Floodlight USB: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Isso começou como uma prática de soldagem SMD (dispositivo de montagem em superfície) em placas de protótipo padrão e resultou em um holofote compacto alimentado por USB muito brilhante, ótimo para camping ou iluminação de emergência.

A maioria das lâmpadas LED modernas contém chips de LED SMD no interior. Esses chips são produzidos em massa, muito baratos e disponíveis para o amador a preços muito baixos. Comprei 200 do tipo 5730 por 1 EURO. O número de 4 dígitos indica seu tamanho: 5,7x3,0 mm. Eles são classificados para 0,5 W (~ 140 mA a 3,5 V) cada, embora exijam um dissipador de calor para funcionar continuamente com essa potência. Sem um dissipador de calor, eles devem funcionar com uma corrente muito mais baixa ou podem funcionar no modo pulsado com corrente total, por exemplo, no modo multiplexado ou estroboscópico.

Esta instrução detalha como fazer um holofote alimentado por USB, mas o preço baixo e o tamanho pequeno significam que eles podem ser usados para muitas outras aplicações, como monitores DIY de 7 segmentos, luzes de ambiente, luzes de crescimento, projetores, mesas de desenho ou qualquer soluções de iluminação personalizadas.

Os bancos de energia USB padrão fornecem 5V 1A e os maiores podem fornecer 2A. O design apresentado aqui é para 1A, então funcionará em qualquer banco de potência, mas dobrando o número de LEDs você pode fazer um para 2A.

Etapa 1: Teoria

Ao contrário da luz incandescente antiquada, a queda de tensão em um LED depende muito pouco da corrente. A queda de tensão para LEDs brancos de alta corrente vai de ~ 3,0 V em correntes de ~ 10 mA a ~ 3,5 V a 100 mA. Portanto, eles não podem ser conectados diretamente ao 5V fornecido por um banco de energia USB. A solução mais fácil é conectar cada LED em série com um resistor. O valor deste resistor determina a corrente através do LED e, portanto, o brilho. A corrente exata de um LED com resistor é difícil de calcular, mas fácil de estimar e simples de medir.

Por exemplo, um resistor de 1 kOhm em série com um LED branco significa que a corrente é muito baixa, então a queda de tensão no LED é de ~ 2,9 V, deixando 2,1 V no resistor e, portanto, uma corrente de 2,1 mA no resistor, e o mesmo 2.1mA através do LED. Um resistor de 100 Ohm resultaria em 21 mA se a queda de tensão do LED permanecer 2,9 V, mas é provável que aumente para 3,0 V, deixando "apenas" 2,0 V no resistor e, portanto, 20 mA no LED. Com um resistor de 10 Ohm, a corrente seria 200mA se a queda de tensão do LED fosse 3,0 V, mas é provável que aumente para 3,4 V, e a queda restante de 1,6 V no resistor dá uma corrente de 160 mA, que é ligeiramente acima do corrente nominal.

Então você pode pensar que para fazer uma lâmpada forte com uma fonte de 5 V 1A, seria suficiente colocar em paralelo 6 ou 7 LEDs de 0,5 W, cada um com um resistor em série de 10 Ohms. Cada LED consumiria 160mA * 3,4V = 0,54W e cada resistor 160mA * 1,5V = 0,24W. Isso está perto das especificações para o LED e dentro das especificações para um resistor de 1 / 4W. Mas se você tentar fazer isso, verá que tanto o LED quanto o resistor ficam extremamente quentes (~ 100C). Ainda mais se você colocar todos esses componentes próximos uns dos outros. A menos que um dissipador de calor e um ventilador sejam usados, eles provavelmente morrerão e produzirão muita fumaça tóxica no processo.

Então, tentei as seguintes configurações:

10 LEDs com resistores em série de 22 Ohms. Eu meço a queda de 1,4 V nos resistores, então a corrente é de 64 mA por LED, 0,64 A no total. Com os LEDs e os resistores montados próximos, ele fica tão quente que machuca ao toque, mas não derrete nem queima e é uma boa luz compacta para uso ocasional.

