USB Plugbulb: 9 kroků (s obrázky)

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

V tomto Instructable vám ukážu, jak vytvořit super jasnou LED napájenou přes USB v kompaktním provedení, kterou jsem láskyplně pojmenoval „The Plugbulb“.

Tuto malou žárovku lze zapojit do jakéhokoli konektoru USB. Skvělé pro přeměnu vaší přenosné powerbanky na výkonnou baterku s dlouhou životností!

Krok 1: Ingredience

Začněme materiály. Jedna Plugbulb vyžaduje:

• Zástrčka USB (nejlépe z poškozeného kabelu)
• 3W LED žárovka
• LED chladič
• 2 diody, nepropouštějící světlo (jakýkoli druh by měl) NEBO 5ohm, 1/2W odpor
• tvůj oblíbený plastový uzávěr lahve (tady je můj)
• 1/2 balíčku Sugru (nebo podobného)
• malé, maličko-bitové množství tepelné sloučeniny

Spolu s následujícími nástroji:

• páječka a pájka
• horká lepicí pistole
• kleště
• prsty

U větších dávek Plugbulb můžete svůj recept libovolně rozšířit.

Krok 2: Roztrhněte ten konektor USB

Dávejte pozor, abyste zachovali alespoň pár palců vodičů. Zjistil jsem, že k odlupování plastu fungovaly dobře kleště. Může to záviset na typu plastu obklopujícího váš kabel. Je také dobré použít jeden s kabelem vycházejícím ze zadní části konektoru, na rozdíl od boku.

Krok 3: Vytvořte obvod LED, část první

Tady je technická část. Ponořím se do nějaké teorie pro ty, kteří mají zájem porozumět tomu, jak navrhovat pomocí výkonných LED. Pro ty, kteří by raději pokračovali v projektu, abyste mohli začít oslepovat své přátele svou skvělou novou baterkou, můžete přejít na další krok.

S návrhem diod může být zpočátku obtížné, protože se jedná o nelineární zařízení. To znamená, že napětí a proud nejsou lineárně úměrné jako v rezistorech. První obrázek výše, s laskavým svolením https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, ukazuje typickou IV křivku nebo vztah mezi proudem a napětím pro diodu.

LED diody jsou speciální diody, které jsou navrženy tak, aby vyzařovaly určitou vlnovou délku světla. LED diody s vysokým výkonem, se kterými budeme pracovat, budou mít podobnou křivku jako výše, kromě exponenciálního sklonu prodlouženého horizontálně (ohyb nahoru je posunut směrem k vyššímu napětí). Druhý obrázek výše je křivka, kterou jsem vytvořil s údaji, které jsem shromáždil při zkoumání charakteristik 3W LED, které jsem použil v tomto projektu (stejných, na které jsem připojil, ale hádal bych, že všechny 3W bílé LED budou vypadat docela podobně).

Z mého testování jsem zjistil, že mezi 200 a 500 mA se zdá být nejlepší rovnováha mezi jasem a spotřebou energie. Nad 500 jsou zisky jasu minimální, protože proud se zvyšuje. Pod 200 není LED tak jasná, jak by mohla být. Tak snadné. Pokud chceme projít daným množstvím proudu, nezbývá než sledovat křivku a najít napětí, kterému odpovídá. Kdybych to napájel nastavitelným zdrojem napětí a mohl bych toto konkrétní napětí vytočit, bylo by to opravdu tak snadné.

Složitá část přichází, když ji chcete napájet ze zdroje bez správného napětí. V tomto projektu chceme napájet LED z 5 voltů. Pokud připojíme LED přímo na 5 voltů, pumpujeme přes ni příliš mnoho proudu a v okamžiku by shořela. Jak tedy omezíme proud?

Máme několik možností. Mohli bychom použít integrovaný obvod regulátoru napětí nebo proudu a někteří by mohli tvrdit, že je to nejlepší způsob, jak se k tomuto úkolu dostat. Velikost je však v tomto projektu omezením, takže potřebujeme něco menšího. Naštěstí, protože to napájíme ze stabilního, regulovaného 5voltového zdroje (jako obvykle zdroje USB), můžeme jednoduše použít diody a/nebo odpory, abychom se přizpůsobili potřebnému proudu/napětí.

Nejprve popíšu, jak správně vybrat odpory, i když jsem se rozhodl použít diodovou metodu v mé sestavě. Chcete-li velikost správného odporu, vezmeme požadovaný proud, řekněme 300mA, a napětí, které rezistor uvidí, 5V-VLED, kde VLED je napětí na LED při 300mA (pomocí našeho grafu) a použijeme ohmový zákon (V /I = R) pro výpočet. Na grafu vidíme, že při 300mA LED klesá přibližně o 3,25V. Proto náš odpor klesne o 5-3,25 = 1,75V. Při použití ohmového zákona by náš odpor měl být 1,75 V/300 mA = 5,83 ohmů.

Pokud pro svou LED nemáte pěknou IV křivku, můžete se vždy uchýlit k matematice, ale není to hezké. Poslední obrázek, který jsem připojil k tomuto kroku, je rovnice pro typickou IV křivku diody. Tuto rovnici můžeme zkombinovat s ohmovým zákonem pro odpor (V = IR) a vyřešit pro R (pokud znáte saturační proud LED). Víme, že I jsou stejné a V musí přidat k 5. Dvě rovnice, dvě neznámé. Ale hrubé … že?

