Lampe de secours à LED (principalement récupérée) : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Ce projet a été inspiré par mon simple besoin d'éviter de heurter douloureusement les coins lorsque l'électricité est coupée et que je fais des trucs dans mon sous-sol noir ou dans d'autres endroits sombres.

Après une évaluation approfondie et judicieuse d'autres solutions telles que:

- supprimer ou arrondir tous les angles vifs de toute la maison, - devenir un chat, - dépenser une somme d'argent déraisonnable pour installer des éclairages de secours commerciaux, J'arrive à la conclusion qu'avec quelques composants électriques récupérés et quelques modules peu coûteux, j'aurais pu fabriquer mes lampes de secours DIY.

Après quelques itérations de conception, je suis également arrivé à la conclusion que j'aurais pu non seulement dépenser une petite somme d'argent, mais aussi que j'aurais pu recycler de nombreux composants électriques qui auraient autrement été détruits. À la seule exception du module TP4056 (peu coûteux), tout le reste peut être récupéré d'autres appareils électroniques cassés, vous pouvez donc investir une partie de votre temps et construire votre "lampe de secours LED bricolage principalement récupérée".

Étape 1: Matériaux et outils

Pour ce projet, vous avez besoin d'outils de soudure de base et de quelques autres outils électroniques de base pour le bricolage, j'ai rassemblé mes outils habituels sur cette page. J'ai conçu un boîtier dédié pour cette lampe, dans le but précis de simplifier son câblage. Son utilisation n'est pas obligatoire mais fortement recommandée, il vaut donc mieux avoir une imprimante 3D. J'ai un CR-10 (modifié) mais vous pouvez utiliser à peu près n'importe quelle imprimante 3D et n'importe quel filament car c'est une impression très facile.

Pour construire cette lampe, nous avons besoin de peu d'autres composants, qui peuvent être récupérés à partir d'autres appareils électroniques ou achetés. Première chose d'abord: nous avons besoin d'une réserve de marche à utiliser pendant la panne d'électricité, nous utiliserons une cellule li-ion 18650 et, bien sûr, son chargeur/contrôleur TP4056. Pour contrôler le comportement de la lampe, nous avons besoin d'un interrupteur à bascule à trois voies (on-off-on) et d'un mosfet à canal p unique. Eh bien, puisqu'il s'agit d'une lampe « LED », nous avons évidemment besoin d'une LED et de sa résistance de limitation de courant. Ajoutez quelques fils de rechange, c'est tout.

Attendez, last but not least: nous avons besoin d'un adaptateur secteur pour garder notre lampe toujours à portée de main, sinon ce ne sera pas une lampe "de secours". J'ai gardé beaucoup de mes anciens adaptateurs muraux pour téléphones portables dans une boîte. Plusieurs fois, je me suis demandé comment j'aurais pu les utiliser. Trop peu de volts ou trop peu d'ampères pour la plupart des applications, mais ils sont parfaits pour cette tâche, du coup ils ne sont plus des déchets !

Si vous ne voulez pas utiliser mon boîtier 3D, vous pouvez utiliser une simple planche de prototypage et ce que vous voulez comme conteneur. Mon boitier est sympa car il facilite le câblage, puisque c'est un vrai PCB. C'est littéralement une carte de circuit imprimé (3D). ^_^

Étape 2: Explication de la conception

Si vous voulez juste construire la lampe, sautez cette étape, mais je suggère de la lire car ici vous pouvez comprendre comment cela fonctionne et quelles sont ses limites.

Pourquoi ai-je choisi ces composants ?

Cellule li-ion 18650: il s'agit d'une cellule standard qui peut être achetée ou récupérée à partir de batteries d'ordinateurs portables inutilisables. Pour récupérer ces cellules, vous devez comprendre comment vérifier leur bon sens et pourquoi vous ne devriez vraiment pas garder les mauvaises cellules près de vous. Beaucoup de tutoriels dans l'Internet sauvage. Si vous ne voulez pas investir du temps dans la bonne procédure de récupération, achetez-le, mieux vaut prévenir que guérir.

