Kako sam napravio najnapredniju svjetiljku ikada: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Dizajn PCB -a je moja slaba tačka. Često dobijem jednostavnu ideju i odlučim je realizirati što je moguće složenije i savršenije.

Tako sam jednom pogledao staru "vojnu" baterijsku svjetiljku od 4,5 V sa običnom žaruljom koja je skupljala prašinu a. Izlazna svjetlost te žarulje bila je prilično bijedna, a baterije se nisu mogle puniti, trajanje baterije nije bilo. Ali njegov slučaj je bio lijep.

Odlučio sam mu dati novo srce visoke tehnologije.

Pa sam se upitao: "Koliko funkcionalnosti želim ugraditi?" I rekao sam: "Da. Sve."

:)

Htio sam:- odličan radni vijek baterije koji je arhiviran sa 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A) punjivom Li-Ion baterijom. Trajanje baterije kreće se od 20 sati do 6 sati, ovisno o postavci snage.

- najveća moguća efikasna LED dioda koju sam mogao pronaći - Ultra efikasna Cree XP -G3 (187 lm/W)

- najveća moguća efikasnost LED upravljačkog programa IC (više od 90%) - potrošački LED upravljački programi su samo oko 60% efikasni

- Htio sam ga napuniti putem USB -a i vanjskim adapterom do 40V, pa sam ga mogao puniti bilo gdje s bilo čime

- Htio sam da služi i kao powerbank, pa bih mogao puniti telefon s njom

- Htio sam indikator stanja napunjenosti, pa sam mogao vidjeti koliko soka ima još unutra

- i htio sam sve smjestiti u to malo kućište

Stoga sam morao dizajnirati prilagođenu PCB ploču koja bi stala u njeno kućište i morao sam staviti sve gore opisano na tu ploču.

Gore je videozapis koji prikazuje cijeli proces dizajna. Slobodno gledajte, dijelite, lajkujte i pretplatite se na moj youtube kanal:)

Dalje ću opisati korake dizajna u ovom uputstvu.

Nadajmo se da će ovo uputstvo nekim ljudima dati uvid u to što se može učiniti i koliko je posla potrebno za to, a možda čak i inspirirati neku djecu da postanu elektroinženjeri:)

Korak 1: Stara svjetiljka

Ovo je bilo jeftino svjetlo, trošilo je bateriju od 4,5 V i bilo je sjajno poput obične svijeće.

Imao je hladne, ručno upravljane crvene i zelene filtere koji su bili jako cool.

Korak 2: Izvadite svjetiljku

Izvadio sam sve dijelove i izmjerio unutrašnje dimenzije. Morao sam dizajnirati ploču koja bi se savršeno uklopila.

Odlučio sam upotrijebiti 3 litijeve baterije. Kućište je bilo premalo za upotrebu klasičnih ćelija od 18650. Odlučio sam koristiti malo kraće 18500 ćelija - Panasonic NCR18500A sa po 2000mAh svaka. Tako da sam imao prilično dobar kapacitet od ukupno 6 Ah

To je značilo da je prostor za PCB bio prilično mali. Ali kažu: "mogao bi se snaći da je pokušao":)

Korak 3: Shema

Tako sam napravio ovu nevjerovatno složenu shemu. Ne pitaj me o satima koje sam proveo za ovo:)

Nekoliko sam dana tražio i birao odgovarajuće komponente, prije nego što sam zaključio. To znači pregledavanje web stranica proizvođača (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) za IC -ove po kategoriji i odabir one koja odgovara mojim potrebama. IC mora biti dostupan za kupovinu u količinama mirisa na mjestima kao što su Farnell, Mouser i Digikey.

Ožičenje svih IC -ova nije tako teško kao što se čini, jer proizvođači uvijek u tablicu s podacima o IC -u uključuju jedan osnovni dijagram ožičenja. Ovdje neću ulaziti u detalje o shemi, ako se pojavi bilo koje pitanje, slobodno pitajte u komentarima.

Shema uključuje sljedeće podkružnice:

-Zaštita od prekomjernog punjenja/pražnjenja baterije i pretjerane struje koja održava bateriju u granicama sigurnog rada.

