Die USB-Plugbulb - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

In diesem Instructable zeige ich Ihnen, wie Sie eine superhelle, USB-betriebene LED mit einem kompakten Formfaktor herstellen, die ich liebevoll "The Plugbulb" genannt habe.

Diese kleine Glühbirne kann an jede USB-Buchse angeschlossen werden. Ideal, um Ihre tragbare Powerbank in eine leistungsstarke, langlebige Taschenlampe zu verwandeln!

Schritt 1: Zutaten

Beginnen wir mit den Materialien. Eine Plugbulb benötigt:

• Ein USB-Stecker (vorzugsweise von einem gebrochenen Kabel)
• Eine 3W LED-Lampe
• Ein LED-Kühlkörper
• 2 Dioden der nicht lichtemittierenden Sorte (jede Art sollte tun) ODER ein 5 Ohm, 1/2 W Widerstand
• dein Lieblings-Plastikflaschenverschluss (hier ist meiner)
• 1/2 Päckchen Sugru (oder ähnlich)
• eine winzige, klitzekleine Menge Wärmeleitpaste

Zusammen mit den folgenden Werkzeugen:

• Lötkolben und Lötzinn
• Heißklebepistole
• Zange
• Finger

Fühlen Sie sich frei, Ihr Rezept für größere Chargen von Plugbulb nach Wunsch zu skalieren.

Schritt 2: Zerreißen Sie diesen USB-Anschluss

Achten Sie darauf, mindestens ein paar Zentimeter der Drähte zu erhalten. Ich fand, dass eine Zange gut zum Abziehen des Kunststoffs funktionierte. Dies hängt möglicherweise von der Art des Kunststoffs ab, der Ihr Kabel umgibt. Es ist auch eine gute Idee, einen zu verwenden, bei dem das Kabel aus der Rückseite des Steckers herauskommt, anstatt von der Seite.

Schritt 3: LED-Schaltung herstellen, Teil eins

Hier ist der technische Teil. Ich werde in etwas Theorie für diejenigen eintauchen, die daran interessiert sind, zu verstehen, wie man mit Power-LEDs entwirft. Für diejenigen, die lieber einfach mit dem Projekt fortfahren möchten, damit Sie Ihre Freunde mit Ihrer coolen neuen Taschenlampe blenden können, können Sie gerne mit dem nächsten Schritt fortfahren.

Dioden können anfangs schwierig zu entwerfen sein, da es sich um nichtlineare Geräte handelt. Dies bedeutet, dass Spannung und Strom nicht wie bei Widerständen linear proportional sind. Das erste Bild oben, mit freundlicher Genehmigung von https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, zeigt eine typische IV-Kurve oder die Beziehung zwischen Strom und Spannung für eine Diode.

LEDs sind spezielle Dioden, die eine bestimmte Wellenlänge des Lichts emittieren sollen. Die Hochleistungs-LEDs, mit denen wir arbeiten werden, haben eine ähnliche Kurve wie die obige, außer dass die exponentielle Steigung horizontal verlängert ist (die Biegung nach oben wird zu einer höheren Spannung verschoben). Das zweite Bild oben ist eine Kurve, die ich mit Daten erstellt habe, die ich bei der Untersuchung der Eigenschaften der 3W-LEDs, die ich in diesem Projekt verwendet habe, gesammelt habe (die gleichen, die ich verlinkt habe, aber ich würde vermuten, dass alle weißen 3W-LEDs ziemlich ähnlich aussehen).

Bei meinen Tests habe ich festgestellt, dass zwischen 200 und 500 mA das beste Gleichgewicht zwischen Helligkeit und Stromverbrauch zu bieten scheint. Jenseits von 500 sind die Helligkeitsgewinne mit zunehmendem Strom minimal. Unterhalb von 200 ist die LED nicht annähernd so hell, wie sie sein kann. Also einfach genug. Wenn wir eine bestimmte Strommenge durchlassen möchten, müssen wir nur der Kurve folgen und die entsprechende Spannung finden. Wenn ich dies mit einer einstellbaren Spannungsquelle betreiben und diese spezifische Spannung einstellen könnte, wäre es in der Tat so einfach.

Der knifflige Teil kommt ins Spiel, wenn Sie dies von einer Quelle ohne die richtige Spannung mit Strom versorgen möchten. In diesem Projekt wollen wir die LED mit 5 Volt versorgen. Wenn wir die LED direkt an 5 Volt anschließen, würden wir viel zu viel Strom durch sie pumpen und sie würde sofort durchbrennen. Wie begrenzen wir den Strom?

