Proiettore USB: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Questo è iniziato come una pratica nella saldatura SMD (dispositivo a montaggio superficiale) su schede prototipo standard e ha portato a una luce di inondazione compatta molto luminosa alimentata tramite USB, ideale per il campeggio o l'illuminazione di emergenza.

La maggior parte delle moderne lampadine a LED contiene all'interno chip LED SMD. Questi chip sono prodotti in serie, molto economici e disponibili per l'hobbista a prezzi molto bassi. Ne ho comprati 200 del tipo 5730 per 1 EURO. Il numero a 4 cifre indica la loro dimensione: 5,7x3,0 mm. Sono classificati per 0,5 W (~ 140 mA a 3,5 V) ciascuno, anche se richiedono un dissipatore di calore per funzionare continuamente a quella potenza. Senza un dissipatore di calore, dovrebbero funzionare a una corrente molto più bassa o possono funzionare in modalità pulsata a piena corrente, ad esempio in modalità multiplex o stroboscopica.

Queste istruzioni descrivono in dettaglio come realizzare una luce di inondazione alimentata tramite USB, ma il prezzo basso e le dimensioni ridotte significano che possono essere utilizzati per molte altre applicazioni, come display a 7 segmenti fai-da-te, luci d'atmosfera, luci di coltivazione, proiettori, tavoli da disegno o qualsiasi altro soluzioni di illuminazione personalizzate.

I power bank USB standard forniscono 5V 1A e quelli più grandi possono fornire 2A. Il design presentato qui è per 1A, quindi funzionerà in qualsiasi power bank, ma raddoppiando il numero di LED puoi realizzarne uno per 2A.

Fase 1: Teoria

Contrariamente alla vecchia lampada a incandescenza, la caduta di tensione su un LED dipende molto poco dalla corrente. La caduta di tensione per i LED bianchi ad alta corrente va da ~3.0V a correnti ~10mA a ~3.5V a 100mA. Quindi non possono essere collegati direttamente al 5V fornito da un power bank USB. La soluzione più semplice è collegare ogni LED in serie con un resistore. Il valore di questo resistore determina la corrente attraverso il LED e quindi la luminosità. La corrente esatta di un LED con resistore è difficile da calcolare, ma facile da stimare e semplice da misurare.

Ad esempio, un resistore da 1 kOhm in serie con un LED bianco significherà che la corrente è molto bassa, quindi la caduta di tensione sul LED è ~ 2,9 V, lasciando 2,1 V sul resistore, e quindi una corrente di 2,1 mA attraverso il resistore e lo stesso 2.1mA attraverso il LED. Un resistore da 100 Ohm risulterebbe in 21 mA se la caduta di tensione del LED rimanesse di 2,9 V, ma è probabile che aumenti fino a 3,0 V, lasciando "solo" 2,0 V sul resistore e quindi 20 mA attraverso il LED. Con un resistore da 10 Ohm, la corrente sarebbe di 200 mA se la caduta di tensione del LED fosse di 3,0 V, ma è probabile che aumenti fino a 3,4 V e la caduta rimanente di 1,6 V sul resistore fornisce una corrente di 160 mA, che è leggermente al di sopra del corrente nominale.

Quindi si potrebbe pensare che per realizzare una lampada potente da un alimentatore da 5V 1A, sarebbe sufficiente mettere in parallelo 6 o 7 LED da 0,5W, ognuno con una resistenza in serie da 10 Ohm. Ogni LED consumerebbe 160mA*3.4V=0.54W e ogni resistore 160mA*1.5V=0.24W. Questo è vicino alle specifiche per il LED e all'interno delle specifiche per un resistore da 1/4 W. Ma se lo provi, vedrai che sia il LED che il resistore diventano estremamente caldi (~ 100 ° C). Ancora di più se metti tutti questi componenti uno vicino all'altro. A meno che non vengano utilizzati un dissipatore di calore e una ventola, è probabile che muoiano e producano molto fumo tossico nel processo.

Quindi ho provato le seguenti configurazioni:

10 LED con resistori in serie da 22 Ohm. Misuro una caduta di 1,4 V sui resistori, quindi la corrente è 64 mA per LED, 0,64 A in totale. Con i LED e i resistori montati vicino diventa così caldo che fa male al tatto, ma non si scioglie né brucia ed è una bella luce compatta per un uso occasionale.

