ฉันสร้างไฟฉายที่ล้ำสมัยที่สุดเท่าที่เคยมีมาได้อย่างไร: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

การออกแบบ PCB เป็นจุดอ่อนของฉัน ฉันมักจะได้แนวคิดง่ายๆ และตัดสินใจที่จะตระหนักว่ามันซับซ้อนและสมบูรณ์แบบที่สุด

ครั้งหนึ่งฉันเคยดูไฟฉาย 4.5V "ทหาร" แบบเก่าที่มีหลอดไฟธรรมดาที่ดักฝุ่น แสงสว่างที่ออกมาจากหลอดไฟนั้นค่อนข้างน่าสังเวชและแบตเตอรี่ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ไม่มีอยู่จริง แต่กรณีของมันก็ดี

ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจที่จะมอบหัวใจไฮเทคใหม่ให้กับมัน

ดังนั้นฉันจึงถามตัวเองว่า "ฉันต้องการสร้างฟังก์ชันจำนวนเท่าใด" และฉันก็ตอบว่า "ใช่ ทุกฟังก์ชัน"

:)

ฉันต้องการ:- อายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยอดเยี่ยมซึ่งเก็บถาวรด้วยแบตเตอรี่ Li-Ion แบบชาร์จใหม่ได้ 3.7V 6000mAh (3x NCR18500A) อายุการใช้งานแบตเตอรี่อยู่ระหว่าง 20 ชม. ถึง 6 ชม. ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าพลังงาน

- LED diode ประสิทธิภาพสูงสุดเท่าที่ฉันหาได้ - Cree XP-G3 (187lm/W) ที่ทรงประสิทธิภาพเป็นพิเศษ

- IC ไดรเวอร์ LED ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด (มากกว่า 90%) - ไดรเวอร์ LED สำหรับผู้บริโภคมีประสิทธิภาพเพียง 60% เท่านั้น

- ฉันต้องการชาร์จผ่าน USB และด้วยอะแดปเตอร์ภายนอกสูงสุด 40V ดังนั้นฉันจึงสามารถชาร์จได้ทุกที่ด้วยอะไรก็ได้

- ฉันต้องการให้มันเป็นพาวเวอร์แบงค์ด้วย ดังนั้นฉันจึงสามารถชาร์จโทรศัพท์ด้วยมัน

- ฉันต้องการตัวบ่งชี้สถานะการชาร์จ ดังนั้นฉันจึงสามารถเห็นปริมาณน้ำที่อยู่ภายในได้

- และฉันต้องการใส่ทุกอย่างลงในกล่องเล็กนั้น

ดังนั้นฉันจึงต้องออกแบบ PCB แบบกำหนดเองให้พอดีกับเคสของมัน และฉันต้องใส่ทุกอย่างที่อธิบายไว้ข้างต้นบนบอร์ดนั้นให้พอดี

ด้านบนเป็นวิดีโอที่แสดงขั้นตอนการออกแบบทั้งหมด รับชม แชร์ กดไลค์ และกดติดตามช่อง youtube ของผมได้ตามสบายครับ:)

ฉันจะอธิบายขั้นตอนการออกแบบเพิ่มเติมในคำแนะนำนี้

หวังว่าคำแนะนำนี้จะให้มุมมองกับคนบางคนเกี่ยวกับสิ่งที่สามารถทำได้และงานที่ใช้ทำและอาจสร้างแรงบันดาลใจให้เด็กบางคนกลายเป็นวิศวกรไฟฟ้า:)

