Retrofit een LED-duwlamp - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Dit project begon omdat ik een LED-duwlamp in mijn kast had die niet fel genoeg was om goed te kunnen zien. Ik dacht dat de batterijen bijna leeg waren, maar toen ik ze verving, werd het niet helderder! Ik dacht dat ik het licht open zou doen om te zien wat er binnen gebeurde en of ik gemakkelijk wat meer LED's kon toevoegen om het helderder te maken. Maar gekleurde LED's maken elk project natuurlijk leuker, dus besloot ik in plaats daarvan rode, groene en blauwe LED's toe te voegen. Dit leek een perfecte gelegenheid om iets te schrijven voor de Made with Math-wedstrijd - als je niet bekend bent met de wet van Ohm of hoe je de stroombeperkende weerstandswaarde voor een LED kunt berekenen, laat deze Instructable je zien hoe.

Als je vragen hebt, aarzel dan niet om een reactie achter te laten, en ik zal proberen contact met je op te nemen!

Benodigdheden

• Batterij-aangedreven duwlicht, ook wel pucklicht of taplicht genoemd. Verkrijgbaar op Amazon of bij bouwmarkten. Dit project zal werken met zowel nieuwere LED-lampen als oudere gloeilampen.
• LED's naar keuze
• Geassorteerde weerstanden - waarden zijn afhankelijk van hoeveel batterijen uw licht nodig heeft en welke LED's u kiest (het uitzoeken is onderdeel van deze Instructable!)
• Naaldbektang
• Mini schroevendraaier set (soms nodig om de lamp uit elkaar te halen)
• Soldeerbout (aanbevolen)
• Multimeter (aanbevolen)

Stap 1: Demonteer uw lamp

Begin met het demonteren van je lamp. U hebt hiervoor meestal een mini-schroevendraaier nodig door de achterklep te verwijderen. Binnenin zien we een eenvoudig circuit dat bestaat uit de batterijpolen, een knop, een LED en een weerstand. Een gloeilampcircuit ziet er hetzelfde uit, maar heeft geen weerstand - dus u moet er een toevoegen als u overschakelt naar LED's.

Stap 2: Bepaal welke LED's u wilt, zoek de specificaties op

Er zijn veel verschillende soorten LED's en ze zijn er in alle verschillende kleuren. U moet beslissen hoeveel en welke kleur LED's u wilt gebruiken. Het eenvoudigste is waarschijnlijk om meer LED's van dezelfde kleur parallel toe te voegen. Als je LED's in serie wilt toevoegen of kleuren wilt mixen, moet je wat meer rekenen - maar daar is deze Instructable voor! We overlopen elk scenario.

Als je eenmaal hebt gekozen voor LED's, moet je hun voorwaartse spanningsval en voorwaartse stroomsterkte opzoeken. Deze informatie is meestal beschikbaar op de website waar u de LED's hebt gekocht of in de datasheet. LED's van 5 mm zoals die hierboven zijn afgebeeld, zijn heel gebruikelijk en hebben meestal een voorwaartse stroom van 20 mA. De voorwaartse spanningsval varieert van ongeveer 2V-4V en is afhankelijk van de kleur.

Stap 3: Bepaal de spanningen

Als je geen multimeter hebt, moet je minimaal de spanning van het batterijcompartiment van je lamp bepalen. Voor het berekenen van de stroombegrenzende weerstand is het nodig om de spanning van uw accupakket te kennen. U kunt dit doen door gewoon de batterijen te tellen. Een enkele alkaline AA (of AAA) batterij levert ongeveer 1,5 V, iets meer als ze vers zijn. Wanneer u batterijen in serie combineert, tellen de spanningen op. Dus in dit geval, met vier verse AA-batterijen, zou ik iets meer dan 6V verwachten.

Als je een multimeter bij de hand hebt, kan het geen kwaad om ook de spanningen te meten. Doe dit terwijl de LED brandt. In dit geval kun je zien dat ik 6.26V krijg van het batterijpakket, terwijl ik een drop van 3.26V heb over de LED en een drop van 2.98V over de weerstand. Het is interessant om op te merken dat ik bijna de helft van mijn spanning over de weerstand laat vallen - dat is veel verspilde energie! Daarover later meer. Als je geen zin hebt om de kleurcode te lezen, kun je ook de weerstand van je weerstand meten - doe dit terwijl de LED uit is.

