USB Floodlight: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Začalo to jako praxe pájení SMD (zařízení pro povrchovou montáž) na standardních prototypových deskách a výsledkem bylo velmi jasné kompaktní záplavové světlo napájené USB, skvělé pro kempování nebo nouzové osvětlení.

Většina moderních LED žárovek obsahuje uvnitř SMD LED čipy. Tyto čipy jsou sériově vyráběné, velmi levné a dostupné pro fandy za velmi nízké ceny. Koupil jsem 200 typu 5730 za 1 EURO. Čtyřmístné číslo udává jejich velikost: 5,7x3,0 mm. Jsou dimenzovány na 0,5 W (~ 140 mA při 3,5 V), i když budou vyžadovat chladič pro nepřetržitý provoz při tomto výkonu. Bez chladiče by měly být buď provozovány s mnohem nižším proudem, nebo mohou být provozovány v pulzním režimu při plném proudu, například v multiplexním nebo stroboskopickém režimu.

Tato instrukce podrobně popisuje, jak vyrobit světlomet napájený přes USB, ale nízká cena a malá velikost znamenají, že je lze použít pro mnoho dalších aplikací, jako jsou 7-segmentové displeje DIY, náladová světla, růstová světla, projektory, kreslicí stoly nebo jakékoli řešení osvětlení na míru.

Standardní USB napájecí banky dodávají 5V 1A a větší mohou dodávat 2A. Zde uvedený design je pro 1A, takže bude fungovat v jakékoli powerbance, ale zdvojnásobením počtu LED diod můžete vyrobit jednu pro 2A.

Krok 1: Teorie

Na rozdíl od staromódního žárovkového osvětlení závisí pokles napětí na LED velmi málo na proudu. Pokles napětí u vysoce proudových bílých LED diod se pohybuje od ~ 3,0 V při proudech ~ 10 mA do ~ 3,5 V při 100 mA. Nelze je tedy připojit přímo k 5V dodávanému pomocí powerbanky USB. Nejjednodušším řešením je zapojit každou LED do série s rezistorem. Hodnota tohoto rezistoru určuje proud přes LED, a tím i jas. Přesný proud LED s odporem je obtížné vypočítat, ale je snadné jej odhadnout a lze jej snadno měřit.

Například odpor 1 kOhm v sérii s bílou LED bude znamenat, že proud je velmi nízký, takže úbytek napětí na LED je ~ 2,9 V, takže na rezistoru zůstane 2,1 V, a tedy proud 2,1 mA skrz rezistor, a stejných 2,1 mA prostřednictvím LED. Rezistor 100 Ohm by měl za následek 21 mA, pokud by pokles napětí LED zůstal 2,9 V, ale pravděpodobně se zvýší na 3,0 V, takže na rezistoru zůstane „pouze“2,0 V, a tedy 20 mA prostřednictvím LED. S odporem 10 Ohm by byl proud 200 mA, kdyby pokles napětí LED byl 3,0 V, ale pravděpodobně se zvýší na 3,4 V a zbývající pokles 1,6 V na rezistoru dává proud 160 mA, což je mírně nad jmenovitý proud.

Můžete si tedy myslet, že k vytvoření silné žárovky ze zdroje 5 V 1 A by stačilo paralelně zapojit 6 nebo 7 0,5 W LED diod, každou s odporem řady 10 Ohm. Každá LED by spotřebovávala 160mA*3,4V = 0,54W a každý rezistor 160mA*1,5V = 0,24W. To se blíží specifikaci pro LED a v rámci specifikace pro odpor 1/4W. Pokud to ale vyzkoušíte, uvidíte, že LED i odpor se extrémně zahřívají (~ 100 ° C). Ještě více, když umístíte všechny tyto komponenty blízko sebe. Pokud není použit chladič a ventilátor, pravděpodobně zemřou a při tom produkují spoustu toxického kouře.

Zkusil jsem tedy následující nastavení:

10 LED s rezistory řady 22 Ohm. Přes rezistory měřím pokles 1,4 V, takže proud je 64 mA na LED, celkem 0,64 A. Když jsou diody LED a rezistory namontované blízko sebe, jsou tak horké, že to na dotek bolí, ale neroztaje se ani nehoří a je to příjemné kompaktní světlo pro příležitostné použití.

