Kako sem naredil najnaprednejšo svetilko doslej: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Oblikovanje tiskanih vezij je moja šibka točka. Pogosto dobim preprosto idejo in se odločim, da jo uresničim čim bolj zapleteno in popolno.

Tako sem nekoč pogledal staro "vojaško" 4.5V svetilko z običajno žarnico, ki je nabirala prah a. Izhod svetlobe iz te žarnice je bil precej slab in baterije se niso polnile, življenjska doba baterije ni obstajala. Toda njegov primer je bil lep.

Zato sem se odločil, da mu podarim novo visokotehnološko srce.

Zato sem se vprašal: "Koliko funkcionalnosti želim vgraditi?" In rekel sem: "Da. Vse."

:)

Želel sem:- odlično življenjsko dobo baterije, ki je bila arhivirana s 3,7 V 6000 mAh (3x NCR18500A) polnilno litij-ionsko baterijo. Življenjska doba baterije je od 20 ur do 6 ur, odvisno od nastavitve moči.

- kar najbolj učinkovita LED dioda, kar sem jih našel - Ultra učinkovita Cree XP -G3 (187 lm/W)

- največja možna učinkovitost IC gonilnika LED (več kot 90%) - potrošniški gonilniki LED so le okoli 60% učinkoviti

- Želel sem ga napolniti prek USB -ja in z zunanjim adapterjem do 40V, tako da sem ga lahko polnil kjer koli s čimer koli

- Želel sem, da bi služil tudi kot powerbank, da bi lahko z njim napolnil telefon

- Hotel sem indikator stanja napolnjenosti, da sem lahko videl, koliko soka je še notri

- in hotel sem vse namestiti v to majhno ohišje

Zato sem moral oblikovati tiskano vezje po meri, ki bi se prilegalo njegovemu ohišju, in na to ploščo sem moral namestiti vse, kar je opisano zgoraj.

Zgoraj je video, ki prikazuje celoten proces oblikovanja. Vabljeni k ogledu, deljenju, všečkanju in naročanju na moj youtube kanal:)

Nadalje bom opisal korake oblikovanja v tem navodilu.

Upajmo, da bo ta pouk nekaterim ljudem dal vpogled v to, kaj je mogoče storiti in koliko dela je za to potrebno, in morda celo navdušil nekatere otroke, da postanejo elektrotehniki:)

1. korak: Stara svetilka

To je bila poceni luč, ki je delovala od 4,5 V baterije in je bila svetla kot običajna sveča.

Imel je kul, ročno upravljane rdeče in zelene filtre, ki so bili zelo kul.

Korak: Odstranite svetilko

Odstranil sem vse dele in izmeril notranje mere. Moral sem oblikovati ploščo, ki bi se popolnoma prilegala.

Odločil sem se, da bom vzporedno uporabil 3 litijeve baterije. Ohišje je bilo premajhno za uporabo klasičnih celic 18650. Zato sem se odločil, da uporabim nekoliko krajše celice 18500 - Panasonic NCR18500A s približno 2000 mAh vsakega. Tako sem imel kar dobro kapaciteto 6Ah skupaj

To je pomenilo, da je prostor za PCB precej majhen. Pravijo pa: "če bi poskusil, bi se lahko obvladalo":)

3. korak: Shema

Tako sem naredil to neverjetno zapleteno shemo. Ne sprašuj me o urah, ki sem jih porabil za to:)

Kar nekaj dni sem iskal in izbiral ustrezne komponente, preden sem se odločil za zaključek. To pomeni brskanje po proizvajalčevih mestih (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) za IC po kategorijah in izbiro tistega, ki ustreza mojim potrebam. In IC mora biti na voljo za nakup v količini vonja na spletnih mestih, kot so Farnell, Mouser in Digikey.

Ožičenje vseh IC -jev ni tako težko, kot se zdi, saj proizvajalci v podatkovni list IC vedno vključijo en osnovni diagram ožičenja. Tukaj ne bom šel v podrobnosti o shemi, če se pojavi kakršno koli vprašanje, vas prosimo, da vprašate v komentarjih.

Shema vključuje naslednja pododsledja:

-Zaščita pred prekomernim polnjenjem/praznjenjem baterije in prekomernim tokom, ki ohranja baterijo v mejah varnega delovanja.