Wir haben mehrere Möglichkeiten. Wir könnten einen Spannungs- oder Stromregler-IC verwenden, und einige könnten argumentieren, dass dies der beste Weg ist, um diese Aufgabe zu lösen. Die Größe ist jedoch in diesem Projekt eine Einschränkung, daher brauchen wir etwas Kleineres. Da wir dies glücklicherweise von einer stabilen, geregelten 5-Volt-Quelle (wie USB-Versorgungen in der Regel) abschalten, können wir einfach Dioden und / oder Widerstände verwenden, um den Strom / die Spannung zu optimieren, die wir benötigen.

Ich werde zuerst beschreiben, wie man Widerstände richtig auswählt, obwohl ich mich für die Diodenmethode in meinem Build entschieden habe. Um den richtigen Widerstand zu dimensionieren, würden wir den gewünschten Strom nehmen, sagen wir 300mA, und die Spannung, die der Widerstand sehen wird, 5V-VLED, wobei VLED die Spannung über der LED bei 300mA ist (unter Verwendung unseres Diagramms) und das Ohmsche Gesetz (V /I=R) zu berechnen. In der Grafik können wir sehen, dass die LED bei 300 mA um 3,25 V abfällt. Daher sinkt unser Widerstand um 5-3,25 = 1,75 V. Nach dem Ohmschen Gesetz sollte unser Widerstand 1,75 V / 300 mA = 5,83 Ohm betragen.

Wenn Sie keine schöne IV-Kurve für Ihre LED haben, können Sie immer auf Mathematik zurückgreifen, aber es ist nicht schön. Das letzte Bild, das ich diesem Schritt beigefügt habe, ist die Gleichung für die typische IV-Kurve einer Diode. Wir können diese Gleichung mit dem Ohmschen Gesetz für den Widerstand (V = IR) kombinieren und nach R auflösen (wenn Sie den Sättigungsstrom der LED kennen). Wir wissen, dass die I gleich sind und die V zu 5 addieren müssen. Zwei Gleichungen, zwei Unbekannte. Aber eklig… oder?

Lange Rede kurzer Sinn, ein Widerstand von etwa 5 Ohm reicht aus. Sie müssen jedoch auch die Verlustleistung berücksichtigen. 5 Ohm bei 300 mA leiten 0,3 ^ 2 * 5 = 0,45 W Wärme ab, daher benötigen wir einen 1/2 W-Widerstand. 5 Ohm ist eine unangenehme Widerstandsgröße, aber wir können dies mit gebräuchlicheren Widerständen parallel machen, wie z. B. zwei 10-Ohm-Widerständen oder vier 20-Ohm-Widerständen. Wenn Sie diese Methode anwenden, stellen Sie sicher, dass Ihre Widerstände 1/4 W oder vorzugsweise noch größer in Bezug auf die akzeptable Verlustleistung sind, da sie sonst zu heiß werden und zu einer Gefahr werden könnten.

Die andere Möglichkeit besteht darin, Dioden zu verwenden, um die Spannung abzusenken. Eine Standarddiode soll 0,7 Volt abfallen, dies ist jedoch nicht unbedingt der Fall. Bei höheren Strömen fällt sie etwas stärker ab, bei niedrigeren Strömen etwas weniger. Dies bedeutet, dass zwei Dioden in Reihe um 1,4 V abfallen. In unserer Schaltung würde dies 3,6 V für unsere LED übrig lassen, die laut unserem Diagramm etwa 500 mA durchlassen sollte. Dies ist zwar etwas hoch, liegt aber in dem Bereich, nach dem ich gesucht habe, und das Hinzufügen einer dritten Diode in Reihe würde die Spannung zu niedrig (~ 2,9 V) senken. Wenn so viel Strom durch die Dioden geleitet wird, ist es wahrscheinlich, dass der Spannungsabfall etwas mehr als 0,7 beträgt, sodass das System bei einem etwas niedrigeren Strom ein Gleichgewicht findet. Auch dies kann mit Mathematik genauer gelöst werden, wenn Sie alle Details der Dioden haben, aber ich habe einen einfacheren Ansatz verwendet - einen einstellbaren Spannungsregler. Ich habe gerade zwei Dioden hinzugefügt (weil dies mein Gastkamerad war) und die Spannung langsam erhöht, während ich den Strom gemessen habe. Als ich 5 Volt erreichte, zog es irgendwo um 400 mA. Perfekt.

Wenn Sie eine andere Diode verwenden und zwei nicht funktionieren, können Sie Dioden hinzufügen oder subtrahieren oder sogar verschiedene Dioden mit einem anderen Spannungsabfall ausprobieren. Oder Sie können Widerstände verwenden, wenn Sie die richtigen Werte herumliegen. Ich kann mir keinen Grund vorstellen, warum eine Methode besser wäre als die andere, aber wenn Sie können, würde ich gerne in den Kommentaren darüber erfahren.