Stručně řečeno, trik bude mít odpor asi 5 ohmů. Musíte však také vzít v úvahu ztrátový výkon. 5 ohmů při 300 mA rozptýlí.3^2*5 =, 45 W tepla, takže potřebujeme 1/2W odpor. 5 ohmů je nepříjemná velikost odporu, ale můžeme to udělat s běžněji dostupnými odpory paralelně, jako jsou dva 10 ohmové odpory nebo čtyři 20 ohmové odpory. Pokud provedete tuto metodu, ujistěte se, že vaše odpory jsou 1/4W nebo nejlépe ještě větší, pokud jde o přijatelný ztrátový výkon, jinak by se mohly příliš zahřát a stát se nebezpečím.

Druhou možností je použít diody ke snížení napětí. Standardní dioda údajně klesá o 0,7 voltů, ale není tomu tak úplně. Při vyšších proudech klesne o něco více a při nižších proudech o něco méně. To znamená, že dvě diody v sérii klesnou někde kolem 1,4V. V našem obvodu by to ponechalo 3,6 V pro naši LED, která by podle našeho grafu měla projít někde kolem 500 mA. I když je to trochu vysoké, je to v rozsahu, který jsem hledal, a přidání třetí diody do série by snížilo příliš nízké napětí (~ 2,9 V). Také při průchodu tak velkého proudu diodami je pravděpodobné, že pokles napětí bude o něco více než 0,7, takže systém najde rovnováhu při mírně nižším proudu. Opět to lze přesněji vyřešit matematikou, pokud máte všechny podrobnosti o diodách, ale já jsem použil jednodušší přístup - nastavitelný regulátor napětí. Právě jsem přidal dvě diody (protože to byl můj host) a pomalu měřil napětí při měření proudu. Když jsem se dostal na 5 voltů, už to táhlo někde kolem 400mA. Perfektní.

Pokud používáte jinou diodu a dvě nefungují, můžete diody přidat nebo odečíst nebo dokonce vyzkoušet různé diody s jiným poklesem napětí. Nebo můžete použít odpory, pokud máte kolem sebe správné hodnoty. Nenapadá mě žádný důvod, proč by jedna metoda byla lepší než druhá, ale pokud můžete, rád bych se o tom dozvěděl v komentářích.

Ještě jedna poznámka pro ty, kteří hrají s vysoce výkonnými LED: destilovaná voda je skvělý chladič! Zatímco jsem testoval limity těchto LED diod, zcela jsem je ponořil do destilované vody. Destilovaná voda je izolátor (tedy spíše velmi, velmi slabý vodič), takže je pro elektroniku bezpečný. NEPOUŽÍVEJTE vodu z vodovodu, protože rozpuštěné minerály ji činí vodivou. Jako vždy používejte zdravý rozum a buďte opatrní, ale může to být užitečný trik.

Krok 4: Vytvořte obvod LED, část druhá

Nyní je čas spojit základní obvod.

Umístěte kousek tepelné směsi do středu chladiče a poté na něj přitlačte LED. Pomůže udržet LED na místě, zatímco ji připájíte k chladiči. Nyní to udělejte. Připájejte LED k chladiči.

Dále připájejte LED a dvě diody (nebo váš 5ohm odpor) do série. Pamatujte, že diody jsou polarizované, takže se ujistěte, že všechny směřují stejným směrem, jinak se vaše světlo nezapne. Diody mají obvykle stříbrný pruh označující stranu nízkého napětí. Zajistěte, aby každý šel do obvodu s tímto pásmem na straně dále od vašeho zdroje 5V. LED je také dioda, což znamená, že je také směrová. Ujistěte se, že toto směřujete také správným směrem. Obvykle mají označení na malých svodech. Pokud tomu tak není, použijte k testování nízkonapěťový zdroj (~ 2-3 V, dvě AA baterie v sérii). Připojením zpět nepoškodíte LED, nebude fungovat.

Na zadní stranu chladiče jsem přidal elektrickou pásku a poté za ni zastrčil diody. Nezáleží na tom, v jakém pořadí tyto součásti vstupují do obvodu, pokud všechny směřují správným směrem.

Krok 5: Připojte konektor

Nyní připájejte konektor USB k obvodu. Vše, co potřebujete, je napájecí (červený) a společný (černý) vodič z USB. Ostatní můžete oříznout (ale dávejte pozor, abyste je nezkratovali, abyste nepoškodili jakékoli zařízení, do kterého toto zapojíte). Pokuste se to provést s co nejmenším přebytkem vůle ve vodičích.

Nyní pomocí horkého lepidla držte vše pohromadě.

Krok 6: Vyřízněte otvor v uzávěru lahve

Ano, vím, že je váš oblíbený, ale musíme to udělat.

V zadní části víčka lahve musíme udělat štěrbinu, aby se zástrčka USB mohla protáhnout. Zjistil jsem, že bych mohl použít vrták k vyvrtání dvou otvorů vedle sebe, které mají správnou šířku, a poté pomocí pilového pohybu s vrtákem je spojit a vytvořit štěrbinu. Jsem si jistý, že existují lepší metody a lepší nástroje, a rád bych se o nich dozvěděl v komentářích!

Krok 7: Přidejte uzávěr lahve

Nyní zatlačte zvedák skrz štěrbinu, kterou jste vytvořili v uzávěru lahve, a přidejte další horké lepidlo, zdá se, že drží na místě.

Krok 8: Přidejte Sugru

Pomocí Sugru vytvořte pěkné těsnění kolem horní části zvedáku a skryjte zdání. Tato látka také funguje jako lepidlo, díky čemuž bude odolnější.

Krok 9: Užijte si to

Spatřit! Plugbulb!

Tato světla spotřebovávají méně energie než nabíjení smartphonu, takže by měla být schopna být napájena téměř z jakéhokoli USB akumulátoru, který máte. Skvělé pro nouzové světlo nebo na výlet. S velkým akumulátorem poběží desítky hodin!

Šťastné tvoření!