De USB-stekker: 9 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

In deze Instructable laat ik je zien hoe je een superheldere, USB-aangedreven LED maakt met een compacte vormfactor, die ik liefdevol "The Plugbulb" heb genoemd.

Deze kleine lamp kan in elke USB-aansluiting worden gestoken. Geweldig om van uw draagbare powerbank een krachtige, duurzame zaklamp te maken!

Stap 1: Ingrediënten

Laten we beginnen met de materialen. Een Plugbulb vereist:

• Een USB-stekker (bij voorkeur van een kapotte kabel)
• Een 3W LED-lamp
• Een LED-koellichaam
• 2 diodes, van de niet-lichtgevende variëteit (elke soort zou moeten doen) OF een weerstand van 5 ohm, 1/2 W
• je favoriete plastic dop van de fles (hier is de mijne)
• 1/2 pakje Sugru (of vergelijkbaar)
• een kleine, piepkleine hoeveelheid thermische verbinding

Samen met de volgende tools:

• soldeerbout en soldeer
• heet lijmpistool
• tang
• vingers

Voel je vrij om je recept naar wens op te schalen voor grotere batches Plugbulb.

Stap 2: Scheur die USB-connector uit elkaar

Zorg ervoor dat u ten minste een paar centimeter van de draden behoudt. Ik ontdekte dat een tang goed werkte om het plastic weg te pellen. Het kan afhangen van het type plastic dat uw kabel omgeeft. Het is ook een goed idee om er een te gebruiken waarbij de kabel uit de achterkant van de stekker komt, in plaats van aan de zijkant.

Stap 3: Maak een LED-circuit, deel één

Hier is het technische gedeelte. Ik ga in een theorie duiken voor diegenen die geïnteresseerd zijn in het ontwerpen met power-LED's. Voor degenen die liever gewoon doorgaan met het project, zodat je je vrienden kunt verblinden met je coole nieuwe zaklamp, ga gerust naar de volgende stap.

Diodes kunnen in het begin lastig zijn om mee te ontwerpen, omdat het niet-lineaire apparaten zijn. Dit betekent dat de spanning en stroom niet lineair evenredig zijn zoals bij weerstanden. De eerste afbeelding hierboven, met dank aan https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, toont een typische IV-curve, of de relatie tussen stroom en spanning, voor een diode.

LED's zijn speciale diodes die zijn ontworpen om een bepaalde golflengte van licht uit te zenden. De hoogvermogen-LED's waarmee we zullen werken, hebben een vergelijkbare curve als hierboven, behalve dat de exponentiële helling horizontaal langwerpig is (de buiging naar boven wordt verschoven naar een hogere spanning). De tweede afbeelding hierboven is een curve die ik heb gemaakt met gegevens die ik heb verzameld tijdens het onderzoeken van de kenmerken van de 3W-LED's die ik in dit project heb gebruikt (dezelfde die ik heb gekoppeld, maar ik vermoed dat alle 3W witte LED's er ongeveer hetzelfde uitzien).

Uit mijn tests bleek dat tussen 200 en 500 mA de beste balans lijkt te geven tussen helderheid en stroomverbruik. Voorbij 500 zijn de helderheidswinsten minimaal naarmate de stroom toeneemt. Onder de 200 is de LED lang niet zo helder als hij maar kan zijn. Zo gemakkelijk genoeg. Als we een bepaalde hoeveelheid stroom willen doorgeven, hoeven we alleen maar de curve te volgen en de spanning te vinden waarmee deze overeenkomt. Als ik dit zou voeden met een instelbare spanningsbron en die specifieke spanning zou kunnen inbellen, zou het inderdaad zo eenvoudig zijn.

Het lastige komt wanneer je dit wilt voeden vanuit een bron zonder de juiste spanning. In dit project willen we de LED voeden vanaf 5 volt. Als we de led rechtstreeks op 5 volt aansluiten, zouden we er veel te veel stroom doorheen pompen en zou hij in een oogwenk doorbranden. Dus hoe beperken we de stroom?