- Krmilnik za počasno polnjenje USB - uporablja se za počasi polnjenje svetilke prek vrat micro USB. To je dodatno udobje, vendar se lahko svetilka s to možnostjo polni do 12 ur. Dodala sem stikalo za izbiro polnilnega toka med 100 mA (omejitev toka USB 1,0), 500 mA (standardni tok USB) in 800 mA (stenski polnilnik)

- Krmilnik za hitro polnjenje - ta IC nadzoruje polnjenje prek priključka DC vtičnice, nameščenega na ohišju baterije. Lahko prenese vhodno napetost od 5V do 40V, ima zaščito pred obratno polariteto in lahko napolni baterijo v nekaj urah največ. Dodal sem stikalo za izbiro dveh različnih polnilnih tokov, odvisno od omejitve vira energije. Tok je mogoče izbrati med 1A in 3A. Tako ne morete preobremeniti stenskega vmesnika z nizko močjo. Hotel sem univerzalno:)

- LED gonilnik - Izbral sem visoko učinkovit (90%) LED gonilnik, ki lahko poganja LED z do 1A toka (okoli 3 W). To je precej nizka poraba energije, vendar sem izbral LED z največjo učinkovitostjo, ki sem jo našel - Cree XP -G3 (187 lm/W), ki nadomešča nizko pogonsko moč. Želel sem čim večjo učinkovitost in življenjsko dobo baterije. Gonilnik podpira 4 nastavljive nastavitve napajanja. Izbral sem Off, 1W, 2W in 3W.

- Vrtljivo stikalo v binarni dekoder - to je zato, ker so bili izhodi gonilnika LED binarno kodirani in sem moral pretvoriti izhod iz stikala v 2 -bitno binarno kodo z dvojnim vhodom IC ali IC.

- Indikator merilnika goriva v bateriji, ki sem ga oblikoval diskretno s štirimi primerjalniki, natančno referenčno napetostjo in natančnimi delilniki upora. Prikazal je preostalo zmogljivost glede na napetost akumulatorja. Za podobno baterijsko celico sem našel krivuljo izpraznitvene napetosti in izračunal uporne delilnike, da ustrezno prižgejo LED.

- Funkcija USB powerbank in krmilnik hitrega polnjenja. Prvi IC ustvari stabilen 5V IC iz napetosti baterije 2,5V - 4,2V. Drugi IC je lep dodatek - to je krmilnik polnjenja USB. Ko telefon priključite na polnilna vrata, ta IC sporoči telefonu in mu pove, kaj je to pametno polnilno mesto, ter telefonu pove, da lahko porabi do 1,5A polnilnega toka. Brez tega IC bi se mnogi telefoni polnili le s privzetim tokom USB 500 mA. Ko je vzpostavljeno hitro polnjenje, zasveti LED, tako da lahko vidite, da se telefon hitro polni. Majhno stikalo na tiskanem vezju se uporablja za omogočanje funkcionalnosti powerbank.

Če verjamete ali ne, je na tej shemi 125 komponent:)

Naročil sem, da jih namestim na zelo majhno ploščo. Moral sem uporabiti miniaturne pasivne komponente velikosti 0402 - ena velikost upora je 1 mm x 0,5 mm ali 0,04 x 0,02 palca. Od tod njihova velikost 0402.

4. korak: PCB

Ko je shema končana, je čas, da površino tiskanega vezja oblikujemo do želenih dimenzij in komponente postavimo na tiskano vezje.

To je precej dolgotrajna naloga, vendar boste pri tem uživali. To je lepo in sproščujoče delo.

Nekaj znanja o določenih umestitvah komponent pride prav. Večinoma ga dobimo s knjigami in vajami, nekatere pa pridejo v prakso. Več PCB -jev boste naredili, boljši boste pri tem.

Uporabljam Altium Designer, ki je profesionalni program, in pridobim licenco za delo. Toda za ljubitelje so Eagle, Kicad, designspark PCB in mnogi drugi boljša rešitev, saj je veliko lažje začeti.

Delam s komponentami, narisanimi tudi v 3D, kar veliko pomaga pri vizualizaciji in oblikovanju ohišij, saj veste, kje so stvari in kako visoke so. Toda risanje sestavnih odtisov s 3D telesi traja 3 -krat več dela. A dolgoročno se splača.

