Kā es izveidoju visu laiku modernāko lukturīti: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

PCB dizains ir mana vājā vieta. Man bieži rodas vienkārša ideja un nolemju to realizēt pēc iespējas sarežģītāk un ideālāk.

Tāpēc es reiz paskatījos uz vecu “militāru” 4,5 V lukturīti ar parastu spuldzi, kas savāc putekļus a. Šīs spuldzes gaismas jauda bija diezgan nožēlojama, un baterijas nebija uzlādējamas, un akumulatora darbības laiks nebija. Bet tā lieta bija jauka.

Tāpēc es nolēmu piešķirt tai jaunu augsto tehnoloģiju sirdi.

Tāpēc es sev jautāju: "Cik daudz funkciju es vēlos iebūvēt?" Un es teicu: "Jā. Visas tās."

:)

Es gribēju:- lielisku akumulatora darbības laiku, kas tika arhivēts ar 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A) uzlādējamu litija jonu akumulatoru. Akumulatora darbības laiks ir no 20 līdz 6 stundām atkarībā no jaudas iestatījuma.

- visaugstākā iespējamā efektivitātes LED diode, kādu es varētu atrast - īpaši efektīva Cree XP -G3 (187lm/W)

- visaugstākā iespējamā LED draivera IC (vairāk nekā 90%) - patērētāju LED draiveri ir tikai aptuveni 60% efektīvi

- Es gribēju to uzlādēt, izmantojot USB un ar ārējo adapteri līdz 40 V, lai es varētu to uzlādēt jebkurā vietā ar jebko

- Es gribēju, lai tas kalpotu arī kā powerbank, tāpēc es varētu ar to uzlādēt savu tālruni

- Es gribēju uzlādes stāvokļa indikatoru, lai es varētu redzēt, cik daudz sulas vēl ir iekšā

- un es gribēju visu ievietot tajā mazajā korpusā

Tāpēc man vajadzēja izstrādāt pielāgotu PCB, kas ietilptu tā korpusā, un man vajadzēja ievietot visu, kas aprakstīts iepriekš uz tāfeles.

Iepriekš ir video, kurā parādīts viss projektēšanas process. Jūtieties brīvi skatīties, kopīgot, atzīmēt ar Patīk un abonēt manu youtube kanālu:)

Es tālāk aprakstīšu projektēšanas soļus šajā pamācībā.

Cerams, ka šī pamācība dažiem cilvēkiem dos skatījumu uz to, ko var paveikt un cik daudz darba ir nepieciešams, lai to paveiktu, un varbūt pat iedvesmos dažus bērnus kļūt par elektroinženieriem:)

1. solis: vecais lukturis

Šī bija lēta gaisma, kas darbojās ar 4,5 V akumulatoru un bija tikpat spoža kā parasta svece.

Tam bija forši, manuāli vadāmi sarkani un zaļi filtri, kas bija ļoti forši.

2. solis: lukturīša izslēgšana

Es izķidāju visas detaļas un izmērīju iekšējos izmērus. Man bija jāizstrādā tāfele, kas lieliski iederētos.

Es nolēmu paralēli izmantot 3 litija baterijas. Korpuss bija pārāk mazs, lai izmantotu klasiskās 18650 šūnas. Tāpēc es nolēmu izmantot nedaudz īsākas 18500 šūnas - Panasonic NCR18500A ar aptuveni 2000 mAh. Tātad man bija diezgan laba jauda - 6 Ah

Tas nozīmēja, ka vieta PCB bija diezgan maza. Bet viņi saka: "kāds varētu tikt galā, ja mēģinātu":)

3. darbība. Shēma

Tāpēc es izveidoju šo neticami sarežģīto shēmu. Nejautājiet man par stundām, ko es tam veltīju:)

Es meklēju un izvēlējos atbilstošās sastāvdaļas diezgan dažas dienas, pirms es izdarīju secinājumus. Tas nozīmē, ka pārlūkojam ražotāju (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) vietnes IC kategorijai un izvēlamies vienu, kas atbilst manām vajadzībām. Un IC jābūt pieejamam, lai nopirktu smaržu daudzumos tādās vietnēs kā Farnell, Mouser un Digikey.

Visu IC pieslēgšana nav tik grūta, kā šķiet, jo ražotāji IC datu lapā vienmēr iekļauj vienu pamata elektroinstalācijas shēmu. Es šeit shēmā neiedziļināšos detaļās, ja rodas kādi jautājumi, droši jautājiet komentāros.

Shēma ietver šādas apakšshēmas:

-Akumulatora uzlādes/izlādes un pārslodzes aizsardzība, kas nodrošina akumulatora drošas darbības robežas.

