Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Latarka LED 1W Li-Ion + USB

ukixx 27 Paź 2015 00:41 10935 24
  • Latarka LED 1W Li-Ion + USB

    Witam.

    Chciałbym zaprezentować swoją własną konstrukcję latarki LED z diodą KTH1W80-C1 o mocy 1W. Na rynku jest pełno ledowych latarek i ich cena potrafi być bardzo niska, jednak mi chodziło o to, żeby zrobić własną konstrukcję opartą na podstawie zdobytej wiedzy oraz doświadczenia.

    Opis konstrukcji.

    Jako źródło zasilania wykorzystałem ogniwo Li-Ion 18650 ze starej baterii z laptopa. Jak wiadomo ogniwa Li-Ion wymagają specjalnego traktowania, szczególnie podczas ładowania. Na rynku dużo jest dostępnych kontrolerów do ogniw Li-Ion, jednak ja zdecydowałem się zaprojektować własny układ.

    Do kontroli ładowania ogniwa użyłem ładowarki działającej w trybie CC-CV uruchamianej za pomocą mikrokontrolera. Ładowarka jest analogową konstrukcją opartą o źródło prądowe z ograniczeniem maksymalnego napięcia wyjściowego. Po naładowaniu ogniwa ładowarka zostaje od niego odłączona, dzięki czemu nie następuje niepotrzebne rozładowanie. Najbardziej wygodnym i uniwersalnym złączem ładowarki okazało się gniazdo mini USB typ B.

    Sercem konstrukcji jest mikrokontroler PIC16F628A, którego zadaniem jest obsługa trybów pracy latarki oraz kontrola ładowania ogniwa. Mikrokontroler ten nie posiada przetwornika ADC, a mimo to daje sobie radę z obsługą ładowarki. Kolejną funkcją mikrokontrolera jest załączanie i wyłączanie świecenia w dwóch poziomach jasności oraz trybie tzw. "strobe".

    Podłączenie ładowarki sygnalizowane jest delikatnym miganiem diody z częstotliwością 1Hz, a po osiągnięciu na ogniwie napięcia 4.20V ciągłym świeceniem i po ok 20 minutach następuje odłączenie ładowarki i zgaśnięcie diody.

    Wykorzystana dioda to KTH1W80-C1 o mocy 1W z soczewką o kącie rozproszenia 25'. W roli radiatora wykorzystałem aluminiową obudowę kondensatora o średnicy 15mm. Pomimo, że dioda posiada maksymalny prąd przewodzenia 350mA to zdecydowałem się obniżyć go do 250mA, dzięki czemu mam pewność, że jej żywotność nie ucierpi oraz latarka znacznie dłużej będzie świeciła. Do kontroli poziomu jasności diody wykorzystałem proste źródło prądowe.

    W związku z tym, że z założenia miała to być własna konstrukcja zdecydowałem się na użycie jako obudowy rurki instalacyjnej o średnicy wewnętrznej 20mm. Z przodu rurki znajduje się soczewka z diodą, natomiast z tyłu gniazdo mini USB oraz przycisk takt switch.

    Mikrokontroler.

    Pomimo tak prostej konstrukcji jaką jest latarka zdecydowałem się na użycie mikrokontrolera głównie z dwóch powodów, a mianowicie ze względu na wykorzystanie analogowej ładowarki oraz występujące zjawisko tzw. drgania styków. Oczywiście zamiast mikrolontrolera można użyć układów z serii CD ale jednak o wiele prościej jest zaprogramować jeden układ.

    W stanie wyłączenia mikrokontroler znajduje się w funkcji "sleep", dzięki czemu cały układ praktycznie nie pobiera prądu (Ioff ~ 100nA). Naciśnięcie przycisku budzi mikrokontroler i załącza on diodę (latarka świeci, tryb Lo), ponowne naciśnięcie przycisku powoduje jaśniejsze świecenie diody (tryb Hi), a przytrzymanie przycisku (3s) podczas świecenia w trybie Lo wyzwala tryb "strobe" czyli powtarzające się dwa krótkie mignięcia i przerwę. Naciśnięcie przycisku w trybie Hi lub strobe powoduje wyłączenie latarki.

    Podłączenie ładowarki w dowolnym momencie powoduje przejście latarki w tryb "charge".