Tu so podatki o načrtovanju tiskanih vezij, vključno z gerberji, večjimi shematskimi datotekami, montažo in kosovnico:

Za izdelavo plošč uporabljam JLCPCB. Cena te plošče je le nekaj $ za 5 kosov (plus poštnina), kar je ugodno! Prijavite se in pridobite kupone za 18 USD za nove uporabnike:

Kodo kupona "JLCPCBcom" lahko uporabite pri nakupu za majhen popust.

5. korak: izdelava tiskanega vezja

Dnevi jedkanja PCB -ja doma so šteti. V srednji šoli sem pred desetimi leti jedkal svoje PCB -je doma. Tako je bilo veliko ceneje. Toda takrat ni bilo kitajskih podjetij, ki bi PCB ponudila skoraj brezplačno.:)

Zdaj lahko na spletnih mestih, kot je JLCPCB.com, dobite dvoslojna tiskana vezja za 2 USD + dostavo. Na ta način je veliko bolj priročno in dobite profesionalne plošče.

Le datoteke gerber (ki vsebujejo podatke o bakrenih plasteh na tiskanem vezju) morate samo izvoziti in jih naložiti na njihovo spletno mesto ter počakati nekaj tednov, da vam vaš najljubši poštar dostavi vašo mojstrovino.

Korak 6: Spajkanje

Spajkanje tako majhnih komponent ni lahka naloga. Toda z dobrim spajkalnikom in dobro vizijo je to mogoče.

Uporabljam spajkalno postajo Ersa Icon, ki svoje delo opravlja zelo dobro.

Za ta projekt sem izbral smešno majhne komponente, ker mi je zmanjkalo prostora. V nasprotnem primeru bi izbral komponente 0603 ali 0805, ki jih je veliko lažje spajkati.

7. korak: Hladilnik za LED

V ohišje sem moral namestiti nekaj aluminijaste mase, da sem razdelil toploto iz LED.

Ker sem imel 3D model svoje deske, sem lahko kos preprosto modeliral v 3D in ga izdelal s svojim hobi usmerjevalnikom.

Lahko bi izrezal vse luknje in izreze, da se popolnoma prilegajo.

8. korak: Zagon montaže

Nato se je začela montaža in vse se je nenadoma popolnoma prilegalo.

Pod tiskano vezje sem zalepil Kapton trak, tako da je bila plošča električno izolirana od aluminija, da ne bi prišlo do kratkega stika.

9. korak: Nekaj ur kabelskega stiskanja pozneje…

Zver je bila skoraj popolna!

Stisnil sem kable,, namestil stikalo in napajalni konektor, povezal vse stvari, namestil lečo za LED in vstavil baterije v držala za baterije, zlepil termistorje za merjenje temperature akumulatorja. Polnilni IC -ji ohranjajo baterijo v mejah varnosti. Če je temperatura prenizka ali prevroča, se polnilni tok zmanjša, da se akumulator ne poškoduje.

10. korak: In potem …

Dokončano!

Svetilka je bila popolna! Oglejte si video na vrhu navodil, da vidite, kako deluje in kako močno sije!

Edino, kar je treba nadgraditi, je, da moram nekako zapreti luknjo okoli priključkov USB za prah.

Nisem pa še ugotovil, kako to pravilno narediti. Če imate kakšno idejo, jo povejte v komentarjih.

Torej … Zdaj misliš, da sem profesionalec in tega ne moreš ustvariti. Ampak motiš se. Ko sem v srednji šoli začel z elektroniko, tudi nisem imel pojma, kaj počnem. Na spletu sem iskal sheme in jih poskušal spajkati, ko sploh nisem vedel, kaj je tranzistor in kako deluje. Seveda večina od njih ni delovala. S poskusi in napakami sem bil vse boljši. Prebral sem nekaj knjig, odšel na študij elektrotehnike in začel izdelovati veliko PCB -jev. Z vsakim sem bil vse boljši. In tudi vi lahko!

Hvala, ker ste prebrali moj pouk! Preverite tudi moja druga navodila!

Sledite mi lahko na Facebooku in Instagramu

www.instagram.com/jt_makes_it

za spojlerje, na čem trenutno delam, zakulisje in druge dodatke!

Drugo mesto na PCB Design Challenge