USB Floodlight: 4 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό ξεκίνησε ως πρακτική στη συγκόλληση SMD (συσκευή τοποθέτησης επιφάνειας) σε τυπικές σανίδες πρωτοτύπου και κατέληξε σε ένα πολύ φωτεινό συμπαγές φώτα πλημμύρας με τροφοδοσία USB, ιδανικό για κάμπινγκ ή φωτισμό έκτακτης ανάγκης.

Οι περισσότεροι σύγχρονοι λαμπτήρες LED περιέχουν στο εσωτερικό τους τσιπ LED SMD. Αυτά τα τσιπ είναι μαζικής παραγωγής, πολύ φθηνά και διατίθενται για τους χομπίστες σε πολύ χαμηλές τιμές. Αγόρασα 200 από τον τύπο 5730 για 1 ΕΥΡΩ. Ο τετραψήφιος αριθμός υποδεικνύει το μέγεθός τους: 5,7x3,0mm. Είναι βαθμολογημένα για 0.5W (~ 140mA στα 3.5V) το καθένα, αν και θα χρειαστούν μια ψύκτρα για να λειτουργεί συνεχώς σε αυτήν την ισχύ. Χωρίς ψύκτρα, θα πρέπει είτε να λειτουργούν σε πολύ χαμηλότερο ρεύμα, είτε να λειτουργούν σε παλμική λειτουργία σε πλήρες ρεύμα, για παράδειγμα σε πολλαπλή ή στροβοσκοπική λειτουργία.

Αυτή η οδηγία περιγράφει λεπτομερώς πώς να φτιάξετε έναν προβολέα με τροφοδοσία USB, αλλά η χαμηλή τιμή και το μικρό μέγεθος σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πολλές άλλες εφαρμογές, όπως οθόνες 7 τμημάτων DIY, φώτα διάθεσης, φώτα ανάπτυξης, προβολείς, πίνακες σχεδίασης ή οποιαδήποτε άλλη προσαρμοσμένες λύσεις φωτισμού.

Οι τυπικές τροφοδοσίες USB παρέχουν 5V 1A και οι μεγαλύτερες μπορούν να παρέχουν 2A. Ο σχεδιασμός που παρουσιάζεται εδώ είναι για 1Α, επομένως θα λειτουργεί σε οποιαδήποτε τράπεζα ισχύος, αλλά διπλασιάζοντας τον αριθμό των LED μπορείτε να φτιάξετε ένα για 2Α.

Βήμα 1: Θεωρία

Σε αντίθεση με το παλιομοδίτικο φως πυρακτώσεως, η πτώση τάσης σε ένα LED εξαρτάται πολύ λίγο από το ρεύμα. Η πτώση τάσης για λευκές λυχνίες LED υψηλής έντασης κυμαίνεται από ~ 3.0V σε ρεύματα ~ 10mA σε ~ 3.5V στα 100mA. Επομένως, δεν μπορούν να συνδεθούν απευθείας στο 5V που παραδίδεται από τροφοδοτικό USB. Η ευκολότερη λύση είναι να συνδέσετε κάθε LED σε σειρά με αντίσταση. Η τιμή αυτής της αντίστασης καθορίζει το ρεύμα μέσω της λυχνίας LED, και συνεπώς τη φωτεινότητα. Το ακριβές ρεύμα ενός LED με αντίσταση είναι δύσκολο να υπολογιστεί, αλλά είναι εύκολο να εκτιμηθεί και είναι εύκολο να μετρηθεί.

Για παράδειγμα, μια αντίσταση 1 kOhm σε σειρά με λευκό LED σημαίνει ότι το ρεύμα είναι πολύ χαμηλό, οπότε η πτώση τάσης πάνω από το LED είναι 9 2,9V, αφήνοντας 2,1V πάνω από την αντίσταση και συνεπώς ένα ρεύμα 2,1mA μέσω της αντίσταση, και το ίδιο 2,1mA μέσω του LED. Μια αντίσταση 100 Ohm θα είχε ως αποτέλεσμα 21 mA εάν η πτώση τάσης του LED παρέμενε 2,9V, αλλά είναι πιθανό να αυξηθεί στα 3,0V, αφήνοντας «μόνο» 2,0V πάνω από την αντίσταση και έτσι 20mA μέσω του LED. Με αντίσταση 10 Ohm, το ρεύμα θα ήταν 200mA αν η πτώση τάσης LED ήταν 3,0V, αλλά είναι πιθανό να αυξηθεί στα 3,4V και η υπόλοιπη πτώση 1,6V στην αντίσταση δίνει ρεύμα 160 mA, το οποίο είναι ελαφρώς πάνω από το ονομαστικό ρεύμα.

