Lâmpada LED de emergência (geralmente recuperada): 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Este projeto foi inspirado pela minha necessidade simples de evitar bater dolorosamente nos cantos quando a energia elétrica acaba e eu estou fazendo coisas no meu porão escuro como breu ou em outros lugares escuros.

Após uma avaliação extensa e sábia de outras soluções como:

- remover ou arredondar cada canto agudo de toda a casa, - tornar-se um gato, - gastar uma quantia absurda de dinheiro para instalar lâmpadas de emergência comerciais, Chego à conclusão de que, com poucos componentes elétricos recuperados e alguns módulos baratos, eu poderia ter feito minhas luzes de emergência DIY.

Depois de algumas iterações de design, também cheguei à conclusão de que poderia não apenas ter gasto uma pequena quantia de dinheiro, mas também que poderia ter feito upcycle de muitos componentes elétricos que, de outra forma, teriam sido destruídos. Com a única exceção do módulo TP4056 (barato), todo o resto pode ser eliminado de outros componentes eletrônicos quebrados, então você pode investir algum do seu tempo e construir sua "Lâmpada de emergência LED DIY geralmente recuperada".

Etapa 1: Materiais e Ferramentas

Para este projeto, você precisa de ferramentas básicas de solda e algumas outras ferramentas eletrônicas DIY básicas. Coletei minhas ferramentas usuais nesta página. Desenhei uma caixa dedicada para esta lâmpada, com o propósito específico de simplificar a sua cablagem. Não é obrigatório para usar, mas é altamente recomendado, então é melhor você ter uma impressora 3D. Eu tenho uma CR-10 (modificada), mas você pode usar praticamente qualquer impressora 3D e qualquer filamento, uma vez que é uma impressão muito fácil.

Para construir esta lâmpada, precisamos de alguns outros componentes, que podem ser recuperados de outros aparelhos eletrônicos ou comprados. Primeira coisa: precisamos de uma reserva de energia para usar durante o apagão, usaremos uma célula de íon-lítio 18650 e, claro, seu carregador / controlador TP4056. Para controlar o comportamento da lâmpada, precisamos de uma chave seletora de três vias (liga-desliga-liga) e um mosfet de canal p único. Bem, como é uma lâmpada "LED", obviamente precisamos de um LED e seu resistor limitador de corrente. Adicione alguns fios sobressalentes, só isso.

Espere, por último, mas não menos importante: precisamos de um adaptador de parede para manter nossa lâmpada sempre pronta, caso contrário, não será uma lâmpada de "emergência". Eu mantive muitos dos meus antigos - na verdade antigos - adaptadores de parede de celular em uma caixa. Várias vezes me perguntei como poderia usá-los para. Poucos volt ou ampere de menos para a maioria das aplicações, mas eles são perfeitos para esta tarefa, de repente eles não são mais lixo!

Se você não quiser usar minha caixa 3D, pode usar uma placa de prototipagem simples e o que quiser como recipiente. Meu case é legal porque ajuda na fiação, já que é uma placa de circuito impresso de verdade. É literalmente uma placa de circuito impresso (3D). ^ _ ^

Etapa 2: Explicação do projeto

Se você quer apenas construir a lâmpada pule esta etapa, mas sugiro que a leia já que aqui você poderá entender como funciona e quais são seus limites.

Por que escolhi esses componentes?

Célula de íons de lítio 18650: é uma célula padrão que pode ser comprada ou recuperada de baterias de laptop que não podem ser usadas. Para recuperar essas células, você precisa entender como verificar sua sanidade e por que realmente não deve manter as células ruins perto de você. Muitos tutoriais na internet selvagem. Se você não quiser investir tempo no procedimento de reclamação correto, basta comprá-lo, melhor prevenir do que remediar.

Módulo TP4056: este é um módulo comum que pode gerenciar uma única célula de íon de lítio ou célula de lítio de 3,6-3,7 V. Ele pode controlar sua carga e descarga. Geralmente é combinado com outro chip, o DW01, que cuida de outros problemas como curto-circuito, sobretensão, proteção da célula de subtensão e outras coisas. Este módulo não pode ser recuperado ou substituído por outra coisa, você tem que comprá-lo.

Mosfet do canal P: É um transistor especial, também conhecido como interruptor eletrônico. Isso pode ser visto como o principal "truque" deste projeto, pois este único componente pode adicionar a "lógica" necessária ao comportamento da lâmpada. Ele pode "sentir" o blecaute e agir de acordo. Este mosfet pode ser comprado (é muito barato, afinal) ou pode ser recuperado de eletrônicos descartados, com um pouco de paciência. Para recuperar componentes elétricos, você definitivamente precisará de algo como meu Testador de Componentes Eletrônicos! Eu usei um transistor IRF4905 em um gabinete TO-220. Não é a escolha ideal, mas funciona bem.

Interruptor de três vias (liga / desliga / liga): É um interruptor simples que define a lâmpada em suas três configurações diferentes, que são:

1. sempre desligado,
2. ligado durante o apagão,
3. sempre.