24 LED con resistenze in serie da 47 Ohm. Misuro 1,7 V di caduta sui resistori, quindi la corrente è 36 mA per LED, 0,86 A in totale. Le cose si surriscaldano dopo un po' di tempo. È interessante notare che i resistori si sentono più caldi dei LED, nonostante consumino più energia e siano più piccoli. Forse i LED riescono a irradiare una grande frazione della loro energia sotto forma di luce? Non lo userei in tenda poiché le temperature raggiunte possono essere dolorose e potrebbero salire a livelli pericolosi se coperte accidentalmente.

40 LED con resistenze in serie da 100 Ohm. Misuro 1,9 V di caduta sui resistori, quindi la corrente è 19 mA per LED, 0,76 A in totale. Diventa notevolmente caldo, ma sicuramente non caldo. Questo è un'ottima lampada, simile a una lampadina a LED da 3 W (o a una lampadina a incandescenza da 30 W). Utilissimo per la fotografia di piccoli oggetti, lavori di saldatura o riparazione, ma anche per accendere il BBQ o come luce di emergenza in casa, in viaggio o in campeggio.

Passaggio 2: componenti richiesti

Le istruzioni sono per il pannello 40 LED con resistori serie 100 Ohm, che penso sia il più luminoso e il più sicuro. L'intera operazione mi ha richiesto circa un'ora per saldare, ma devo ammettere che è stato dopo aver acquisito un po' di esperienza e una certa confidenza con altre due versioni della scheda.

Componenti richiesti (Costo totale: meno di 1 euro se acquistato semi-bulk)

• 40 LED SMD bianchi "5730"
• 40 resistori da 100 Ohm, 1/4W
• 1 tavola prototipo 5x7cm. Monofacciale, 18x24 fori.
• 1 connettore USB maschio.

Strumenti: un saldatore, saldatura, pinzette.

I LED hanno una polarità. Da lontano il loro aspetto può sembrare simmetrico, ma a un attento esame noterai diverse differenze. Il più utile è sul fronte giallo: c'è la parte ovale che si illumina, ma un lato contiene in più una linea. Questo è il lato negativo, proprio come per diodi, condensatori elettrolitici ecc.

Passaggio 3: istruzioni per la costruzione

Inizia 40 mettendo blob di saldatura nel punto in cui i LED si collegano a terra. Quindi, saldare i LED con il lato negativo sul blob di saldatura: tenere il LED con le pinzette, fondere il blob di saldatura e spostare il LED nel blob liquido. Assicurati che il foro sul lato positivo del LED abbia dello spazio libero per far passare il cavo del resistore.

Montare uno per uno i resistori sul retro della scheda, seguendo lo schema regolare mostrato in figura. Saldare un lato al lato positivo del LED e l'altro lato al centro della scheda. Tagliare i cavi in eccesso sul lato terra, ma lasciarli sul lato positivo.

Alla fine collegare tra loro anche tutti i cavi del lato positivo. Ora è un buon momento per testare se tutti i LED funzionano. Ho scoperto che con il multimetro impostato su 200 Ohm, i LED si accendono leggermente, ma abbastanza distintamente per vedere se uno non è collegato bene. Utilizzare alcuni dei cavi in eccesso per collegare insieme tutti i punti di entrambi i binari negativi.

Ora collega il connettore USB. Ho messo quattro blob di saldatura e ho saldato tutti e quattro i pin alla scheda, in modo che il connettore sia ben fissato alla scheda. Visto dall'alto, il piedino sinistro è più e il piedino destro è meno, e vanno collegati alle rispettive guide. I due pin centrali sono per i dati e sono quindi inutilizzati. Il collegamento al binario di terra sinistro dovrebbe andare dal lato posteriore per consentirgli di attraversare il binario più al centro. Ora puoi testarlo su un power bank e se tutto si illumina bene il gioco è fatto!

Passaggio 4: prestazioni

È notoriamente difficile mostrare quanto sia forte una luce: l'esposizione automatica di una macchina fotografica significa che più forte è la luce, minore sarà l'esposizione. Le foto scattate all'esibizione della "torcia follemente brillante" sono piuttosto deludenti. Tuttavia, penso che l'immagine sopra dia un'idea onesta: vicino è molto luminoso, ma illumina bene anche a un paio di metri di distanza. Si noti anche che l'illuminazione è molto omogenea, poiché questi LED SMD, contrariamente ai LED acrilici, non hanno lenti di messa a fuoco.

Ultimo ma non meno importante, se ti piacciono queste istruzioni, considera di votarle al concorso "Make it Glow"!