Ən qabaqcıl fənəri necə yaratdım: 10 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:43

PCB dizaynı zəif yerimdir. Çox vaxt sadə bir fikir alıram və onu mümkün qədər kompleks və mükəmməl həyata keçirməyə qərar verirəm.

Beləliklə, bir dəfə toz toplayan adi ampullü köhnə "hərbi" 4.5V fənərinə baxdım. Bu ampuldən gələn işıq olduqca acınacaqlı idi və batareyalar doldurulmurdu, batareyanın ömrü yox idi. Amma onun işi gözəl idi.

Buna görə ona yeni yüksək texnologiyalı bir ürək verməyə qərar verdim.

Mən özümə sual verdim: "Neçə funksiyanı qurmaq istəyirəm?" Və dedim: "Bəli. Hamısı".

:)

İstədim:- 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A) təkrar doldurulan Li-Ion batareya ilə arxivləşdirilmiş əla batareya ömrü. Batareyanın ömrü, gücdən asılı olaraq 20 saatdan 6 saata qədərdir.

- Mümkün olan ən yüksək səmərəli LED diod - Ultra səmərəli Cree XP -G3 (187lm/W)

- mümkün olan ən yüksək səmərəlilik LED sürücüsü IC (90% -dən çox) - istehlakçı LED sürücüləri yalnız 60% civarında səmərəlidir

- USB vasitəsilə və 40V -ə qədər xarici adapterlə doldurmaq istədim, buna görə hər hansı bir şeylə şarj edə bilərdim

- Powerbank olaraq da xidmət etməsini istədim, buna görə telefonumu şarj edə bilərdim

- Mən bir şarj vəziyyəti göstəricisi istədim, buna görə içərisində nə qədər şirənin olduğunu görə bildim

- və hər şeyi o kiçik qutunun içinə sığdırmaq istədim

Buna görə də korpusunun içərisinə uyğun olan xüsusi bir PCB dizayn etməliyəm və yuxarıda təsvir olunan hər şeyi bu lövhəyə uyğunlaşdırmalıydım.

Yuxarıda bütün dizayn prosesini göstərən bir video var. Youtube kanalımı izləmək, paylaşmaq, bəyənmək və abunə olmaqdan çəkinməyin:)

Dizayn addımlarını bu təlimatda daha da izah edəcəyəm.

Ümid edirik ki, bu təlimat bəzi insanlara nələr edilə biləcəyinə və bunun üçün nə qədər iş lazım olduğuna dair fikir verəcək və hətta bəzi uşaqları elektrik mühəndisi olmağa ruhlandıracaq:)

Addım 1: Köhnə Fənər

Bu, 4.5V batareya ilə işləyən ucuz bir işıq idi və adi bir şam qədər parlaq idi.

Çox sərin olan sərin, əllə idarə olunan qırmızı və yaşıl filtrləri vardı.

Addım 2: Fənəri söndürün

Bütün hissələri çıxarıb daxili ölçüləri ölçdüm. Lövhəni mükəmməl uyğunlaşdırmaq üçün dizayn etməliydim.

Paralel olaraq 3 lityum batareya istifadə etməyə qərar verdim. Kassa klassik 18650 hüceyrələrini istifadə etmək üçün çox kiçik idi. Bir az daha qısa olan 18500 hüceyrə - hər biri 2000mAh olan Panasonic NCR18500A istifadə etmək qərarına gəldim. Beləliklə, ümumi gücü 6Ah olan olduqca yaxşı bir tutuma sahibəm

Bu, PCB üçün kifayət qədər kiçik bir yer deməkdir. Ancaq deyirlər: "cəhd etsə idarə edə bilər":)

Addım 3: Şematik

Buna görə də inanılmaz dərəcədə mürəkkəb bir sxem hazırladım. Bunun üçün sərf etdiyim saatları məndən soruşma:)

Nəticəyə gəlməzdən əvvəl bir neçə gün ərzində uyğun komponentləri axtardım və seçdim. Bu, istehsalçıların (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices …) IC -lərin kateqoriyalarına görə saytlarına baxmaq və ehtiyaclarıma uyğun birini seçmək deməkdir. IC, Farnell, Mouser və Digikey kimi saytlarda qoxu miqdarında satın almaq üçün mövcud olmalıdır.

Bütün IC -lərin naqillərini çəkmək göründüyü qədər çətin deyil, çünki istehsalçılar həmişə IC məlumat cədvəlinə bir əsas kabel diaqramını daxil edirlər. Şematik olaraq burada detallara girməyəcəyəm, hər hansı bir sualınız varsa, şərhlərdə soruşmaqdan çekinmeyin.

Sxemaya aşağıdakı alt sxemlər daxildir:

-Batareyanı təhlükəsiz işləmə həddində saxlayan həddindən artıq yükləmə/çox boşalma və həddindən artıq cərəyan qorunması.

