Kuinka tein kaikkien aikojen edistyneimmän taskulampun: 10 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Piirilevyjen suunnittelu on heikko kohtani. Saan usein yksinkertaisen idean ja päätän toteuttaa sen mahdollisimman monimutkaisena ja täydellisenä.

Joten katsoin kerran vanhaa "armeijan" 4,5 V: n taskulamppua, jossa oli tavallinen lamppu ja joka keräsi pölyä a. Tämän lampun valoteho oli melko kurja ja paristot eivät olleet ladattavia, akun kesto oli olematon. Mutta sen tapaus oli mukava.

Joten päätin antaa sille uuden korkean teknologian sydämen.

Joten kysyin itseltäni: "Kuinka monta toimintoa haluan rakentaa?" Ja sanoin: "Kyllä. Kaikki ne."

:)

Halusin:- erinomaisen akunkesto, joka arkistoitiin 3,7 V 6000 mAh (3x NCR18500A) ladattavalla litiumioniakulla. Akun kesto vaihtelee 20 tunnista 6 tuntiin tehoasetuksesta riippuen.

- suurin mahdollinen tehokkuus LED -diodi, jonka löysin - Erittäin tehokas Cree XP -G3 (187lm/W)

- suurin mahdollinen tehokkuus LED -ohjainpiiri (yli 90%) - kuluttajien LED -ohjaimet ovat vain noin 60% tehokkaita

- Halusin ladata sen USB: n kautta ja ulkoisella sovittimella jopa 40 V: iin, joten voin ladata sen mistä tahansa mistä tahansa

- Halusin sen toimivan myös powerbankina, joten voisin ladata puhelimeni sillä

- Halusin varaustilan osoittimen, jotta voisin nähdä, kuinka paljon mehua on vielä sisällä

- ja halusin mahtua kaiken pieneen koteloon

Joten minun piti suunnitella mukautettu piirilevy, joka mahtuu sen kotelon sisään, ja minun täytyi sovittaa kaikki edellä kuvatut levylle.

Yllä on video, joka näyttää koko suunnitteluprosessin. Katso, jaa, tykkää ja tilaa youtube -kanavani:)

Kuvailen edelleen suunnitteluvaiheita tässä ohjeessa.

Toivottavasti tämä ohje antaa joillekin näkökulman siihen, mitä voidaan tehdä ja kuinka paljon työtä se vaatii, ja ehkä jopa inspiroi joitain lapsia tulemaan sähköinsinööreiksi:)

Vaihe 1: Vanha taskulamppu

Tämä oli halpa valo, joka toimi 4,5 V: n akulla ja oli kirkas kuin tavallinen kynttilä.

Siinä oli viileitä, käsikäyttöisiä punaisia ja vihreitä suodattimia, jotka olivat erittäin viileitä.

Vaihe 2: Taskulampun leikkaaminen

Pelastin kaikki osat ja mittasin sisämitat. Minun piti suunnitella levy, joka sopisi täydellisesti.

Päätin käyttää 3 litiumakkua rinnakkain. Kotelo oli liian pieni käyttääkseen klassisia 18650 -soluja. Joten päätin käyttää hieman lyhyempiä 18500 -kennoja - Panasonic NCR18500A, joissa kussakin on noin 2000 mAh. Joten minulla oli melko hyvä kapasiteetti 6Ah yhteensä

Tämä tarkoitti sitä, että PCB: lle oli tilaa melko vähän. Mutta he sanovat: "joku pärjäisi, jos yrittäisi":)

Vaihe 3: Kaavio

Joten tein tämän uskomattoman monimutkaisen kaavion. Älä kysy minulta tunteja, jotka käytin tähän:)

Etsin ja valitsin sopivia komponentteja jo muutaman päivän, ennen kuin päädyin johtopäätökseen. Tämä tarkoittaa sitä, että selaan IC: n valmistajien (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) sivustoja luokan mukaan ja valitsen tarpeitani vastaavan. Ja IC: n on oltava saatavilla ostamaan hajuja sellaisilla sivustoilla kuin Farnell, Mouser ja Digikey.

Kaikkien piirien kytkentä ei ole niin vaikeaa kuin näyttää, koska valmistajat sisältävät aina yhden kytkentäkaavion IC -esitteeseen. En mene yksityiskohtiin täällä kaaviossa, jos kysyttävää ilmenee, kysy rohkeasti kommenteissa.

Kaavio sisältää seuraavat alipiirit:

-Akun ylikuormitus/purkautuminen ja ylivirtasuoja, joka pitää akun turvallisissa käyttörajoissa.