Module TP4056: il s'agit d'un module commun qui peut gérer une seule cellule li-ion ou li-poly 3,6-3,7V. Il peut contrôler sa charge et sa décharge. Il est généralement associé à une autre puce, la DW01, qui prend en charge d'autres problèmes tels que les courts-circuits, les surtensions, la protection des cellules contre les sous-tensions, etc. Ce module ne peut pas être récupéré ou remplacé par autre chose, vous devez l'acheter.

Mosfet à canal P: c'est un transistor spécial, aussi appelé interrupteur électronique. Cela pourrait être considéré comme le "truc" principal de ce projet, car ce seul composant peut ajouter la "logique" requise dans le comportement de la lampe. Il peut "sentir" la panne et agir en conséquence. Ce mosfet peut être acheté (c'est vraiment bon marché, après tout) ou peut être récupéré à partir d'électronique mise au rebut, avec un peu de patience. Pour récupérer des composants électriques, vous aurez certainement besoin de quelque chose comme mon testeur de composants électroniques ! J'ai utilisé un transistor IRF4905 dans un boîtier TO-220. Ce n'est pas le choix optimal mais ça marche bien.

Interrupteur à trois voies (marche/arrêt/marche): c'est un simple interrupteur à bascule qui règle la lampe dans ses trois configurations différentes qui sont:

1. toujours désactivé,
2. allumé pendant la panne,
3. toujours allumé.

Il peut être récupéré mais vous devez avoir de la chance, j'ai trouvé beaucoup de commutateurs similaires, mais ce ne sont probablement que des commutateurs à deux voies (essentiellement 99% d'entre eux).

Alimentation: tout appareil capable de fournir au moins 4,5 V et 100 mA convient. Cela devrait vraiment être récupéré!

LED: alors que ce composant peut être facilement récupéré presque partout, il est en fait difficile de trouver une LED « assez lumineuse ». La LED doit fournir une quantité minimale de lumière dans toute la pièce, mais les LED récupérées les plus courantes ne sont rien de plus que des voyants lumineux, avec une puissance d'éclairage négligeable dans toute la pièce. J'ai utilisé des LED 3W dédiées dédiées pour cette raison. Quelle est la puissance maximale des leds ? 5W, mais il ne peut être correctement alimenté que pendant une courte période, il sera bientôt sous-alimenté. Et ce n'est certainement pas suggéré en raison d'un problème de dissipation thermique. BTW, 5W généreront de la chaleur. Si vous ne voulez pas faire fondre l'affaire que vous avez

Connecteur DC: ceci est facultatif, mais recommandé. Pendant la panne d'électricité, j'ai toujours besoin/veux de sortir du sous-sol, de rétablir le courant ou autre, et j'aimerais voir ce que je fais, donc j'ai/veux d'emporter ma lampe de secours avec moi. Je n'aime pas débrancher et transporter également l'adaptateur secteur, c'est pourquoi j'ai ajouté un petit connecteur CC pour créer un éclairage de secours portable et autonome approprié. Par contre vous pouvez simplement utiliser le port USB pour charger la lampe, j'ai seulement décidé de ne pas réserver de chargeur microUSB pour cette lampe.

Aimant: également en option, mais peut-être utile pour éclairer quelque chose de spécifique pendant la panne d'électricité, en plaçant la lampe sur un objet métallique. Il y a deux emplacements dédiés dans le boîtier pour aimant rond 10x1mm, il suffit d'utiliser une goutte de colle pour les fixer.

Résistance de limitation de courant: obligatoire pour chaque led, sauf si vous choisissez les bons composants (comme je l'ai fait). Les LED doivent être pilotées en contrôlant le courant qui circule et non la tension appliquée. Chaque led a un courant nominal maximum (Id) et sa couleur définit sa tension de jonction nominale (Vf).