ขั้นตอนที่ 1: ไฟฉายเก่า

นี่เป็นไฟราคาถูกที่ใช้แบตเตอรี่ 4.5V และสว่างพอ ๆ กับเทียนทั่วไป

มีตัวกรองสีแดงและสีเขียวที่เย็นและดำเนินการด้วยตนเองซึ่งยอดเยี่ยมมาก

ขั้นตอนที่ 2: การกำจัดไฟฉาย

ฉันแกะชิ้นส่วนทั้งหมดออกและวัดขนาดภายใน ฉันต้องออกแบบบอร์ดให้ลงตัวพอดี

ฉันตัดสินใจใช้แบตเตอรี่ลิเธียม 3 ก้อนแบบขนานกัน เคสมีขนาดเล็กเกินไปที่จะใช้เซลล์แบบคลาสสิก 18650 ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใช้ 18500 เซลล์ที่สั้นกว่าเล็กน้อย - Panasonic NCR18500A แต่ละอันประมาณ 2000mAh ดังนั้นฉันจึงมีความจุรวม 6Ah ที่ค่อนข้างดี

นี่หมายความว่าพื้นที่สำหรับ PCB ค่อนข้างเล็ก แต่พวกเขาบอกว่า: "ใครๆ ก็ทำได้ ถ้าเขาพยายาม":)

ขั้นตอนที่ 3: แผนผัง

ดังนั้นฉันจึงสร้างแผนผังที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อนี้ อย่าถามฉันว่าใช้เวลากี่ชั่วโมงเพื่อสิ่งนี้:)

ฉันกำลังค้นหาและเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมอยู่หลายวัน ก่อนที่ฉันจะสรุป นี่หมายถึงการเรียกดูไซต์ของผู้ผลิต (Texas Instruments, Microchip, Analog Devices…) สำหรับไอซีตามหมวดหมู่และเลือกไซต์ที่เหมาะกับความต้องการของฉัน และต้องมี IC เพื่อซื้อในปริมาณกลิ่นในเว็บไซต์อย่าง Farnell, Mouser และ Digikey

การเดินสายไฟไอซีทั้งหมดไม่ได้ยากอย่างที่คิด เนื่องจากผู้ผลิตมักรวมไดอะแกรมการเดินสายพื้นฐานไว้ในแผ่นข้อมูล IC ฉันจะไม่ลงรายละเอียดที่นี่เกี่ยวกับแผนผังหากมีคำถามใด ๆ อย่าลังเลที่จะถามในความคิดเห็น

แผนผังประกอบด้วยวงจรย่อยต่อไปนี้:

- แบตเตอรี่ การชาร์จเกิน / การคายประจุเกินและการป้องกันกระแสไฟเกินที่ช่วยให้แบตเตอรี่อยู่ในขอบเขตการทำงานที่ปลอดภัย

- USB ตัวควบคุมการชาร์จช้า - ใช้สำหรับชาร์จไฟฉายอย่างช้าๆ ผ่านพอร์ต micro USB นี่เป็นการเพิ่มความสะดวกสบาย แต่ไฟฉายสามารถชาร์จได้นานถึง 12 ชั่วโมงผ่านตัวเลือกนี้ ฉันเพิ่มสวิตช์เพื่อเลือกกระแสไฟชาร์จระหว่าง 100mA (ขีด จำกัด กระแส USB 1.0), 500mA (กระแสไฟ USB มาตรฐาน) และ 800mA (เครื่องชาร์จติดผนัง)

- ตัวควบคุมการชาร์จอย่างรวดเร็ว - IC นี้ควบคุมการชาร์จผ่านขั้วต่อแจ็ค DC ที่ติดตั้งในกล่องแบตเตอรี่ สามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าตั้งแต่ 5V ถึง 40V มีการป้องกันขั้วย้อนกลับและสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง ฉันเพิ่มสวิตช์เพื่อเลือกกระแสการชาร์จที่แตกต่างกันสองแบบขึ้นอยู่กับข้อจำกัดของแหล่งพลังงาน กระแสไฟสามารถเลือกได้ระหว่าง 1A และ 3A วิธีนี้ทำให้คุณไม่สามารถโอเวอร์โหลดอะแด็ปเตอร์ DC ที่ใช้พลังงานต่ำได้ ฉันต้องการมันเป็นสากล:)