- USB lēnas uzlādes kontrolieris - izmanto lukturīša lēnai uzlādēšanai, izmantojot mikro USB portu. Tas nodrošina papildu ērtības, taču, izmantojot šo opciju, lukturīti var uzlādēt līdz 12 stundām. Es pievienoju slēdzi, lai izvēlētos uzlādes strāvu starp 100 mA (USB 1,0 strāvas ierobežojums), 500 mA (standarta USB strāva) un 800 mA (sienas lādētājs)

- Ātrās uzlādes kontrolieris - šī IC kontrolē uzlādi, izmantojot līdzstrāvas ligzdas savienotāju, kas uzstādīts uz akumulatora korpusa. Tas var apstrādāt ieejas spriegumu no 5V līdz 40V, tam ir pretēja polaritātes aizsardzība un var uzlādēt akumulatoru pēc dažām stundām. Es pievienoju slēdzi, lai izvēlētos divas dažādas uzlādes strāvas atkarībā no barošanas avota ierobežojuma. Strāva ir atlasāma no 1A līdz 3A. Tādā veidā jūs nevarat pārslogot zemākas jaudas līdzstrāvas sienas adapteri. Gribēju universālu:)

- LED draiveris - Es izvēlējos augstas efektivitātes (90%) LED draiveri, kas spēj vadīt LED ar līdz 1A strāvu (aptuveni 3W). Šī ir diezgan zema jauda, taču es izvēlējos visaugstākās efektivitātes LED, kādu varēju atrast - Cree XP -G3 (187lm/W), kas kompensē zemu braukšanas jaudu. Es gribēju maksimālu efektivitāti un akumulatora darbības laiku. Vadītājs atbalsta 4 iestatāmus jaudas iestatījumus. Es izvēlējos Izslēgts, 1W, 2W un 3W.

- Rotējošais slēdzis uz bināro dekodētāju - tas ir tāpēc, ka LED draivera izejas bija bināri kodētas, un man vajadzēja pārvērst izeju no slēdža uz 2 bitu bināro kodu ar dubultiem VAI vārtu IC.

- Akumulatora degvielas mērītāja indikators, kuru es projektēju diskrēti ar 4 salīdzinātājiem, precīzu sprieguma atskaiti un precīziem rezistoru sadalītājiem. Tas norādīja atlikušo jaudu, pamatojoties uz akumulatora spriegumu. Es atradu izlādes sprieguma līkni līdzīgam akumulatora elementam un aprēķināju rezistoru dalītājus, lai tie attiecīgi iedegtu gaismas diodes.

- USB powerbank funkcija un ātrās uzlādes kontrolieris. Pirmais IC ģenerē stabilu 5V IC no 2.5V - 4.2V akumulatora sprieguma. Otrais IC ir jauks papildinājums - tas ir USB uzlādes kontrolieris. Kad savienojat tālruni ar uzlādes portu, šī IC sazinās ar tālruni un stāsta, kas tas ir viedās uzlādes ports, un paziņo tālrunim, ka tas var aizņemt līdz 1,5A uzlādes strāvu. Bez šī IC daudzi tālruņi uzlādētu tikai ar USB noklusējuma strāvu 500 mA. Kad ir izveidota ātrā uzlāde, tas iedegas LED, lai jūs varētu redzēt, ka tālrunis ātri uzlādējas. Lai iespējotu powerbank funkcionalitāti, tiek izmantots neliels PCB slēdzis.

Ja ticat vai nē, šajā shēmā ir 125 sastāvdaļas:)

Es pasūtīju, lai tos ievietotu ļoti mazā plāksnē, un man bija jāizmanto miniatūras 0402 izmēra pasīvās sastāvdaļas - viena rezistora izmērs ir 1 mm x 0,5 mm vai 0,04 x 0,02 collas. Tādējādi to izmērs ir 0402.

4. solis: PCB

Tad, kad shēma ir pabeigta, ir pienācis laiks noformēt PCB laukumu vēlamajos izmēros un novietot komponentus uz PCB.

Tas ir diezgan ilgs uzdevums, taču jums tas patiks. Tas ir jauks un relaksējošs darbs.

Noder nelielas zināšanas par konkrētiem komponentu izvietojumiem. To galvenokārt iegūst ar grāmatām un pamācībām, un daži ir praksē. Jo vairāk PCB jūs padarīsit, jo labāk jūs to darīsit.

Es izmantoju Altium Designer, kas ir profesionāla programma, un es saņemu licenci no sava darba. Bet hobijam Eagle, Kicad, designspark PCB un daudzi citi ir labāks risinājums, jo ir daudz vieglāk sākt.

Es strādāju ar komponentiem, kas zīmēti arī 3D formātā, un tas ļoti palīdz vizualizēt un veidot korpusus, jo jūs zināt, kur lietas atrodas un cik tās ir augstas. Bet komponentu pēdu zīmēšana ar 3D korpusiem prasa 3 reizes vairāk darba. Bet tas ir tā vērts ilgtermiņā.