Pode ser recuperado, mas você tem que ter sorte, eu encontrei muitos interruptores semelhantes, mas eles provavelmente são apenas interruptores bidirecionais (basicamente 99% deles).

Fonte de alimentação: qualquer dispositivo que seja capaz de fornecer pelo menos 4,5 V e 100 mA está bem. Isso realmente deve ser recuperado!

LED: embora este componente possa ser facilmente recuperado em quase todos os lugares, é realmente difícil encontrar um LED "suficientemente brilhante". O LED deve fornecer uma quantidade mínima de luz em toda a sala, mas os leds mais comuns recuperados são nada mais do que luzes indicadoras, com um poder de iluminação insignificante em toda a sala. Usei leds de 3W dedicados exatamente por esse motivo. Qual é a potência máxima do led? 5W, mas pode ser alimentado adequadamente apenas por um curto período de tempo, logo ficará sem potência. E definitivamente não é sugerido por causa do problema de dissipação de calor. BTW, 5W gerará calor. Se você não quer derreter a caixa, você tem

Conector DC: opcional, mas recomendado. Durante o blecaute, ainda preciso / quero sair do porão, para restaurar a energia ou algo assim, e gostaria de ver o que estou fazendo, então tenho / quero levar minha lâmpada de emergência comigo. Não gosto de desconectar e carregar também o adaptador de alimentação, portanto, adicionei um pequeno conector DC para criar uma luz de emergência portátil e autônoma adequada. Por outro lado, você poderia apenas usar a porta USB para carregar a lâmpada, eu apenas decidi não reservar um carregador microUSB para esta lâmpada.

Ímã: também opcional, mas talvez útil para iluminar algo específico durante o apagão, colocando a lâmpada sobre um objeto metálico. Existem dois slots dedicados na caixa para o ímã redondo de 10x1mm, basta usar uma gota de cola para fixá-los.

Resistor de limitação de corrente: obrigatório para todos os led, exceto se você escolher os componentes adequados (como eu fiz). Os leds devem ser acionados controlando a corrente de fluxo e não a tensão aplicada. Cada led possui uma corrente nominal máxima (Id) e sua cor define sua tensão nominal de junção (Vf).

Alguns produtores poderiam dizer algo diferente em seu datasheet, neste caso siga o datasheet, mas estes são os Vf usuais para as diferentes cores [V]:

• IR - infravermelho 1.3
• vermelho: 1.8
• amarelo 1,9
• verde 2.0
• laranja 2.0
• wihte3.0
• azul 3,5
• UV - ultravioleta 4 - 4,5

Para calcular o valor correto do resistor limitador de corrente (R), você deve saber a tensão máxima (Va) de sua fonte de alimentação e usar esta fórmula:

R = (Va - Vf) / Id

A tensão de saída do TP4056 está entre 4,2 e 2,5 V, então temos que usar 4,2 V como Va. Usando os componentes que vinculei anteriormente, temos um led de 3W com um Vf de 3,5V, portanto, temos um Id de 0,85A. Neste caso, os números são:

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

Devia adicionar um resistor de 1Ohm porque na verdade estou tentando ensinar alguma coisa, na verdade é totalmente desnecessário, a resistência dos fios também ajuda. Além disso, a 0,85A a queda de tensão da bateria será relevante, então devemos usar - digamos - 3,8-4V como Va. Isso significa que o resistor limitador é ainda menos necessário.

Outro exemplo, com o mesmo tipo de led, mas avaliado em 1W, os números são:

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

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

Bem, este é o caso de componentes especificamente escolhidos com classificações definidas. Um led genérico pode funcionar normalmente considerando como 3V, 10mA. Obviamente isso não é 100% verdade, mas sem melhores informações …

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

Felizmente 120 Ohm é um valor de resistor padrão, se não fosse, eu teria usado o valor padrão maior mais próximo.

O resistor também dissipa energia na forma de calor, e também sua potência nominal deve ser projetada corretamente. Não se preocupe, é tão fácil quanto a determinação de Ohm.

W = (Va - Vf) * Id

Como 0,01 A (10 mA) pode fluir pelo resistor de 120 Ohm, ele pode dissipar 0,012 W de calor.

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

Um resistor comum de ¼ W será mais do que suficiente.

Resistor de pull down: este resistor deve apenas manter o mosfet em seu estado suposto, suprimindo qualquer transiente ou ruído que possa ser coletado pelos cabos e acidentalmente acionar o mosfet. Qualquer resistor na faixa de 1K-10K Ohm é adequado.

Como funciona?

Passei algumas horas para descobrir o melhor design. Procurei otimizar o custo do projeto minimizando os componentes necessários, procurando não abrir mão de funcionalidades. Eu poderia ter usado um microcontrolador, existem modelos básicos muito baratos vendidos em todos os lugares. Eu poderia ter usado PCB customizado, há uma abundância de serviços de produção e entrega de PCB. Decidi não fazer isso porque aumentaria muito o custo e a complexidade. Além disso, seria muito difícil recuperar um microcontrolador.