Noch eine Randnotiz für diejenigen, die mit Hochleistungs-LEDs spielen: Destilliertes Wasser ist ein großartiger Kühlkörper! Während ich die Grenzen dieser LEDs testete, tauchte ich sie vollständig in destilliertes Wasser. Destilliertes Wasser ist ein Isolator (naja, eher ein sehr, sehr schwacher Leiter), daher ist es für die Elektronik sicher. VERWENDEN SIE KEIN Leitungswasser, da die gelösten Mineralien es leitfähig machen. Verwenden Sie wie immer Ihren gesunden Menschenverstand und seien Sie vorsichtig, aber dies kann ein hilfreicher Trick sein.

Schritt 4: LED-Schaltung herstellen, Teil zwei

Jetzt ist es Zeit, die Grundschaltung zusammenzulöten.

Gib einen Klecks Wärmeleitpaste auf die Mitte deines Kühlkörpers und drücke dann deine LED darauf. Es hilft, die LED an Ort und Stelle zu halten, während Sie sie an den Kühlkörper löten. Tun Sie das jetzt. Löten Sie die LED an den Kühlkörper.

Als nächstes löten Sie die LED und die beiden Dioden (oder Ihren 5 Ohm Widerstand) in Reihe. Denken Sie daran, dass Dioden polarisiert sind, stellen Sie also sicher, dass sie alle in die gleiche Richtung zeigen, oder Ihr Licht geht nicht an. Dioden haben normalerweise ein silbernes Band, das die Niederspannungsseite anzeigt. Stellen Sie sicher, dass sie jeweils mit diesem Band auf der Seite weiter von Ihrer 5-V-Quelle in den Stromkreis gehen. Die LED ist auch eine Diode, also auch gerichtet. Stellen Sie sicher, dass dies auch in die richtige Richtung zeigt. Normalerweise haben sie eine Markierung auf den winzigen Kabeln. Wenn dies nicht der Fall ist, verwenden Sie zum Testen eine Niederspannungsquelle (~ 2-3 V, zwei AA-Batterien in Reihe funktionieren). Sie werden die LED nicht beschädigen, wenn Sie sie rückwärts anschließen, sie funktioniert einfach nicht.

Ich fügte etwas Isolierband auf die Rückseite des Kühlkörpers und steckte dann die Dioden dahinter. Es spielt keine Rolle, in welcher Reihenfolge diese Komponenten innerhalb der Schaltung liegen, solange sie alle in die richtige Richtung weisen.

Schritt 5: Verbinden Sie die Buchse

Löten Sie nun die USB-Buchse an den Stromkreis. Alles, was Sie brauchen, ist die Stromversorgung (rot) und die gemeinsamen (schwarzen) Kabel vom USB. Sie können die anderen abschneiden (aber achten Sie darauf, sie nicht kurzzuschließen, um das Gerät, an das Sie es anschließen, nicht zu beschädigen). Versuchen Sie, dies mit so wenig überschüssigem Durchhang wie möglich in den Drähten zu tun.

Verwenden Sie nun etwas Heißkleber, um alles zusammenzuhalten.

Schritt 6: Schneiden Sie ein Loch in den Flaschenverschluss

Ja, ich weiß, es ist dein Favorit, aber das müssen wir tun.

Wir müssen einen Schlitz in die Rückseite des Flaschenverschlusses machen, damit der USB-Stecker hindurchgleiten kann. Ich fand, dass ich mit einem Bohrer zwei Löcher mit der richtigen Breite nebeneinander bohren und dann eine Sägebewegung mit dem Bohrer verwenden konnte, um sie zu verbinden und einen Schlitz zu bilden. Ich bin sicher, es gibt bessere Methoden und bessere Tools, und ich würde gerne in den Kommentaren mehr darüber erfahren!

Schritt 7: Fügen Sie den Flaschenverschluss hinzu

Schieben Sie nun die Buchse durch den Schlitz, den Sie in der Kronkorken gemacht haben, und fügen Sie etwas mehr Heißkleber um den Schein hinzu, um ihn an Ort und Stelle zu halten.

Schritt 8: Fügen Sie den Sugru. hinzu

Verwenden Sie die Sugru, um eine schöne Versiegelung um die Oberseite des Wagenhebers zu machen und den Saum zu verstecken. Dieses Zeug wirkt auch als Klebstoff, was es haltbarer macht.

Schritt 9: Viel Spaß

Erblicken! Die Steckerbirne!

Diese Lichter ziehen weniger Strom als das Aufladen eines Smartphones, daher sollten sie mit fast jedem USB-Akku betrieben werden können, den Sie haben. Ideal für eine Notbeleuchtung oder einen Campingausflug. Mit einem großen Akkupack laufen sie zig Stunden!

Viel Spaß beim Machen!