O plug USB: 9 etapas (com imagens)

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

Neste Instructable, mostrarei como fazer um LED super brilhante, alimentado por USB, com um formato compacto, que chamei carinhosamente de "The Plugbulb".

Esta pequena lâmpada pode ser conectada a qualquer conector USB. Ótimo para transformar seu banco de energia portátil em uma lanterna poderosa e duradoura!

Etapa 1: Ingredientes

Vamos começar com os materiais. Um plugbulb requer:

• Um plugue USB (de preferência de um cabo quebrado)
• Uma lâmpada LED 3W
• Um dissipador de calor LED
• 2 diodos, da variedade não emissora de luz (qualquer tipo deve servir) OU um resistor de 5 ohm, 1 / 2W
• sua tampa de garrafa de plástico favorita (aqui está a minha)
• 1/2 pacote de Sugru (ou similar)
• uma quantidade minúscula de composto térmico

Junto com as seguintes ferramentas:

• ferro de solda e solda
• pistola de cola quente
• alicate
• dedos

Sinta-se à vontade para aumentar sua receita conforme desejado para lotes maiores de Plugbulb.

Etapa 2: rasgue o conector USB

Tenha cuidado para preservar pelo menos alguns centímetros dos fios. Descobri que o alicate funcionou bem para retirar o plástico. Pode depender do tipo de plástico ao redor do cabo. Também é uma boa ideia usar um com o cabo saindo pela parte de trás do plugue, e não pela lateral.

Etapa 3: Faça o circuito de LED, parte um

Aqui está a parte técnica. Vou mergulhar em alguma teoria para aqueles interessados em entender como projetar com LEDs de energia. Para aqueles que preferem apenas continuar com o projeto para que você possa começar a cegar seus amigos com sua nova lanterna legal, fique à vontade para pular para a próxima etapa.

Os diodos podem ser difíceis de projetar no início porque são dispositivos não lineares. Isso significa que a tensão e a corrente não são linearmente proporcionais como nos resistores. A primeira imagem acima, cortesia de https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, mostra uma curva IV típica, ou a relação entre corrente e tensão, para um diodo.

LEDs são diodos especiais projetados para emitir um determinado comprimento de onda de luz. Os LEDs de alta potência com os quais trabalharemos terão uma curva semelhante à anterior, exceto com a inclinação exponencial alongada horizontalmente (a curva para cima é deslocada em direção a uma voltagem mais alta). A segunda imagem acima é uma curva que fiz com dados que reuni enquanto investigava as características dos LEDs de 3W que usei neste projeto (os mesmos que vinculei, mas acho que todos os LEDs brancos de 3W serão muito semelhantes).

Em meus testes, descobri que entre 200 a 500 mA parece fornecer o melhor equilíbrio entre brilho e consumo de energia. Acima de 500, os ganhos de brilho são mínimos à medida que a corrente aumenta. Abaixo de 200, o LED não é tão brilhante quanto pode ser. Tão fácil. Se quisermos passar uma determinada quantidade de corrente, tudo o que temos a fazer é seguir a curva e encontrar a tensão a que ela corresponde. Se eu estivesse alimentando isso com uma fonte de tensão ajustável e pudesse discar nessa tensão específica, seria realmente muito fácil.

A parte complicada é quando você deseja alimentá-lo de uma fonte sem a voltagem correta. Neste projeto, queremos alimentar o LED de 5 volts. Se conectarmos o LED diretamente a 5 volts, bombearemos muita corrente através dele e ele queimará em um instante. Então, como limitamos a corrente?

Temos várias opções. Poderíamos usar um regulador de tensão ou corrente IC, e alguns podem argumentar que esta é a melhor maneira de realizar esta tarefa. No entanto, o tamanho é uma limitação neste projeto, então precisamos de algo menor. Felizmente, como estamos desligando isso de uma fonte estável e regulada de 5 volts (como as fontes USB normalmente são), podemos simplesmente usar diodos e / ou resistores para aprimorar a corrente / tensão de que precisamos.

Descreverei como escolher resistores corretamente primeiro, embora tenha optado por usar o método de diodo em minha construção. Para dimensionar o resistor correto, tomaríamos a corrente que queremos, digamos 300mA, e a voltagem que o resistor verá, 5V-VLED, onde VLED é a voltagem através do LED em 300mA (usando nosso gráfico) e usaremos a lei de ohms (V / I = R) para calcular. No gráfico podemos ver que a 300mA o LED está caindo cerca de 3,25V. Portanto, nosso resistor cairá 5-3,25 = 1,75V. Usando a lei de ohms, nosso resistor deve ser 1,75 V / 300 mA = 5,83 ohms.

Se você não tem uma boa curva IV para o seu LED, pode sempre recorrer à matemática, mas ela não é bonita. A última imagem que anexei a esta etapa é a equação para a curva IV típica de um diodo. Podemos combinar esta equação com a lei de ohms para o resistor (V = IR) e resolver para R (se você souber a corrente de saturação do LED). Sabemos que os I's são iguais e os V's têm que somar 5. Duas equações, duas incógnitas. Mas nojento … certo?

Para encurtar a história, um resistor de cerca de 5 ohms resolverá o problema. Você também deve levar em consideração a dissipação de energia. 5 ohms a 300mA dissiparão 0,3 ^ 2 * 5 = 0,45W de calor, então precisamos de um resistor de 1 / 2W. 5 ohms é um tamanho de resistor estranho, no entanto, podemos fazer isso com resistores mais comumente disponíveis em paralelo, como dois resistores de 10 ohms ou quatro resistores de 20 ohms. Se você fizer este método, certifique-se de que seus resistores sejam de 1 / 4W ou, de preferência, ainda maiores em termos de dissipação de energia aceitável, caso contrário, eles podem ficar muito quentes e se tornar um perigo.

