Economia de bateria Fairy Light: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

As baterias CR2032 são ótimas, mas não duram tanto quanto gostaríamos quando acionamos cordas de LED "Fairy Light".

Com a temporada de festas aqui, decidi modificar algumas 20 cordas de luz para funcionar com um banco de energia USB.

Eu pesquisei online e descobri que nem todos os bancos de energia USB permanecerão ligados com um consumo de corrente tão pequeno.

Por meio de testes e com algumas iterações, encontrei uma solução funcional que acho que outras pessoas podem querer tentar.

Além de um tempo de funcionamento contínuo típico de 60 a 80 horas entre cargas, menos baterias CR2032 precisarão ser compradas e recicladas!

Por favor, certifique-se de seguir adiante ou pule para o final para ver a versão final …

Eu queria deixar o melhor para o final!

Bob D.

Etapa 1: reunindo as peças necessárias

São necessários apenas alguns componentes e todos eles se encaixam no lugar das duas baterias CR2032 na caixa da bateria.

1x 3, 350 mA - banco de alimentação USB de 4, 440 mA (ou semelhante) - do Walmart ou Amazon

1x fio de luz de 20 LED - muitos tipos disponíveis na Amazon

www.amazon.ca/Starry-String-Lights-CR2032-20LEDs/dp/B01FO9II5K

1 transistor 2N2222A ou 2N4401 - confirmei que os dois tipos funcionam bem.

2 diodos 1N914A ou 1N4148 - confirmei que ambos os tipos funcionam bem.

1x 3, resistor de 1/4 watt de 300 ohm

1x 16 ohm ou 2x 33 ohm 1/4 watt resistor - para as versões 1 e 2

1x 10 ohm 1/4 OR (1/2 watt preferido) resistor - Versão 3.

1x resistor de 270 ohm 1/4 watt - versão 2

1x conector e cabo USB A recuperados - usaremos os terminais Vermelho + e Preto - e isolaremos os fios de dados branco e verde.

Etapa 2: Ferramentas necessárias

Estação de soldagem e solda.

Cortadores, descascador de fios, pinça cirúrgica, chaves de fenda de precisão.

Tubulação termorretrátil e fonte de calor.

Pistola de cola quente e cola em bastão.

Medidor digital ou dois para teste de corrente, tensão e resistência.

Arquivos redondos e planos.

Etapa 3: Diagrama Esquemático e Layout das Peças - Versão 1 e 2

Como a maioria das coisas que construo, estou sempre pensando em maneiras de reutilizar o máximo de coisas que posso. Gosto de uma boa pesquisa na Amazon e da empolgação sempre que chega um novo pacote … mas usar peças que tenho em mãos é uma sensação ótima.

Esta foi uma daquelas compilações, então decidi usar um circuito de driver de LED de corrente constante básica que aprendi recentemente online.

O principal componente que determina a corrente fornecida às luzes LED é o resistor do emissor. Para simplificar a explicação aqui, vou afirmar que a queda de tensão no resistor do emissor é bastante constante em 0,5 VCC graças aos diodos 1 e 2 conectados à base como um divisor de tensão.

Na versão 1 e na versão 2, fiz experiências com uma corrente de alimentação de LED de 15 mA a 30 mA para a string de LED.

O cálculo matemático para o resistor do resistor do emissor necessário:

0,5 volts / 0,015 amperes = 33 ohms

ou

0,5 volts / 0,030 amperes = 16 ohms

Na versão 2, a principal diferença é o resistor de 270 ohms adicionado para aumentar o consumo total de corrente do circuito para pouco mais de 50 mA para evitar que alguns bancos de baterias desliguem após cerca de 30 segundos.

Na versão 3… vou esperar até mais tarde para falar sobre essa modificação.

Etapa 4: desmontagem e preparação

Remova os 4 parafusos que prendem a tampa, coloque as baterias de lado e vamos começar.

Precisamos dobrar as guias para criar mais espaço para os componentes. Um alicate de ponta fina ou uma pinça cirúrgica funcionam para esta tarefa.

Em seguida, precisamos remover a barra de conexão que unia as duas baterias. Cortei as protuberâncias de plástico e tirei a barra, pois não era mais necessária.

Aqueça a estação de solda e remova a chave e os fios de LED nos pontos indicados na imagem.

Notei que o ânodo + chumbo tem uma faixa branca para referência futura, e deixe as luzes LED de lado por enquanto. Teremos de reconectá-los mais tarde e ter certeza de que estão conectados corretamente.

Também adicionei o interruptor e a barra de conexão à minha caixa de peças … nunca se sabe quando podem ser úteis para outro projeto!

Etapa 5: Preencher a caixa da bateria - Consulte o esquema da versão 1 ou versão 2

Aqui está como eu montei os componentes:

Lembrete: o cátodo negativo (-) é a extremidade do diodo com a faixa preta.

-unir D1 e D2 em série e soldar (adicionei um pequeno pedaço de termorretrátil transparente também).

- prenda o cabo do ânodo de D1 e o cabo da base de T1 o mais próximo possível para ainda permitir uma conexão de solda e solde-os.

- com o lado plano T1 voltado para baixo, posicione o cátodo de D2 para que ele possa ser soldado ao negativo USB - trilho (onde dobramos a guia).

- apare o cabo cátodo de acordo com o tamanho e solde.

-localize o (s) resistor (es) emissor (es) de 16 ohm ou 2x 32 ohm necessário (s) e solde entre o cabo emissor T1 e o USB negativo - guia do trilho.