Certains producteurs pourraient dire quelque chose de différent dans leur fiche technique, dans ce cas suivez la fiche technique, mais ce sont les Vf habituels pour les différentes couleurs [V]:

• IR - infrarouge 1.3
• rouge: 1,8
• jaune1.9
• vert 2.0
• orange 2.0
• avec 3.0
• bleu 3,5
• UV - ultraviolet 4 – 4,5

Pour calculer la bonne valeur de résistance de limitation de courant (R), vous devez connaître la tension maximale de votre alimentation (Va) et utiliser cette formule:

R = (Va - Vf) / Id

La tension de sortie du TP4056 est comprise entre 4,2 et 2,5V, nous devons donc utiliser 4,2V comme Va. En utilisant les composants que j'ai précédemment liés, nous avons une led 3W avec un Vf de 3,5V, donc nous avons un Id de 0,85A. Dans ce cas, les nombres sont:

R = (4,2 V - 3,5 V) / 0,85 A = 0,82 Ohm

Je devrais ajouter une résistance de 1 Ohm car j'essaie en fait d'enseigner quelque chose, en réalité c'est totalement inutile, la résistance des fils aide également. De plus, à 0,85 A, l'affaissement de la tension de la batterie sera pertinent, nous devrions donc en fait utiliser -disons- 3,8-4V comme Va. Cela signifie que la résistance de limitation est encore moins nécessaire.

Un autre exemple, avec le même type de led mais classé 1W, les chiffres sont:

Id = 1W / 3,5V = 0,285A

R = (4,2 V - 3,5 V) / 0,285 A = 2,8 Ohm

Eh bien, c'est le cas de composants spécifiquement choisis avec des cotes définies. Une led générique peut généralement fonctionner comme 3V, 10mA. Évidemment, ce n'est pas vrai à 100%, mais sans de meilleures informations…

R = (4,2V - 3V) / 0,01A = 120Ohm

Heureusement, 120 Ohm est une valeur de résistance standard, si ce n'était pas le cas, j'aurais utilisé la plus grande valeur standard la plus proche.

La résistance dissipe également la puissance sous forme de chaleur, et sa puissance nominale doit également être correctement conçue. Ne vous inquiétez pas, c'est aussi simple que la détermination d'Ohm.

W = (Va - Vf) * Id

Étant donné que 0,01 A (10 mA) pourrait traverser la résistance de 120 ohms, il pourrait dissiper 0,012 W de chaleur.

W = (4,2 V - 3 V) * 0,01 A = 0,012 W

Une résistance ¼W commune sera plus que suffisante.

Résistance de tirage: cette résistance ne doit maintenir le mosfet que dans son état supposé, en supprimant tout transitoire ou bruit qui pourrait être collecté par les câbles et déclencher accidentellement le mosfet. N'importe quelle résistance dans la gamme 1K-10K Ohm est bonne.

Comment ça fonctionne?

J'ai passé pas mal d'heures à trouver le meilleur design. J'ai essayé d'optimiser le coût du projet en minimisant les composants requis, en essayant de ne pas abandonner les fonctionnalités. J'aurais pu utiliser un microcontrôleur, il y a des modèles de base très bon marché vendus partout. J'aurais pu utiliser des PCB personnalisés, il existe de nombreux services de production et de livraison de PCB. J'ai décidé de ne pas le faire car cela aurait considérablement augmenté le coût et la complexité. De plus, il serait vraiment très difficile de récupérer un microcontrôleur.

Le TP4056 fait son travail, prend soin de la batterie et fournit de l'énergie. Son plot de sortie est connecté à la broche centrale de l'interrupteur à bascule, qui peut être dans trois configurations: connecté à la broche gauche, non connecté, connecté à la broche droite.

Lorsqu'il n'est connecté à rien (centre, position éteinte), le comportement est assez clair, la led est éteinte, que l'adaptateur mural fournisse ou non l'alimentation. Le processus de charge ne dépend pas de l'interrupteur, si l'adaptateur mural est branché, la batterie sera chargée.

Supposons que la broche droite est connectée à la borne positive de la LED. Si vous basculez le commutateur pour ponter le centre et les broches droites, vous contournerez le mosfet. La LED sera allumée tant que le TP4056 peut fournir de l'énergie.

L'option restante consiste à basculer le commutateur pour relier la broche centrale à la broche source du mosfet. Dans cette configuration, le mosfet prend le contrôle. Si sa broche de grille voit la tension de l'adaptateur mural, elle ne permettra pas au courant de circuler entre la source et le drain, et la LED sera éteinte. Lorsque la panne de courant se déclenche, la tension du chargeur chute rapidement à zéro. Maintenant, la borne de porte du mosfet verra zéro volt et laissera le courant circuler, donc la LED sera allumée tant que le TP4056 peut fournir de l'énergie.