Šeit ir PCB dizaina dati, ieskaitot Gerberus, lielākus shematiskus failus, montāžu un materiālu sarakstu:

Dēļu izgatavošanai es izmantoju JLCPCB. Šīs plāksnes izmaksas ir tikai daži ASV dolāri par 5 gab. (Plus piegāde), kas ir izdevīgs darījums! Reģistrējieties, lai iegūtu 18 ASV dolāru jaunus lietotāju kuponus:

Lai veiktu nelielu atlaidi, izrakstīšanās laikā varat izmantot kupona kodu "JLCPCBcom".

5. solis: PCB izgatavošana

PCB kodināšanas dienas mājās ir skaitītas. Pirms 10 gadiem vidusskolā es mājās kodināju PCB. Tā tas bija lētāk. Bet tad nebija neviena Ķīnas uzņēmuma, kas gandrīz bez maksas piedāvātu PCB.:)

Tagad jūs varat iegūt 2 slāņu PCB, kas izgatavoti 2 USD + piegādei tādās vietnēs kā JLCPCB.com. Šādā veidā tas ir daudz ērtāk, un jūs iegūstat profesionālas kvalitātes dēļus.

Jums vienkārši jāeksportē gerber faili (kas satur informāciju par vara slāņiem uz PCB) un augšupielādējiet tos savā vietnē un pagaidiet dažas nedēļas, līdz jūsu iecienītākais pastnieks piegādās jūsu šedevru.

6. solis: lodēšana

Šī mazā komponenta lodēšana nav viegls uzdevums. Bet ar labu lodāmuru un labu redzi to var izdarīt.

Es izmantoju Ersa Icon lodēšanas staciju, kas ļoti labi veic šo darbu.

Šim projektam es izvēlējos smieklīgi mazus komponentus, jo man bija ļoti maz vietas. Pretējā gadījumā es izvēlētos 0603 vai 0805 komponentus, kurus ir daudz vieglāk pielodēt.

7. solis: LED radiators

Man vajadzēja ievietot korpusā kādu alumīnija masu, lai sadalītu siltumu no gaismas diodes.

Tā kā man bija tāfeles 3D modelis, es varētu viegli modelēt gabalu 3D formātā un izgatavot to ar savu hobija maršrutētāju.

Es varētu izgriezt visus caurumus un izgriezumus, lai tie būtu ideāli piemēroti.

8. darbība: montāžas sākšana

Tad sākās montāža, un viss pēkšņi lieliski iederējās.

Zem PCB es līmēju Kapton lenti, lai tāfele būtu elektriski izolēta no alumīnija, lai nevarētu rasties īssavienojumi.

9. solis: dažas stundas kabeļu gofrēšanas vēlāk …

Zvērs bija gandrīz pabeigts!

Es saspiedu kabeļus, uzstādīju slēdzi un strāvas savienotāju, pievienoju visas lietas, uzstādīju gaismas diodes objektīvu un ievietoju baterijas bateriju turētāju iekšpusē, pielīmēju termistorus akumulatora temperatūras mērīšanai. Uzlādes IC uztur akumulatoru drošās robežās. Ja temperatūra ir pārāk zema vai pārāk karsta, uzlādes strāva tiek samazināta, lai nesabojātu akumulatoru.

10. solis: Un tad…

Pabeigts!

Lukturis bija pabeigts! Skatiet video pamācības augšpusē, lai redzētu to darbībā un cik spoži tas spīd!

Vienīgais, kas ir jājaunina, ir tas, ka man kaut kā jāaizver putekļu caurums ap USB savienotājiem.

Bet es vēl neesmu sapratis, kā to pareizi izdarīt. Ja jums ir kāda ideja, pastāstiet to komentāros.

Tātad.. Tagad jūs domājat, ka esmu profesionālis, un jūs neesat spējīgs ko tādu radīt. Bet jūs kļūdāties. Sākot ar elektroniku vidusskolā, man arī nebija ne jausmas par to, ko daru. Es tiešsaistē meklēju shēmas un mēģināju tās pielodēt, kad pat nezināju, kas ir tranzistors un kā tas darbojas. Protams, lielākā daļa no tām nedarbojās. Izmēģinājumu un kļūdu dēļ es kļuvu arvien labāks. Es izlasīju dažas grāmatas, devos studēt elektrotehniku un sāku ražot daudz PCB. Ar katru es kļuvu labāks. Un arī jūs varat!

Paldies, ka izlasījāt manu pamācību! Lūdzu, pārbaudiet arī citus manus norādījumus!

Jūs varat sekot man Facebook un Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

spoileriem par to, pie kā es šobrīd strādāju, aizkulisēs un citas ekstras!

Otrā vieta PCB dizaina izaicinājumā