Şimdiye Kadarki En Gelişmiş El Fenerini Nasıl Yaptım: 10 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

PCB tasarımı benim zayıf noktam. Sık sık basit bir fikir edinirim ve onu olabildiğince karmaşık ve mükemmel bir şekilde gerçekleştirmeye karar veririm.

Bu yüzden bir keresinde toz toplayan normal ampullü eski bir "askeri" 4.5V el fenerine baktım. Bu ampulden çıkan ışık oldukça kötüydü ve piller şarj edilemezdi, pil ömrü yoktu. Ama durumu güzeldi.

Bu yüzden ona yeni bir yüksek teknolojili kalp vermeye karar verdim.

Kendime sordum: "Kaç işlevsellik oluşturmak istiyorum?" ve "Evet. Hepsi" dedim.

:)

İstediğim:- 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A) şarj edilebilir Li-Ion pil ile arşivlenen mükemmel pil ömrü. Pil ömrü, güç ayarına bağlı olarak 20 saat ile 6 saat arasında değişmektedir.

- bulabildiğim en yüksek verimli LED diyot - Ultra verimli Cree XP-G3 (187lm/W)

- mümkün olan en yüksek verimlilik LED sürücüsü IC (%90'dan fazla) - tüketici LED sürücüleri yalnızca yaklaşık %60 verimlidir

- USB üzerinden ve 40V'a kadar harici adaptör ile şarj etmek istedim, böylece her yerde her şeyle şarj edebildim

- Powerbank olarak da hizmet etmesini istedim, böylece telefonumu şarj edebildim

- İçinde ne kadar meyve suyu kaldığını görebilmek için bir şarj durumu göstergesi istedim

- ve her şeyi o küçük çantaya sığdırmak istedim

Bu yüzden kasasına sığacak özel bir PCB tasarlamam gerekiyordu ve yukarıda açıklanan her şeyi o karta sığdırmam gerekiyordu.

Yukarıda tüm tasarım sürecini gösteren bir video var. Youtube kanalımı izlemekten, paylaşmaktan, beğenmekten ve abone olmaktan çekinmeyin:)

Bu talimatta tasarım adımlarını daha ayrıntılı olarak anlatacağım.

Umarım bu talimat, bazı insanlara neler yapılabileceği ve bunu yapmak için ne kadar iş gerektiği konusunda bir bakış açısı verir ve belki de bazı çocuklara elektrik mühendisi olmaları için ilham verir:)

1. Adım: Eski El Feneri

Bu ucuz bir ışıktı, 4.5V pille çalışıyordu ve normal bir mum kadar parlaktı.

Çok havalı olan serin, elle çalıştırılan kırmızı ve yeşil filtreleri vardı.

Adım 2: El Fenerini Sökmek

Tüm parçaları çıkardım ve iç boyutları ölçtüm. Mükemmel uyum sağlayacak bir tahta tasarlamam gerekiyordu.

3 adet lityum pili paralel olarak kullanmaya karar verdim. Kasa, klasik 18650 hücrelerini kullanmak için çok küçüktü. Bu yüzden biraz daha kısa 18500 pil kullanmaya karar verdim - her biri yaklaşık 2000 mAh olan Panasonic NCR18500A. Bu yüzden toplam 6Ah oldukça iyi bir kapasiteye sahiptim.

Bu, PCB için bir alanın oldukça küçük olduğu anlamına geliyordu. Ama derler ki: "Deneseydi başarabilirdi":)

Adım 3: Şematik

Ben de bu inanılmaz karmaşık şemayı yaptım. Bunun için harcadığım saatleri sorma bana:)

Bir sonuca varmadan önce birkaç gündür uygun bileşenleri araştırıyor ve seçiyordum. Bu, kategoriye göre IC'ler için üretici (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) sitelerine göz atmak ve ihtiyaçlarıma uyan birini seçmek anlamına gelir. Ve IC'nin Farnell, Mouser ve Digikey gibi sitelerde koku miktarlarında satın alınabilmesi gerekiyor.

Tüm IC'leri kablolamak göründüğü kadar zor değildir, çünkü üreticiler her zaman IC veri sayfasında bir temel kablo şeması içerir. Burada şematik ayrıntılara girmeyeceğim, herhangi bir soru ortaya çıkarsa, yorumlarda sormaktan çekinmeyin.

Şematik aşağıdaki alt devreleri içerir:

- Pili güvenli çalışma sınırları içinde tutan pil aşırı şarj/deşarj ve aşırı akım koruması.