- ไดรเวอร์ LED - ฉันเลือกไดรเวอร์ LED ประสิทธิภาพสูง (90%) ซึ่งสามารถขับ LED ที่มีกระแสไฟสูงถึง 1A (ประมาณ 3W) นี่เป็นพลังงานที่ค่อนข้างต่ำ แต่ฉันเลือก LED ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดที่ฉันสามารถหาได้ - Cree XP-G3 (187lm/W) ซึ่งชดเชยกำลังขับต่ำ ฉันต้องการประสิทธิภาพและอายุการใช้งานแบตเตอรี่สูงสุด ไดรเวอร์รองรับการตั้งค่าพลังงานที่ตั้งค่าได้ 4 แบบ ฉันเลือก ปิด, 1W, 2W และ 3W

- สวิตช์หมุนเป็นตัวถอดรหัสไบนารี - นี่เป็นเพราะเอาต์พุตกำลังขับ LED มีรหัสไบนารี่และฉันจำเป็นต้องแปลงเอาต์พุตจากสวิตช์เป็นรหัสไบนารี 2 บิตพร้อมไอซีเกทคู่หรือ

- ตัวแสดงเกจวัดน้ำมันเชื้อเพลิงแบตเตอรี่ I ออกแบบแยกกันด้วยตัวเปรียบเทียบ 4 ตัว แรงดันอ้างอิงที่แม่นยำ และตัวแบ่งตัวต้านทานที่แม่นยำ มันระบุความจุที่เหลือตามแรงดันแบตเตอรี่ ฉันพบเส้นโค้งแรงดันไฟดิสชาร์จสำหรับเซลล์แบตเตอรี่ที่คล้ายกัน และคำนวณตัวแบ่งตัวต้านทานเพื่อให้ไฟ LED สว่างขึ้นตามลำดับ

- ฟังก์ชั่น USB powerbank และตัวควบคุมการชาร์จที่รวดเร็ว IC ตัวแรกสร้าง 5V IC ที่เสถียรจากแรงดันแบตเตอรี่ 2.5V - 4.2V IC ตัวที่สองเป็นส่วนเสริมที่ดี - เป็นตัวควบคุมการชาร์จ USB เมื่อคุณเชื่อมต่อโทรศัพท์กับพอร์ตชาร์จ IC นี้จะสื่อสารกับโทรศัพท์และบอกว่านี่คือพอร์ตการชาร์จอัจฉริยะและบอกโทรศัพท์ว่าสามารถชาร์จกระแสไฟได้ถึง 1.5A หากไม่มี IC นี้ โทรศัพท์จำนวนมากจะชาร์จด้วยกระแสเริ่มต้น USB ที่ 500mA เท่านั้น เมื่อทำการชาร์จอย่างรวดเร็ว ไฟ LED จะสว่างขึ้น คุณจึงเห็นว่าโทรศัพท์กำลังชาร์จอย่างรวดเร็ว สวิตช์ขนาดเล็กบน PCB ใช้เพื่อเปิดใช้งานฟังก์ชันของพาวเวอร์แบงค์

หากคุณเชื่อหรือไม่ ในแผนผังนี้มีส่วนประกอบ 125 รายการ:)

ฉันสั่งให้พอดีกับบอร์ดขนาดเล็กมาก ฉันต้องใช้ส่วนประกอบแบบพาสซีฟขนาดเล็ก 0402 - ตัวต้านทานหนึ่งขนาดคือ 1 มม. x 0.5 มม. หรือ 0.04 x 0.02 นิ้ว ดังนั้นขนาด 0402 ของพวกเขา

ขั้นตอนที่ 4: PCB

จากนั้นเมื่อแผนผังเสร็จสมบูรณ์ ก็ถึงเวลากำหนดรูปร่างพื้นที่ PCB ให้เป็นขนาดที่ต้องการและวางส่วนประกอบบน PCB