O TP4056 faz seu trabalho, cuidando da bateria e fornecendo energia. Seu pad de saída é conectado ao pino central da chave seletora, que pode estar em três configurações: conectado ao pino esquerdo, não conectado, conectado ao pino direito.

Quando não está conectado a nada (centro, posição desligada) o comportamento é bastante claro, o led está desligado, esteja o adaptador de parede fornecendo energia ou não. O processo de carga não depende do switch, se o adaptador de parede estiver conectado, a bateria será carregada.

Suponha que o pino direito esteja conectado ao terminal positivo do LED. Se você alternar o interruptor para ligar o centro e os pinos certos, você contornará o mosfet. O LED ficará LIGADO enquanto o TP4056 puder fornecer energia.

A opção restante é alternar a chave para fazer a ponte entre o pino central e o pino de origem do mosfet. Nesta configuração, o mosfet assume o controle. Se o pino do gate vir a tensão do adaptador de parede, ele não permitirá que a corrente flua entre a fonte e o dreno e o LED ficará apagado. Quando o blecaute começar, a tensão do carregador cairá rapidamente para zero. Agora, o terminal do gate do mosfet verá zero volt e permitirá que a corrente flua, então o LED ficará LIGADO enquanto o TP4056 puder fornecer energia.

Nada mal para apenas um mosfet e um switch simples. ^ _ ^

Etapa 3: Montagem

O diagrama de fiação está anexado, R1 é o resistor limitador de corrente, R2 é o resistor pull down.

Para explorar os traços projetados do case, você deve modificar o mosfet como eu fiz. Basicamente, você tem que cortar a parte superior de metal e alojar o pino central para deixá-lo entrar no furo, para usar o traço subjacente. Não se preocupe, este mosfet é classificado para tarefas muito mais pesadas do que acionar um pequeno LED, ele não será danificado por causa da área de menor dissipação.

Soldar a célula 18650 É UMA TAREFA DELICADA, saiba o que está fazendo. Não é difícil, mas é perigoso. Basicamente, você tem que usar o ferro de solda na potência máxima pelo menos tempo possível, mas por favor, gaste alguns minutos para entender um tutorial específico, pois há muitos deles. Melhor prevenir do que remediar.

Além disso, o processo de cablagem é bastante simples, basta seguir o diagrama em anexo e ver as fotos. Tente não derreter a caixa com o ferro de soldar, de qualquer forma imprimi minha caixa em PLA, que não fica resistente se aquecido. Assim que a fiação estiver pronta, use algumas gotas de cola quente para manter tudo seguro no lugar.

O conector DC é opcional, você também pode usar a porta USB integrada. Vou soldar um conector DC porque não quero reservar / cortar um cabo micro usb para esta lâmpada. Tenho que recuperar carregadores de celular antigos!

Se você quiser usar a porta USB, pode usar qualquer cabo USB 5V padrão.

Na verdade, você também pode cortar o cabo adaptador de parede antigo e conectar seu GND e os fios positivos a um terminal micro USB sobressalente. Basta cortar o cabo USB e expor seus fios de cobre, conectar o cabo GND ao pino 5 e conectar o cabo positivo ao pino 1 (imagem anexada). Para verificar qual fio é o pino 1 e 5, você deve usar um multímetro como um testador de continuidade. Bem, isso é viável, mas não recomendado. Você terminará com um plugue USB de voltagem não padrão e estará se esforçando muito para fazer algo que poderia ser muito mais fácil com um simples conector DC.

Etapa 4: uso

Conecte o carregador ou o cabo USB à luz de emergência.

Coloque a chave no modo de sua preferência, mude para automático se quiser que a lâmpada se comporte como uma luz de emergência adequada.

Espere o próximo apagão e aproveite como você pode evitar facilmente os cantos!:)

Olha o vídeo, mostra como esta lâmpada se comporta. Se você gostou do projeto, dê um positivo e inscreva-se para receber mais.

PS: Esta é para ser uma lâmpada de EMERGÊNCIA, você não deve usá-la como uma lâmpada padrão. O problema é simples e é uma "falha" do TP4056. Resumindo a história: se você usar a lâmpada no modo bypass (led sempre aceso) e o carregador estiver conectado, o processo de carga da bateria não terminará corretamente. Provavelmente não vai acabar de jeito nenhum. Sim, com a célula de lítio isso é um problema, você não pode bombear carga em uma célula para sempre! Esta configuração não é realmente perigosa, se usada por alguns minutos. Esta lâmpada não irá provocar uma explosão se você esquecer este problema e por acaso estiver nesta situação. Se precisar de luz desta lâmpada por, digamos, 10 minutos, você ainda pode usá-la neste modo sem correr perigo. Só não deixe / esqueça a lâmpada nesta configuração ou coisas ruins podem acontecer.