24 LEDs com resistores série 47 Ohm. Eu meço uma queda de 1,7 V nos resistores, então a corrente é 36 mA por LED, 0,86 A no total. As coisas esquentam depois de algum tempo. Curiosamente, os resistores parecem mais quentes do que os LEDs, apesar de consumirem mais energia e serem menores. Talvez os LEDs consigam irradiar uma grande fração de sua energia como luz? Eu não o usaria em uma barraca, pois as temperaturas atingidas podem ser dolorosas e podem aumentar a um nível perigoso se acidentalmente coberto.

40 LEDs com resistores em série de 100 Ohms. Eu meço a queda de 1,9 V nos resistores, então a corrente é de 19 mA por LED, 0,76 A no total. Fica visivelmente quente, mas definitivamente não quente. Isso faz uma grande lâmpada, semelhante a uma lâmpada LED de 3W (ou lâmpada incandescente de 30W). Muito útil para a fotografia de pequenos objetos, trabalhos de soldagem ou conserto, mas também para iluminar a churrasqueira ou como luz de emergência em casa, na estrada ou no acampamento.

Etapa 2: componentes necessários

As instruções são para o painel de 40 LED com resistores da série de 100 Ohm, que eu acho que é o mais brilhante e o mais seguro. A coisa toda levou cerca de uma hora para ser soldada, mas admito que foi depois de ter adquirido alguma experiência e confiança com duas outras versões da placa.

Componentes necessários (custo total: menos de 1 euro se comprado a granel)

• 40 LEDs SMD '5730' brancos
• 40 resistores de 100 Ohm, 1 / 4W
• 1 placa protótipo 5x7cm. Furos de um lado, 18x24.
• 1 conector USB macho.

Ferramentas: um ferro de soldar, solda, pinças.

Os LEDs têm polaridade. À distância, sua aparência pode parecer simétrica, mas em uma inspeção mais próxima, você verá várias diferenças. O mais útil é no lado frontal amarelo: há a parte oval que realmente acende, mas um lado contém uma linha adicional. Esse é o lado negativo, assim como para diodos, capacitores eletrolíticos etc.

Etapa 3: instruções de construção

Comece 40 colocando bolhas de solda no local onde os LEDs se conectam ao aterramento. Em seguida, solde os LEDs com seu lado negativo no blob de solda: segure o LED com a pinça, derreta o blob de solda e mude o LED para o blob de líquido. Certifique-se de que o orifício no lado positivo do LED tenha algum espaço para a passagem do cabo do resistor.

Um por um, monte os resistores na parte de trás da placa, seguindo o padrão regular mostrado na imagem. Solde um lado para o lado positivo do LED e o outro lado para o centro da placa. Corte os fios em excesso no lado do solo, mas deixe-os no lado positivo.

No final, conecte também todos os cabos do lado positivo. Agora é um bom momento para testar se todos os LEDs funcionam. Descobri que com o multímetro ajustado na configuração de 200 Ohm, os LEDs acendem ligeiramente, mas distintamente o suficiente para ver se um não está bem conectado. Use alguns dos condutores em excesso para conectar todos os pontos de ambos os trilhos negativos.

Agora conecte o conector USB. Coloquei quatro bolhas de solda e soldei todos os quatro pinos na placa, para que o conector fique bem preso à placa. Visto de cima, o pino esquerdo é positivo e o pino direito é negativo, e deve ser conectado aos respectivos trilhos. Os dois pinos centrais são para dados e, portanto, não são usados. A conexão com o trilho de aterramento esquerdo deve ir do lado traseiro para permitir que cruze o trilho positivo no centro. Agora você pode testá-lo em um banco de energia e se todas as luzes acenderem bem, você está pronto!

Etapa 4: Desempenho

É notoriamente difícil mostrar a intensidade da luz: a exposição automática de uma câmera fotográfica significa que quanto mais forte a luz, menor será a exposição. As fotos tiradas da performance da 'tocha incrivelmente brilhante' são bastante desanimadoras. No entanto, acho que a imagem acima dá uma ideia honesta: perto dela é muito brilhante, mas também ilumina bem a alguns metros de distância. Observe também que a iluminação é muito homogênea, pois esses LEDs SMD, ao contrário dos LEDs de acrílico, não possuem lente focalizadora.

Por último, mas não menos importante, se você gostar dessas instruções, considere votar nele no concurso 'Make it Glow'!