Cum am realizat cea mai avansată lanternă vreodată: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Designul PCB este punctul meu slab. De multe ori am o idee simplă și decid să o realizez cât mai complexă și perfectă.

Așa că m-am uitat odată la o lanternă „militară” veche de 4,5 V cu bec obișnuit care colecta praful a. Puterea de lumină de la acel bec a fost destul de mizerabilă, iar bateriile nu erau reîncărcabile, durata de viață a bateriei era inexistentă. Dar cazul său a fost frumos.

Așa că am decis să îi dau o nouă inimă de înaltă tehnologie.

Așa că m-am întrebat: „Câte funcționalități vreau să construiesc?” Și am spus: „Da. Toate acestea”.

:)

Am vrut: - o durată de viață excelentă a bateriei, care a fost arhivată cu o baterie reîncărcabilă Li-Ion 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A). Durata de viață a bateriei variază de la 20 ore la 6 ore, în funcție de setarea de putere.

- Diodă LED cu cea mai mare eficiență posibilă pe care am putut să o găsesc - Cree XP-G3 ultra eficient (187lm / W)

- IC cu driver de LED cu cea mai mare eficiență posibilă (mai mult de 90%) - Driverele LED pentru consumatori sunt eficiente doar în jur de 60%

- Am vrut să-l încarc prin USB și cu adaptor extern de până la 40V, astfel încât să-l pot încărca oriunde cu orice

- Am vrut să funcționeze și ca powerbank, astfel încât să-mi pot încărca telefonul cu el

- Am vrut un indicator al stării de încărcare, așa că am putut vedea cât de mult suc mai este în interior

- și am vrut să încadrez totul în acea mică carcasă

Așadar, trebuia să proiectez un PCB personalizat care să se potrivească în carcasa acestuia și trebuia să încap tot ce este descris mai sus pe placa respectivă.

Mai sus este un videoclip care prezintă întregul proces de proiectare. Simțiți-vă liber să urmăriți, să distribuiți, să apreciați și să vă abonați la canalul meu de pe YouTube:)

Voi descrie în continuare pașii de proiectare în acest instructable.

Sperăm că acest instructiv va oferi oamenilor o perspectivă asupra a ceea ce se poate face și cât de multă muncă este nevoie pentru ao face și poate chiar să inspire unii copii să devină ingineri electrici:)

Pasul 1: Lanterna veche

Aceasta a fost o lumină ieftină, care funcționa de o baterie de 4,5V și a fost la fel de strălucitoare ca o lumânare obișnuită.

Avea filtre reci, acționate manual, roșii și verzi, care erau foarte reci.

Pasul 2: Evacuarea lanternei

Am evitat toate piesele și am măsurat dimensiunile interne. Aveam nevoie să proiectez placa care să se potrivească perfect.

Am decis să folosesc 3 baterii litiu în paralel. Carcasa a fost prea mică pentru a utiliza clasicele celule 18650. Așa că am decis să folosesc 18500 de celule puțin mai scurte - Panasonic NCR18500A cu aproximativ 2000mAh fiecare. Așa că am avut o capacitate destul de bună de 6Ah în total

Aceasta însemna că un spațiu pentru PCB era destul de mic. Dar ei spun: „s-ar putea descurca dacă ar încerca”:)

Pasul 3: Schema

Așa că am făcut această schemă incredibil de complexă. Nu mă întreba despre orele pe care le-am petrecut pentru asta:)

Căutam și selectam componentele corespunzătoare timp de câteva zile, înainte de a ajunge la concluzie. Aceasta înseamnă căutarea site-urilor producătorului (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) pentru IC-uri după categorie și selectarea unuia care se potrivește nevoilor mele. Iar IC trebuie să fie disponibil pentru a cumpăra în cantități de miros pe site-uri precum Farnell, Mouser și Digikey.

Cablarea tuturor circuitelor IC nu este atât de dificilă pe cât pare, deoarece producătorii includ întotdeauna o schemă de cablare de bază în foaia tehnică IC. Nu voi intra în detalii aici despre schemă, dacă apare vreo întrebare, nu ezitați să întrebați în comentarii.

Schema include următoarele sub-circuite:

- Protecție împotriva supraîncărcării / supra-descărcării și a supracurentului bateriei care menține bateria în limite de funcționare sigure.