- USB -hidas lataussäädin - käytetään taskulampun lataamiseen hitaasti mikro -USB -portin kautta. Tämä lisää käyttömukavuutta, mutta taskulamppu voi ladata jopa 12 tuntia tämän vaihtoehdon kautta. Lisäsin kytkimen latausvirran valitsemiseksi välillä 100 mA (USB 1.0 -virtaraja), 500 mA (vakio -USB -virta) ja 800 mA (seinälaturi)

- Pikalatausohjain - tämä IC ohjaa latausta akkukoteloon asennetun DC -liittimen kautta. Se pystyy käsittelemään syöttöjännitettä 5 V - 40 V, sillä on napaisuussuoja ja voi ladata akun muutamassa tunnissa. Lisäsin kytkimen kahden eri latausvirran valitsemiseksi virtalähteen rajoituksista riippuen. Virta on valittavissa välillä 1A ja 3A. Näin et voi ylikuormittaa pienitehoisempaa tasavirtaseinäsovitinta. Halusin universaalin:)

- LED -ohjain - Valitsin tehokkaan (90%) LED -ohjaimen, joka kykenee ohjaamaan LEDiä jopa 1A virralla (noin 3W). Tämä on melko vähän virtaa, mutta valitsin suurimman hyötysuhteen LEDin, jonka löysin - Cree XP -G3 (187lm/W), joka kompensoi alhaisen ajotehon. Halusin parhaan mahdollisen tehokkuuden ja akun keston. Ajuri tukee 4 säädettävää tehoasetusta. Valitsin Off, 1W, 2W ja 3W.

- Pyörivä kytkin binääriseen dekooderiin - tämä johtuu siitä, että LED -ohjaimen teholähdöt olivat binäärikoodattuja ja minun piti muuntaa kytkimen lähtö 2 -bittiseksi binäärikoodiksi, jossa on kaksi TAI -porttia.

- Akun polttoainemittarin ilmaisin I on suunniteltu huomaamattomasti neljällä vertailulaitteella, tarkkuusjänniteohjeella ja tarkalla vastuksenjakajalla. Se ilmoitti jäljellä olevan kapasiteetin akun jännitteen perusteella. Löysin purkausjännitteen käyrän samanlaiselle akkukennolle ja laskin vastuksenjakajat, jotta ne sytyttävät LEDit vastaavasti.

- USB -varapankkitoiminto ja pikalatausohjain. Ensimmäinen IC tuottaa vakaan 5 V: n IC: n 2,5 - 4,2 V: n akun jännitteestä. Toinen IC on mukava lisä - se on USB -latausohjain. Kun kytket puhelimen latausporttiin, tämä IC ilmoittaa puhelimelle ja kertoo sille, mikä tämä on älykäs latausportti, ja kertoo puhelimelle, että se voi kestää jopa 1,5 A latausvirtaa. Ilman tätä IC: tä monet puhelimet latautuvat vain USB -oletusvirralla 500 mA. Kun pikalataus on käytössä, se sytyttää LED -valon, jotta näet, että puhelin latautuu nopeasti. Piirilevyllä olevaa pientä kytkintä käytetään Powerbank -toiminnon käyttöönottoon.

Jos uskot tai et, tässä kaaviossa on 125 komponenttia:)

Jotta voisin sovittaa ne hyvin pienelle levylle, minun piti käyttää miniatyyrejä 0402 -kokoisia passiivisia komponentteja - yksi vastuksen koko on 1 mm x 0,5 mm tai 0,04 x 0,02 tuumaa. Siksi niiden koko 0402.

Vaihe 4: Piirilevy

Sitten kun kaavio on valmis, on aika muotoilla piirilevyalue haluttuihin mittoihin ja sijoittaa komponentit piirilevylle.

Tämä on melko pitkä tehtävä, mutta nautit sen tekemisestä. Se on mukavaa ja rentouttavaa työtä.

Pieni tieto tiettyjen komponenttien sijoittelusta on hyödyllistä. Se saadaan enimmäkseen kirjojen ja opetusohjelmien avulla, ja jotkut tulevat käytäntöön. Mitä enemmän piirilevyjä teet, sitä paremmin tulet tekemään sen.

Käytän Altium Designeria, joka on ammatillinen ohjelma, ja saan lisenssin työstäni. Harrastajalle Eagle, Kicad, designspark PCB ja monet muut ovat parempi ratkaisu, koska aloittaminen on paljon helpompaa.

Työskentelen komponenttien kanssa, jotka on piirretty myös 3D -muodossa, mikä auttaa paljon visualisoinnissa ja koteloiden suunnittelussa, koska tiedät missä asiat ovat ja kuinka korkeita ne ovat. Komponenttien jalanjälkien piirtäminen 3D -kappaleilla vie kuitenkin kolme kertaa enemmän työtä. Mutta se on sen arvoista pitkällä aikavälillä.

