Kuidas ma tegin kõigi aegade kõige arenenuma taskulambi: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

PCB disain on minu nõrk koht. Ma saan sageli lihtsa idee ja otsustan selle võimalikult keeruka ja täiusliku realiseerida.

Nii et ma vaatasin kunagi vana "sõjaväelist" tavalise pirniga taskulampi, mis kogus tolmu a. Selle pirni valgustugevus oli üsna õnnetu ja patareisid ei laetud, aku kasutusaeg oli olematu. Aga selle juhtum oli tore.

Seega otsustasin anda sellele uue kõrgtehnoloogilise südame.

Nii et ma küsisin endalt: "Kui palju funktsioone ma tahan sisse ehitada?" Ja vastasin: "Jah. Kõik need."

:)

Tahtsin:- suurepärast aku kasutusaega, mis arhiveeriti 3,7 V 6000 mAh (3x NCR18500A) laetava liitium-ioon akuga. Aku eluiga varieerub sõltuvalt võimsuse seadistusest 20 kuni 6 tundi.

- kõrgeima võimaliku efektiivsusega LED -diood, mida ma võiksin leida - ülitõhus Cree XP -G3 (187lm/W)

- kõrgeima võimaliku efektiivsusega LED -draiveri IC (üle 90%) - tarbija LED -draiverid on ainult umbes 60% tõhusad

- Tahtsin seda laadida USB kaudu ja välise adapteriga kuni 40V, nii et saaksin seda ükskõik kus laadida ükskõik millega

- Tahtsin, et see toimiks ka jõupangana, nii et saaksin sellega oma telefoni laadida

- Tahtsin laetuse indikaatorit, nii et nägin, kui palju mahla on veel sees

- ja ma tahtsin selle väikese korpuse sisse kõik ära mahutada

Nii et mul oli vaja kujundada kohandatud trükkplaat, mis sobiks selle korpuse sisse, ja ma pidin selle plaadile mahutama kõik ülalkirjeldatud.

Ülal on video, mis näitab kogu disainiprotsessi. Vaadake, jagage, likege ja tellige minu youtube kanal:)

Kirjeldan veel selles juhendis projekteerimisetappe.

Loodetavasti annab see juhendamine mõnele inimesele perspektiivi selle kohta, mida saab teha ja kui palju tööd selle tegemiseks kulub, ning võib -olla isegi inspireerib mõnda last elektriinseneriks hakkama:)

Samm: vana taskulamp

See oli odav valgusallikas, mis töötas 4,5 V akuga ja oli sama ere kui tavaline küünal.

Sellel olid lahedad käsitsi juhitavad punased ja rohelised filtrid, mis olid väga lahedad.

2. samm: taskulambi hammustamine

Võtsin kõik osad välja ja mõõtsin sisemõõdud. Mul oli vaja kujundada plaat, mis sobiks ideaalselt.

Otsustasin paralleelselt kasutada 3 liitiumakut. Korpus oli liiga väike, et kasutada klassikalisi 18650 elemente. Nii otsustasin kasutada veidi lühemaid 18500 elementi - Panasonic NCR18500A, igaüks umbes 2000 mAh. Nii et mul oli päris hea mahutavus 6Ah

See tähendas, et trükkplaadi jaoks oli ruumi üsna vähe. Aga nad ütlevad: "üks saaks hakkama, kui ta prooviks":)

Samm: skeem

Nii et ma koostasin selle uskumatult keerulise skeemi. Ära küsi minult tunde, mis mul selleks kulus:)

Otsisin ja valisin sobivaid komponente päris mitu päeva, enne kui jõudsin järeldusele. See tähendab IC -de tootja saitide (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) sirvimist kategooria järgi ja minu vajadustele vastava saidi valimist. Ja IC peab olema kättesaadav lõhnakoguste ostmiseks sellistel saitidel nagu Farnell, Mouser ja Digikey.

Kõigi IC -de ühendamine pole nii keeruline, kui tundub, sest tootjad lisavad IC -andmelehele alati ühe põhijuhtmestiku. Ma ei hakka siin skeemil üksikasjadesse laskuma, kui tekib mõni küsimus, küsige julgelt kommentaarides.

Skeem sisaldab järgmisi ahelaid:

-Aku üle-/tühjenemine ja ülekoormuskaitse, mis hoiab aku ohututes tööpiirides.