- Controler de încărcare lentă USB - folosit pentru încărcarea lentă a lanternei prin portul micro USB. Aceasta este o comoditate suplimentară, dar lanterna se poate încărca până la 12 ore prin această opțiune. Am adăugat un comutator pentru a selecta curentul de încărcare între 100mA (limită de curent USB 1.0), 500mA (curent USB standard) și 800mA (încărcător de perete)

- Controler de încărcare rapidă - acest IC controlează încărcarea prin conectorul jack DC montat pe carcasa bateriei. Poate gestiona tensiunea de intrare de la 5V la 40V, are o protecție inversă împotriva polarității și poate încărca bateria în câteva ore max. Am adăugat un comutator pentru a selecta doi curenți de încărcare diferiți în funcție de limitarea sursei de alimentare. Curentul este selectabil între 1A și 3A. În acest fel, nu puteți supraîncărca un adaptor de perete DC cu putere redusă. L-am vrut universal:)

- Driver LED - Am ales un driver LED cu randament ridicat (90%), capabil să conducă LED-ul cu până la 1A de curent (aproximativ 3W). Aceasta este o putere destul de redusă, dar am ales un LED cu cea mai mare eficiență pe care l-am putut găsi - Cree XP-G3 (187lm / W), care compensează puterea redusă de conducere. Mi-am dorit cea mai mare eficiență posibilă și durata de viață a bateriei. Driverul acceptă 4 setări de alimentare setabile. Am ales Off, 1W, 2W și 3W.

- Comutatorul rotativ la decodor binar - acest lucru se datorează faptului că ieșirile de alimentare ale driverului cu LED-uri erau codate binar și am trebuit să convertesc ieșirea dintr-un comutator în cod binar pe 2 biți cu IC dual gate OR.

- Indicator de indicator al combustibilului bateriei Am proiectat discret cu 4 comparatoare, referință de tensiune de precizie și separatoare de rezistență de precizie. A indicat capacitatea rămasă pe baza tensiunii bateriei. Am găsit o curbă de tensiune de descărcare pentru o celulă similară a bateriei și am calculat separatoarele de rezistență, astfel încât să aprindă LED-urile în consecință.

- Funcție USB powerbank și controler de încărcare rapidă. Primul IC generează un IC stabil de 5V de la tensiunea bateriei de 2,5V - 4,2V. Al doilea CI este un plus frumos - este un controler de încărcare USB. Când conectați telefonul la portul de încărcare, acest IC comunică telefonul și îi spune ce este un port inteligent de încărcare și îi spune telefonului că poate dura până la 1,5 A din curentul de încărcare. Fără acest CI multe telefoane se vor încărca numai cu curentul implicit USB de 500mA. Când este stabilită încărcarea rapidă, acesta aprinde un LED, astfel încât să puteți vedea că telefonul se încarcă rapid. Un mic comutator de pe PCB este utilizat pentru a activa funcționalitatea powerbank.

Dacă credeți sau nu, pe această schemă există 125 de componente:)

Pentru a le potrivi pe o placă foarte mică, a trebuit să folosesc componente pasive în miniatură 0402 - dimensiunea unui rezistor este de 1 mm x 0,5 mm sau 0,04 pe 0,02 țoli. De aici și dimensiunea lor 0402.

Pasul 4: PCB

Apoi, când schema este completă, este timpul să modelați zona PCB la dimensiunile dorite și să plasați componentele pe PCB.

Aceasta este o sarcină destul de lungă, dar vă va face plăcere să o faceți. Este o treabă plăcută și relaxantă.

Un pic de cunoștințe despre anumite destinații de plasare a componentelor este util. Se obține mai ales cu cărți și tutoriale și unele vin în practică. Cu cât veți face mai multe PCB-uri, cu atât veți deveni mai bine atunci când o faceți.

Folosesc Altium Designer, care este un program profesional și obțin o licență de la locul de muncă. Dar pentru un pasionat, un Eagle, Kicad, designspark PCB și multe altele sunt o soluție mai bună, deoarece este mult mai ușor să începeți.

Lucrez cu componente desenate și în 3D, ceea ce ajută foarte mult la vizualizare și la proiectarea carcaselor, pentru că știi unde sunt lucrurile și cât de înalte sunt acestea. Dar desenarea amprentelor componentelor cu corpuri 3D necesită de 3 ori mai multă muncă. Dar merită pe termen lung.