- USB kontroler za sporo punjenje - koristi se za polako punjenje svjetiljke putem mikro USB priključka. Ovo je dodatna pogodnost, ali svjetiljka se može puniti do 12 sati putem ove opcije. Dodao sam prekidač za odabir struje punjenja između 100mA (ograničenje struje USB 1.0), 500mA (standardna USB struja) i 800mA (zidni punjač)

- Kontroler za brzo punjenje - ovaj IC kontrolira punjenje putem priključka za DC utičnicu montiranog na kućištu baterije. Može podnijeti ulazni napon od 5V do 40V, ima zaštitu od obrnutog polariteta i može napuniti bateriju za najviše nekoliko sati. Dodao sam prekidač za odabir dvije različite struje punjenja ovisno o ograničenju izvora napajanja. Struja se može birati između 1A i 3A. Na ovaj način ne možete preopteretiti zidni adapter istosmjerne struje slabije snage. Htela sam univerzalnu:)

- LED upravljački program - Odabrao sam visokoučinkoviti (90%) LED upravljački program, sposoban da pokreće LED do 1A struje (oko 3W). Ovo je prilično male snage, ali odabrao sam LED s najvećom efikasnošću koji sam mogao pronaći - Cree XP -G3 (187 lm/W) koji nadoknađuje nisku snagu vožnje. Želeo sam najveću moguću efikasnost i trajanje baterije. Upravljački program podržava 4 postavke snage koje se mogu podesiti. Odabrao sam Off, 1W, 2W i 3W.

- Rotirajući prekidač na binarni dekoder - to je zato što su izlazi za napajanje LED pogona binarno kodirani i morao sam pretvoriti izlaz sa prekidača u 2 -bitni binarni kod sa dvostrukim IL -om vrata.

- Indikator mjerača goriva u bateriji koji sam dizajnirao diskretno sa 4 komparatora, preciznom referentnom voltažom i preciznim razdjelnicima otpornika. Pokazao je preostali kapacitet na osnovu napona baterije. Našao sam krivulju napona pražnjenja za sličnu baterijsku ćeliju i izračunao razdjelnike otpornika tako da u skladu s tim pale LED diode.

- USB powerbank funkcija i kontroler brzog punjenja. Prva IC generira stabilnu 5V IC iz napona baterije 2.5V - 4.2V. Drugi IC je lijep dodatak - to je USB kontroler punjenja. Kada povežete telefon s priključkom za punjenje, ovaj IC komunicira s telefonom i govori mu šta je to pametni priključak za punjenje i govori telefonu da može potrošiti do 1,5A struje punjenja. Bez ovog IC -a mnogi bi se telefoni punili samo sa USB zadanom strujom od 500mA. Kad se uspostavi brzo punjenje, svijetli LED dioda tako da možete vidjeti da se telefon brzo puni. Mali prekidač na PCB -u koristi se za omogućavanje funkcionalnosti powerbank.

Ako vjerujete ili ne, na ovoj shemi ima 125 komponenti:)

Da bih ih stavio na vrlo malu ploču, morao sam koristiti minijaturne pasivne komponente veličine 0402 - jedan otpornik je 1 mm x 0,5 mm ili 0,04 x 0,02 inča. Otuda njihova veličina 0402.

Korak 4: PCB

Zatim, kada shema bude gotova, vrijeme je da oblikujete površinu PCB -a do željenih dimenzija i postavite komponente na PCB.

Ovo je prilično dug zadatak, ali uživat ćete u njemu. To je lijep i opuštajući posao.

Malo znanja o određenim položajima komponenti dobro dođe. Uglavnom se dobiva knjigama i vodičima, a neki dolaze i u praksi. Što više PCB -a napravite, bit ćete bolji u tome.

Koristim Altium Designer koji je profesionalni program i dobijam licencu za svoj posao. Ali za hobiste, Eagle, Kicad, designspark PCB i mnogi drugi su bolje rješenje jer je mnogo lakše započeti.

Radim sa komponentama koje su takođe nacrtane u 3D -u, što puno pomaže u vizualizaciji i dizajniranju kućišta, jer znate gdje se stvari nalaze i koliko su visoke. Ali crtanje komponentnih otisaka pomoću 3D tijela zahtijeva 3 puta više rada. Ali dugoročno se isplati.