- USB yavaş yükləmə nəzarətçisi - fənəri mikro USB portu vasitəsilə yavaş -yavaş doldurmaq üçün istifadə olunur. Bu əlavə rahatlıqdır, ancaq fənər bu seçim vasitəsilə 12 saata qədər şarj edə bilər, 100mA (USB 1.0 cərəyan limiti), 500mA (standart USB cərəyanı) və 800mA (divar şarj cihazı) arasında şarj cərəyanını seçmək üçün bir keçid əlavə etdim.

- Sürətli şarj tənzimləyicisi - bu IC, batareya qutusuna quraşdırılmış DC jak konnektoru vasitəsilə şarjı idarə edir. Giriş voltajını 5V -dan 40V -a qədər idarə edə bilir, əks polarite qorumasına malikdir və batareyanı maksimum bir neçə saat ərzində doldurur. Güc mənbəyinin məhdudluğundan asılı olaraq iki fərqli şarj cərəyanı seçmək üçün bir keçid əlavə etdim. Cərəyan 1A ilə 3A arasında seçilə bilər. Bu yolla daha aşağı gücə malik DC divar adapterini çox yükləyə bilməzsiniz. Universal olmasını istəyirdim:)

- LED sürücüsü - LED -i 1A -ya qədər (3W ətrafında) idarə edə bilən yüksək səmərəli (90%) LED sürücüsü seçdim. Bu olduqca aşağı gücdür, amma tapa biləcəyim ən yüksək səmərəli LED seçdim - aşağı sürücülük gücünü təşkil edən Cree XP -G3 (187lm/W). Mümkün olan ən yüksək səmərəliliyi və batareya ömrünü istədim. Sürücü 4 tənzimlənən güc parametrlərini dəstəkləyir. Off, 1W, 2W və 3W seçdim.

- İkili dekoderə dönən keçid - bunun səbəbi, LED sürücüsünün güc çıxışlarının ikili kodlu olmasıdır və çıxışı bir keçiddən ikili OR qapısı IC ilə 2 bit ikili koda çevirmək lazım idi.

- Batareyanın yanacaq ölçmə göstəricisi, 4 komparator, həssas gərginlik istinadı və dəqiq rezistor bölücüləri ilə diskret şəkildə hazırladım. Batareya gərginliyinə əsaslanaraq qalan gücü göstərdi. Bənzər bir batareya hüceyrəsi üçün bir boşalma gərginliyi əyrisi tapdım və buna görə LED -ləri yandırmaq üçün rezistor bölücülərini hesabladım.

- USB powerbank funksiyası və sürətli şarj nəzarətçisi. İlk IC, 2.5V - 4.2V batareya gərginliyindən sabit 5V IC yaradır. İkinci IC gözəl bir əlavədir - USB şarj nəzarətçisidir. Telefonu şarj portuna bağladığınızda, bu IC telefonla əlaqə qurur və bunun ağıllı bir şarj portu olduğunu söyləyir və telefona 1,5A şarj cərəyanı ala biləcəyini bildirir. Bu IC olmadan bir çox telefonlar yalnız USB standart cərəyanı 500mA ilə doldurulacaq. Sürətli şarj qurulduqda bir LED yandırır ki, telefonun sürətli şarj etdiyini görə biləsiniz. PCB -də kiçik bir keçid powerbank funksiyasını təmin etmək üçün istifadə olunur.

İnanırsınızsa və ya inanmırsınızsa, bu sxemdə 125 komponent var:)

Onları çox kiçik bir lövhəyə yerləşdirməyi əmr etdim, 0402 ölçülü pasif komponentlərdən istifadə etməli oldum - bir rezistorun ölçüsü 1 mm x 0.5 mm və ya 0.04 x 0.02 düymdür. Beləliklə, onların ölçüsü 0402 -dir.

Addım 4: PCB

Sonra, sxem tamamlandıqda, PCB sahəsini istədiyiniz ölçülərə uyğunlaşdırmaq və komponentləri PCB -yə yerləşdirmək vaxtıdır.

Bu olduqca uzun bir işdir, amma bunu etməkdən zövq alacaqsınız. Gözəl və rahatlatıcı bir işdir.

Xüsusi komponentlərin yerləşdirilməsi haqqında bir az məlumat lazımlıdır. Əsasən kitablar və dərsliklər ilə əldə edilir və bəziləri praktik olaraq gəlir. Nə qədər çox PCB hazırlasanız, bir o qədər yaxşı olacaqsınız.

Peşəkar bir proqram olan Altium Designer -dən istifadə edirəm və işimdən lisenziya alıram. Ancaq bir hobbi üçün bir Kartal, Kicad, designspark PCB və bir çoxları daha yaxşı bir həlldir, çünki işə başlamaq daha asandır.

Mən 3D -də çəkilmiş komponentlərlə işləyirəm ki, bu da görmə qabiliyyətinə və korpusların dizaynına çox kömək edir, çünki əşyaların harada və nə qədər yüksək olduğunu bilirsən. Ancaq 3D cisimlərlə komponent ayaq izlərinin çəkilməsi 3 qat daha çox iş aparır. Ancaq uzun müddətdə buna dəyər.