    Płytka została wykonana jako dwuwarstwowa, ze względu na miejsce jej ułożenia w latarce nie ma na niej przycisku oraz złącza USB. Schemat rysowany na szybko więc jest trochę nie dokładny i brakuje części opisów ale dzisiaj nie dam z tym rady. Czekam na opinie.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ukixx
    Poziom 20  
    Offline 
    ukixx napisał 480 postów o ocenie 225, pomógł 8 razy. Mieszka w mieście Parczew. Jest z nami od 2006 roku.
  • #2
    HD-VIDEO
    Poziom 40  
    Opinia 1.

    Fatalnie narysowany schemat, można się domyślać gdzie, co.

    Te Q3 co to ma być?
  • #3
    ukixx
    Poziom 20  
    Właśnie schemat muszę poprawić, został w takiej postaci ze względu na ograniczone wymiary PCB a wczoraj już nie dałem rady zmienić. Q3 z IC2_Q1to źródło prądowe, emiter tego tranzystora połączony jest do minusa gniazda USB. W trakcie testów wyszło, że musiałem dołożyć diodę schottky gdyż nie ma wykrywania kierunku przepływu prądu ładowania.

    Ogniwo podłączone jest bezpośrednio do mikrokontrolera (PAD3: +, PAD2: GND), a punkt PAD1 po złożeniu całości jest połączony z GND.
  • #4
    Freddy
    Poziom 43  
    Fatalnie narysowany schemat, oraz błędny. Brakuje kawałka schematu, brakuje elementów, brakuje oznaczeń.można się domyślać gdzie, co.
    Proszę pokazać zdjęcia wnętrza latarki, oraz układ drivera do LED.
  • #5
    krzysiek71
    Poziom 13  
    Witam.
    Latareczka i rozwiązanie niczego sobie.
    Interesuje mnie kwestia drgania styków.
    Nie abym się czepiał tylko określenie to przechodzi z pokolenia na pokolenie itd.
    Jak w takim układzie z takim wyłącznikiem występuje ten efekt? :|
    Pan Mirek Kardaś obalił ten mit drgających styków dobitnie.
    Wstawiłbym linka ale z obawy o kryptoreklamę czy coś takiego nie wrzucam.
    Pozdrawiam.
  • #6
    czokus
    Poziom 16  
    Witam,
    z tego co zauważyłem jest zabezpieczenie przed przeładowaniem ogniwa natomiast co z głębokim rozładowaniem poniżej 2.85v ?

    Jak możesz daj więcej zdjęć - np. świecenie w kierunku ściany z odległości 1-1.5m - chciałbym obejrzeć rozkład światła, ewentualnie jakieś fotki nocne (jak oceniasz zasięg?).
  • #7
    ukixx
    Poziom 20  
    A więc tak, schemat poprawiony, też mi się tamta wersja nie podobała, ale musiał tak wyglądać ze względu na to, że nie mogę narysować elementów SMD na warstwie Bottom i musiałem zrobić dwa schematy i potem to połączyć :cry:

    Wszystkie tranzystory w obudowach SOT23, npn 2N3904, PNP 2N3906.

    Układem drivera do LED jest proste źródło prądowe zbudowane na tranzystorach Q6 i Q8. Rozwiązanie to ma jedną wadę jaką jest osłabienie strumienia świetlnego gdy napięcie na ogniwie spadnie poniżej ok 3.4V, dla mnie jednak jest to zaletą gdyż wiem, w którym momencie należy podłączyć ładowarkę.

    W pierwszej wersji, która miała tylko jeden poziom jasności zrezygnowałem z zabezpieczenia przed zbyt niskim napięciem ogniwa. Teoretycznie ogniwa można wyczerpywać do napięcia rzędu 2.6V (różni producenci podają różne wartości, jedni 3V, inni mniej), a w moim układzie dioda całkowicie gaśnie poniżej 2.7V, a mikrokontroler (48kHz) pobierający prąd kilku µA sobie darowałem. Obecnie latarka posiada dwa poziomy jasności i pobór prądu kontrolera na pierwszym poziomie wynosi ok 250µA więc takie zabezpieczenie przydałoby się dołożyć.

    Zdjęcia wnętrza latarki będą przy okazji budowy drugiego egzemplarza ze względu na to, że płytka została polakierowana oraz całość została zalana klejem.

    Niestety jeśli chodzi o zjawisko drgania styków to potrafi dużo namieszać. Jakiś czas temu przy zasilaniu bateryjnym zamiast mikrokontrolera użyłem układu 4013. Jednokrotne naciśnięcie przycisku powodowało kilkukrotny przeskok trybu pracy. W tym przypadku dużo zależy od kondycji takt switcha i czasem kropelka oleju potrafi dużo pomóc.

