El enchufe USB: 9 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En este Instructable, le mostraré cómo hacer un LED súper brillante alimentado por USB con un factor de forma compacto, que he llamado con cariño, "The Plugbulb".

Esta pequeña bombilla se puede conectar a cualquier conector USB. ¡Excelente para convertir su banco de energía portátil en una linterna potente y duradera!

Paso 1: ingredientes

Empecemos por los materiales. Un Plugbulb requiere:

• Un enchufe USB (preferiblemente de un cable roto)
• Una bombilla LED de 3W
• Un disipador de calor LED
• 2 diodos, de la variedad no emisora de luz (cualquier tipo debería ser suficiente) O una resistencia de 5 ohmios y 1/2 W
• tu tapa de botella de plástico favorita (aquí está la mía)
• 1/2 paquete de Sugru (o similar)
• una pequeña cantidad de compuesto térmico

Junto con las siguientes herramientas:

• soldador y soldadura
• pistola de silicona
• alicates
• dedos

Siéntase libre de ampliar su receta como desee para lotes más grandes de Plugbulb.

Paso 2: separe ese conector USB

Tenga cuidado de conservar al menos un par de pulgadas de los cables. Descubrí que los alicates funcionaban bien para despegar el plástico. Puede depender del tipo de plástico que rodea su cable. También es una buena idea usar uno con el cable saliendo por la parte posterior del enchufe, en lugar del lateral.

Paso 3: hacer el circuito LED, primera parte

Aquí está la parte técnica. Voy a sumergirme en algo de teoría para aquellos interesados en comprender cómo diseñar con LED de potencia. Para aquellos que prefieren simplemente continuar con el proyecto para que puedan comenzar a cegar a sus amigos con su nueva linterna, no duden en pasar al siguiente paso.

Los diodos pueden ser difíciles de diseñar al principio porque son dispositivos no lineales. Esto significa que el voltaje y la corriente no son linealmente proporcionales como en las resistencias. La primera imagen de arriba, cortesía de https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, muestra una curva IV típica, o la relación entre corriente y voltaje, para un diodo.

Los LED son diodos especiales que están diseñados para emitir una determinada longitud de onda de luz. Los LED de alta potencia con los que trabajaremos tendrán una curva similar a la anterior, excepto con la pendiente exponencial alargada horizontalmente (la curva hacia arriba se desplaza hacia un voltaje más alto). La segunda imagen de arriba es una curva que hice con los datos que recopilé mientras investigaba las características de los LED de 3 W que usé en este proyecto (los mismos a los que me vinculé, pero supongo que todos los LED blancos de 3 W se verán bastante similares).

De mis pruebas, encontré que entre 200 y 500 mA parece dar el mejor equilibrio entre brillo y consumo de energía. Más allá de 500, las ganancias de brillo son mínimas a medida que aumenta la corriente. Por debajo de 200, el LED no es tan brillante como podría ser. Tan fácil. Si queremos pasar una determinada cantidad de corriente, todo lo que tenemos que hacer es seguir la curva y encontrar el voltaje al que corresponde. Si estuviera alimentando esto con una fuente de voltaje ajustable y pudiera marcar ese voltaje específico, de hecho sería así de fácil.

La parte complicada surge cuando desea alimentar esto desde una fuente sin el voltaje correcto. En este proyecto, queremos alimentar el LED de 5 voltios. Si conectamos el LED directamente a 5 voltios, bombearíamos demasiada corriente a través de él y se quemaría en un instante. Entonces, ¿cómo limitamos la corriente?

Tenemos varias opciones. Podríamos usar un IC regulador de voltaje o corriente, y algunos podrían argumentar que esta es la mejor manera de realizar esta tarea. Sin embargo, el tamaño es una limitación en este proyecto, por lo que necesitamos algo más pequeño. Afortunadamente, dado que estamos apagando esto con una fuente estable y regulada de 5 voltios (como suelen ser los suministros USB), simplemente podemos usar diodos y / o resistencias para ajustar la corriente / voltaje que necesitamos.

Primero describiré cómo elegir correctamente las resistencias, aunque elegí usar el método de diodo en mi construcción. Para dimensionar el resistor correcto, tomaríamos la corriente que queremos, digamos 300mA, y el voltaje que verá el resistor, 5V-VLED, donde VLED es el voltaje a través del LED a 300mA (usando nuestro gráfico) y usar la ley de ohmios (V / I = R) para calcular. En el gráfico podemos ver que a 300mA el LED está cayendo alrededor de 3.25V. Por lo tanto, nuestra resistencia caerá 5-3.25 = 1.75V. Usando la ley de ohmios, nuestra resistencia debe ser de 1,75 V / 300 mA = 5,83 ohmios.

Si no tiene una buena curva IV para su LED, siempre puede recurrir a las matemáticas, sin embargo, no es agradable. La última imagen que adjunté a este paso es la ecuación de la curva IV típica de un diodo. Podemos combinar esta ecuación con la ley de ohmios para la resistencia (V = IR) y resolver R (si conoce la corriente de saturación del LED). Sabemos que las I son iguales y las V deben sumar 5. Dos ecuaciones, dos incógnitas. Pero asqueroso … ¿verdad?