-Adicionei um pequeno pedaço de termorretrátil transparente ao resistor 3K3 e, em seguida, encaixei-o entre a junção do ânodo T1 Base / D1 e a guia do trilho USB +. Em seguida, soldar no lugar.

- para a versão 2 - instale e solde o resistor de 270 ohms entre os trilhos USB + e USB -.

- agora é hora de encaixar o cabo USB a seco e conectar a pistola de cola.

- você terá que cortar e arquivar um pouco para permitir que o cabo USB entre na caixa da bateria (onde o switch estava originalmente localizado) … seja paciente aqui.

- com os fios vermelho e preto roteados, solde-os no lugar.

Agora é a hora de colar o cabo USB com cola quente na base da caixa da bateria. Segure o fio no lugar enquanto a cola endurece. Adicione algumas gotas de cola para manter os fios de dados verdes e brancos fora do caminho.

-Eu queria que a sequência de LEDs se projetasse em linha reta oposta ao ponto de entrada do cabo USB. Isso significava que eu tinha que cortar novamente e arquivar a caixa da bateria para encaixar o fio no lugar.

-Seque o encaixe listrado do Anodo + LED e solde no trilho USB +.

- seque o cabo do cátodo - LED ao cabo do coletor T1. Solde e adicione um pedaço de termorretrátil para isolar a conexão.

- Inspecione todas as conexões e, se tudo estiver certo, é hora de conectá-lo ao banco de potência.

Etapa 6: teste da versão 1 e modificação da versão 2

Teste da versão 1:

Usei um banco de energia Hype HW-440-ASST que funcionou de forma consistente (não desligou) enquanto alimentava a cadeia de 20 LEDs.

Observação: o tempo de execução calculado (totalmente carregado) seria 4,400 mAh / 30 mA = 145 horas

Em seguida, testei a versão 1 com o banco de energia ONN ONA18W102C, que desligava automaticamente após 30 segundos.

Criação e teste da versão 2:

Em seguida, montei o mesmo circuito da Versão 1 em uma placa de ensaio e adicionei o resistor adicional de 270 ohms aos trilhos USB + e USB -. Isso aumentou o consumo total de corrente do circuito para 50 mA. O ONN ONA18W102C então permaneceria ligado de forma consistente. Esta se tornou a Versão 2, que funcionará com a maioria dos bancos de energia USB.

O tempo de execução calculado (totalmente carregado) para o banco de potência ONN ONA18W102C seria 3, 350 mAh / 50 mA = 69 horas. Isso funcionará com brilho total durante todo esse tempo.

Avaliações e ideias originais sobre a bateria:

As baterias CR2032 são avaliadas em 3 vdc com capacidade de 240 mAh, e o site se orgulha de que durarão 72 horas com uso contínuo. A resistência interna da bateria CR2032 limita a corrente aos Fairy Lights, e é por isso que não há resistor limitador no design original. No entanto, todos os sites que eu examino indicam que o CR2032 não gosta de descarregar a uma taxa tão alta (30 ou mais mA).

Não posso confirmar com certeza neste momento, mas me lembro das luzes parecendo visivelmente mais fracas depois de 3 noites (de 4 horas de duração). Não há como tirar "mágica" dessas baterias. Confirmei por meio de testes que as luzes parecem muito fracas quando as baterias atingem 2,5 VCC por célula.

Terei que fazer alguns testes de vida real e atualizar este post em uma data posterior, mas acho que os bancos de energia de 3.350 mAh @ 5 vdc devem superar totalmente o desempenho de 240 mAh @ 6 vdc (2 baterias em série) CR2032.

Além disso, o objetivo aqui era um tempo de execução mais longo e, no final das contas, menos baterias CR2032 sendo "gastas" e recicladas.

Indo mais longe:

Você adivinhou … A versão 3 foi concebida, então continue lendo!

Etapa 7: Fairy Light: Versão 3 com dois fios de luzes LED

A versão 3 usa a corrente adicional que estava sendo desviada (desperdiçada) para o resistor de 270 ohms na versão 2.

Como estávamos visando 50 mA como consumo de corrente total para manter o banco de potência médio ligado, podemos fazer uma melhoria. Fiz um teste onde alimentei uma corda leve com 15 mA e uma segunda corda leve com 30 mA e perguntei à minha esposa se ela podia notar a diferença. Ela olhou para trás e para a frente várias vezes e indicou que não podia realmente ver e fazer diferença.

Este experimento confirmou que uma solução melhor seria alimentar duas (2) cadeias de luz Fairy em paralelo e acioná-las com 50 mA de corrente. Você pode ver no esquema em anexo para a versão 3, que tudo o que foi necessário foi alterar o resistor do emissor R2 para 10 ohms e conectar um segundo fio de luz em paralelo.

Para calcular a potência através de R2 com a Lei de Ohm:

P = E x I

E = 0,5 volts (em R2)

I = 50 mA (por meio de R2)

0,5 x 50 = 0,025 watts

Podemos usar com segurança um resistor de 10 ohm e 1/4 watt (250 mW) para esta aplicação.

A imagem 2 mostra que o circuito de teste consome 50 mA conforme calculado.

Adicionei algumas imagens do processo de construção para mostrar o roteamento do cabo.

Versão 3 concluída e testando em minha bancada.

Etapa 8: Versão 2 e Versão 3 - o produto final

Aqui está a versão 2 e a versão 3 em operação na minha bancada.

Nota de encerramento:

Foi uma construção divertida, com iluminação que posso usar em qualquer estação do ano.

A melhor parte é que eu não tenho mais que pedir e esperar por baterias de reposição CR2032!

Obrigado por nos acompanhar e Boas Construções!

Bob D