Reflektor USB: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Zaczęło się to od praktyki w lutowaniu SMD (urządzenie do montażu powierzchniowego) na standardowych płytach prototypowych i zaowocowało bardzo jasnym, kompaktowym reflektorem zasilanym przez USB, doskonałym do oświetlenia kempingowego lub awaryjnego.

Większość nowoczesnych żarówek LED zawiera w sobie chipy LED SMD. Te chipy są masowo produkowane, bardzo tanie i dostępne dla hobbystów w bardzo niskich cenach. Kupiłem 200 typu 5730 za 1 EURO. 4-cyfrowa liczba wskazuje na ich rozmiar: 5,7x3,0mm. Są one oceniane na 0,5 W (~ 140 mA przy 3,5 V) każdy, chociaż będą wymagały radiatora do ciągłej pracy przy tej mocy. Bez radiatora powinny one działać przy znacznie niższym prądzie lub mogą działać w trybie pulsacyjnym przy pełnym prądzie, na przykład w trybie multipleksowym lub stroboskopowym.

W tej instrukcji szczegółowo opisano, jak wykonać oświetlenie powodziowe zasilane przez USB, ale niska cena i mały rozmiar oznaczają, że można je wykorzystać do wielu innych zastosowań, takich jak wyświetlacze 7-segmentowe DIY, oświetlenie nastrojowe, oświetlenie do uprawy, projektory, stoły kreślarskie lub inne niestandardowe rozwiązania oświetleniowe.

Standardowe powerbanki USB dostarczają 5V 1A, a większe 2A. Prezentowany tutaj projekt jest na 1A, więc sprawdzi się w każdym powerbanku, ale podwajając liczbę diod LED można zrobić jeden na 2A.

Krok 1: Teoria

W przeciwieństwie do staromodnego światła żarowego, spadek napięcia na diodzie LED w bardzo niewielkim stopniu zależy od prądu. Spadek napięcia dla wysokoprądowych białych diod LED wynosi od ~3,0V przy prądach ~10mA do ~3,5V przy 100mA. Nie można ich więc podłączyć bezpośrednio do 5V dostarczanego przez power bank USB. Najprostszym rozwiązaniem jest szeregowe połączenie każdej diody z rezystorem. Wartość tego rezystora określa prąd płynący przez diodę LED, a tym samym jasność. Dokładny prąd diody LED z rezystorem jest trudny do obliczenia, ale łatwy do oszacowania i prosty do zmierzenia.

Na przykład rezystor 1 kOhm połączony szeregowo z białą diodą LED będzie oznaczał, że prąd jest bardzo niski, więc spadek napięcia na diodzie LED wynosi ~2,9 V, pozostawiając 2,1 V na rezystorze, a więc prąd 2,1 mA przez rezystor, a przez diodę LED to samo 2,1mA. Rezystor 100 Ohm dałby 21 mA, jeśli spadek napięcia diody LED utrzymałby się na poziomie 2,9 V, ale prawdopodobnie wzrośnie do 3,0 V, pozostawiając „tylko” 2,0 V na rezystorze, a zatem 20 mA przez diodę LED. Przy rezystorze 10 Ohm prąd wynosiłby 200mA, gdyby spadek napięcia LED wynosił 3,0V, ale prawdopodobnie wzrośnie do 3,4V, a pozostały spadek 1,6V na rezystorze daje prąd 160 mA, czyli nieco powyżej prąd nominalny.

Można by więc pomyśleć, że aby zrobić mocną lampę z zasilacza 5V 1A, wystarczyłoby podłączyć równolegle 6 lub 7 diod 0,5W, każda z rezystorem szeregowym 10 Ohm. Każda dioda LED zużywałaby 160mA*3,4V=0,54W, a każdy rezystor 160mA*1,5V=0,24W. To jest zbliżone do specyfikacji dla diody LED i zgodnej ze specyfikacją rezystora 1/4W. Ale jeśli to wypróbujesz, zobaczysz, że zarówno dioda LED, jak i rezystor bardzo się nagrzewają (~100C). Tym bardziej, jeśli umieścisz wszystkie te elementy blisko siebie. O ile nie zostanie użyty radiator i wentylator, prawdopodobnie umrą, a przy okazji wytworzą dużo toksycznego dymu.

Wypróbowałem więc następujące konfiguracje:

10 diod LED z rezystorami serii 22 Ohm. Mierzę spadek 1,4V na rezystorach, więc prąd wynosi 64mA na diodę LED, łącznie 0,64A. Z diodami LED i rezystorami zamontowanymi w pobliżu, robi się tak gorący, że boli przy dotyku, ale nie topi się ani nie pali i jest to przyjemna kompaktowa lampka do okazjonalnego użytku.