- USB aeglase laadimise kontroller - kasutatakse taskulambi aeglaseks laadimiseks mikro -USB -pordi kaudu. See lisab mugavust, kuid taskulampi saab selle valiku kaudu laadida kuni 12 tundi. Lisasin lüliti, et valida laadimisvool vahemikus 100 mA (USB 1.0 voolupiirang), 500 mA (tavaline USB -vool) ja 800 mA (seinalaadija)

- Kiirlaadimise kontroller - see IC juhib laadimist akuümbrise pistiku kaudu. See suudab taluda sisendpinget vahemikus 5V kuni 40V, sellel on vastupidine polaarsuskaitse ja saab akut laadida mõne tunni jooksul. Lisasin lüliti kahe erineva laadimisvoolu valimiseks sõltuvalt toiteallika piiratusest. Voolu saab valida vahemikus 1A kuni 3A. Nii ei saa te madalama võimsusega alalisvoolu seinaadapterit üle koormata. Tahtsin universaalset:)

- LED -draiver - valisin suure kasuteguriga (90%) LED -draiveri, mis suudab juhtida LED -i kuni 1A vooluga (umbes 3W). See on üsna väike võimsus, kuid valisin kõrgeima kasuteguriga LED -i - Cree XP -G3 (187lm/W), mis kompenseerib vähese sõiduvõimsuse. Tahtsin võimalikult suurt efektiivsust ja aku kasutusaega. Draiver toetab nelja seadistatavat võimsusseadet. Valisin välja, 1W, 2W ja 3W.

- Pöörlev lüliti kahenddekooderiks - see on tingitud asjaolust, et LED -draiveri väljundid olid binaarselt kodeeritud ja mul oli vaja lüliti väljund teisendada kahe bitise kahendkoodiks kahekordse VÕI värava IC -ga.

- Aku kütusemõõturi indikaator, mille ma kujundasin diskreetselt 4 võrdleva seadme, täpsete pingetugede ja takisti jaguritega. See näitas järelejäänud võimsust aku pinge põhjal. Leidsin sarnase akuelemendi tühjenduspinge kõvera ja arvutasin takisti jagurid, nii et need süttiksid LED -id vastavalt.

- USB toitepanga funktsioon ja kiirlaadimise kontroller. Esimene IC genereerib stabiilse 5 V IC 2,5 V - 4,2 V aku pingest. Teine IC on tore lisand - see on USB laadimiskontroller. Kui ühendate telefoni laadimispordiga, suhtleb see IC telefoniga ja ütleb, mis see on nutikas laadimisport, ning teatab telefonile, et see võib võtta kuni 1,5A laadimisvoolu. Ilma selle IC -ta laeksid paljud telefonid ainult USB vaikivooluga 500 mA. Kui kiirlaadimine on sisse lülitatud, süttib LED, nii et näete, et telefon laeb kiiresti. Powerbanki funktsionaalsuse võimaldamiseks kasutatakse väikest lülitit trükkplaadil.

Kui usute või mitte, on sellel skeemil 125 komponenti:)

Tellides neid väga väikesele tahvlile, pidin kasutama miniatuurseid 0402 suuruseid passiivseid komponente - üks takisti suurus on 1 mm x 0,5 mm või 0,04 x 0,02 tolli. Seetõttu on nende suurus 0402.

4. samm: trükkplaat

Seejärel, kui skeem on valmis, on aeg kujundada trükkplaadi ala soovitud mõõtmetega ja asetada komponendid trükkplaadile.

See on üsna pikk ülesanne, kuid teile meeldib seda teha. See on tore ja lõõgastav töö.

Väikesed teadmised teatud komponentide paigutuste kohta tulevad kasuks. Seda saadakse enamasti raamatute ja õpetustega ning mõned tulevad praktikasse. Mida rohkem PCB -sid teete, seda paremini teete seda.

Kasutan professionaalset programmi Altium Designer ja saan oma töökohalt litsentsi. Kuid harrastaja jaoks on Eagle, Kicad, designspark PCB ja paljud teised parem lahendus, kuna sellega on palju lihtsam alustada.

Töötan komponentidega, mis on joonistatud ka 3D -vormingus, mis aitab palju visualiseerida ja korpusi kujundada, sest teate, kus asjad asuvad ja kui kõrged nad on. Kuid 3D -kehadega komponentide jalajälgede joonistamine võtab 3 korda rohkem tööd. Kuid see on seda pikas perspektiivis väärt.