Youσως σκεφτείτε ότι για να φτιάξετε μια ισχυρή λάμπα από μια τροφοδοσία 5V 1A, θα ήταν αρκετό να βάλετε παράλληλα 6 ή 7 LED 0.5W, το καθένα με αντίσταση σειράς 10 Ohm. Κάθε LED θα κατανάλωνε 160mA*3.4V = 0.54W και κάθε αντίσταση 160mA*1.5V = 0.24W. Αυτό είναι κοντά στις προδιαγραφές για το LED και εντός προδιαγραφών για αντίσταση 1/4W. Αλλά αν το δοκιμάσετε θα δείτε ότι τόσο το LED όσο και η αντίσταση θερμαίνονται εξαιρετικά (~ 100C). Ακόμα περισσότερο αν τοποθετήσετε όλα αυτά τα στοιχεία κοντά το ένα στο άλλο. Αν δεν χρησιμοποιηθεί μια ψύκτρα και ένας ανεμιστήρας, είναι πιθανό να πεθάνουν και να παράγουν πολύ τοξικό καπνό στη διαδικασία.

Δοκίμασα λοιπόν τις παρακάτω ρυθμίσεις:

10 LED με αντιστάσεις σειράς 22 Ohm. Μετράω πτώση 1,4V πάνω από τις αντιστάσεις, οπότε το ρεύμα είναι 64mA ανά LED, 0,64Α συνολικά. Με τις λυχνίες LED και τις αντιστάσεις τοποθετημένες κοντά, ζεσταίνεται τόσο πολύ που πονάει στην αφή, αλλά δεν λιώνει ή καίγεται και είναι ένα ωραίο συμπαγές φως για περιστασιακή χρήση.

24 LED με αντιστάσεις σειράς 47 Ohm. Μετράω πτώση 1,7V πάνω από τις αντιστάσεις, οπότε το ρεύμα είναι 36mA ανά LED, 0,86A συνολικά. Τα πράγματα ζεσταίνονται μετά από λίγο καιρό. Είναι ενδιαφέρον ότι οι αντιστάσεις είναι πιο ζεστές από τις λυχνίες LED, παρά το γεγονός ότι καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια και είναι μικρότερες. Beσως τα LED καταφέρουν να εκπέμπουν ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας τους ως φως; Δεν θα το χρησιμοποιούσα σε σκηνή, καθώς οι θερμοκρασίες που επιτυγχάνονται μπορεί να είναι επώδυνες και να αυξηθούν σε επικίνδυνα επίπεδα, εάν καλυφθούν κατά λάθος.

40 LED με αντιστάσεις σειράς 100 Ohm. Μετράω πτώση 1,9V πάνω από τις αντιστάσεις, οπότε το ρεύμα είναι 19mA ανά LED, 0,76A συνολικά. Γίνεται αισθητά ζεστό, αλλά σίγουρα όχι ζεστό. Αυτό κάνει μια εξαιρετική λάμπα, παρόμοια με μια λάμπα LED 3W (ή λαμπτήρα πυρακτώσεως 30W). Πολύ χρήσιμο για φωτογράφιση μικρών αντικειμένων, εργασίες συγκόλλησης ή επισκευής, αλλά και για φωτισμό του μπάρμπεκιου ή ως λυχνία έκτακτης ανάγκης στο σπίτι, στο δρόμο ή στο κάμπινγκ.

Βήμα 2: Απαιτούμενα εξαρτήματα

Οι οδηγίες αφορούν τον πίνακα 40 LED με αντιστάσεις σειράς 100 Ohm, που νομίζω ότι είναι ο πιο φωτεινός και ο ασφαλέστερος. Το πλήρες πράγμα μου πήρε περίπου μία ώρα για συγκόλληση, αλλά ομολογουμένως αυτό έγινε αφού είχα αποκτήσει κάποια εμπειρία και κάποια αυτοπεποίθηση με δύο άλλες εκδόσεις του πίνακα.

Απαιτούμενα εξαρτήματα (Συνολικό κόστος: λιγότερο από 1 ευρώ αν αγοραστεί ημι-χύμα)

• 40 λευκές λυχνίες LED SMD ‘5730’
• 40 αντιστάσεις 100 Ohm, 1/4W
• 1 σανίδα πρωτότυπου 5x7cm. Μονής όψης, οπές 18x24.
• 1 αρσενική υποδοχή USB.

