LED-noodlamp (meestal teruggewonnen): 4 stappen

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

Dit project is geïnspireerd op mijn simpele behoefte om te voorkomen dat ik pijnlijk tegen hoeken stoot wanneer de stroom uitvalt en ik dingen doe in mijn pikdonkere kelder of op andere donkere plaatsen.

Na een uitgebreide en verstandige evaluatie van andere oplossingen zoals:

- verwijder of rond elke scherpe hoek in het hele huis af, - een kat worden, - een onredelijke hoeveelheid geld uitgeven om commerciële noodverlichting te installeren, Ik kom tot de conclusie dat ik met weinig teruggewonnen elektrische componenten en een paar goedkope modules mijn doe-het-zelf-noodverlichting had kunnen maken.

Na een paar ontwerp-iteraties ben ik ook tot de conclusie gekomen dat ik niet alleen een klein beetje geld had kunnen uitgeven, maar ook dat ik veel elektrische componenten had kunnen upcyclen die anders zouden zijn weggegooid. Met als enige uitzondering de (goedkope) TP4056-module, kan al het andere worden weggevangen uit andere kapotte elektronica, zodat u een deel van uw tijd kunt investeren en uw milieuvriendelijke "Meest teruggewonnen DIY LED-noodlamp" kunt bouwen.

Stap 1: Materialen en gereedschappen

Voor dit project heb je basis soldeergereedschap nodig en een paar andere eenvoudige doe-het-zelf-elektronische gereedschappen, ik heb mijn gebruikelijke gereedschappen op deze pagina verzameld. Ik heb een speciale behuizing voor deze lamp ontworpen, met als specifiek doel de bedrading te vereenvoudigen. Het is niet verplicht om te gebruiken, maar het wordt sterk aanbevolen, dus je kunt maar beter een 3D-printer hebben. Ik heb een (gemodificeerde) CR-10, maar je kunt vrijwel elke 3D-printer en welk filament dan ook gebruiken, omdat het een heel gemakkelijke print is.

Om deze lamp te bouwen hebben we weinig andere componenten nodig, die uit andere elektronica gehaald of gekocht kunnen worden. Allereerst: we hebben een gangreserve nodig om te gebruiken tijdens de black-out, we gebruiken een 18650 li-ion-cel en, natuurlijk, de oplader/controller TP4056. Om het gedrag van de lamp te regelen, hebben we een drieweg-tuimelschakelaar (aan-uit-aan) en een enkele p-kanaals mosfet nodig. Omdat het een "LED"-lamp is, hebben we natuurlijk een LED en zijn stroombegrenzende weerstand nodig. Voeg een paar extra draden toe, dat is alles.

Wacht, last but not least: we hebben een wandstroomadapter nodig om onze lamp altijd paraat te houden, anders is het geen "nood" -lamp. Ik bewaarde veel van mijn oude - eigenlijk oude - muuradapters voor mobiele telefoons in een doos. Meerdere keren heb ik mezelf afgevraagd waar ik ze voor had kunnen gebruiken. Te weinig volt of te weinig ampère voor de meeste toepassingen, maar ze zijn perfect voor deze taak, ineens zijn ze geen afval meer!

Als je mijn 3D-behuizing niet wilt gebruiken, kun je een eenvoudig prototypebord gebruiken en wat je maar wilt als de container. Mijn geval is leuk omdat het de bedrading helpt, omdat het een echte PCB is. Het is letterlijk een (3D) Printed Circuit Board. ^_^

Stap 2: Ontwerp Uitleg

Als je alleen de lamp wilt bouwen, sla deze stap dan over, maar ik raad aan om het te lezen, omdat je hier kunt begrijpen hoe dit werkt en wat de limieten zijn.

Waarom heb ik voor deze componenten gekozen?

18650 li-ion-cel: het is een standaardcel die kan worden gekocht of teruggewonnen uit onbruikbare laptopbatterijen. Om deze cellen terug te winnen, moet je begrijpen hoe je hun gezond verstand kunt controleren en waarom je de slechte cellen echt niet bij je in de buurt moet houden. Tal van tutorials op het wilde internet. Als u geen tijd wilt investeren in de juiste terugvorderingsprocedure, koop het dan gewoon, better safe than sorry.