Siin on trükkplaatide disainiandmed, sealhulgas gerberid, suuremad skemaatilised failid, kokkupanek ja materjalide arve:

Plaatide valmistamiseks kasutan JLCPCB -d. Selle plaadi maksumus on vaid paar dollarit 5 tk eest (pluss saatmine), mis on soodne! Registreeruge, et saada $ 18 uusi kasutaja kuponge:

Väikese allahindluse saamiseks saate kassas kasutada kupongi koodi "JLCPCBcom".

Samm: PCB tootmine

PCB kodus söövitamise päevad on loetud. 10 aastat tagasi keskkoolis söötsin kodus oma PCBsid. See oli nii odavam. Kuid siis polnud Hiina ettevõtteid, kes PCB -sid peaaegu tasuta pakkusid.:)

Nüüd saate kahekihilisi trükkplaate, mis on valmistatud 2USD + kohaletoimetamiseks, saididelt nagu JLCPCB.com. Nii on see palju mugavam ja saate professionaalse kvaliteediga plaate.

Peate lihtsalt eksportima gerberifailid (mis sisaldavad teavet trükkplaadil olevate vaskkihtide kohta) ja laadige need üles oma saidile ning oodake paar nädalat, kuni teie lemmikpostiljon teie meistriteose kohale toimetab.

6. samm: jootmine

Selle väikese komponendi jootmine pole lihtne ülesanne. Aga hea jootekolvi ja hea nägemisega saab hakkama.

Kasutan jootmisjaama Ersa Icon, mis teeb seda tööd väga hästi.

Selle projekti jaoks valisin naeruväärselt väikesed komponendid, kuna mul oli väga vähe ruumi. Vastasel juhul valiksin 0603 või 0805 komponendid, mida on palju lihtsam joota.

Samm: LED -i jahutusradiaator

LED -i soojuse jaotamiseks pidin ma korpusele sobitama alumiiniumimassi.

Kuna mul oli oma plaadi 3D -mudel, sain tüki hõlpsalt 3D -s modelleerida ja oma hobirouteriga toota.

Sain välja lõigata kõik augud ja väljalõiked, et see sobiks ideaalselt.

8. samm: kokkupaneku alustamine

Siis algas kokkupanek ja kõik sobis äkki ideaalselt.

PCB all teipisin Kaptoni lindi, nii et plaat oli alumiiniumist elektriliselt isoleeritud, nii et lühiseid ei saaks tekkida.

Samm: paar tundi hiljem kaabli pressimist…

Metsloom oli peaaegu valmis!

Kruvisin kaablid kokku, paigaldasin lüliti ja toitepistiku, ühendasin kõik asjad, paigaldasin LED -objektiivi ja paigaldasin patareid patareipesade sisse, liimisin aku temperatuuri mõõtmiseks termistorid. Laadimisseadmed hoiavad aku ohututes piirides. Kui temperatuur on liiga madal või liiga kuum, vähendatakse laadimisvoolu, et mitte kahjustada akut.

Samm: ja siis…

Valmis!

Taskulamp oli täielik! Vaadake juhendi ülaosas olevat videot, et näha seda tegevuses ja kui eredalt see paistab!

Ainus uuendamist vajav asi on see, et mul on vaja USB -pistikute ümber olev auk tolmu eest kuidagi sulgeda.

Kuid ma pole veel aru saanud, kuidas seda õigesti teha. Kui teil on idee, siis rääkige sellest kommentaarides.

Nii et.. Nüüd sa arvad, et ma olen professionaal ja sa ei suuda sellist asja luua. Aga sa eksid. Kui ma keskkoolis elektroonikaga alustasin, polnud mul ka aimugi, millega ma tegelen. Otsisin Internetist skeeme ja proovisin neid jootma hakata, kui ma isegi ei teadnud, mis on transistor ja kuidas see töötab. Enamik neist muidugi ei töötanud. Katse -eksituse meetodil läksin aina paremaks. Lugesin mõnda raamatut, läksin elektrotehnikat õppima ja hakkasin tegema palju trükkplaate. Igaühega läksin paremaks. Ja nii saate ka!

Aitäh, et lugesite minu juhendit! Palun vaadake ka minu teisi juhendeid!

Mind saate jälgida Facebookis ja Instagramis

www.instagram.com/jt_makes_it

spoilerite jaoks, millega ma praegu tegelen, kulisside taga ja muud lisad!

PCB disaini väljakutse teine koht