La lampadina USB: 9 passaggi (con immagini)

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

In questo Instructable ti mostrerò come realizzare un LED super luminoso alimentato tramite USB con un fattore di forma compatto, che ho chiamato amorevolmente "The Plugbulb".

Questa piccola lampadina può essere collegata a qualsiasi presa USB. Ottimo per trasformare il tuo power bank portatile in una torcia potente e di lunga durata!

Passaggio 1: ingredienti

Cominciamo dai materiali. Una Plugbulb richiede:

• Una presa USB (preferibilmente da un cavo rotto)
• Una lampadina LED da 3W
• Un dissipatore di calore a LED
• 2 diodi, della varietà senza emissione di luce (qualsiasi tipo dovrebbe andare bene) OPPURE un resistore da 5 ohm, 1/2 W
• il tuo tappo di bottiglia di plastica preferito (ecco il mio)
• 1/2 bustina di Sugru (o simile)
• una minuscola quantità di composto termico

Insieme ai seguenti strumenti:

• saldatore e saldatore
• pistola per colla a caldo
• pinze
• dita

Sentiti libero di aumentare la tua ricetta come desideri per lotti più grandi di Plugbulb.

Passaggio 2: separa il connettore USB

Fare attenzione a preservare almeno un paio di pollici dei fili. Ho scoperto che le pinze hanno funzionato bene per staccare la plastica. Potrebbe dipendere dal tipo di plastica che circonda il cavo. È anche una buona idea usarne uno con il cavo che esce dal retro della spina, anziché di lato.

Passaggio 3: crea un circuito LED, prima parte

Ecco la parte tecnica. Mi immergerò in qualche teoria per coloro che sono interessati a capire come progettare con i LED di potenza. Per coloro che preferiscono semplicemente andare avanti con il progetto in modo da poter iniziare ad accecare i tuoi amici con la tua nuova fantastica torcia, sentiti libero di passare al passaggio successivo.

I diodi possono essere difficili da progettare all'inizio perché sono dispositivi non lineari. Ciò significa che la tensione e la corrente non sono linearmente proporzionali come nei resistori. La prima immagine sopra, per gentile concessione di https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, mostra una tipica curva IV, o la relazione tra corrente e tensione, per un diodo.

I LED sono diodi speciali progettati per emettere una certa lunghezza d'onda della luce. I LED ad alta potenza con cui lavoreremo avranno una curva simile a quella sopra, tranne per la pendenza esponenziale allungata orizzontalmente (la curva verso l'alto viene spostata verso una tensione più alta). La seconda immagine sopra è una curva che ho fatto con i dati che ho raccolto studiando le caratteristiche dei LED da 3W che ho usato in questo progetto (gli stessi a cui mi sono collegato, ma immagino che tutti i LED bianchi da 3W saranno abbastanza simili).

Dai miei test, ho scoperto che tra 200 e 500 mA sembra offrire il miglior equilibrio tra luminosità e consumo energetico. Oltre 500, i guadagni di luminosità sono minimi all'aumentare della corrente. Al di sotto di 200, il LED non è così luminoso come potrebbe essere. Così facile. Se vogliamo far passare una determinata quantità di corrente, non dobbiamo far altro che seguire la curva e trovare la tensione a cui corrisponde. Se lo stessi alimentando con una fonte di tensione regolabile e potessi comporre quella tensione specifica, sarebbe davvero così facile.

La parte difficile arriva quando si desidera alimentare questo da una fonte senza la tensione corretta. In questo progetto, vogliamo alimentare il LED da 5 volt. Se colleghiamo il LED direttamente a 5 volt, pomperemmo troppa corrente attraverso di esso e si brucerebbe in un istante. Quindi come limitiamo la corrente?