นี่เป็นงานที่ค่อนข้างยาว แต่คุณจะสนุกไปกับมัน เป็นงานที่ดีและผ่อนคลาย

ความรู้เล็กน้อยเกี่ยวกับการจัดวางส่วนประกอบเฉพาะจะมีประโยชน์ ส่วนใหญ่จะได้รับจากหนังสือและแบบฝึกหัดและบางส่วนก็นำไปปฏิบัติ ยิ่งคุณสร้าง PCB ได้มากเท่าไหร่ คุณก็จะยิ่งทำมันได้ดีขึ้นเท่านั้น

ฉันใช้ Altium Designer ซึ่งเป็นโปรแกรมมืออาชีพและฉันได้รับใบอนุญาตจากงานของฉัน แต่สำหรับผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก Eagle, Kicad, designspark PCB และอื่น ๆ อีกมากมายเป็นทางออกที่ดีกว่าเนื่องจากเริ่มต้นได้ง่ายกว่ามาก

ฉันทำงานกับส่วนประกอบที่วาดในแบบ 3 มิติด้วย ซึ่งช่วยได้มากสำหรับการแสดงภาพและการออกแบบกล่องหุ้ม เพราะคุณรู้ว่าสิ่งของอยู่ตรงไหนและสูงแค่ไหน แต่การวาดรอยเท้าส่วนประกอบด้วยเนื้อความ 3 มิตินั้นใช้เวลามากกว่าถึง 3 เท่า แต่ก็คุ้มค่าในระยะยาว

นี่คือข้อมูลการออกแบบ PCB รวมถึงเกอร์เบอร์ ไฟล์แผนผังขนาดใหญ่ การประกอบและรายการวัสดุ:https://github.com/JT-Makes-It/The-Most-Advanced-F…

ฉันใช้ JLCPCB เพื่อสร้างบอร์ดของฉัน ค่าใช้จ่ายของบอร์ดนี้เพียงไม่กี่ $ สำหรับ 5 ชิ้น (รวมค่าจัดส่ง) ซึ่งเป็นราคาที่ต่อรองได้! ลงทะเบียนเพื่อรับคูปองผู้ใช้ใหม่ $18:

คุณสามารถใช้รหัสคูปอง "JLCPCBcom" ที่จุดชำระเงินเพื่อรับส่วนลดเล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 5: การผลิต PCB

วันที่แกะสลัก PCB ที่บ้านมีหมายเลข ในโรงเรียนมัธยมปลายเมื่อ 10 ปีที่แล้ว ฉันเคยแกะสลัก PCB ที่บ้าน วิธีนั้นถูกกว่ามาก แต่ไม่มีบริษัทจีนให้บริการ PCB แบบฟรีๆ เลย:)

ตอนนี้คุณสามารถรับ PCB 2 ชั้นที่ทำขึ้นสำหรับ 2usd + การจัดส่งที่ไซต์เช่น JLCPCB.com วิธีนี้สะดวกกว่าและคุณจะได้บอร์ดระดับมืออาชีพ

คุณเพียงแค่ต้องส่งออกไฟล์เกอร์เบอร์ (ซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับเลเยอร์ทองแดงบน PCB) แล้วอัปโหลดไปยังไซต์ของพวกเขา และรอสองสามสัปดาห์เพื่อให้บุรุษไปรษณีย์คนโปรดของคุณส่งมอบผลงานชิ้นเอกของคุณ

ขั้นตอนที่ 6: การบัดกรี

การบัดกรีส่วนประกอบขนาดเล็กนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ด้วยหัวแร้งที่ดีและมีวิสัยทัศน์ที่ดีก็สามารถทำได้

ฉันใช้สถานีบัดกรี Ersa Icon ซึ่งทำงานได้ดีมาก

สำหรับโปรเจ็กต์นี้ ฉันเลือกส่วนประกอบที่เล็กจนน่าเหลือเชื่อ เพราะฉันมีพื้นที่เหลือน้อยมาก มิฉะนั้นฉันจะเลือกส่วนประกอบ 0603 หรือ 0805 ที่บัดกรีได้ง่ายกว่ามาก