Als je niet weet hoe je een multimeter moet gebruiken, zijn er tal van goede tutorials die er zijn, over Instrucables en elders. Ik heb deze gemaakt.

Stap 4: Bereken de weerstand voor een enkele LED

Laten we, voordat we verder gaan, uitleggen hoe we de weerstandswaarde voor een enkele LED kunnen berekenen. Een weerstand wordt bepaald door de wet van Ohm, die stelt dat V = IR, of

Vergelijking 1: Spanning [volt] = Stroom [ampère] x Weerstand [ohm]

De spanning van je accu en de spanningsval over de LED zijn (ongeveer) constant. Dus in het bovenstaande circuit is de spanningsval over de weerstand

Vergelijking 2: Vresistor=Vbatt-VLED

Als we dat in de wet van Ohm voor de weerstand pluggen, krijgen we:

Vergelijking 3: Vbatt-VLED = IR

Als we een doelstroom hebben voor de LED - noem het ILED - dan weten we alles in vergelijking 3 behalve de weerstand. We kunnen die vergelijking herschikken om op te lossen voor R:

Vergelijking 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Stel dat we bijvoorbeeld een 2xAA-batterijpakket hebben (dat 3V levert), een rode LED met een voorwaartse spanningsval van 1,8V, en we willen 20mA door de LED. Als we de getallen in vergelijking 4 invullen, krijgen we:

R = (3V-1,8V)/0,02A = 60

Weerstanden hebben de neiging om grappige waarden te hebben - dus de kans is groot dat je geen 60Ω-weerstand hebt liggen. Dat is waar het handig is om te weten hoe je weerstanden in serie en parallel kunt combineren. Het is echter geen probleem als u niet precies 20 mA door de LED krijgt - "dichtbij genoeg" is waarschijnlijk OK voor de meeste toepassingen!

Ten slotte is het een veel voorkomende misvatting dat de weerstand vóór de LED moet komen om de spanning te verlagen of de stroom te beperken. Dat is eigenlijk niet waar - het blijkt dat de weerstand in plaats daarvan achter de LED kan worden geplaatst. Bekijk hier een video waarin wordt uitgelegd waarom dat zo is.

Stap 5: Meer LED's parallel toevoegen

Laten we beginnen met het eenvoudigste geval: je wilt gewoon meer LED's van dezelfde kleur parallel toevoegen om je licht helderder te maken. Het kan verleidelijk zijn om de LED's gewoon direct parallel aan de bestaande toe te voegen, waarbij de enkele weerstand behouden blijft. Dit werkt, zoals je op de foto's hierboven kunt zien - alle drie de LED's lichten op - maar er is een probleem! De stroom door de enkele weerstand verandert niet echt wanneer u meer LED's parallel toevoegt. Omdat de LED's parallel staan, wordt de stroom door de enkele weerstand gelijkmatig verdeeld. Dus voorheen, waar ik 20 mA had via een enkele LED, krijg ik nu slechts ongeveer 20/3 = 6,67 mA via elke LED - en ze zullen niet zo helder zijn!

Als u in plaats daarvan een afzonderlijke weerstand in serie met elke LED toevoegt, krijgt u de volledige hoeveelheid stroom door elke LED. Het nadeel is dat je batterij hierdoor drie keer zo snel leegloopt. Dit is in mijn geval geen probleem, omdat ik de lamp in een kast heb gemonteerd en deze niet zo vaak zal gebruiken.

Dus als je deze benadering volgt, heb je geen wiskunde hoeven te doen - je hebt gewoon een paar meer van dezelfde weerstand nodig. In mijn geval heb ik een weerstand van 100Ω en een witte LED - ik heb er nog maar twee nodig om in totaal drie LED's parallel te krijgen. (Helaas ben ik vergeten een foto van die stap te maken, voordat ik overging op gekleurde LED's).