TP4056-module: dit is een algemene module die een enkele 3,6-3,7 V li-ion- of li-poly-cel kan beheren. Het kan zijn lading en ontlading regelen. Het wordt meestal gecombineerd met een andere chip, de DW01, die zorgt voor andere zaken zoals kortsluiting, overspanning, bescherming van onderspanningscellen en andere zaken. Deze module kan niet worden teruggevorderd of vervangen door iets anders, je moet hem kopen.

P-kanaal mosfet: het is een speciale transistor, ook wel elektronische schakelaar genoemd. Dit zou kunnen worden gezien als de belangrijkste "truc" van dit project, omdat dit enige onderdeel de vereiste "logica" in het gedrag van de lamp kan toevoegen. Het kan de black-out "voelen" en dienovereenkomstig handelen. Deze mosfet kan worden gekocht (hij is tenslotte erg goedkoop) of kan met een beetje geduld worden teruggewonnen van afgedankte elektronica. Om elektrische componenten terug te winnen, heb je zeker zoiets als mijn elektronische componententester nodig! Ik heb een IRF4905-transistor gebruikt in een TO-220-behuizing. Niet de optimale keuze, maar het werkt prima.

Driewegschakelaar (aan/uit/aan): het is een eenvoudige tuimelschakelaar die de lamp in drie verschillende configuraties plaatst, namelijk:

1. altijd uit,
2. aan tijdens stroomuitval,
3. altijd aan.

Het kan worden teruggevorderd, maar je moet geluk hebben, ik heb veel vergelijkbare schakelaars gevonden, maar het zijn waarschijnlijk slechts tweerichtingsschakelaars (eigenlijk 99% van hen).

Voeding: welk apparaat dan ook dat minimaal 4,5V en 100 mA kan leveren is prima. Dit moet echt teruggewonnen worden!

LED: hoewel dit onderdeel bijna overal gemakkelijk kan worden teruggewonnen, is het eigenlijk moeilijk om een "helder genoeg" led te vinden. De LED moet een minimale hoeveelheid licht in de hele kamer geven, maar de meest voorkomende geborgen leds zijn niets meer dan indicatielampjes, met een verwaarloosbaar verlichtend vermogen over een hele kamer. Ik heb om deze reden speciale speciale 3W-leds gebruikt. Wat is het maximale ledvermogen? 5W, maar het kan slechts voor een korte tijd goed worden gevoed, het zal binnenkort te weinig vermogen hebben. En het wordt zeker niet aanbevolen vanwege het probleem met de warmteafvoer. Trouwens, 5W zal warmte genereren. Als je de zaak die je hebt niet wilt smelten

DC-connector: dit is optioneel, maar wordt aanbevolen. Tijdens de black-out moet/wil ik nog de kelder uit, om de stroom te herstellen of wat dan ook, en ik wil graag zien wat ik aan het doen ben, dus ik heb/wil mijn noodlamp bij me hebben. Ik hou er niet van om de voedingsadapter los te koppelen en mee te nemen, daarom heb ik een kleine DC-connector toegevoegd om een goede draagbare, zelfstandige noodverlichting te creëren. Aan de andere kant zou je gewoon de USB-poort kunnen gebruiken om de lamp op te laden, ik heb alleen besloten om geen microUSB-oplader voor deze lamp te reserveren.

Magneet: ook optioneel, maar misschien handig om iets specifieks te verlichten tijdens de black-out, door de lamp op een metalen voorwerp te plaatsen. Er zijn twee speciale sleuven in de behuizing voor ronde magneet van 10x1 mm, gebruik gewoon een druppel lijm om ze te bevestigen.

Stroombegrenzingsweerstand: verplicht voor elke led, behalve als je de juiste componenten kiest (zoals ik deed). Leds moeten worden aangestuurd om de stromende stroom te regelen en niet de aangelegde spanning. Elke led heeft een maximale nominale stroom (Id) en de kleur bepaalt de nominale junctiespanning (Vf).