24 diody LED z rezystorami serii 47 Ohm. Mierzymy spadek 1,7V na rezystorach, więc prąd wynosi 36mA na diodę LED, łącznie 0,86A. Po pewnym czasie rzeczy się nagrzewają. Co ciekawe, rezystory są cieplejsze niż diody LED, mimo że zużywają więcej energii i są mniejsze. Może diody LED zdołają wypromieniować dużą część swojej energii w postaci światła? Nie używałbym go w namiocie, ponieważ osiągnięte temperatury mogą być bolesne i mogą wzrosnąć do niebezpiecznego poziomu, jeśli zostaną przypadkowo zakryte.

40 diod LED z rezystorami serii 100 Ohm. Mierzę spadek 1,9V na rezystorach, więc prąd wynosi 19mA na diodę, co daje łącznie 0,76A. Robi się zauważalnie ciepło, ale zdecydowanie nie gorąco. To sprawia, że jest to świetna lampa, podobna do żarówki LED 3W (lub żarówki 30W). Bardzo przydatne do fotografowania małych przedmiotów, prac lutowniczych lub naprawczych, ale także do oświetlania grilla lub jako oświetlenie awaryjne w domu, na drodze lub na kempingu.

Krok 2: Wymagane składniki

Instrukcje dotyczą panelu 40 LED z rezystorami serii 100 Ohm, który moim zdaniem jest najjaśniejszy i najbezpieczniejszy. Całe lutowanie zajęło mi około godziny, ale przyznaję, że było to po tym, jak zdobyłem trochę doświadczenia i trochę pewności siebie z dwiema innymi wersjami płyty.

Wymagane komponenty (Całkowity koszt: mniej niż 1 euro w przypadku zakupu luzem)

• 40 białych diod SMD „5730”
• 40 rezystorów 100 Ohm, 1/4W
• 1 płytka prototypowa 5x7cm. Jednostronna, 18x24 otwory.
• 1 męskie złącze USB.

Narzędzia: lutownica, lut, pęseta.

Diody LED mają polaryzację. Z daleka ich wygląd może wydawać się symetryczny, ale przy bliższym przyjrzeniu się zauważysz kilka różnic. Najbardziej przydatny jest żółty przód: jest tam część owalna, która faktycznie się świeci, ale jedna strona zawiera dodatkowo linię. To jest strona ujemna, podobnie jak w przypadku diod, kondensatorów elektrolitycznych itp.

Krok 3: Instrukcje budowania

Zacznij umieszczać 40 kropelek lutowia w miejscu, w którym diody LED łączą się z masą. Następnie przylutuj diody LED stroną ujemną do kropli lutowia: przytrzymaj diodę LED pęsetą, roztop kroplę lutowia i przesuń diodę LED do płynnej kropli. Upewnij się, że otwór po stronie dodatniej diody LED ma trochę miejsca na przełożenie przewodu rezystora.

Jeden po drugim montuj rezystory z tyłu płytki, zgodnie z regularnym wzorem pokazanym na rysunku. Przylutuj jedną stronę do plusa LED, a drugą do środka płytki. Odetnij nadmiar przewodów po stronie uziemienia, ale zostaw je po stronie plusa.

Na koniec połącz ze sobą również wszystkie wyprowadzenia po stronie plusa. Teraz jest dobry moment, aby sprawdzić, czy wszystkie diody LED działają. Zauważyłem, że przy multimetrze ustawionym na 200 Ohm diody świecą się lekko, ale na tyle wyraźnie, aby zobaczyć, czy nie jest dobrze podłączony. Użyj części nadmiarowych przewodów, aby połączyć ze sobą wszystkie punkty obu szyn ujemnych.

Teraz podłącz złącze USB. Włożyłem cztery kropelki lutowia i przylutowałem wszystkie cztery piny do płytki, tak aby złącze było dobrze przymocowane do płytki. Patrząc z góry, lewy pin to plus, a prawy pin to minus i powinien być podłączony do odpowiednich szyn. Dwa środkowe piny służą do przesyłania danych i dlatego są nieużywane. Połączenie z lewą szyną uziemiającą powinno przebiegać od tyłu, aby umożliwić przejście przez szynę dodatnią pośrodku. Możesz teraz przetestować go na power banku i jeśli wszystko się dobrze zaświeci, to koniec!

Krok 4: Wydajność

Bardzo trudno jest pokazać, jak silne jest światło: automatyczna ekspozycja aparatu fotograficznego oznacza, że im mocniejsze światło, tym słabsza ekspozycja. Zdjęcia z wykonania „niesamowicie jasnej pochodni” są raczej rozczarowujące. Niemniej jednak uważam, że powyższy obrazek daje uczciwy obraz: w pobliżu jest bardzo jasno, ale też dobrze oświetla kilka metrów dalej. Zauważ też, że oświetlenie jest bardzo jednorodne, ponieważ te diody SMD, w przeciwieństwie do diod akrylowych, nie mają soczewki skupiającej.

Wreszcie, jeśli podobają Ci się te instrukcje, rozważ zagłosowanie na nie w konkursie „Spraw, by świeciły”!