Projecteur USB : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Cela a commencé comme une pratique de soudure SMD (dispositif de montage en surface) sur des cartes prototypes standard, et a abouti à un projecteur compact alimenté par USB très lumineux, idéal pour le camping ou l'éclairage de secours.

La plupart des ampoules LED modernes contiennent à l'intérieur des puces LED SMD. Ces puces sont produites en série, très bon marché et disponibles pour l'amateur à des prix très bas. J'en ai acheté 200 du type 5730 pour 1 EURO. Le numéro à 4 chiffres indique leur taille: 5.7x3.0mm. Ils sont conçus pour 0,5 W (~ 140 mA à 3,5 V) chacun, bien qu'ils nécessitent un dissipateur thermique pour fonctionner en continu à cette puissance. Sans dissipateur thermique, ils doivent soit fonctionner à un courant beaucoup plus faible, soit fonctionner en mode pulsé à plein courant, par exemple en mode multiplexé ou stroboscopique.

Cette instruction explique comment fabriquer un projecteur alimenté par USB, mais son prix bas et sa petite taille signifient qu'ils peuvent être utilisés pour de nombreuses autres applications, telles que les écrans de bricolage à 7 segments, les lumières d'ambiance, les lampes de culture, les projecteurs, les tables à dessin ou tout autre solutions d'éclairage sur mesure.

Les banques d'alimentation USB standard fournissent 5V 1A, et les plus grandes peuvent fournir 2A. La conception présentée ici est pour 1A, elle fonctionnera donc dans n'importe quelle banque d'alimentation, mais en doublant le nombre de LED, vous pouvez en créer une pour 2A.

Étape 1: Théorie

Contrairement à l'ancienne lampe à incandescence, la chute de tension sur une LED dépend très peu du courant. La chute de tension pour les LED blanches à courant élevé passe de ~ 3,0 V à des courants de ~ 10 mA à ~ 3,5 V à 100 mA. Ils ne peuvent donc pas être connectés directement au 5V délivré par une banque d'alimentation USB. La solution la plus simple est de connecter chaque LED en série avec une résistance. La valeur de cette résistance détermine le courant traversant la LED, et donc la luminosité. Le courant exact d'une LED avec résistance est difficile à calculer, mais facile à estimer et à mesurer.

Par exemple, une résistance de 1 kOhm en série avec une LED blanche signifiera que le courant est très faible, donc la chute de tension sur la LED est de ~2,9V, laissant 2,1V sur la résistance, et donc un courant de 2,1mA à travers le résistance, et le même 2.1mA à travers la LED. Une résistance de 100 Ohm donnerait 21 mA si la chute de tension de la LED restait à 2,9 V, mais elle augmentera probablement à 3,0 V, ne laissant « que » 2,0 V sur la résistance et donc 20 mA à travers la LED. Avec une résistance de 10 Ohm, le courant serait de 200mA si la chute de tension de la LED était de 3,0V, mais il est susceptible d'augmenter à 3,4V, et la chute de 1,6V restante sur la résistance donne un courant de 160 mA, ce qui est légèrement supérieur à la courant nominal.

On pourrait donc penser que pour faire une lampe puissante à partir d'une alimentation 5V 1A, il suffirait de mettre en parallèle 6 ou 7 LEDs 0.5W, chacune avec une résistance série de 10 Ohm. Chaque LED consommerait 160mA*3.4V=0.54W et chaque résistance 160mA*1.5V=0.24W. C'est proche des spécifications pour la LED et dans les spécifications pour une résistance 1/4W. Mais si vous essayez ceci, vous verrez que la LED et la résistance deviennent extrêmement chaudes (~ 100C). Encore plus si vous placez tous ces composants à proximité les uns des autres. À moins qu'un dissipateur thermique et un ventilateur ne soient utilisés, ils risquent de mourir et de produire beaucoup de fumée toxique au cours du processus.

J'ai donc essayé les configurations suivantes:

10 LED avec résistances série 22 Ohm. Je mesure une chute de 1,4 V sur les résistances, le courant est donc de 64 mA par LED, soit 0,64 A au total. Avec les LED et les résistances montées à proximité, il devient si chaud qu'il fait mal au toucher, mais il ne fond ni ne brûle et c'est une belle lumière compacte pour une utilisation occasionnelle.