- USB yavaş şarj denetleyicisi - el fenerini mikro USB bağlantı noktası üzerinden yavaşça şarj etmek için kullanılır. Bu ek kolaylık, ancak el feneri bu seçenek aracılığıyla 12 saate kadar şarj olabilir 100mA (USB 1.0 akım sınırı), 500mA (standart USB akımı) ve 800mA (duvar şarj cihazı) arasında şarj akımını seçmek için bir anahtar ekledim

- Hızlı şarj denetleyicisi - bu IC, pil kutusuna monte edilmiş DC jak konektörü aracılığıyla şarjı kontrol eder. 5V ile 40V arasındaki giriş voltajını kaldırabilir, ters polarite korumasına sahiptir ve pili maksimum birkaç saatte şarj edebilir. Güç kaynağının sınırlamasına bağlı olarak iki farklı şarj akımı seçmek için bir anahtar ekledim. Akım 1A ve 3A arasında seçilebilir. Bu şekilde, daha düşük güçlü bir DC duvar adaptörünü aşırı yükleyemezsiniz. evrensel olsun istedim:)

- LED sürücü - LED'i 1A'ya kadar akımla (yaklaşık 3W) çalıştırabilen yüksek verimli (%90) bir LED sürücü seçtim. Bu oldukça düşük güç, ancak bulabildiğim en yüksek verimli LED'i seçtim - düşük sürüş gücünü oluşturan Cree XP-G3 (187lm/W). Mümkün olan en yüksek verimliliği ve pil ömrünü istedim. Sürücü, 4 ayarlanabilir güç ayarını destekler. Kapalı, 1W, 2W ve 3W'yi seçtim.

- Döner anahtardan ikili kod çözücüye - bunun nedeni, LED sürücü güç çıkışlarının ikili kodlanmış olması ve bir anahtardan çıktıyı çift VEYA geçit IC ile 2 bit ikili koda dönüştürmem gerekmesiydi.

- Akü yakıt göstergesi göstergesi 4 karşılaştırıcı, hassas voltaj referansı ve hassas direnç bölücüler ile ayrı ayrı tasarladım. Akü voltajına göre kalan kapasiteyi gösterdi. Benzer bir pil hücresi için bir deşarj voltajı eğrisi buldum ve direnç bölücülerini hesapladım, böylece LED'leri uygun şekilde yakarlar.

- USB powerbank işlevi ve hızlı şarj kontrolörü. İlk IC, 2.5V - 4.2V akü voltajından kararlı bir 5V IC üretir. İkinci IC güzel bir ektir - bu bir USB şarj kontrol cihazıdır. Telefonu şarj bağlantı noktasına bağladığınızda, bu IC telefonla iletişim kurar ve bunun akıllı şarj bağlantı noktasının ne olduğunu söyler ve telefona 1,5A'ya kadar şarj akımı alabileceğini söyler. Bu IC olmadan birçok telefon yalnızca USB varsayılan akımı olan 500mA ile şarj olur. Hızlı şarj kurulduğunda, telefonun hızlı şarj olduğunu görebilmeniz için bir LED yanar. Güç bankası işlevselliğini etkinleştirmek için PCB üzerindeki küçük bir anahtar kullanılır.

İnansanız da inanmasanız da bu şemada 125 tane bileşen var:)

Bunları çok küçük bir tahtaya sığdırmak için minyatür 0402 boyutlu pasif bileşenler kullanmam gerekti - bir direnç boyutu 1 mm x 0,5 mm veya 0,04 x 0,02 inç'tir. Bu nedenle boyutları 0402.

Adım 4: PCB

Daha sonra şema tamamlandığında PCB alanına istenilen ölçülerde şekil verme ve komponentleri PCB üzerine yerleştirme zamanı gelir.

Bu oldukça uzun bir iştir, ancak bunu yapmaktan zevk alacaksınız. Güzel ve rahatlatıcı bir iştir.

Belirli bileşen yerleşimleri hakkında biraz bilgi kullanışlı olur. Çoğunlukla kitaplar ve öğreticilerle elde edilir ve bazıları pratikte gelir. Ne kadar çok PCB yaparsanız, o kadar iyi yaparsınız.

Profesyonel bir program olan Altium Designer kullanıyorum ve işimden lisans alıyorum. Ancak bir hobi için Eagle, Kicad, designpark PCB ve diğerleri, başlamak çok daha kolay olduğu için daha iyi bir çözümdür.

Ayrıca 3D olarak çizilmiş bileşenlerle çalışıyorum, bu da muhafazaları görselleştirmeye ve tasarlamaya çok yardımcı oluyor, çünkü şeylerin nerede olduğunu ve ne kadar yüksek olduklarını biliyorsunuz. Ancak bileşen ayak izlerini 3B gövdelerle çizmek 3 kat daha fazla iş gerektirir. Ama uzun vadede buna değer.

