Le Plugbulb USB : 9 étapes (avec photos)

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

Dans ce Instructable, je vais vous montrer comment faire une LED super lumineuse alimentée par USB avec un facteur de forme compact, que j'ai nommé avec amour, « The Plugbulb ».

Cette petite ampoule peut être branchée sur n'importe quelle prise USB. Idéal pour transformer votre batterie externe portable en une lampe de poche puissante et durable !

Étape 1: Ingrédients

Commençons par les matériaux. Une ampoule nécessite:

• Une prise USB (de préférence à partir d'un câble cassé)
• Une ampoule LED 3W
• Un dissipateur de chaleur LED
• 2 diodes, de la variété non électroluminescente (n'importe quelle sorte devrait faire l'affaire) OU une résistance de 5 ohms, 1/2 W
• votre bouchon de bouteille en plastique préféré (voici le mien)
• 1/2 sachet de Sugru (ou similaire)
• une toute petite quantité de composé thermique

Avec les outils suivants:

• fer à souder et soudure
• pistolet à colle chaude
• pinces
• les doigts

N'hésitez pas à augmenter votre recette comme vous le souhaitez pour des lots plus importants de Plugbulb.

Étape 2: déchirez ce connecteur USB

Veillez à conserver au moins quelques pouces des fils. J'ai trouvé que les pinces fonctionnaient bien pour décoller le plastique. Cela peut dépendre du type de plastique entourant votre câble. C'est aussi une bonne idée d'en utiliser un avec le câble sortant de l'arrière de la prise, par opposition au côté.

Étape 3: Faire un circuit LED, première partie

Voici la partie technique. Je vais me plonger dans une théorie pour ceux qui souhaitent comprendre comment concevoir avec des LED de puissance. Pour ceux qui préfèrent simplement poursuivre le projet afin que vous puissiez commencer à aveugler vos amis avec votre nouvelle lampe de poche cool, n'hésitez pas à passer à l'étape suivante.

Les diodes peuvent être difficiles à concevoir au début car ce sont des dispositifs non linéaires. Cela signifie que la tension et le courant ne sont pas linéairement proportionnels comme ils le sont dans les résistances. La première image ci-dessus, gracieuseté de https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semicon…, montre une courbe IV typique, ou la relation entre le courant et la tension, pour une diode.

Les LED sont des diodes spéciales conçues pour émettre une certaine longueur d'onde de lumière. Les LED haute puissance avec lesquelles nous allons travailler auront une courbe similaire à celle ci-dessus, sauf avec la pente exponentielle allongée horizontalement (le virage vers le haut est décalé vers une tension plus élevée). La deuxième image ci-dessus est une courbe que j'ai faite avec les données que j'ai recueillies en enquêtant sur les caractéristiques des LED 3W que j'ai utilisées dans ce projet (les mêmes que celles auxquelles j'ai lié, mais je suppose que toutes les LED blanches 3W seront assez similaires).

D'après mes tests, j'ai trouvé qu'entre 200 et 500 mA semble donner le meilleur équilibre entre luminosité et consommation d'énergie. Au-delà de 500, les gains de luminosité sont minimes à mesure que le courant augmente. En dessous de 200, la LED n'est pas aussi brillante qu'elle peut l'être. Tellement assez facile. Si l'on veut faire passer une certaine quantité de courant, il suffit de suivre la courbe et de trouver la tension à laquelle elle correspond. Si j'alimentais cela avec une source de tension réglable et que je pouvais composer cette tension spécifique, ce serait en effet aussi simple que cela.

La partie délicate intervient lorsque vous souhaitez l'alimenter à partir d'une source sans la bonne tension. Dans ce projet, nous voulons alimenter la LED à partir de 5 volts. Si nous connectons la LED directement à 5 volts, nous pomperions beaucoup trop de courant à travers elle et elle brûlerait en un instant. Alors comment limiter le courant ?