Tässä on piirilevyjen suunnittelutiedot, mukaan lukien gerberit, suuret kaaviotiedostot, kokoonpano ja materiaalilista:

Käytän JLCPCB: tä levyjeni tekemiseen. Tämän levyn hinta on vain muutama dollari 5 kpl: lle (plus toimitus), mikä on edullista! Rekisteröidy saadaksesi 18 dollarin uusia käyttäjäkuponkeja:

Voit käyttää kuponkikoodia "JLCPCBcom" kassalla pienen alennuksen saamiseksi.

Vaihe 5: Piirilevyn valmistus

PCB: n etsauspäivät kotona on numeroitu. Lukiossa 10 vuotta sitten syövytin piirilevyjä kotona. Se oli paljon halvempaa niin. Mutta silloin ei ollut kiinalaisia yrityksiä, jotka tarjosivat piirilevyjä lähes ilmaiseksi.:)

Nyt voit saada 2 -kerroksisia + 2 -kerroksisia PCB -levyjä, jotka on valmistettu 2 USD: lle + toimitus, esimerkiksi JLCPCB.com -sivustolta. Se on paljon helpompaa tällä tavalla ja saat ammattimaisia levyjä.

Sinun tarvitsee vain viedä gerber -tiedostot (jotka sisältävät tietoja piirilevyllä olevista kuparikerroksista) ja ladata ne sivustoonsa ja odottaa muutama viikko, ennen kuin suosikkipostisi toimittaa mestariteoksesi.

Vaihe 6: Juotos

Tämän pienen osan juottaminen ei ole helppo tehtävä. Mutta hyvällä juottimella ja hyvällä näkemyksellä se voidaan tehdä.

Käytän Ersa Icon -juotosasemaa, joka toimii hyvin.

Valitsin tähän projektiin naurettavan pienet komponentit, koska minulla oli hyvin vähän tilaa. Muuten valitsisin 0603 tai 0805 komponentit, jotka on paljon helpompi juottaa.

Vaihe 7: LED -jäähdytyselementti

Minun piti sovittaa koteloon alumiinimassaa LEDin lämmön jakamiseksi.

Koska minulla oli levyn 3D -malli, voisin helposti mallintaa kappaleen 3D -muodossa ja valmistaa sen harrastusreitittimelläni.

Voisin leikata kaikki reiät ja leikkaukset sopimaan siihen täydellisesti.

Vaihe 8: Kokoonpanon aloittaminen

Sitten kokoonpano alkoi ja kaikki sopivat yhtäkkiä täydellisesti.

Piirilevyn alla teipasin Kapton -nauhan, joten levy eristettiin sähköisesti alumiinista, joten oikosulkuja ei voinut esiintyä.

Vaihe 9: Muutama tunti kaapelin puristusta myöhemmin…

Peto oli melkein valmis!

Puristin kaapelit, asensin kytkimen ja virtaliittimen, liitin kaikki asiat, asensin LED -linssin ja asensin paristot paristopidikkeisiin, liimasin termistorit akun lämpötilan mittaamiseksi. Latauspiirit pitävät akun turvallisten rajojen sisällä. Jos lämpötila on liian alhainen tai liian kuuma, latausvirtaa pienennetään, jotta akku ei vahingoitu.

Vaihe 10: Ja sitten…

Valmis!

Taskulamppu oli valmis! Katso ohje ohjeen yläosassa olevasta videosta nähdäksesi sen toiminnassa ja kuinka kirkkaasti se loistaa!

Ainoa asia, joka tarvitsee päivitystä, on se, että minun on jotenkin suljettava reikä USB -liittimien ympäriltä pölyä varten.

Mutta en ole vielä keksinyt, miten se tehdään oikein. Jos sinulla on idea, kerro se kommenteissa.

Joten.. Nyt luulet minun olevan ammattilainen etkä pysty luomaan sellaista. Mutta olet väärässä. Kun aloitin elektroniikan lukiossa, minulla ei myöskään ollut aavistustakaan siitä, mitä olin tekemässä. Etsin verkossa kaavioita ja yritin juottaa niitä, kun en edes tiennyt, mikä transistori oli ja miten se toimi. Suurin osa niistä ei tietenkään toiminut. Yritysten ja erehdysten kautta paranin ja paranin. Luin joitain kirjoja, menin opiskelemaan sähkötekniikkaa ja aloin valmistaa monia piirilevyjä. Jokaisen kanssa paranin. Ja niin voit sinäkin!

Kiitos, että luit ohjeeni! Tarkista myös muut ohjeeni!

Voit seurata minua Facebookissa ja Instagramissa

www.instagram.com/jt_makes_it

spoilereille siitä, mitä parhaillaan työskentelen, kulissien takana ja muita lisäosia!

Toinen sija PCB Design Challengessa