A outra opção é usar diodos para diminuir a tensão. Diz-se que um diodo padrão cai 0,7 volts, no entanto, este não é exatamente o caso. Ele cairá um pouco mais em correntes mais altas e um pouco menos em correntes mais baixas. Isso significa que dois diodos em série cairão em torno de 1,4V. Em nosso circuito, isso deixaria 3,6 V para o nosso LED, que deve passar em torno de 500 mA de acordo com nosso gráfico. Embora seja um pouco alto, está dentro da faixa que eu estava procurando, e adicionar um terceiro diodo em série deixaria a tensão muito baixa (~ 2,9 V). Além disso, ao passar essa quantidade de corrente pelos diodos, é provável que a queda de tensão seja um pouco maior do que 0,7, portanto, o sistema encontrará um equilíbrio com uma corrente ligeiramente mais baixa. Novamente, isso pode ser resolvido com mais precisão com matemática se você tivesse todos os detalhes dos diodos, mas usei uma abordagem mais fácil - um regulador de tensão ajustável. Acabei de adicionar dois diodos (porque esta era minha estimativa) e lentamente aumentei a voltagem enquanto mede a corrente. Quando cheguei aos 5 volts, estava puxando algo em torno de 400mA. Perfeito.

Se você estiver usando um diodo diferente e dois não funcionarem, você pode adicionar ou subtrair diodos ou até mesmo tentar diodos diferentes com uma queda de tensão diferente. Ou você pode usar resistores se tiver os valores corretos por aí. Não consigo pensar em nenhuma razão para que um método seja melhor do que o outro, mas se você puder, adoraria saber mais sobre isso nos comentários.

Mais uma nota lateral para quem joga com LEDs de alta potência: Água destilada é um ótimo dissipador de calor! Enquanto testava os limites desses LEDs, mergulhei-os completamente em água destilada. A água destilada é um isolante (bem, mais como um condutor muito, muito fraco), por isso é segura para a eletrônica. NÃO USE água da torneira, pois os minerais dissolvidos são o que a torna condutora. Como sempre, use o bom senso e seja cuidadoso, mas isso pode ser um truque útil.

Etapa 4: faça o circuito de LED, parte dois

Agora é hora de soldar o circuito básico.

Coloque um pouco de pasta térmica no centro do dissipador de calor e pressione o LED sobre ele. Isso ajudará a manter o LED no lugar enquanto você o solda ao dissipador de calor. Agora faça isso. Solde o LED no dissipador de calor.

Em seguida, solde o LED e os dois diodos (ou seu resistor de 5 ohms) em série. Lembre-se de que os diodos são polarizados, portanto, certifique-se de que todos estejam voltados para a mesma direção ou a luz não acenderá. Os diodos geralmente têm uma faixa prateada indicando o lado da baixa tensão. Certifique-se de que cada um entre no circuito com esta banda no lado mais distante de sua fonte de 5V. O LED também é um diodo, o que significa que também é direcional. Certifique-se de que isso aponta na direção certa também. Normalmente, eles têm uma marca nos terminais minúsculos. Se o seu não tiver, use uma fonte de baixa tensão (~ 2-3 V, duas baterias AA em série funcionarão) para testar. Você não danificará o LED conectando-o ao contrário, ele simplesmente não funcionará.

Coloquei um pouco de fita isolante na parte de trás do dissipador de calor e coloquei os diodos atrás dele. Não importa a ordem em que esses componentes vão dentro do circuito, desde que todos estejam voltados para a direção correta.

Etapa 5: conecte o conector

Agora solde o conector USB ao circuito. Tudo que você precisa é dos fios de alimentação (vermelho) e comum (preto) do USB. Você pode cortar os outros (mas cuidado para não causar curto-circuito, para não danificar qualquer dispositivo ao qual você conecte). Tente fazer isso com o mínimo de folga excessiva possível nos fios.

Agora use um pouco de cola quente para unir tudo.

Etapa 6: faça um furo na tampa da garrafa

Sim, eu sei que é o seu favorito, mas temos que fazer isso.

Precisamos fazer uma fenda na parte de trás da tampa da garrafa para que o plugue USB possa passar. Descobri que poderia usar uma broca para fazer dois furos próximos um do outro com a largura certa e, em seguida, usar um movimento de serra com a broca para conectá-los, formando uma fenda. Tenho certeza de que existem métodos e ferramentas melhores e adoraria aprender sobre eles nos comentários!

Etapa 7: adicione a tampa da garrafa

Agora empurre o macaco através da fenda que você fez na tampa da garrafa e adicione um pouco mais de cola quente ao redor do parêntese para prendê-lo no lugar.

Etapa 8: Adicionar o Sugru

Use o Sugru para fazer um belo lacre ao redor do topo do macaco e esconda a aparência. Esse material também atua como uma cola, o que o tornará mais durável.

Etapa 9: Divirta-se

Contemplar! O Plugbulb!

Essas luzes puxam menos energia do que o carregamento de um smartphone, então elas devem poder ser alimentadas por praticamente qualquer bateria USB que você tenha. Ótimo para uma luz de emergência ou para um acampamento. Com uma bateria grande, eles funcionam por dezenas de horas!

Feliz fabricação!