Nous avons plusieurs options. Nous pourrions utiliser un circuit intégré régulateur de tension ou de courant, et certains pourraient prétendre que c'est la meilleure façon de s'acquitter de cette tâche. Cependant, la taille est une limitation dans ce projet, nous avons donc besoin de quelque chose de plus petit. Heureusement, puisque nous l'alimentons à partir d'une source stable et régulée de 5 volts (comme le sont généralement les alimentations USB), nous pouvons simplement utiliser des diodes et/ou des résistances pour affiner le courant/la tension dont nous avons besoin.

Je décrirai d'abord comment choisir correctement les résistances, même si j'ai choisi d'utiliser la méthode de la diode dans ma construction. Pour dimensionner la bonne résistance, nous prendrions le courant que nous voulons, disons 300mA, et la tension que la résistance verra, 5V-VLED, où VLED est la tension aux bornes de la LED à 300mA (en utilisant notre graphique) et utiliser la loi des ohms (V /I=R) pour calculer. Dans le graphique, nous pouvons voir qu'à 300 mA, la LED chute d'environ 3,25 V. Par conséquent, notre résistance chutera de 5-3,25 = 1,75 V. En utilisant la loi des ohms, notre résistance doit être de 1,75 V/300 mA = 5,83 ohms.

Si vous n'avez pas une belle courbe IV pour votre LED, vous pouvez toujours recourir aux mathématiques, mais ce n'est pas joli. La dernière image que j'ai jointe à cette étape est l'équation de la courbe IV typique d'une diode. Nous pouvons combiner cette équation avec la loi d'ohms pour la résistance (V=IR) et résoudre pour R (si vous connaissez le courant de saturation de la LED). Nous savons que les I sont égaux et que les V doivent être additionnés à 5. Deux équations, deux inconnues. Mais dégoûtant… non ?

Pour faire court, une résistance d'environ 5 ohms fera l'affaire. Cependant, vous devez également prendre en compte la dissipation de puissance. 5ohms à 300mA dissiperont 0,3^2*5=.45W de chaleur, nous avons donc besoin d'une résistance de 1/2W. 5 ohms est une taille de résistance difficile, mais nous pouvons le faire avec des résistances plus couramment disponibles en parallèle, telles que deux résistances de 10 ohms ou quatre résistances de 20 ohms. Si vous utilisez cette méthode, assurez-vous que vos résistances sont de 1/4 W ou, de préférence, encore plus grandes en termes de dissipation de puissance acceptable, sinon elles pourraient devenir trop chaudes et devenir un danger.

L'autre option consiste à utiliser des diodes pour faire chuter la tension. On dit qu'une diode standard chute de 0,7 volts, cependant, ce n'est pas strictement le cas. Il baissera légèrement plus à des courants plus élevés, et légèrement moins à des courants plus faibles. Cela signifie que deux diodes en série chuteront quelque part autour de 1,4V. Dans notre circuit, cela laisserait 3,6V pour notre LED, qui devrait passer quelque part autour de 500mA selon notre graphique. Bien que ce soit un peu élevé, il se situe dans la plage que je recherchais, et l'ajout d'une troisième diode en série ferait chuter la tension trop bas (~ 2,9 V). De plus, en faisant passer autant de courant à travers les diodes, il est probable que la chute de tension soit un peu supérieure à 0,7, ainsi le système trouvera un équilibre à un courant légèrement inférieur. Encore une fois, cela peut être résolu plus précisément avec les mathématiques si vous aviez tous les détails des diodes, mais j'ai utilisé une approche plus simple - un régulateur de tension réglable. J'ai juste ajouté deux diodes (parce que c'était mon estimation) et j'ai lentement augmenté la tension tout en mesurant le courant. Au moment où je suis arrivé à 5 volts, il tirait quelque part autour de 400 mA. Parfait.

Si vous utilisez une diode différente et que deux ne fonctionnent pas, vous pouvez ajouter ou soustraire des diodes ou même essayer différentes diodes avec une chute de tension différente. Ou vous pouvez utiliser des résistances si vous avez les bonnes valeurs qui traînent. Je ne vois aucune raison pour laquelle une méthode serait meilleure qu'une autre, mais si vous le pouvez, j'aimerais en savoir plus dans les commentaires.