Sommige producenten zouden iets anders kunnen zeggen in hun datasheet, in dit geval de datasheet volgen, maar dit zijn de gebruikelijke Vf voor de verschillende kleuren [V]:

• IR - infrarood 1.3
• rood: 1.8
• geel1.9
• groen 2.0
• oranje 2.0
• wit3.0
• blauw 3.5
• UV - ultraviolet 4 – 4,5

Om de juiste stroombegrenzingsweerstandswaarde (R) te berekenen, moet u de maximale spanning (Va) van uw voeding kennen en deze formule gebruiken:

R = (Va - Vf) / Id

De uitgangsspanning van de TP4056 ligt tussen 4,2 en 2,5V, dus we moeten 4,2V als Va gebruiken. Met behulp van de componenten die ik eerder heb gekoppeld, hebben we een 3W-led met een Vf van 3,5V, daarom hebben we een ID van 0,85A. In dit geval zijn de nummers:

R = (4,2V - 3,5V) / 0,85A = 0,82 Ohm

Ik zou een weerstand van 1 Ohm moeten toevoegen omdat ik eigenlijk iets probeer te leren, in werkelijkheid is het helemaal niet nodig, de weerstand van de draden helpt ook. Bovendien zal bij 0,85A de accuspanningsverzakking relevant zijn, dus we zouden eigenlijk -laten we zeggen- 3,8-4V als Va moeten gebruiken. Hierdoor is de begrenzingsweerstand nog minder nodig.

Een ander voorbeeld, met hetzelfde led-type maar met een nominale waarde van 1W, zijn:

Id = 1W / 3,5V = 0,285A

R = (4,2 V - 3,5 V) / 0,285 A = 2,8 Ohm

Welnu, dit is het geval bij specifiek gekozen componenten met gedefinieerde classificaties. Een generieke led kan meestal werken als 3V, 10mA. Dat is natuurlijk niet 100% waar, maar zonder betere informatie…

R = (4,2V - 3V) / 0,01A = 120Ohm

Gelukkig is 120 Ohm een standaard weerstandswaarde, anders had ik de dichtstbijzijnde grotere standaardwaarde gebruikt.

De weerstand dissipeert ook vermogen in de vorm van warmte, en ook het nominale vermogen moet goed zijn ontworpen. Maak je geen zorgen, het is net zo eenvoudig als de Ohm-bepaling.

W = (Va - Vf) * Id

Aangezien 0,01 A (10 mA) door de 120 Ohm-weerstand kan stromen, kan deze 0,012 W warmte afvoeren.

W = (4,2V - 3V) * 0,01A = 0,012W

Een gewone ¼W-weerstand is meer dan voldoende.

Pull-down weerstand: deze weerstand zou de mosfet alleen in zijn veronderstelde staat moeten houden, en alle transiënten of ruis onderdrukken die door de kabels zou kunnen worden verzameld en de mosfet per ongeluk zou kunnen activeren. Elke weerstand in het bereik van 1K-10K Ohm is prima.

Hoe het werkt?

Ik heb heel wat uren besteed om het beste ontwerp te vinden. Ik heb geprobeerd de kosten van het project te optimaliseren door de vereiste componenten te minimaliseren, waarbij ik probeerde geen functies op te geven. Ik had een microcontroller kunnen gebruiken, er zijn overal hele goedkope basismodellen te koop. Ik had aangepaste PCB's kunnen gebruiken, er zijn tal van PCB-productie- en bezorgservices. Ik besloot dat niet te doen omdat het de kosten en de complexiteit enorm zou hebben verhoogd. Bovendien zou het echt heel moeilijk zijn om een microcontroller terug te winnen.

De TP4056 doet zijn werk, zorgt voor de batterij en levert stroom. Het uitgangspad is verbonden met de middelste pin van de tuimelschakelaar, die in drie configuraties kan zijn: verbonden met de linker pin, niet verbonden, verbonden met de rechter pin.

Als het nergens op is aangesloten (midden, uit-positie), is het gedrag vrij duidelijk, de led is UIT, ongeacht of de wandadapter stroom levert of niet. Het laadproces is niet afhankelijk van de schakelaar, als de wandadapter is aangesloten, wordt de batterij opgeladen.

Neem aan dat de rechter pin is aangesloten op de positieve pool van de LED. Als je de schakelaar omschakelt om het midden en de rechter pinnen te overbruggen, omzeil je de mosfet. De LED zal AAN zijn zolang de TP4056 stroom kan leveren.

De resterende optie is om de schakelaar om te schakelen om de middelste pin naar de mosfet-bronpin te overbruggen. In deze configuratie neemt de mosfet de controle over. Als de poortpin de spanning van de muuradapter ziet, kan er geen stroom tussen bron en afvoer vloeien en is de LED UIT. Wanneer de black-out intreedt, zal de spanning van de lader snel tot nul dalen. Nu zal de poortterminal van de mosfet nul volt zien en de stroom laten vloeien, dus de LED zal AAN zijn zolang de TP4056 stroom kan leveren.

