Cách tôi tạo ra chiếc đèn pin tiên tiến nhất từ trước đến nay: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Thiết kế PCB là điểm yếu của tôi. Tôi thường có một ý tưởng đơn giản và quyết định hiện thực hóa nó càng phức tạp và hoàn hảo càng tốt.

Vì vậy, tôi đã có lần nhìn một chiếc đèn pin 4,5V "quân đội" cũ với bóng đèn thông thường đang thu bụi a. Đầu ra ánh sáng từ bóng đèn đó khá tệ và pin không thể sạc lại được, tuổi thọ pin không tồn tại. Nhưng trường hợp của nó là tốt đẹp.

Vì vậy, tôi quyết định cung cấp cho nó một trái tim công nghệ cao mới.

Vì vậy, tôi tự hỏi mình: "Tôi muốn xây dựng bao nhiêu chức năng?" Và tôi nói: "Có. Tất cả chúng."

:)

Tôi muốn: - thời lượng pin tuyệt vời được lưu trữ với pin Li-Ion có thể sạc lại 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A). Thời lượng pin dao động từ 20 giờ đến 6 giờ, tùy thuộc vào cài đặt nguồn.

- Điốt LED hiệu suất cao nhất có thể mà tôi có thể tìm thấy - Cree XP-G3 cực kỳ hiệu quả (187lm / W)

- IC điều khiển LED hiệu suất cao nhất có thể (hơn 90%) - trình điều khiển LED tiêu dùng chỉ hiệu quả khoảng 60%

- Tôi muốn sạc nó qua USB và với bộ chuyển đổi bên ngoài lên đến 40V, vì vậy tôi có thể sạc nó ở bất cứ đâu với bất kỳ thứ gì

- Tôi cũng muốn nó hoạt động như một ngân hàng điện, vì vậy tôi có thể sạc điện thoại bằng nó

- Tôi muốn có chỉ báo trạng thái sạc, vì vậy tôi có thể xem lượng nước trái cây vẫn còn bên trong

- và tôi muốn lắp mọi thứ bên trong chiếc hộp nhỏ đó

Vì vậy, tôi cần thiết kế một PCB tùy chỉnh phù hợp với bên trong vỏ của nó và tôi cần phải phù hợp với mọi thứ được mô tả ở trên trên bo mạch đó.

Trên đây là video giới thiệu toàn bộ quá trình thiết kế. Hãy xem, chia sẻ, thích và đăng ký kênh youtube của tôi:)

Tôi sẽ mô tả kỹ hơn các bước thiết kế trong tài liệu hướng dẫn này.

Hy vọng rằng tài liệu hướng dẫn này sẽ cung cấp cho một số người quan điểm về những gì có thể làm và cần bao nhiêu công việc để làm điều đó và thậm chí có thể truyền cảm hứng cho một số trẻ em trở thành kỹ sư điện:)

Bước 1: Đèn pin cũ

Đây là một loại đèn giá rẻ, chạy bằng pin 4,5V và sáng như một ngọn nến thông thường.

Nó có các bộ lọc màu đỏ và xanh lá cây được vận hành bằng tay rất mát mẻ.

Bước 2: Gutting đèn pin

Tôi rút ruột tất cả các bộ phận ra và đo kích thước bên trong. Tôi cần thiết kế bảng phù hợp hoàn hảo.

Tôi quyết định sử dụng song song 3 pin lithium. Vỏ quá nhỏ để sử dụng các ô 18650 cổ điển. Vì vậy, tôi quyết định sử dụng 18500 cell ngắn hơn một chút - Panasonic NCR18500A với khoảng 2000mAh mỗi cell. Vì vậy, tôi đã có dung lượng khá tốt với tổng số 6Ah

Điều này có nghĩa là không gian cho PCB khá nhỏ. Nhưng họ nói: "người ta có thể xoay sở nếu anh ta cố gắng":)

Bước 3: Sơ đồ

Vì vậy, tôi đã tạo ra sơ đồ cực kỳ phức tạp này. Đừng hỏi tôi về số giờ tôi đã dành cho việc này:)

Tôi đã tìm kiếm và lựa chọn các thành phần thích hợp trong một vài ngày, trước khi tôi đi đến kết luận. Điều này có nghĩa là duyệt các trang web của nhà sản xuất (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) cho các vi mạch theo danh mục và chọn một vi mạch phù hợp với nhu cầu của tôi. Và IC cần có sẵn để mua với số lượng mùi trên các trang web như Farnell, Mouser và Digikey.

Việc đấu dây cho tất cả các vi mạch không quá khó vì các nhà sản xuất luôn bao gồm một sơ đồ đấu dây cơ bản trong biểu dữ liệu vi mạch. Tôi sẽ không đi vào chi tiết ở đây về sơ đồ, nếu có bất kỳ câu hỏi nào phát sinh, vui lòng hỏi trong phần bình luận.

Sơ đồ bao gồm các mạch phụ sau:

- Bảo vệ quá tải / quá dòng và bảo vệ quá dòng của pin giúp pin luôn trong giới hạn hoạt động an toàn.