Iată datele de proiectare a PCB-ului, inclusiv gerber-uri, fișiere schematice mai mari, asamblarea și lista de materiale:

Folosesc JLCPCB pentru realizarea panourilor mele. Costul acestei plăci este de doar câțiva dolari pentru 5 bucăți (plus transport), ceea ce este o afacere! Înscrieți-vă pentru a obține cupoane pentru utilizatorii noi de 18 USD:

Puteți utiliza codul de cupon „JLCPCBcom” la plată pentru o reducere mică.

Pasul 5: Fabricarea PCB-ului

Zilele de gravare a PCB-ului acasă sunt numerotate. În liceu acum 10 ani obișnuiam să-mi gravez PCB-urile acasă. A fost mult mai ieftin așa. Dar apoi nu existau companii chineze care să ofere PCB-uri aproape gratis.:)

Acum puteți obține PCB-uri cu 2 straturi pentru livrare 2USD + pe site-uri precum JLCPCB.com. Este mult mai convenabil în acest fel și veți obține plăci de calitate profesională.

Trebuie doar să exportați fișierele gerber (care conțin informații despre straturile de cupru de pe PCB) și să le încărcați pe site-ul lor și să așteptați câteva săptămâni până când poștașul preferat să vă livreze capodopera.

Pasul 6: lipire

Lipirea componentelor atât de mici nu este o sarcină ușoară. Dar, cu un fier de lipit bun și o viziune bună, se poate face.

Folosesc stația de lipit Ersa Icon, care face treaba foarte bine.

Pentru acest proiect am ales componente ridicol de mici, deoarece am avut foarte puțin spațiu. Altfel aș alege componentele 0603 sau 0805 care sunt mult mai ușor de lipit.

Pasul 7: Radiator pentru LED

Trebuia să încadrez o cantitate de masă de aluminiu în incintă pentru a distribui căldura de la LED.

Întrucât am avut modelul 3D al plăcii mele, aș putea modela cu ușurință piesa în 3D și o pot fabrica cu routerul meu hobby.

Aș putea tăia toate găurile și decupajele pentru a se potrivi perfect.

Pasul 8: Începerea asamblării

Apoi a început asamblarea și totul s-a potrivit perfect.

Sub PCB am lipit banda Kapton astfel încât placa să fie izolată electric de aluminiu, astfel încât să nu poată apărea scurtcircuit.

Pasul 9: Câteva ore de sertizare a cablului mai târziu …

Fiara era aproape completă!

Am sertizat cablurile, am montat comutatorul și conectorul de alimentare, am conectat toate lucrurile, am montat obiectivul pentru LED-uri și am montat bateriile în suporturile bateriei, am lipit termistorele pentru măsurarea temperaturii bateriei. IC-urile de încărcare mențin bateria în limitele de siguranță. Dacă temperatura este prea scăzută sau prea fierbinte, curentul de încărcare este redus pentru a nu deteriora bateria.

Pasul 10: Și apoi …

Terminat!

Lanterna a fost completă! Vedeți videoclipul din partea de sus a instrucțiunii pentru a-l vedea în acțiune și cât de strălucitor strălucește!

Singurul lucru care trebuie actualizat este că trebuie să sigilez cumva gaura din jurul conectorilor USB pentru praf.

Dar încă nu m-am gândit cum să o fac corect. Dacă aveți vreo idee, spuneți-o în comentarii.

Deci.. Acum crezi că sunt un profesionist și nu ești capabil să creezi așa ceva. Dar te înșeli. Când am început cu electronica la școala medie, nici nu aveam idee despre ceea ce făceam. Căutam schemele online și am încercat să le lipesc când nici măcar nu știam ce este un tranzistor și cum funcționează. Bineînțeles că majoritatea nu au funcționat. Prin încercări și erori am fost din ce în ce mai bine. Am citit câteva cărți, m-am dus să studiez ingineria electrică și am început să fac multe PCB-uri. Cu fiecare am devenit mai bine. Și la fel poți!

Vă mulțumesc că mi-ați citit instructibilul! Vă rugăm să verificați și celelalte instructabile ale mele!

Mă puteți urmări pe Facebook și Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

pentru spoilere la ceea ce lucrez în prezent, în culise și alte extra!

Locul doi în PCB Design Challenge