24 LED avec résistances série 47 Ohm. Je mesure une chute de 1,7 V sur les résistances, le courant est donc de 36 mA par LED, soit 0,86 A au total. Les choses se réchauffent après un certain temps. Fait intéressant, les résistances sont plus chaudes que les LED, bien qu'elles consomment plus d'énergie et soient plus petites. Peut-être que les LED parviennent à irradier une grande partie de leur énergie sous forme de lumière ? Je ne l'utiliserais pas dans une tente car les températures atteintes peuvent être douloureuses et peuvent atteindre un niveau dangereux si elles sont accidentellement couvertes.

40 LED avec résistances série 100 Ohm. Je mesure une chute de 1,9V sur les résistances, donc le courant est de 19mA par LED, 0,76A au total. Il fait sensiblement chaud, mais certainement pas chaud. Cela fait une excellente lampe, similaire à une ampoule LED 3W (ou une ampoule à incandescence 30W). Très utile pour la photographie de petits objets, les travaux de soudure ou de réparation, mais aussi pour éclairer le barbecue ou comme éclairage de secours à la maison, sur la route ou au camping.

Étape 2: Composants requis

Les instructions concernent le panneau 40 LED avec des résistances de la série 100 Ohm, que je pense être le plus brillant et le plus sûr. L'ensemble m'a pris environ une heure à souder, mais il est vrai que c'était après avoir acquis une certaine expérience et une certaine confiance avec deux autres versions de la carte.

Composants requis (Coût total: moins de 1 euro si acheté en semi-vrac)

• 40 LED blanches SMD ‘5730’
• 40 résistances de 100 Ohm, 1/4W
• 1 planche prototype 5x7cm. Simple face, 18x24 trous.
• 1 connecteur USB mâle.

Outils: un fer à souder, de la soudure, une pince à épiler.

Les LED ont une polarité. De loin, leur apparence peut sembler symétrique, mais en y regardant de plus près, vous verrez plusieurs différences. Le plus utile est sur le recto jaune: il y a la partie ovale qui s'illumine en fait, mais un côté contient en plus une ligne. C'est le côté négatif, tout comme pour les diodes, les condensateurs électrolytiques, etc.

Étape 3: Instructions de montage

Commencez 40 à mettre des gouttes de soudure à l'endroit où les LED se connectent à la terre. Ensuite, soudez les LED avec leur côté négatif sur la goutte de soudure: maintenez la LED avec la pince à épiler, faites fondre la goutte de soudure et déplacez la LED dans la goutte liquide. Assurez-vous que le trou sur le côté positif de la LED a un peu d'espace pour faire passer le fil de la résistance.

Une par une, montez les résistances à l'arrière de la carte, en suivant le modèle régulier montré dans l'image. Soudez un côté au plus de la LED et l'autre côté au centre de la carte. Coupez les fils en excès du côté terre, mais laissez-les du côté positif.

À la fin, connectez également tous les fils du côté positif. C'est le bon moment pour tester si toutes les LED fonctionnent. J'ai trouvé qu'avec le multimètre réglé sur le réglage 200 Ohm, les LED s'allument légèrement, mais assez distinctement pour voir si l'on n'est pas bien connecté. Utilisez certains des fils en excès pour connecter tous les points des deux rails négatifs ensemble.

Branchez maintenant le connecteur USB. J'ai mis quatre gouttes de soudure et soudé les quatre broches à la carte, de sorte que le connecteur soit bien fixé à la carte. Vu d'en haut, la broche gauche est plus et la broche droite est moins, et doit être connectée aux rails respectifs. Les deux broches centrales sont destinées aux données et sont donc inutilisées. La connexion au rail au sol gauche doit partir de l'arrière pour lui permettre de traverser le rail plus au centre. Vous pouvez maintenant le tester sur une banque d'alimentation et si tout s'éclaire bien, vous avez terminé !

Étape 4: Performances

Il est notoirement difficile de montrer la force d'une lumière: l'exposition automatique d'un appareil photo signifie que plus la lumière est forte, moins l'exposition sera. Les photos prises de la performance de « la torche incroyablement lumineuse » sont plutôt décevantes. Néanmoins, je pense que la photo ci-dessus donne une idée honnête: à proximité, il fait très clair, mais il éclaire aussi bien à quelques mètres. Notez également que les illuminations sont très homogènes, puisque ces LED SMD, contrairement aux LED acryliques, n'ont pas de lentille de focalisation.

Enfin, si vous aimez ces instructions, pensez à voter pour elles au concours « Make it Glow » !