- Bộ điều khiển sạc chậm USB - dùng để sạc chậm đèn pin qua cổng micro USB. Điều này tăng thêm sự tiện lợi, nhưng đèn pin có thể sạc đến 12 giờ thông qua tùy chọn này, tôi đã thêm một công tắc để chọn dòng sạc giữa 100mA (giới hạn dòng USB 1.0), 500mA (dòng USB tiêu chuẩn) và 800mA (sạc tường)

- Bộ điều khiển sạc nhanh - IC này điều khiển việc sạc thông qua đầu nối giắc cắm DC gắn trên hộp pin. Nó có thể xử lý điện áp đầu vào từ 5V đến 40V, có bảo vệ phân cực ngược và có thể sạc pin trong vài giờ tối đa. Tôi đã thêm một công tắc để chọn hai dòng sạc khác nhau tùy thuộc vào giới hạn của nguồn điện. Dòng điện có thể lựa chọn giữa 1A và 3A. Bằng cách này, bạn không thể làm quá tải bộ chuyển đổi tường DC được cấp nguồn thấp hơn. Tôi muốn nó phổ quát:)

- Trình điều khiển LED - Tôi đã chọn trình điều khiển LED hiệu suất cao (90%), có khả năng điều khiển LED với dòng điện lên đến 1A (khoảng 3W). Đây là công suất khá thấp, nhưng tôi đã chọn đèn LED hiệu suất cao nhất mà tôi có thể tìm thấy - Cree XP-G3 (187lm / W) tạo ra công suất truyền động thấp. Tôi muốn hiệu quả và tuổi thọ pin cao nhất có thể. Trình điều khiển hỗ trợ 4 cài đặt nguồn có thể thiết lập. Tôi đã chọn Tắt, 1W, 2W và 3W.

- Công tắc xoay sang bộ giải mã nhị phân - điều này là do đầu ra nguồn của trình điều khiển LED được mã hóa nhị phân và tôi cần chuyển đổi đầu ra từ công tắc sang mã nhị phân 2 bit với IC cổng OR kép.

- Bộ chỉ báo đo nhiên liệu ắc quy do tôi thiết kế riêng biệt với 4 bộ so sánh, tham chiếu điện áp chính xác và bộ chia điện trở chính xác. Nó cho biết dung lượng còn lại dựa trên điện áp của pin. Tôi đã tìm thấy một đường cong điện áp phóng điện cho một tế bào pin tương tự và tính toán các bộ chia điện trở để chúng sáng đèn LED cho phù hợp.

- Chức năng sạc dự phòng USB và bộ điều khiển sạc nhanh. IC đầu tiên tạo ra một IC 5V ổn định từ điện áp pin 2,5V - 4,2V. IC thứ hai là một bổ sung tuyệt vời - nó là một bộ điều khiển sạc USB. Khi bạn kết nối điện thoại với cổng sạc, IC này sẽ giao tiếp với điện thoại và cho nó biết đây là cổng sạc thông minh và cho điện thoại biết rằng nó có thể sử dụng dòng sạc lên đến 1.5A. Nếu không có IC này, nhiều điện thoại sẽ chỉ sạc với dòng điện mặc định của USB là 500mA. Khi sạc nhanh được thiết lập, nó sẽ sáng lên một đèn LED để bạn có thể thấy rằng điện thoại đang sạc nhanh. Một công tắc nhỏ trên PCB được sử dụng để kích hoạt chức năng của ngân hàng điện.

Nếu bạn tin hay không, trên sơ đồ này có 125 thành phần:)

Để lắp chúng trên một bảng rất nhỏ, tôi phải sử dụng các thành phần thụ động có kích thước 0402 thu nhỏ - một kích thước điện trở là 1mm x 0,5mm hoặc 0,04 x 0,02 inch. Do đó kích thước của chúng 0402.

Bước 4: PCB

Sau đó, khi giản đồ hoàn tất, đã đến lúc định hình vùng PCB theo các kích thước mong muốn và đặt các thành phần trên PCB.

Đây là nhiệm vụ khá dài, nhưng bạn sẽ thích làm nó. Đó là một công việc tốt đẹp và thư giãn.

Một chút kiến thức về các vị trí thành phần cụ thể rất hữu ích. Nó chủ yếu có được từ sách và hướng dẫn và một số đi kèm trong thực tế. Bạn càng có nhiều PCB thì bạn càng trở nên giỏi hơn khi làm việc đó.

Tôi sử dụng Altium Designer, một chương trình chuyên nghiệp và tôi nhận được giấy phép từ công việc của mình. Nhưng đối với một người có sở thích, Eagle, Kicad, thiết kế PCB và nhiều loại khác là một giải pháp tốt hơn vì nó dễ dàng hơn nhiều để bắt đầu.

Tôi làm việc với các thành phần cũng được vẽ dưới dạng 3D, điều này giúp ích rất nhiều cho việc hình dung và thiết kế thùng loa, bởi vì bạn biết mọi thứ ở đâu và độ cao của chúng. Nhưng việc vẽ các dấu chân linh kiện bằng các cơ thể 3D tốn gấp 3 lần công việc. Nhưng nó là giá trị nó về lâu dài.