24 LED diod s odpory řady 47 Ohm. Na rezistorech měřím pokles 1,7V, takže proud je 36mA na LED, celkem 0,86A. Věci se po nějaké době zahřejí. Zajímavé je, že odpory jsou teplejší než diody LED, přestože spotřebovávají více energie a jsou menší. Je možné, že LED diody dokážou vyzařovat velkou část své energie jako světlo? Ve stanu bych to nepoužil, protože dosažené teploty mohou být bolestivé a při náhodném zakrytí se mohou zvýšit na nebezpečnou úroveň.

40 LED s odpory řady 100 Ohm. Přes rezistory měřím pokles 1,9 V, takže proud je 19 mA na LED, celkem 0,76 A. Znatelně se otepluje, ale rozhodně ne horko. To je skvělá lampa, podobná 3W LED žárovce (nebo 30W žárovce). Velmi užitečné pro fotografování malých předmětů, pájení nebo opravy, ale také pro rozsvícení grilu nebo jako nouzové světlo doma, na cestách nebo v kempu.

Krok 2: Požadované součásti

Návod je pro 40 LED panel s odpory řady 100 Ohm, který je podle mě nejjasnější a nejbezpečnější. Pájení celé věci mi trvalo asi hodinu, ale přiznal jsem se, že to bylo poté, co jsem získal nějaké zkušenosti a jistotu s dalšími dvěma verzemi desky.

Požadované součásti (Celkové náklady: méně než 1 euro, pokud jsou zakoupeny v semi-bulk)

• 40 bílých LED diod SMD ‘5730‘
• 40 100 Ohm odpory, 1/4W
• 1 prototypová deska 5x7 cm. Jednostranné, otvory 18x24.
• 1 samčí USB konektor.

Pomůcky: páječka, pájka, pinzeta.

LED diody mají polaritu. Na dálku se jejich vzhled může zdát symetrický, ale při podrobné prohlídce uvidíte několik rozdílů. Nejužitečnější je na žluté přední straně: je zde oválná část, která se ve skutečnosti rozsvítí, ale jedna strana obsahuje navíc čáru. To je negativní stránka, stejně jako u diod, elektrolytických kondenzátorů atd.

Krok 3: Stavební pokyny

Začněte 40 dáváním bloků pájky na místo, kde se LED diody připojují k zemi. Dále pájejte LED diody s jejich mínusovou stranou na pájecím blobu: přidržte LED pinzetou, roztavte pájecí blob a přesuňte LED do tekutého blobu. Zajistěte, aby v otvoru na kladné straně diody LED zůstalo volné místo pro průchod vedení rezistoru.

Jeden po druhém namontujte odpory na zadní stranu desky podle pravidelného vzoru zobrazeného na obrázku. Pájejte jednu stranu k plusu LED a druhou stranu ke středu desky. Odřízněte přebytečné vodiče na straně země, ale nechte je na straně plus.

Nakonec spojte také všechny plusové kabely. Nyní je vhodné vyzkoušet, zda všechny LED diody fungují. Zjistil jsem, že s multimetrem nastaveným na 200 Ohm se LED diody mírně rozsvítí, ale dostatečně jasně, aby zjistily, zda není dobře zapojen. Pomocí některých přebytečných vodičů spojte všechny body obou mínus kolejnic dohromady.

Nyní připojte konektor USB. Dal jsem čtyři bloby pájky a připájel všechny čtyři piny k desce, aby byl konektor k desce dobře připevněn. Při pohledu shora je levý kolík plus a pravý kolík mínus a měl by být připojen k příslušným kolejnicím. Dva centrální piny jsou pro data, a proto nejsou používány. Připojení k levé zemní liště by mělo jít ze zadní strany, aby mohla překročit plusovou kolejnici ve středu. Nyní to můžete vyzkoušet na powerbance a pokud se vše dobře rozsvítí, máte hotovo!

Krok 4: Výkon

Je notoricky obtížné ukázat, jak silné je světlo: automatická expozice fotoaparátu znamená, že čím silnější světlo je, tím menší bude expozice. Snímky pořízené z představení „šíleně jasné pochodně“jsou poněkud zdrcující. Přesto si myslím, že výše uvedený obrázek dává upřímnou představu: poblíž je velmi jasné, ale také dobře osvětluje pár metrů daleko. Všimněte si také, že osvětlení je velmi homogenní, protože tyto LED diody SMD, na rozdíl od akrylových LED, nemají zaostřovací čočku.

V neposlední řadě, pokud se vám tyto pokyny líbí, zvažte prosím jejich hlasování v soutěži „Make it Glow“!