Abbiamo diverse opzioni. Potremmo usare un IC regolatore di tensione o corrente, e alcuni potrebbero obiettare che questo è il modo migliore per svolgere questo compito. Tuttavia, le dimensioni sono un limite in questo progetto, quindi abbiamo bisogno di qualcosa di più piccolo. Fortunatamente, dal momento che lo stiamo spegnendo da una sorgente stabile e regolata da 5 volt (come in genere sono le forniture USB), possiamo semplicemente usare diodi e/o resistori per affinare la corrente/tensione di cui abbiamo bisogno.

Descriverò prima come scegliere correttamente i resistori, anche se ho scelto di utilizzare il metodo a diodi nella mia build. Per dimensionare il resistore corretto prendiamo la corrente che vogliamo, diciamo 300mA, e la tensione che il resistore vedrà, 5V-VLED, dove VLED è la tensione attraverso il LED a 300mA (usando il nostro grafico) e usa la legge di ohm (V /I=R) per calcolare. Nel grafico possiamo vedere che a 300mA il LED scende di circa 3,25V. Pertanto il nostro resistore diminuirà di 5-3,25 = 1,75 V. Usando la legge degli ohm, il nostro resistore dovrebbe essere 1,75 V/300 mA = 5,83 ohm.

Se non hai una bella curva IV per il tuo LED, puoi sempre ricorrere alla matematica, tuttavia non è carina. L'ultima immagine che ho allegato a questo passaggio è l'equazione per la tipica curva IV di un diodo. Possiamo combinare questa equazione con la legge di ohm per il resistore (V=IR) e risolvere per R (se conosci la corrente di saturazione del LED). Sappiamo che le I sono uguali e le V devono sommarsi a 5. Due equazioni, due incognite. Ma schifo… giusto?

Per farla breve, un resistore di circa 5 ohm farà il trucco. Tuttavia, devi anche prendere in considerazione la dissipazione di potenza. 5 ohm a 300 mA dissiperanno.3^2*5=.45W di calore, quindi abbiamo bisogno di un resistore da 1/2W. 5 ohm è una dimensione del resistore scomoda, tuttavia possiamo farlo con resistori più comunemente disponibili in parallelo, come due resistori da 10 ohm o quattro resistori da 20 ohm. Se usi questo metodo, assicurati che i tuoi resistori siano da 1/4 W o, preferibilmente, anche più grandi in termini di dissipazione di potenza accettabile, altrimenti potrebbero surriscaldarsi e diventare un pericolo.

L'altra opzione è usare i diodi per abbassare la tensione. Si dice che un diodo standard cali di 0,7 volt, tuttavia, non è esattamente così. Scenderà leggermente di più a correnti più elevate e leggermente meno a correnti più basse. Ciò significa che due diodi in serie scenderanno da qualche parte intorno a 1,4 V. Nel nostro circuito, questo lascerebbe 3,6 V per il nostro LED, che dovrebbe passare da qualche parte intorno ai 500 mA secondo il nostro grafico. Anche se questo è un po' alto, rientra nell'intervallo che stavo cercando e l'aggiunta di un terzo diodo in serie farebbe scendere la tensione troppo bassa (~ 2,9 V). Inoltre, quando si fa passare così tanta corrente attraverso i diodi, è probabile che la caduta di tensione sia leggermente superiore a 0,7, quindi il sistema troverà un equilibrio con una corrente leggermente inferiore. Ancora una volta, questo può essere risolto in modo più preciso con la matematica se avessi tutti i dettagli dei diodi, ma ho usato un approccio più semplice: un regolatore di tensione regolabile. Ho appena aggiunto due diodi (perché questo era il mio ospite) e ho lentamente aumentato la tensione mentre misuravo la corrente. Quando sono arrivato a 5 volt, tirava da qualche parte intorno ai 400 mA. Perfetto.

Se stai usando un diodo diverso e due non funzionano, puoi aggiungere o sottrarre diodi o persino provare diodi diversi con una caduta di tensione diversa. Oppure puoi usare i resistori se hai i valori giusti in giro. Non riesco a pensare a nessun motivo per cui un metodo sarebbe migliore dell'altro, ma se puoi mi piacerebbe conoscerlo nei commenti.

