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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Dizajn PCB -a je moja slaba točka. 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 s 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 je slučaj bio lijep.

Pa sam mu odlučio dati novo srce visoke tehnologije.

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

:)

Htio sam:- izvrsno trajanje baterije koje je arhivirano s 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 LED dioda koju sam mogao pronaći - Ultra učinkovita Cree XP -G3 (187 lm/W)

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

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

- Htio sam da posluži i kao powerbank, pa sam mogao puniti telefon s njim

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

- i htio sam sve uklopiti 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 perspektivu o tome 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 jeftino svjetlo, radilo je na bateriji 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 unutarnje dimenzije. Morao sam dizajnirati ploču koja bi se savršeno uklopila.

Odlučio sam paralelno koristiti 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. Tako da sam imao prilično dobar kapacitet od ukupno 6 Ah

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

Korak 3: Shema

Tako sam napravio ovu nevjerojatno složenu shemu. Ne pitaj me koliko sam sati proveo za ovo:)

Nekoliko sam dana tražio i birao odgovarajuće komponente, prije nego što sam zaključio. To znači pregledavanje stranica proizvođača (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) za IC -ove po kategoriji i odabir one koja odgovara mojim potrebama. IC mora biti dostupan za kupnju u količinama mirisa na stranicama poput Farnella, Mousera i Digikeyja.

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

Shema uključuje sljedeće potkrugove:

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

- USB kontroler sporog punjenja - koristi se za polako punjenje svjetiljke putem mikro USB priključka. Ovo je dodatna pogodnost, ali svjetiljka se mogla 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)

- Upravljač za brzo punjenje - ovaj IC kontrolira punjenje putem priključnice za DC priključnicu montirane 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 odabrati između 1A i 3A. Na ovaj način ne možete preopteretiti zidni adapter istosmjerne struje slabije snage. Htjela sam univerzalnu:)

- LED upravljački program - Odabrao sam visokoučinkoviti (90%) LED upravljački program, sposoban pokretati LED do 1A struje (oko 3W). Ovo je prilično niske snage, ali odabrao sam LED s najvećom učinkovitošću koji sam mogao pronaći - Cree XP -G3 (187lm/W) što čini nisku pogonsku snagu. Želio sam najveću moguću učinkovitost i trajanje baterije. Upravljački program podržava 4 postavke snage koje se mogu postaviti. Odabrao sam Off, 1W, 2W i 3W.

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

- Indikator mjerača goriva u bateriji koji sam dizajnirao diskretno s 4 usporedbe, preciznom referentnom voltažom i preciznim razdjelnicima otpornika. Pokazao je preostali kapacitet na temelju 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. Kad povežete telefon s priključkom za punjenje, ovaj IC komunicira s telefonom i govori mu koji 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 pa 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:)

Naručio sam ih da ih stavim na vrlo malu ploču. Morao sam koristiti minijaturne pasivne komponente veličine 0402 - jedan otpornik je veličine 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 za oblikovanje područja PCB -a do željenih dimenzija i postavljanje komponenti na PCB.

Ovo je prilično dug zadatak, ali uživat ćete u tome. 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 učinite, bit ćete bolji u tome.

Koristim Altium Designer koji je profesionalni program i dobivam licencu za svoj posao. No za ljubitelje, Eagle, Kicad, designspark PCB i mnogi drugi bolje su rješenje jer je mnogo lakše započeti.

Radim s komponentama koje su također nacrtane u 3D -u, što puno pomaže u vizualizaciji i oblikovanju kućišta, jer znate gdje su stvari i koliko su visoke. No crtanje sastavnih otisaka s 3D tijelima zahtijeva 3 puta više rada. No dugoročno se isplati.

Ovdje su podaci 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 kupone od 18 USD za nove korisnike:

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

Korak 5: Proizvodnja PCB -a

Dani jetkanja PCB -a kod kuće su odbrojani. U srednjoj sam školi prije 10 godina gravirao svoje PCB -e kod kuće. Tako je bilo puno jeftinije. No tada nije bilo kineskih tvrtki koje su PCB -ove nudile gotovo besplatno.:)

Sada na stranicama poput JLCPCB.com možete nabaviti dvoslojne PCB -e za 2 USD + otpremu. Ovako je mnogo prikladnije i dobivate ploče profesionalnih razreda.

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

Korak 6: Lemljenje

Ovako male komponente za lemljenje nisu lak zadatak. No, 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 svoje ploče, mogao sam jednostavno modelirati komad u 3D -u i izraditi ga sa svojim hobi usmjerivačem.

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

Korak 8: Pokretanje montaže

Zatim je krenula 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 kabliranja kasnije …

Zvijer je bila gotovo potpuna!

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

Korak 10: A onda …

Završeno!

Svjetiljka je bila potpuna! Pogledajte video na vrhu upute 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 učiniti ispravno. Ako imate ideju, recite je u komentarima.

Dakle.. Sada mislite da sam profesionalac i niste u stanju stvoriti tako nešto. Ali griješite. Kad sam u srednjoj školi počeo s elektronikom, također nisam imao pojma što radim. Tražio sam sheme na internetu i pokušao sam ih zalemiti kad nisam ni znao što je tranzistor i kako radi. Naravno da većina njih nije uspjela. Pokušajima i pogreškama postajao sam sve bolji i bolji. Pročitao sam neke knjige, otišao studirati elektrotehniku i počeo proizvoditi mnoge PCB -e. Sa svakim sam bio sve bolji. A možeš i ti!

Hvala vam što ste pročitali moje upute! 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 kulisa i ostalim dodacima!

Drugoplasirani u izazovu dizajna PCB -a