En pocas palabras, una resistencia de aproximadamente 5 ohmios funcionará. Sin embargo, también debe tener en cuenta la disipación de energía. 5 ohmios a 300 mA disiparán 0,3 ^ 2 * 5 = 0,45 W de calor, por lo que necesitamos una resistencia de 1/2 W. 5 ohmios es un tamaño de resistencia incómodo, sin embargo, podemos hacerlo con resistencias más comúnmente disponibles en paralelo, como dos resistencias de 10 ohmios o cuatro resistencias de 20 ohmios. Si usa este método, asegúrese de que sus resistencias sean de 1/4 W o, preferiblemente, incluso más grandes en términos de disipación de potencia aceptable, de lo contrario, podrían calentarse demasiado y convertirse en un peligro.

La otra opción es usar diodos para reducir el voltaje. Se dice que un diodo estándar cae.7 voltios, sin embargo, este no es estrictamente el caso. Caerá un poco más con corrientes más altas y un poco menos con corrientes más bajas. Esto significa que dos diodos en serie caerán alrededor de 1.4V. En nuestro circuito, esto dejaría 3.6V para nuestro LED, que debería pasar alrededor de 500mA según nuestro gráfico. Si bien esto es un poco alto, está dentro del rango que estaba buscando, y agregar un tercer diodo en serie reduciría demasiado el voltaje (~ 2.9V). Además, al pasar tanta corriente a través de los diodos, es probable que la caída de voltaje sea un poco más de 0,7, por lo que el sistema encontrará un equilibrio a una corriente ligeramente más baja. Nuevamente, esto se puede resolver de manera más precisa con matemáticas si tuviera todos los detalles de los diodos, pero utilicé un enfoque más fácil: un regulador de voltaje ajustable. Acabo de agregar dos diodos (porque esta era mi estimación de invitado) y lentamente subí el voltaje mientras medía la corriente. Para cuando llegué a 5 voltios, estaba tirando alrededor de 400 mA. Perfecto.

Si está utilizando un diodo diferente y dos no funcionan, puede sumar o restar diodos o incluso probar diferentes diodos con una caída de voltaje diferente. O puede usar resistencias si tiene los valores correctos por ahí. No puedo pensar en ninguna razón por la que un método sea mejor que el otro, pero si puedes, me encantaría conocerlo en los comentarios.

Una nota más para aquellos que juegan con LED de alta potencia: ¡el agua destilada es un gran disipador de calor! Mientras probaba los límites de estos LED, los sumergí completamente en agua destilada. El agua destilada es un aislante (bueno, más como un conductor muy, muy débil) por lo que es segura para la electrónica. NO USE agua del grifo, ya que los minerales disueltos son los que la hacen conductora. Como siempre, use el sentido común y tenga cuidado, pero este puede ser un truco útil.

Paso 4: hacer el circuito de LED, segunda parte

Ahora es el momento de soldar el circuito básico.

Coloque un poco de compuesto térmico en el centro de su disipador de calor, luego presione su LED sobre él. Ayudará a mantener el LED en su lugar mientras lo suelda al disipador de calor. Ahora haz eso. Suelde el LED al disipador de calor.

A continuación, suelde el LED y los dos diodos (o su resistencia de 5 ohmios) en serie. Recuerde, los diodos están polarizados, así que asegúrese de que todos estén orientados en la misma dirección o la luz no se encenderá. Los diodos suelen tener una banda plateada que indica el lado de bajo voltaje. Asegúrese de que cada uno entre en el circuito con esta banda en el lado más alejado de su fuente de 5V. El LED también es un diodo, lo que significa que también es direccional. Asegúrese de tener esto apuntando también en la dirección correcta. Por lo general, tienen una marca en los pequeños cables. Si la suya no es así, use una fuente de bajo voltaje (~ 2-3 V, dos baterías AA en serie funcionarán) para realizar la prueba. No dañará el LED conectándolo al revés, simplemente no funcionará.

Agregué un poco de cinta aislante en la parte posterior del disipador de calor y luego coloqué los diodos detrás. No importa en qué orden entren estos componentes dentro del circuito, siempre que todos estén orientados en la dirección correcta.

Paso 5: conecte el conector

Ahora suelde el conector USB al circuito. Todo lo que necesita es la alimentación (rojo) y los cables comunes (negros) del USB. Puede recortar los demás (pero tenga cuidado de no acortarlos, para no dañar el dispositivo al que lo conecte). Intente hacer esto con la menor holgura excesiva posible en los cables.

Ahora usa un poco de pegamento termofusible para mantenerlo todo unido.

Paso 6: corte un agujero en la tapa de la botella

Sí, sé que es tu favorito, pero tenemos que hacer esto.

Necesitamos hacer una hendidura en la parte posterior de la tapa de la botella para que el conector USB pueda deslizarse. Descubrí que podía usar una broca para perforar dos agujeros uno al lado del otro que tienen el ancho correcto, y luego usar un movimiento de sierra con el taladro para conectarlos, formando una hendidura. Estoy seguro de que hay mejores métodos y mejores herramientas, ¡y me encantaría aprender sobre ellos en los comentarios!

Paso 7: agregue la tapa de la botella

Ahora empuja el gato a través de la hendidura que hiciste en la tapa de la botella y agrega un poco más de pegamento caliente alrededor de la apariencia para mantenerlo en su lugar.

Paso 8: agregue el Sugru

Usa Sugru para hacer un bonito sello alrededor de la parte superior del gato y oculta el aspecto. Este material también actúa como pegamento, lo que lo hará más duradero.

Paso 9: ¡Disfruta

¡Mirad! ¡El Plugbulb!

Estas luces consumen menos energía que la carga de un teléfono inteligente, por lo que deberían poder alimentarse con casi cualquier paquete de batería USB que tenga. Ideal para una luz de emergencia o para un viaje de campamento. ¡Con una batería grande, funcionarán durante decenas de horas!

¡Feliz fabricación!