Đây là dữ liệu thiết kế PCB bao gồm các vi mạch, các tệp sơ đồ lớn hơn, lắp ráp và hóa đơn vật liệu:

Tôi sử dụng JLCPCB để tạo bảng của mình. Chi phí của bảng này chỉ là một vài đô la cho 5 chiếc (cộng với vận chuyển), đó là một món hời! Đăng ký để nhận $ 18 phiếu thưởng người dùng mới:

Bạn có thể sử dụng mã phiếu giảm giá "JLCPCBcom" khi thanh toán để được chiết khấu nhỏ.

Bước 5: Sản xuất PCB

Số ngày khắc PCB tại nhà được đánh số. Ở trường trung học 10 năm trước, tôi đã từng khắc PCB của mình ở nhà. Đó là cách rẻ hơn theo cách đó. Nhưng sau đó không có công ty Trung Quốc nào cung cấp PCB gần như miễn phí.:)

Giờ đây, bạn có thể mua PCB 2 lớp với giá 2usd + vận chuyển tại các trang web như JLCPCB.com. Cách này thuận tiện hơn và bạn có được bảng điểm chuyên nghiệp.

Bạn chỉ cần xuất các tệp gerber (chứa thông tin về các lớp đồng trên PCB) và tải chúng lên trang web của họ và đợi một vài tuần để người đưa thư yêu thích của bạn gửi kiệt tác của bạn.

Bước 6: Hàn

Hàn các thành phần nhỏ này không phải là nhiệm vụ dễ dàng. Nhưng với một mỏ hàn tốt và tầm nhìn tốt thì điều đó có thể được thực hiện.

Tôi sử dụng trạm hàn Ersa Icon hoạt động rất tốt.

Đối với dự án này, tôi đã chọn các thành phần nhỏ một cách kỳ cục vì tôi có rất ít không gian. Nếu không, tôi sẽ chọn các thành phần 0603 hoặc 0805 dễ hàn hơn nhiều.

Bước 7: Tản nhiệt cho đèn LED

Tôi cần lắp một số khối nhôm vào vỏ để phân phối nhiệt từ đèn LED.

Vì tôi đã có mô hình 3D bảng của mình, tôi có thể dễ dàng tạo mô hình 3D và sản xuất nó bằng bộ định tuyến theo sở thích của mình.

Tôi có thể khoét tất cả các lỗ và vết cắt để vừa với nó một cách hoàn hảo.

Bước 8: Bắt đầu hội

Sau đó, việc lắp ráp bắt đầu và mọi thứ đột nhiên khớp hoàn toàn.

Bên dưới PCB, tôi dán băng Kapton để bo mạch được cách ly về điện với nhôm để không xảy ra đoản mạch.

Bước 9: Vài giờ uốn cáp sau đó…

Con thú đã gần như hoàn thành!

Tôi uốn các dây cáp, gắn công tắc và đầu nối nguồn, kết nối tất cả mọi thứ, gắn ống kính cho đèn LED và gắn pin vào bên trong hộp đựng pin, dán các nhiệt điện trở để đo nhiệt độ pin. Các IC sạc giữ cho pin ở trong giới hạn an toàn. Nếu nhiệt độ quá thấp hoặc quá nóng, dòng sạc sẽ giảm để không làm hỏng pin.

Bước 10: Và sau đó…

Hoàn thành!

Đèn pin đã hoàn thành! Xem video ở trên cùng của hướng dẫn để biết nó hoạt động như thế nào và nó tỏa sáng như thế nào!

Điều duy nhất cần nâng cấp là tôi cần phải bịt kín lỗ xung quanh các đầu nối USB để tránh bụi.

Nhưng tôi vẫn chưa hình dung được cách làm như thế nào cho hợp lý. Nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào, hãy nói với nó trong phần bình luận.

Vì vậy,.. Bây giờ bạn nghĩ rằng tôi là một người chuyên nghiệp và bạn không thể tạo ra những thứ như vậy. Nhưng bạn đã nhầm. Khi tôi bắt đầu với điện tử ở trường cấp hai, tôi cũng không có bất kỳ ý tưởng nào về những gì tôi đang làm. Tôi đã tìm kiếm trực tuyến các sơ đồ và tôi đã cố gắng hàn chúng khi tôi thậm chí không biết bóng bán dẫn là gì và nó hoạt động như thế nào. Tất nhiên hầu hết chúng đều không hoạt động. Thông qua thử nghiệm và sai lầm, tôi đã trở nên tốt hơn và tốt hơn. Tôi đọc một số cuốn sách, đi học kỹ thuật điện và bắt đầu chế tạo nhiều PCB. Với mỗi cái, tôi đã tốt hơn. Và bạn cũng vậy!

Cảm ơn bạn đã đọc hướng dẫn của tôi! Vui lòng kiểm tra các tài liệu hướng dẫn khác của tôi!

Bạn có thể theo dõi tôi trên Facebook và Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

cho những người tiết lộ về những gì tôi hiện đang làm, cảnh hậu trường và các tính năng bổ sung khác!

Về nhì trong Thử thách thiết kế PCB