Εργαλεία: κολλητήρι, κολλητήρι, τσιμπιδάκια.

Τα LED έχουν πολικότητα. Από μακριά η εμφάνισή τους μπορεί να φαίνεται συμμετρική, αλλά σε στενή επιθεώρηση θα δείτε αρκετές διαφορές. Το πιο χρήσιμο είναι στην κίτρινη μπροστινή πλευρά: υπάρχει το ωοειδές μέρος που πραγματικά φωτίζεται, αλλά η μία πλευρά περιέχει επιπλέον μια γραμμή. Αυτή είναι η αρνητική πλευρά, όπως για τις διόδους, τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές κ.λπ.

Βήμα 3: Οδηγίες κατασκευής

Ξεκινήστε 40 τοποθετώντας σταγόνες συγκόλλησης στο σημείο όπου τα LED συνδέονται με τη γείωση. Στη συνέχεια, κολλήστε τις λυχνίες LED με την αρνητική τους πλευρά στην κόλλα συγκόλλησης: κρατήστε τη λυχνία LED με το τσιμπιδάκι, λιώστε την κόλλα συγκόλλησης και μετακινήστε τη λυχνία LED στο υγρό. Βεβαιωθείτε ότι η τρύπα στο πλεονέκτημα του LED έχει λίγο χώρο για να περάσει το καλώδιο αντίστασης.

Μία προς μία, τοποθετήστε τις αντιστάσεις στην πίσω πλευρά του πίνακα, ακολουθώντας το κανονικό μοτίβο που φαίνεται στην εικόνα. Συγκολλήστε τη μία πλευρά στο συν του LED και την άλλη πλευρά στο κέντρο του πίνακα. Κόψτε τα πλεονάζοντα καλώδια από την πλευρά του εδάφους, αλλά αφήστε τα στη θετική πλευρά.

Στο τέλος, συνδέστε μαζί και όλους τους αγωγούς συν. Τώρα είναι μια καλή στιγμή για να ελέγξετε αν λειτουργούν όλα τα LED. Διαπίστωσα ότι με το πολύμετρο ρυθμισμένο στη ρύθμιση 200 Ohm, οι λυχνίες LED ανάβουν ελαφρώς, αλλά αρκετά σαφώς για να δούμε αν δεν είναι καλά συνδεδεμένο. Χρησιμοποιήστε μερικά από τα πλεονάζοντα καλώδια για να συνδέσετε όλα τα σημεία και των δύο ράγες μαζί.

Τώρα συνδέστε τη σύνδεση USB. Έβαλα τέσσερις κηλίδες συγκόλλησης και κόλλησα και τις τέσσερις καρφίτσες στον πίνακα, έτσι ώστε ο σύνδεσμος να είναι καλά στερεωμένος στον πίνακα. Από ψηλά, ο αριστερός πείρος είναι συν και ο δεξιός πείρος μείον και πρέπει να συνδεθεί με τις αντίστοιχες ράγες. Οι δύο κεντρικές ακίδες είναι για δεδομένα και έτσι δεν χρησιμοποιούνται. Η σύνδεση με την αριστερή ράγα εδάφους πρέπει να γίνεται από την πίσω πλευρά για να της επιτρέψει να διασχίσει τη ράγα συν στο κέντρο. Τώρα μπορείτε να το δοκιμάσετε σε μια τράπεζα ισχύος και αν όλα ανάψουν καλά, τελειώσατε!

Βήμα 4: Απόδοση

Είναι εξαιρετικά δύσκολο να δείξουμε πόσο ισχυρό είναι ένα φως: η αυτόματη έκθεση μιας φωτογραφικής μηχανής σημαίνει ότι όσο πιο δυνατό είναι το φως, τόσο λιγότερη θα είναι η έκθεση. Οι φωτογραφίες που τραβήχτηκαν από την παράσταση του «παράφωτα φωτεινού φακού» είναι μάλλον συντριπτικές. Παρ 'όλα αυτά, νομίζω ότι η παραπάνω εικόνα δίνει μια ειλικρινή ιδέα: εκεί κοντά είναι πολύ φωτεινό, αλλά φωτίζει επίσης καλά μερικά μέτρα μακριά. Σημειώστε επίσης ότι οι φωτισμοί είναι πολύ ομοιογενείς, καθώς αυτά τα LED SMD, σε αντίθεση με τα ακρυλικά LED, δεν έχουν φακό εστίασης.

Τελευταίο αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, αν σας αρέσουν αυτές οι οδηγίες, σκεφτείτε να το ψηφίσετε στο διαγωνισμό «Make it Glow»!