We hebben meerdere opties. We kunnen een spannings- of stroomregelaar-IC gebruiken, en sommigen beweren dat dit de beste manier is om deze taak uit te voeren. De grootte is echter een beperking in dit project, dus we hebben iets kleiners nodig. Gelukkig kunnen we, aangezien we dit van een stabiele, gereguleerde 5 volt-bron voorzien (zoals USB-voedingen meestal zijn), eenvoudig diodes en / of weerstanden gebruiken om de stroom / spanning aan te scherpen die we nodig hebben.

Ik zal eerst beschrijven hoe ik weerstanden correct kan kiezen, ook al heb ik ervoor gekozen om de diode-methode in mijn build te gebruiken. Om de juiste weerstand te bepalen, nemen we de stroom die we willen, laten we zeggen 300mA, en de spanning die de weerstand zal zien, 5V-VLED, waarbij VLED de spanning over de LED is bij 300mA (met behulp van onze grafiek) en gebruik de wet van ohm (V /I=R) om te berekenen. In de grafiek kunnen we zien dat bij 300mA de LED ongeveer 3,25V daalt. Daarom zal onze weerstand 5-3.25=1.75V dalen. Met behulp van de wet van ohm moet onze weerstand 1,75 V / 300 mA = 5,83 ohm zijn.

Als je geen mooie IV-curve voor je LED hebt, kun je altijd een beroep doen op wiskunde, maar het is niet mooi. De laatste afbeelding die ik aan deze stap heb toegevoegd, is de vergelijking voor de typische IV-curve van een diode. We kunnen deze vergelijking combineren met de wet van ohm voor de weerstand (V = IR) en oplossen voor R (als je de verzadigingsstroom van de LED kent). We weten dat de I's gelijk zijn en de V's moeten optellen tot 5. Twee vergelijkingen, twee onbekenden. Maar vies… toch?

Om een lang verhaal kort te maken, een weerstand van ongeveer 5 ohm is voldoende. Je moet echter ook rekening houden met vermogensdissipatie. 5 ohm bij 300 mA zal 0,3 ^ 2 * 5 = 0,45 W warmte afvoeren, dus we hebben een weerstand van 1/2 W nodig. 5 ohm is een onhandige weerstandsmaat, maar we kunnen dit maken met meer algemeen beschikbare weerstanden parallel, zoals twee 10 ohm-weerstanden of vier 20 ohm-weerstanden. Als u deze methode toepast, zorg er dan voor dat uw weerstanden 1/4 W zijn of, bij voorkeur, zelfs groter in termen van acceptabele vermogensdissipatie, anders kunnen ze te heet worden en een gevaar vormen.

De andere optie is om diodes te gebruiken om de spanning te verlagen. Van een standaarddiode wordt gezegd dat deze 0,7 volt daalt, maar dit is strikt genomen niet het geval. Het zal iets meer dalen bij hogere stromen en iets minder bij lagere stromen. Dit betekent dat twee diodes in serie ergens rond de 1,4V vallen. In ons circuit zou dit 3,6 V overlaten voor onze LED, die volgens onze grafiek ergens rond de 500 mA zou moeten passeren. Hoewel dit een beetje hoog is, valt het binnen het bereik waar ik naar op zoek was, en het toevoegen van een derde diode in serie zou de spanning te laag laten worden (~ 2,9 V). Als er zoveel stroom door de diodes gaat, is het waarschijnlijk dat de spanningsval iets meer dan 0,7 zal zijn, waardoor het systeem een evenwicht zal vinden bij een iets lagere stroom. Nogmaals, dit kan nauwkeuriger worden opgelost met wiskunde als je alle details van de diodes had, maar ik gebruikte een eenvoudigere benadering - een instelbare spanningsregelaar. Ik heb zojuist twee diodes toegevoegd (omdat dit mijn guestimate was) en langzaam de spanning opgevoerd terwijl ik de stroom meet. Tegen de tijd dat ik bij 5 volt kwam, trok het ergens rond de 400mA. Perfect.

Als u een andere diode gebruikt en twee werken niet, kunt u diodes optellen of aftrekken of zelfs verschillende diodes proberen met een ander spanningsverlies. Of je kunt weerstanden gebruiken als je de juiste waardes hebt liggen. Ik kan geen enkele reden bedenken waarom de ene methode beter zou zijn dan de andere, maar als je kunt, zou ik er graag meer over willen weten in de opmerkingen.