Une autre note pour ceux qui jouent avec des LED haute puissance: l'eau distillée est un excellent dissipateur de chaleur ! Pendant que je testais les limites de ces LED, je les ai complètement immergées dans de l'eau distillée. L'eau distillée est un isolant (enfin, plutôt un conducteur très, très faible), elle est donc sans danger pour l'électronique. N'UTILISEZ PAS d'eau du robinet, car les minéraux dissous la rendent conductrice. Comme toujours, faites preuve de bon sens et soyez prudent, mais cela peut être une astuce utile.

Étape 4: Faire un circuit LED, deuxième partie

Il est maintenant temps de souder le circuit de base.

Placez une noisette de composé thermique au centre de votre dissipateur thermique, puis appuyez votre LED dessus. Cela aidera à maintenir la LED en place pendant que vous la soudez au dissipateur thermique. Maintenant, fais ça. Soudez la LED au dissipateur thermique.

Ensuite, soudez la LED et les deux diodes (ou votre résistance de 5 ohms) en série. N'oubliez pas que les diodes sont polarisées, alors assurez-vous qu'elles sont toutes orientées dans la même direction, sinon votre lumière ne s'allumera pas. Les diodes ont généralement une bande argentée indiquant le côté basse tension. Assurez-vous qu'ils entrent chacun dans le circuit avec cette bande du côté le plus éloigné de votre source 5V. La LED est également une diode, ce qui signifie qu'elle est également directionnelle. Assurez-vous également que cela pointe dans la bonne direction. Habituellement, ils ont un marquage sur les minuscules fils. Si ce n'est pas le cas, utilisez une source basse tension (~ 2-3V, deux piles AA en série fonctionneront) pour tester. Vous n'endommagerez pas la LED en la connectant à l'envers, cela ne fonctionnera tout simplement pas.

J'ai ajouté du ruban isolant à l'arrière du dissipateur de chaleur, puis j'ai caché les diodes derrière. Peu importe l'ordre dans lequel ces composants entrent dans le circuit, tant qu'ils sont tous orientés dans la bonne direction.

Étape 5: connectez la prise

Soudez maintenant la prise USB au circuit. Tout ce dont vous avez besoin est l'alimentation (rouge) et les fils communs (noirs) de l'USB. Vous pouvez couper les autres (mais attention à ne pas les court-circuiter, afin de ne pas endommager l'appareil auquel vous le branchez). Essayez de le faire avec le moins de mou excessif possible dans les fils.

Maintenant, utilisez de la colle chaude pour maintenir le tout ensemble.

Étape 6: Découpez un trou dans le bouchon de la bouteille

Oui, je sais que c'est votre préféré, mais nous devons le faire.

Nous devons faire une fente à l'arrière du bouchon de la bouteille pour que la prise USB puisse y glisser. J'ai découvert que je pouvais utiliser un foret pour percer deux trous l'un à côté de l'autre de la bonne largeur, puis utiliser un mouvement de sciage avec la perceuse pour les relier, formant une fente. Je suis sûr qu'il existe de meilleures méthodes et de meilleurs outils, et j'aimerais en savoir plus sur eux dans les commentaires !

Étape 7: ajoutez le bouchon de la bouteille

Maintenant, poussez le cric à travers la fente que vous avez faite dans le bouchon de la bouteille et ajoutez un peu plus de colle chaude autour de l'apparence pour le maintenir en place.

Étape 8: ajouter le Sugru

Utilisez le Sugru pour faire un joli joint autour du haut de la prise et masquez l'apparence. Ce truc agit également comme une colle, ce qui le rendra plus durable.

Étape 9: Profitez

Voir! L'ampoule à brancher !

Ces lumières consomment moins d'énergie qu'un smartphone en charge, elles devraient donc pouvoir être alimentées à partir de n'importe quelle batterie USB que vous possédez. Idéal pour une lumière d'urgence ou pour un voyage de camping. Avec une grosse batterie, ils fonctionneront pendant des dizaines d'heures !

Bonne fabrication !