kan hävda att detta är det bästa sättet att utföra denna uppgift. Storleken är dock en begränsning i detta projekt, så vi behöver något mindre. Lyckligtvis, eftersom vi stänger av detta från en stabil, reglerad 5 -volts källa (som USB -tillbehör vanligtvis är), kan vi helt enkelt använda dioder och/eller motstånd för att finslipa strömmen/spänningen vi behöver.

Jag kommer att beskriva hur man korrekt väljer motstånd först, även om jag valde att använda diodmetod i min konstruktion. För att dimensionera det korrekta motståndet skulle vi ta den ström vi vill ha, låt oss säga 300mA, och spänningen som motståndet kommer att se, 5V-VLED, där VLED är spänningen över lysdioden vid 300mA (med hjälp av vår graf) och använda ohm law (V /I = R) att beräkna. I grafen kan vi se att vid 300mA tappar lysdioden cirka 3,25V. Därför kommer vårt motstånd att sjunka 5-3,25 = 1,75V. Med hjälp av ohm -lag bör vårt motstånd vara 1,75V/300mA = 5,83 ohm.

Om du inte har en fin IV -kurva för din LED kan du alltid ta till matte, men det är inte vackert. Den sista bilden jag bifogade till detta steg är ekvationen för den typiska IV -kurvan för en diod. Vi kan kombinera denna ekvation med ohm -lagen för motståndet (V = IR) och lösa för R (om du känner till LED: s mättnadsström). Vi vet att jag är lika och V: er måste lägga till 5. Två ekvationer, två okända. Men jobbigt … eller hur?

Lång historia kort, ett motstånd på cirka 5 ohm kommer att göra susen. Du måste också ta hänsyn till strömavbrott. 5 ohm vid 300mA försvinner.3^2*5 =.45W värme, så vi behöver ett 1/2W motstånd. 5ohms är en besvärlig motståndsstorlek, men vi kan göra detta med mer allmänt tillgängliga motstånd parallellt, till exempel två 10ohm -motstånd eller fyra 20ohm -motstånd. Om du gör den här metoden, se till att dina motstånd är 1/4W eller helst ännu större när det gäller acceptabel effektförlust, annars kan de bli för heta och bli en fara.

Det andra alternativet är att använda dioder för att tappa spänningen. En standarddiod sägs sjunka.7 volt, men detta är inte strikt fallet. Det kommer att sjunka något mer vid högre strömmar och något mindre vid lägre strömmar. Det betyder att två dioder i serie kommer att falla någonstans runt 1,4V. I vår krets skulle detta lämna 3,6V för vår LED, som ska passera någonstans runt 500mA enligt vår graf. Även om det här är lite högt, ligger det inom det område jag letade efter, och att lägga till en tredje diod i serie skulle minska spänningen för låg (~ 2,9V). När den här stora strömmen passerar genom dioderna är det troligt att spänningsfallet blir lite mer än 0,7, så systemet kommer att hitta en jämvikt med en något lägre ström. Återigen kan detta lösas mer exakt med matematik om du hade alla detaljer i dioderna, men jag använde ett enklare tillvägagångssätt - en justerbar spänningsregulator. Jag har precis lagt till två dioder (eftersom det här var mitt gästklimat) och sakta ökat spänningen medan jag mätte strömmen. När jag kom till 5 volt drog den någonstans runt 400mA. Perfekt.

Om du använder en annan diod och två inte fungerar kan du lägga till eller subtrahera dioder eller till och med prova olika dioder med ett annat spänningsfall. Eller så kan du använda motstånd om du har rätt värden. Jag kan inte tänka mig någon anledning till att den ena metoden skulle vara bättre än den andra, men om du kan skulle jag gärna lära mig mer om det i kommentarerna.

Ytterligare en sidnot för dem som leker med högeffektiva lysdioder: Destillerat vatten är en bra kylfläns! Medan jag testade gränserna för dessa lysdioder, sänkte jag dem helt i destillerat vatten. Destillerat vatten är en isolator (ja, mer som en mycket, mycket svag ledare) så det är säkert för elektronik. ANVÄND INTE kranvatten, eftersom de upplösta mineralerna gör det ledande. Som alltid, använd sunt förnuft och var försiktig, men det här kan vara ett användbart trick.

Steg 4: Gör LED -krets, del två

Nu är det dags att löda ihop grundkretsen.

Lägg en klick termisk förening i mitten av din kylfläns och tryck sedan på din lysdiod på den. Det hjälper till att hålla lysdioden på plats medan du lödde den till kylflänsen. Gör det nu. Löd lysdioden till kylflänsen.

Löd sedan lysdioden och de två dioderna (eller ditt 5ohm -motstånd) i serie. Kom ihåg att dioder är polariserade, så se till att de alla vetter åt samma håll, annars tänds inte lampan. Dioder har vanligtvis ett silverband som indikerar lågspänningssidan. Se till att de går in i kretsen med detta band på sidan längre från din 5V -källa. Lysdioden är också en diod, vilket betyder att den också är riktad. Se till att du också pekar i rätt riktning. Vanligtvis har de en markering på de små spetsarna. Om du inte gör det, använd en lågspänningskälla (~ 2-3V, två AA-batterier i serie fungerar) för att testa. Du kommer inte att skada lysdioden genom att ansluta den bakåt, den fungerar bara inte.

Jag la till lite eltejp på baksidan av kylflänsen och drog sedan in dioderna bakom den. Det spelar ingen roll vilken ordning dessa komponenter går in i kretsen, så länge de alla vetter åt rätt håll.

Steg 5: Anslut uttaget

Löd nu USB -uttaget till kretsen. Allt du behöver är ström (röd) och de vanliga (svarta) ledningarna från USB. Du kan trimma de andra (men var noga med att inte korta dem för att inte skada vilken enhet du ansluter den till). Försök att göra detta med så lite överskott som möjligt i ledningarna.

Använd nu lite varmt lim för att hålla ihop allt.

Steg 6: Skär ett hål i flasklocket

Ja, jag vet att det är din favorit, men vi måste göra det här.

Vi måste göra en slits på baksidan av flasklocket så att USB -kontakten kan glida igenom. Jag upptäckte att jag kunde använda en borr för att borra två hål bredvid varandra med rätt bredd och sedan använda en sågrörelse med borren för att ansluta dem och bilda en slits. Jag är säker på att det finns bättre metoder och bättre verktyg, och jag skulle gärna vilja lära mig mer om dem i kommentarerna!

Steg 7: Lägg till flasklocket

Skjut nu ut domkraften genom slitsen du gjorde i flaskhylsan och lägg till lite mer varmt lim runt låten som håller den på plats.

Steg 8: Lägg till Sugru

Använd Sugru för att göra en fin tätning runt toppen av domkraften och dölja utseendet. Dessa saker fungerar också som ett lim, vilket kommer att göra det mer hållbart.

Steg 9: Njut

Skåda! Plugbulben!

Dessa lampor drar mindre ström än en smartphone laddning, så de borde kunna drivas från nästan alla USB -batterier du har. Perfekt för ett nödljus eller att ta med på en campingtur. Med ett stort batteri kommer de att fungera i tiotals timmar!

Glad att göra!