Nog een kanttekening voor degenen die met krachtige LED's spelen: gedistilleerd water is een geweldig koellichaam! Terwijl ik de limieten van deze LED's aan het testen was, heb ik ze volledig ondergedompeld in gedestilleerd water. Gedestilleerd water is een isolator (nou ja, meer als een zeer, zeer zwakke geleider), dus het is veilig voor elektronica. GEBRUIK GEEN kraanwater, omdat de opgeloste mineralen het geleidend maken. Gebruik zoals altijd uw gezond verstand en wees voorzichtig, maar dit kan een handige truc zijn.

Stap 4: Maak een LED-circuit, deel twee

Nu is het tijd om het basiscircuit aan elkaar te solderen.

Plaats een beetje thermische verbinding op het midden van uw koellichaam en druk vervolgens uw LED erop. Het zal helpen de LED op zijn plaats te houden terwijl u deze aan het koellichaam soldeert. Doe dat nu. Soldeer de LED op het koellichaam.

Soldeer vervolgens de LED en de twee diodes (of je weerstand van 5 ohm) in serie. Onthoud dat diodes gepolariseerd zijn, dus zorg ervoor dat ze allemaal in dezelfde richting wijzen, anders gaat je lamp niet aan. Diodes hebben meestal een zilveren band die de laagspanningszijde aangeeft. Zorg ervoor dat ze elk het circuit ingaan met deze band aan de kant die verder van je 5V-bron ligt. De LED is ook een diode, wat betekent dat hij ook directioneel is. Zorg ervoor dat dit ook in de goede richting wijst. Meestal hebben ze een markering op de kleine draden. Als die van jou dat niet doet, gebruik dan een laagspanningsbron (~ 2-3 V, twee AA-batterijen in serie werken) om te testen. Je beschadigt de LED niet door hem achterstevoren aan te sluiten, hij werkt gewoon niet.

Ik heb wat isolatietape aan de achterkant van het koellichaam geplakt en de diodes erachter gestopt. Het maakt niet uit in welke volgorde deze componenten binnen het circuit komen, zolang ze maar allemaal in de juiste richting staan.

Stap 5: Sluit de Jack aan

Soldeer nu de USB-aansluiting aan het circuit. Het enige dat u nodig hebt, zijn de stroom (rood) en de gemeenschappelijke (zwarte) draden van de USB. Je kunt de andere inkorten (maar pas op dat je ze niet kortsluit, om het apparaat waarop je dit aansluit niet te beschadigen). Probeer dit te doen met zo min mogelijk speling in de draden.

Gebruik nu wat hete lijm om alles bij elkaar te houden.

Stap 6: Snijd een gat in de dop van de fles

Ja, ik weet dat het je favoriet is, maar we moeten dit doen.

We moeten een gleuf maken in de achterkant van de dop van de fles zodat de USB-stekker er doorheen kan schuiven. Ik ontdekte dat ik een boor kon gebruiken om twee gaten naast elkaar te boren met de juiste breedte, en vervolgens een zaagbeweging met de boor te gebruiken om ze te verbinden, waardoor een spleet ontstond. Ik weet zeker dat er betere methoden en betere tools zijn, en ik zou er graag meer over willen weten in de reacties!

Stap 7: Voeg de dop van de fles toe

Duw nu de krik door de gleuf die je in de dop van de fles hebt gemaakt en voeg wat meer hete lijm toe rond de schijn om hem op zijn plaats te houden.

Stap 8: Voeg de Sugru. toe

Gebruik de Sugru om een mooie afdichting rond de bovenkant van de krik te maken en verberg de schijn. Dit spul werkt ook als een lijm, waardoor het duurzamer wordt.

Stap 9: Geniet

Zie! De stekker!

Deze lampjes verbruiken minder stroom dan het opladen van een smartphone, dus ze zouden moeten kunnen worden gevoed door zowat elke USB-batterij die je hebt. Geweldig voor een noodverlichting of om mee te nemen op een kampeertrip. Met een groot batterijpakket gaan ze tientallen uren mee!

Veel plezier met maken!