Pas mal pour juste un mosfet et un simple interrupteur. ^_^

Étape 3: Assemblage

Le schéma de câblage est joint, R1 est la résistance de limitation de courant, R2 est la résistance de rappel.

Pour exploiter les traces conçues du boîtier, vous devez modifier le mosfet comme je l'ai fait. En gros, il faut couper la partie supérieure en métal et enfoncer la goupille centrale pour la laisser passer dans le trou, pour utiliser la trace sous-jacente. Ne vous inquiétez pas, ce mosfet est conçu pour des tâches bien plus lourdes que pour piloter une petite LED, il ne sera pas paralysé en raison de la zone de dissipation moindre.

Souder sur la cellule 18650 EST UNE TÂCHE DELICATE, assurez-vous de savoir ce que vous faites. Ce n'est pas difficile mais c'est dangereux. Fondamentalement, vous devez utiliser le fer à souder à puissance maximale pendant le moins de temps possible, mais veuillez passer quelques minutes pour comprendre un tutoriel spécifique, il y en a beaucoup. Mieux vaut prévenir que guérir.

A côté de cela, le processus de câblage est assez simple, il vous suffit de suivre le schéma ci-joint et de regarder les photos. Essayez de ne pas faire fondre le boîtier avec le fer à souder, de toute façon j'ai imprimé mon boîtier en PLA, qui n'est pas tossique s'il est chauffé. Une fois le câblage terminé, utilisez quelques gouttes de colle chaude pour garder tout en place en toute sécurité.

Le connecteur DC est facultatif, vous pouvez également utiliser le port USB intégré. Je vais souder un connecteur DC car je ne veux pas réserver/couper un câble micro usb pour cette lampe. Je dois récupérer les vieux chargeurs mobiles !

Si vous souhaitez utiliser le port USB, vous pouvez utiliser n'importe quel câble USB 5V standard.

En fait, vous pouvez également couper l'ancien câble de l'adaptateur mural et connecter ses fils GND et positif à une borne micro USB de rechange. Coupez simplement le câble USB et exposez le cuivre de ses fils, connectez le câble GND à la broche 5 et connectez le câble positif à la broche 1 (image jointe). Pour vérifier quel fil correspond aux broches 1 et 5, vous devez utiliser un multimètre comme testeur de continuité. Eh bien, c'est faisable mais pas recommandé. Vous finirez avec une prise USB à tension non standard, et vous faites beaucoup d'efforts pour faire quelque chose qui pourrait être beaucoup plus facile avec un simple connecteur CC.

Étape 4: Utilisation

Connectez le chargeur ou le câble USB à l'éclairage de secours.

Réglez le commutateur sur le mode de votre choix, basculez-le sur automatique si vous souhaitez que la lampe se comporte comme un éclairage de secours approprié.

Attendez la prochaine panne de courant et profitez de la façon dont vous pouvez facilement éviter les coins !:)

Regardez la vidéo, elle montre comment se comporte cette lampe. Si vous aimez le projet, abonnez-vous et abonnez-vous pour plus à venir.

PS: C'est censé être une lampe d'URGENCE, vous ne devriez pas l'utiliser comme lampe standard. Le problème est simple et c'est un "défaut" TP4056. Pour faire court: si vous utilisez la lampe en mode bypass (led toujours allumée) et que le chargeur est branché, le processus de charge de la batterie ne se terminera pas correctement. Cela ne finira probablement pas du tout. Oui, avec les piles au lithium, c'est un problème, vous ne pouvez pas pomper la charge dans une pile pour toujours ! Cette configuration n'est pas réellement dangereuse si elle est utilisée pendant quelques minutes. Cette lampe ne déclenchera pas d'explosion si vous oubliez ce problème et que vous vous trouvez justement dans cette situation. Si vous avez besoin de la lumière de cette lampe pendant, disons, 10 min, vous pouvez toujours l'utiliser dans ce mode sans être en danger. Il suffit de ne pas garder/oublier la lampe dans cette configuration ou de mauvaises choses pourraient arriver.