Burada gerbers, daha böyük sxematik sənədlər, montaj və materialların siyahısı da daxil olmaqla PCB dizayn məlumatları var:

Lövhələr hazırlamaq üçün JLCPCB istifadə edirəm. Bu lövhənin qiyməti 5 ədəd üçün bir neçə dollardır (üstəgəl göndərmə) ki, bu da bir bazarlıqdır! 18 dollarlıq yeni istifadəçi kuponları əldə etmək üçün qeydiyyatdan keçin:

Kiçik bir endirim üçün ödəmə zamanı "JLCPCBcom" kupon kodundan istifadə edə bilərsiniz.

Addım 5: PCB istehsalı

PCB -ni evdə qələmləmə günləri sayılır. 10 il əvvəl orta məktəbdə PCB -lərimi evdə həkk edirdim. Bu yolla daha ucuzdu. Ancaq o zaman demək olar ki, pulsuz PCB təklif edən Çin şirkətləri yox idi.:)

İndi JLCPCB.com kimi saytlarda 2usd + göndərmə üçün hazırlanmış 2 qat PCB əldə edə bilərsiniz. Bu yol daha rahatdır və peşəkar dərəcəli lövhələr alırsınız.

Gerber fayllarını (PCB üzərindəki mis təbəqələri haqqında məlumatları) ixrac etməlisiniz və saytlarına yükləməlisiniz və bir neçə həftə ərzində ən sevdiyiniz poçtalyonun şah əsərinizi təqdim etməsini gözləməlisiniz.

Addım 6: Lehimləmə

Bu kiçik hissələri lehimləmək asan iş deyil. Ancaq yaxşı bir lehimləmə dəmiri və yaxşı görmə ilə bunu etmək olar.

İşi çox yaxşı yerinə yetirən Ersa Icon lehimləmə stansiyasından istifadə edirəm.

Bu layihə üçün çox az yer tutduğum üçün gülünc dərəcədə kiçik komponentlər seçdim. Əks halda lehimləmək daha asan olan 0603 və ya 0805 komponentlərini seçərdim.

Addım 7: LED üçün soyuducu

İstiliyi LED -dən paylamaq üçün bir az alüminium kütləni korpusa yerləşdirməliydim.

Lövhəmin 3D modelinə sahib olduğum üçün parçanı asanlıqla 3D -də modelləşdirə və hobbi yönləndiricimlə istehsal edə bilərdim.

Mükəmməl uyğun olması üçün bütün delikləri və kəsikləri kəsə bilərdim.

Addım 8: Məclisə başlayın

Sonra montaj başladı və hər şey birdən -birə mükəmməl uyğunlaşdı.

PCB altında Kapton lentini lentlə bağladım, beləliklə lövhə alüminiumdan elektriklə təcrid olundu, beləliklə heç bir qısa dövrə meydana gələ bilmədi.

Addım 9: Bir neçə Saatlıq Kabel Sıxılması …

Heyvan demək olar ki, tamamlandı!

Kabelləri bükdüm, açarı və güc konnektorunu bağladım, hər şeyi bağladım, LED üçün lens quraşdırdım və batareyaları tutacaqların içərisinə qoydum, batareyanın temperaturunu ölçmək üçün termistorları yapışdırdım. Şarj IC -ləri batareyanı etibarlı həddlərdə saxlayır. Temperatur çox aşağı və ya çox isti olarsa, batareyaya zərər verməmək üçün şarj cərəyanı azalır.

Addım 10: Və sonra …

Bitdi!

Fənər tamamlandı! Təlimatçının üstündəki videoya baxın, necə hərəkət etdiyini və nə qədər parlaq olduğunu görmək üçün!

Təkmilləşdirməyə ehtiyacı olan tək şey, USB konnektorlarının ətrafındakı çuxuru toz üçün möhürləməyimdir.

Ancaq bunu necə düzgün edəcəyimi hələ başa düşmədim. Hər hansı bir fikriniz varsa, şərhlərdə deyin.

Deməli.. İndi düşünürsən ki, mənim peşəyəm və belə bir şey yarada bilməzsən. Amma yanılırsan. Orta məktəbdə elektronika ilə başlayanda nə etdiyim barədə heç bir fikrim yox idi. Mən sxemləri onlayn axtarırdım və tranzistorun nə olduğunu və necə işlədiyini belə bilmədiyim zaman onları lehimləməyə çalışırdım. Təbii ki, onların çoxu işləməyib. Sınaq və səhvlər sayəsində daha da yaxşılaşırdım. Bəzi kitablar oxudum, elektrik mühəndisliyi fakültəsinə getdim və bir çox PCB istehsal etməyə başladım. Hər biri ilə daha yaxşı oldum. Və sən də edə bilərsən!

Təlimatımı oxuduğunuz üçün təşəkkür edirəm! Zəhmət olmasa digər göstərişlərimi də yoxlayın!

Məni Facebook və Instagram -da izləyə bilərsiniz

www.instagram.com/jt_makes_it

hal -hazırda üzərində işlədiyim, pərdə arxası və digər əlavələr haqqında spoylerlər üçün!

PCB Design Challenge -da ikinci yer