Gerberler, daha büyük şematik dosyalar, montaj ve malzeme listesi dahil olmak üzere PCB tasarım verileri:https://github.com/JT-Makes-It/The-Most-Advanced-F…

Panolarımı yapmak için JLCPCB kullanıyorum. Bu panonun maliyeti 5 adet (artı nakliye) için sadece birkaç $, bu da bir pazarlık! $18 yeni kullanıcı kuponu almak için kaydolun:

Küçük bir indirim için kasada "JLCPCBcom" kupon kodunu kullanabilirsiniz.

Adım 5: PCB'yi Üretmek

PCB'yi evde aşındırma günleri numaralandırılmıştır. 10 yıl önce lisedeyken PCB'lerimi evde kazırdım. Bu şekilde çok daha ucuzdu. Ama o zamanlar PCB'leri neredeyse ücretsiz sunan hiçbir Çinli şirket yoktu.:)

Artık JLCPCB.com gibi sitelerde 2 usd + nakliye için yapılmış 2 katmanlı PCB'ler alabilirsiniz. Bu şekilde çok daha uygundur ve profesyonel kalitede tahtalar elde edersiniz.

Sadece gerber dosyalarını (PCB'deki bakır katmanlar hakkında bilgi içeren) dışa aktarmanız ve sitelerine yüklemeniz ve en sevdiğiniz postacının şaheserinizi teslim etmesi için birkaç hafta beklemeniz yeterlidir.

Adım 6: Lehimleme

Bileşenleri bu kadar küçük lehimlemek kolay bir iş değil. Ancak iyi bir havya ve iyi bir görüş ile bu yapılabilir.

İşi çok iyi yapan Ersa Icon lehimleme istasyonunu kullanıyorum.

Bu proje için gülünç derecede küçük bileşenler seçtim çünkü alanım çok azdı. Aksi takdirde, lehimlenmesi çok daha kolay olan 0603 veya 0805 bileşenlerini seçerdim.

Adım 7: LED için Soğutucu

LED'den gelen ısıyı dağıtmak için muhafazaya bir miktar alüminyum kütle yerleştirmem gerekiyordu.

Tahtamın 3 boyutlu modeli bende olduğu için parçayı 3 boyutlu olarak kolayca modelleyip hobi yönlendiricim ile üretebiliyordum.

Tüm delikleri ve oyukları mükemmel bir şekilde sığdırmak için kesebilirdim.

Adım 8: Montajı Başlatma

Sonra montaj başladı ve her şey aniden mükemmel bir şekilde yerine oturdu.

PCB'nin altına Kapton bandını bantladım, böylece pano alüminyumdan elektriksel olarak yalıtıldı, böylece kısa devre meydana gelmesin.

Adım 9: Birkaç Saat Sonra Kablo Sıkma…

Canavar neredeyse tamamlanmıştı!

Kabloları kıvırdım, anahtarı ve güç konektörünü monte ettim, her şeyi bağladım, LED için lensi monte ettim ve pilleri pil tutucuların içine monte ettim, pil sıcaklığını ölçmek için termistörleri yapıştırdım. Şarj IC'leri pili güvenli sınırlar içinde tutar. Sıcaklık çok düşük veya çok sıcaksa, aküye zarar vermemek için şarj akımı azaltılır.

Adım 10: Ve Sonra…

Bitti!

El feneri tamamlandı! Hareket halinde ve ne kadar parlak olduğunu görmek için talimatın üst kısmındaki videoyu izleyin!

Yükseltmeye ihtiyaç duyan tek şey, USB konektörlerinin etrafındaki deliği toz için bir şekilde kapatmam gerektiğidir.

Ama bunu nasıl düzgün yapacağımı henüz çözemedim. Herhangi bir fikriniz varsa, yorumlarda söyleyin.

Yani.. Şimdi benim profesyonel olduğumu düşünüyorsun ve böyle bir şey yaratamıyorsun. Ama yanılıyorsunuz. Ortaokulda elektronikle başladığımda, ne yaptığım hakkında da hiçbir fikrim yoktu. İnternette şemalar arıyordum ve transistörün ne olduğunu ve nasıl çalıştığını bile bilmezken onları lehimlemeye çalıştım. Elbette çoğu işe yaramadı. Deneme yanılma yoluyla daha iyiye gidiyordum. Bazı kitaplar okudum, elektrik mühendisliği okumaya gittim ve birçok PCB yapmaya başladım. Her biriyle daha iyi oldum. Ve sen de yapabilirsin!

Eğitilebilirliğimi okuduğunuz için teşekkür ederiz! Lütfen diğer talimatlarımı da kontrol edin!

Beni Facebook ve Instagram'dan takip edebilirsiniz

www.instagram.com/jt_makes_it

Şu anda üzerinde çalıştığım şey, sahne arkası ve diğer ekstralar hakkında spoiler vermek için!

PCB Tasarım Yarışmasında İkincilik