Stap 6: Voeg meer LED's in serie toe

Hoe zit het met het toevoegen van meer LED's in serie? Deze optie werkt als de spanning van uw batterijpakket hoog genoeg is. LED's gaan helemaal niet aan als de spanning van het batterijpakket lager is dan de vereiste voorwaartse spanningsval. Net als bij batterijen, wanneer je LED's in serie combineert, tellen hun spanningen op. In mijn geval heeft mijn witte LED een spanningsval van 3,4 V, dus twee in serie zetten zou 6,8 V vereisen - meer dan mijn batterij levert. U kunt het echter bijvoorbeeld doen met twee (of zelfs drie) rode LED's. Als elke rode LED een spanningsval van 2V had en je een stroom van 20mA wilde, zou je een weerstandswaarde van R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω geven. Vergelijk dat eens met het plaatsen van een enkele rode LED in de schakeling: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. Door een tweede LED in serie toe te voegen, heb je de weerstand aanzienlijk verkleind - maar je trekt nog steeds maar 20 mA, dus je batterij raakt niet sneller leeg! Je hebt het circuit efficiënter gemaakt omdat je minder vermogen in de weerstand dissipeert. Dat brengt een andere vergelijking met zich mee - voor een weerstand is vermogen gelijk aan stroom in het kwadraat maal weerstand, of

P=I^2*R

Dus 20mA via een weerstand van 200Ω dissipeert 80mW, terwijl 20mA via een weerstand van 100Ω slechts 40mW dissipeert.

(Nogmaals, excuses dat ik geen foto van dit voorbeeld heb - ik ging gelijk naar gekleurde LED's in parallel)

Stap 7: Verschillende kleuren LED's mengen

Als u verschillende kleuren LED's wilt mixen, heeft u twee opties:

• Sluit ze in serie aan - dit werkt zolang de totale spanningsval over de LED's minder is dan de spanning van het batterijpakket (zie vorige stap).
• Sluit ze parallel aan, elk met hun eigen weerstand - ervan uitgaande dat u wilt dat alle LED's dezelfde stroom hebben, zodat ze dezelfde helderheid hebben, berekent u de weerstandswaarde afzonderlijk voor elke LED, gezien de voorwaartse spanningsval.

Soms is het gemakkelijker om dit soort circuits eerst op een breadboard te prototypen (als je niet weet hoe je een breadboard moet gebruiken, bekijk dan deze tutorial). Nogmaals, je hebt misschien niet de exacte weerstandswaarden die je bij de hand wilt hebben, dus je kunt met verschillende combinaties in serie/parallel spelen om je helderheid te verfijnen. In dit geval heb ik een 4xAA-batterijpakket dat ongeveer 6V levert, en rode, groene en blauwe LED's met spanningsdalingen van respectievelijk ongeveer 2V, 2V en 3V. Dat geeft me een weerstandswaarde van R = (6-2)/0,02 = 200Ω voor de rode en groene LED's, en 150Ω voor de blauwe LED. Ik heb die exacte waarden niet beschikbaar, maar ik kan een weerstand van 200 maken door twee weerstanden van 100 in serie te combineren, en ik kan "dicht genoeg" bij een weerstand van 150 komen door een weerstand van 100 en een weerstand van 47 in serie te combineren.

Stap 8: LED's toevoegen in serie EN parallel

Voel je je avontuurlijk en wil je dit ding ECHT helder maken? Voeg LED's in serie EN parallel toe! Nogmaals, onthoud dat om LED's in serie toe te voegen, uw batterijspanning hoger moet zijn dan de som van de LED-spanningsdalingen; en als u parallel LED's toevoegt, zal de batterij sneller leeglopen. Voer een afzonderlijke berekening uit voor de weerstandswaarde voor elke set LED's in serie.

Stap 9: Zet het weer in elkaar

Prototyping op een breadboard, met krokodillenklemmen of door snoeren samen met een tang te buigen, is een goede manier om verschillende combinaties van LED/weerstand uit te proberen voordat u uw ontwerp voltooit. Als u klaar bent, kunt u de LED's en weerstanden aan elkaar solderen om ze op hun plaats te houden wanneer u de lamp weer in elkaar zet. Sommige tape of hete lijm kan ook helpen voorkomen dat ze gaan bewegen. Met de rood-groen-blauwe LED's moest ik hem een paar keer demonteren en weer in elkaar zetten totdat ik de LED's zo had gerangschikt dat ze een gelijkmatig diffuus effect gaven voor alle drie de kleuren. Het eindproduct hier zal waarschijnlijk niet erg handig zijn in mijn kast, maar het ziet er zeker een stuk cooler uit!

Tweede plaats in de Made with Math-wedstrijd