Niet slecht voor slechts een mosfet en eenvoudige schakelaar. ^_^

Stap 3: Montage

Het bedradingsschema is bijgevoegd, R1 is de stroombegrenzende weerstand, R2 is de pull-down weerstand.

Om de ontworpen sporen van de behuizing te benutten, moet je de mosfet aanpassen zoals ik deed. In principe moet je het bovenste metalen deel afsnijden en de centrale pin in het gat laten gaan om het onderliggende spoor te gebruiken. Maak je geen zorgen, deze mosfet is geschikt voor veel zwaardere taken dan het aansturen van een kleine LED, hij zal niet kreupel raken vanwege het minder verstrooiende gebied.

Solderen op de 18650-cel IS EEN DELICATE TAAK, zorg ervoor dat u weet wat u doet. Het is niet moeilijk maar wel gevaarlijk. In principe moet je de soldeerbout op maximaal vermogen gebruiken voor de minst mogelijke tijd, maar besteed alsjeblieft een paar minuten aan een specifieke tutorial, er zijn er genoeg. Voorkomen is beter dan genezen.

Daarnaast is het bedradingsproces vrij eenvoudig, je hoeft alleen het bijgevoegde schema te volgen en de foto's te bekijken. Probeer de behuizing niet te smelten met de soldeerbout, ik heb mijn behuizing in ieder geval in PLA geprint, dat niet woest als het wordt verwarmd. Zodra de bedrading is voltooid, gebruikt u enkele druppels hete lijm om alles veilig op zijn plaats te houden.

De DC-connector is optioneel, u kunt ook de ingebouwde USB-poort gebruiken. Ik soldeer een DC-connector omdat ik geen micro-usb-kabel voor deze lamp wil reserveren/knippen. Ik moet oude mobiele opladers terugvorderen!

Als u de USB-poort wilt gebruiken, kunt u elke standaard 5V USB-kabel gebruiken.

U kunt eigenlijk ook de oude muuradapterkabel doorknippen en de GND en positieve draden aansluiten op een extra micro-USB-aansluiting. Knip gewoon de USB-kabel door en leg het koper van de draden bloot, sluit de GND-kabel aan op pin 5 en sluit de positieve kabel aan op pin 1 (afbeelding bijgevoegd). Om te controleren welke draad pin 1 en 5 is, moet je een multimeter gebruiken als continuïteitstester. Nou, dat is mogelijk, maar niet aan te raden. Je eindigt met een USB-stekker met een niet-standaard voltage en je doet veel moeite om iets te doen dat veel gemakkelijker zou kunnen zijn met een eenvoudige DC-connector.

Stap 4: Gebruik:

Sluit de oplader of de USB-kabel aan op de noodverlichting.

Zet de schakelaar in de gewenste modus, zet hem op automatisch als je wilt dat de lamp zich als een echt noodlicht gedraagt.

Wacht de volgende black-out en geniet van hoe je gemakkelijk bochten kunt vermijden!:)

Kijk naar de video, deze laat zien hoe deze lamp zich gedraagt. Als je het project leuk vindt, doe dan een duimpje omhoog en abonneer voor meer.

PS: Dit hoort een NOOD-lamp te zijn, gebruik hem niet als standaardlamp. Het probleem is eenvoudig en het is een "fout" van de TP4056. Om een lang verhaal kort te maken: als je de lamp in de bypass-modus gebruikt (led altijd aan) en de oplader is aangesloten, zal het laadproces van de batterij niet goed eindigen. Het zal waarschijnlijk helemaal niet eindigen. Ja, met een lithiumcel is dit een probleem, je kunt niet voor altijd lading in een cel pompen! Deze configuratie is niet echt gevaarlijk als deze enkele minuten wordt gebruikt. Deze lamp zal geen explosie veroorzaken als je dit probleem vergeet en je toevallig in deze situatie zit. Als je licht van deze lamp nodig hebt voor, laten we zeggen, 10 min kun je hem toch in deze stand gebruiken zonder gevaar te lopen. Bewaar/vergeet de lamp gewoon niet in deze configuratie, anders kunnen er nare dingen gebeuren.