Un'altra nota a margine per chi gioca con i LED ad alta potenza: l'acqua distillata è un ottimo dissipatore di calore! Mentre testavo i limiti di questi LED, li ho immersi completamente in acqua distillata. L'acqua distillata è un isolante (beh, più simile a un conduttore molto, molto debole) quindi è sicuro per l'elettronica. NON UTILIZZARE l'acqua del rubinetto, poiché i minerali disciolti sono ciò che la rende conduttiva. Come sempre, usa il buon senso e fai attenzione, ma questo può essere un trucco utile.

Passaggio 4: crea un circuito LED, seconda parte

Ora è il momento di saldare insieme il circuito di base.

Metti una piccola quantità di composto termico al centro del dissipatore di calore, quindi premi il LED su di esso. Aiuterà a mantenere il LED in posizione mentre lo si salda al dissipatore di calore. Ora fallo. Saldare il LED al dissipatore di calore.

Quindi, saldare il LED e i due diodi (o il resistore da 5 ohm) in serie. Ricorda, i diodi sono polarizzati, quindi assicurati che siano tutti rivolti nella stessa direzione, altrimenti la luce non si accenderà. I diodi di solito hanno una banda argentata che indica il lato a bassa tensione. Assicurati che entrino ciascuno nel circuito con questa banda sul lato più lontano dalla tua sorgente 5V. Il LED è anche un diodo, il che significa che è anche direzionale. Assicurati di avere anche questo puntato nella giusta direzione. Di solito hanno una marcatura sui minuscoli cavi. In caso contrario, utilizzare una sorgente a bassa tensione (~2-3V, due batterie AA in serie funzioneranno) per eseguire il test. Non danneggerai il LED collegandolo al contrario, semplicemente non funzionerà.

Ho aggiunto del nastro isolante sul retro del dissipatore di calore, quindi ho nascosto i diodi dietro di esso. Non importa in quale ordine vadano questi componenti all'interno del circuito, purché siano tutti rivolti nella direzione corretta.

Passaggio 5: collegare il jack

Ora salda il jack USB al circuito. Tutto ciò di cui hai bisogno è l'alimentazione (rosso) e i cavi comuni (neri) dall'USB. Puoi tagliare gli altri (ma fai attenzione a non metterli in corto, in modo da non danneggiare il dispositivo a cui lo colleghi). Prova a farlo con il minor lasco in eccesso possibile nei fili.

Ora usa della colla a caldo per tenere tutto insieme.

Passaggio 6: praticare un foro nel tappo della bottiglia

Sì, lo so che è il tuo preferito, ma dobbiamo farlo.

Dobbiamo fare una fessura nella parte posteriore del tappo della bottiglia in modo che la spina USB possa scorrere. Ho scoperto che potevo usare una punta da trapano per praticare due fori uno accanto all'altro della giusta larghezza, e quindi usare un movimento di sega con il trapano per collegarli, formando una fessura. Sono sicuro che ci sono metodi migliori e strumenti migliori, e mi piacerebbe conoscerli nei commenti!

Passaggio 7: aggiungere il tappo della bottiglia

Ora spingi il cric attraverso la fessura che hai fatto nel tappo della bottiglia e aggiungi altra colla a caldo intorno all'aspetto per tenerlo in posizione.

Passaggio 8: aggiungi il Sugru

Usa il Sugru per fare un bel sigillo intorno alla parte superiore del jack e nascondi l'aspetto. Questa roba funge anche da colla, che la renderà più resistente.

Passaggio 9: divertiti

Ecco! La lampadina!

Queste luci consumano meno energia di una ricarica per smartphone, quindi dovrebbero essere in grado di essere alimentate da qualsiasi batteria USB che possiedi. Ottimo per una luce di emergenza o da portare in campeggio. Con una grande batteria, funzioneranno per decine di ore!

Felice realizzazione!