ขั้นตอนที่ 7: ฮีทซิงค์สำหรับ LED

ฉันต้องใส่มวลอะลูมิเนียมลงในตัวเครื่องเพื่อกระจายความร้อนจาก LED

เนื่องจากฉันมีโมเดล 3 มิติของบอร์ดของฉัน ฉันจึงสามารถจำลองชิ้นส่วนในแบบ 3 มิติได้อย่างง่ายดายและผลิตขึ้นด้วยเร้าท์เตอร์งานอดิเรกของฉัน

ฉันสามารถตัดรูและพิลึกทั้งหมดให้พอดีได้

ขั้นตอนที่ 8: เริ่มการประกอบ

จากนั้นการชุมนุมก็เริ่มขึ้นและทุกอย่างก็ลงตัวพอดี

ใต้ PCB ฉันติดเทป Kapton เพื่อให้บอร์ดถูกแยกทางไฟฟ้าจากอลูมิเนียมเพื่อไม่ให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร

ขั้นตอนที่ 9: ไม่กี่ชั่วโมงของการจีบสายเคเบิลในภายหลัง…

สัตว์ร้ายเกือบเสร็จแล้ว!

ฉันจีบสายเคเบิล, ติดตั้งสวิตช์และขั้วต่อสายไฟ, เชื่อมต่อทุกสิ่ง, ติดตั้งเลนส์สำหรับ LED และติดตั้งแบตเตอรี่ภายในที่ใส่แบตเตอรี่, ติดเทอร์มิสเตอร์เพื่อวัดอุณหภูมิของแบตเตอรี่ ไอซีสำหรับชาร์จจะทำให้แบตเตอรี่อยู่ในขอบเขตที่ปลอดภัย หากอุณหภูมิต่ำหรือร้อนเกินไป กระแสไฟชาร์จจะลดลงเพื่อไม่ให้แบตเตอรี่เสียหาย

ขั้นตอนที่ 10: แล้ว…

ที่เสร็จเรียบร้อย!

ไฟฉายครบ! ดูวิดีโอที่ด้านบนของคำสั่งเพื่อดูการทำงานและความสว่างไสว!

สิ่งเดียวที่ต้องอัปเกรดคือฉันต้องปิดรูรอบขั้วต่อ USB เพื่อป้องกันฝุ่น

แต่ฉันยังไม่ได้คิดวิธีการทำอย่างถูกต้อง หากคุณมีความคิดใด ๆ บอกในความคิดเห็น

ดังนั้น.. ตอนนี้คุณคิดว่าฉันเป็นมืออาชีพและคุณไม่สามารถสร้างสิ่งนั้นได้ แต่คุณคิดผิด ตอนที่ฉันเริ่มเรียนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตอนมัธยมต้น ฉันก็ไม่รู้เหมือนกันว่ากำลังทำอะไรอยู่ ฉันกำลังมองหาแผนผังทางออนไลน์และฉันพยายามประสานมันโดยที่ฉันไม่รู้ด้วยซ้ำว่าทรานซิสเตอร์คืออะไรและทำงานอย่างไร แน่นอนว่าส่วนใหญ่ไม่ได้ผล ผ่านการลองผิดลองถูก ฉันก็ดีขึ้นเรื่อยๆ ฉันอ่านหนังสือ ไปเรียนวิศวกรรมไฟฟ้า และเริ่มทำ PCB หลายชิ้น กับแต่ละคนฉันก็ดีขึ้น และคุณก็ทำได้!

ขอบคุณที่อ่านคำแนะนำของฉัน! โปรดตรวจสอบคำแนะนำอื่น ๆ ของฉันด้วย!

สามารถติดตามผมได้ทาง Facebook และ Instagram

www.instagram.com/jt_makes_it

สำหรับสปอยเลอร์ในสิ่งที่ฉันกำลังทำอยู่ เบื้องหลังและสิ่งพิเศษอื่น ๆ!

รองชนะเลิศในการแข่งขันการออกแบบ PCB