Evo podataka o dizajnu PCB-a, uključujući gerbere, veće shematske datoteke, sklopove i materijal:

Za izradu ploča koristim JLCPCB. Cijena ove ploče je samo nekoliko USD za 5 komada (plus dostava) što je jeftino! Prijavite se za dobivanje kupona za nove korisnike u iznosu od 18 USD:

Kod kupona možete koristiti kod kupona "JLCPCBcom" za mali popust.

Korak 5: Proizvodnja PCB -a

Dani urezivanja PCB -a kod kuće su odbrojani. U srednjoj školi prije 10 godina gravirao sam PCB -e kod kuće. Tako je bilo mnogo jeftinije. Ali tada nije bilo kineskih kompanija koje su nudile PCB -ove gotovo besplatno.:)

Sada možete nabaviti dvoslojne PCB -e napravljene za 2 USD + isporuku na web lokacijama poput JLCPCB.com. Ovako je mnogo prikladnije i dobivate ploče profesionalnog razreda.

Samo trebate izvesti gerber datoteke (koje sadrže podatke o bakrenim slojevima na PCB -u) i postaviti ih na svoju web lokaciju i pričekati nekoliko tjedana da vaš omiljeni poštar isporuči vaše remek -djelo.

Korak 6: Lemljenje

Lemljenje ovako malih komponenti nije lak zadatak. Ali s dobrim lemilicom i dobrim vidom to se može učiniti.

Koristim stanicu za lemljenje Ersa Icon koja vrlo dobro obavlja posao.

Za ovaj projekt odabrao sam smiješno male komponente jer mi je nedostajalo prostora. Inače bih odabrao komponente 0603 ili 0805 koje je mnogo lakše lemiti.

Korak 7: Hladnjak za LED

Morao sam staviti malo aluminijske mase u kućište kako bih distribuirao toplinu iz LED diode.

Budući da sam imao 3D model ploče, mogao sam lako modelirati komad u 3D -u i izraditi ga sa svojim hobi usmjerivačem.

Mogao bih izrezati sve rupe i izreze kako bi savršeno pristajao.

Korak 8: Pokretanje montaže

Tada je započela montaža i odjednom se sve savršeno uklopilo.

Ispod PCB -a zalijepio sam Kapton traku tako da je ploča bila električno izolirana od aluminija tako da nije moglo doći do kratkog spoja.

Korak 9: Nekoliko sati presovanja kabela kasnije…

Zver je bila skoro potpuna!

Presovao sam kablove, ugradio prekidač i konektor za napajanje, spojio sve stvari, montirao objektiv za LED i umetnuo baterije u držače baterija, zalijepio termistore za mjerenje temperature baterije. IC -ovi za punjenje drže bateriju unutar sigurnih granica. Ako je temperatura preniska ili previsoka, struja punjenja se smanjuje kako se ne bi oštetila baterija.

Korak 10: A onda …

Gotovo!

Svjetiljka je bila potpuna! Pogledajte video na vrhu instrukcije kako biste vidjeli kako djeluje i kako sjajno sja!

Jedino što treba nadogradnju je da moram nekako zatvoriti rupu oko USB konektora za prašinu.

Ali još nisam shvatio kako to ispravno učiniti. Ako imate ideju, recite je u komentarima.

Dakle.. Sada mislite da sam profesionalac i niste u stanju stvoriti tako nešto. Ali niste u pravu. Kada sam počeo sa elektronikom u srednjoj školi, takođe nisam imao pojma šta radim. Tražio sam sheme na internetu i pokušao sam ih lemiti kad nisam ni znao što je tranzistor i kako radi. Naravno, većina njih nije uspjela. Pokušajima i greškama postajao sam sve bolji i bolji. Pročitao sam neke knjige, otišao na studij elektrotehnike i počeo proizvoditi mnoge PCB -e. Sa svakim sam bio sve bolji. A možeš i ti!

Hvala vam što ste pročitali moje uputstvo! Molimo provjerite i moje ostale upute!

Možete me pratiti na Facebooku i Instagramu

www.instagram.com/jt_makes_it

za spojlere na onome na čemu trenutno radim, iza scene i drugim dodacima!

Drugoplasirani u izazovu dizajna PCB -a