    Latarka świeci na prawdę dość mocno i dzięki zastosowaniu soczewki o kącie 25' bardzo dobrze sprawdza się w różnego rodzaju ciemnych miejscach, jak np. strych czy piwnica.

    Przykładowe zdjęcia efektów świecenia, jednak robione telefonem i ich jakość nie jest najlepsza, w rzeczywistości widać bardzo wyraźnie. Świecenie na ścianę z ok 1m, na PCB z 70cm.

    Latarka LED 1W Li-Ion + USB Latarka LED 1W Li-Ion + USB
  • #8
    Freddy
    Poziom 43  
    czokus napisał:
    głębokim rozładowaniem poniżej 2.85v
    Minimalne napięcie to 2.7V, a nie 2.85V
  • #9
    ElSor
    Poziom 13  
    A mnie zastanawia po co komplikować sobie życie skoro są układy takie jak TP4056 / TP4057 oraz AMC7135 / AMC7136 dzięki którym można uprościć konstrukcję do minimum.
    Co do napięcia końcowego ogniwa podczas rozładowania, to nie ważne czy jest 2,5V (tyle podaje np Panasonic) czy nieco wyższe to rozładowywanie poniżej 3V i tak nie daje dużego zysku, bo prąd diody maleje już przy 3.4V a tym samym i maksymalny poziom światła. W ogniwie zostaje z 10% energii przy ~3V, której i tak nie wykorzystamy efektywnie przy LEDzie z tak wysokim napięciem przewodzenia.
  • #10
    Freddy
    Poziom 43  
    ElSor napisał:
    to nie ważne czy jest 2,5V (tyle podaje np Panasonic
    Tak, 2.5V, ale tylko dla cylindrycznych serii NNP, dla serii PSS jest to już 3.0V i dlatego należy dokładnie sprawdzać karty katalogowe.
  • #11
    ukixx
    Poziom 20  
    Mając do dyspozycji garść tranzystorów ze starej płyty głównej wolałem ulepić coś samemu niż zamawiać gotowe układy. Jeśli chodzi o TP4056 to działa on jako liniowe źródło prądowe z ograniczeniem napięcia wyjściowego i nie było by problemu z jego użyciem. Układy typu AMC7135 w tym projekcie zupełnie się nie nadają, są to sztywne źródła prądowe bez możliwości regulacji.
  • #12
    czarusgg
    Poziom 12  
    @krzysiek71

    Cytat:
    Witam.
    Latareczka i rozwiązanie niczego sobie.
    Interesuje mnie kwestia drgania styków.
    Nie abym się czepiał tylko określenie to przechodzi z pokolenia na pokolenie itd.
    Jak w takim układzie z takim wyłącznikiem występuje ten efekt? :|
    Pan Mirek Kardaś obalił ten mit drgających styków dobitnie.
    Wstawiłbym linka ale z obawy o kryptoreklamę czy coś takiego nie wrzucam.
    Pozdrawiam.


    p. Mirek w swoim poście "drgania styków to bajki" użył ironii. Jak najbardziej nie obalił, tylko zwrócił uwagę na problem drgania styków :) Radzę czytać treści i oglądać zamieszczone video a nie tylko czytać tytuły :)
  • #13
    ElSor
    Poziom 13  
    ukixx napisał:
    Układy typu AMC7135 w tym projekcie zupełnie się nie nadają, są to sztywne źródła prądowe bez możliwości regulacji.
    Częściowo masz rację ale wystarczy do Vcc podać sygnał PWM i regulacja gotowa. Co innego AMC7136, gdzie można regulować prąd bez problemu.
    TP4056 i TP4057 to gotowe układy do ładowania ogniw Li-xxx z trybem CC i CV z dodatkową funkcją bezpiecznego ładowania nadmiernie rozładowanych ogniw więc chyba bezpieczniejsze w użyciu niż procek sterujący źródłem prądowym.
  • #14
    ukixx
    Poziom 20  
    ElSor napisał:
    Co innego AMC7136, gdzie można regulować prąd bez problemu.


    No i tu się pomyliłeś bo w AMC7136 prądu nie można regulować, a jedyne co można to zmienić jego wartość zgodnie ze wzorem:

    I[mA]=50mV/R[Ω]

    Także dla 100mA R=0.5Ω, a dla 300mA R=0.166Ω więc czym mam to przełączać, SUD50N024 :?: PWM do tego nie pasuje ze względu na wewnętrzny układ Soft start.

    Już lepszym rozwiązaniem było by zaprzęgnięcie TP4056 podłączając leda z kondensatorem w miejsce ogniwa.
  • #15
    Freddy
    Poziom 43  
    Cytat:
    The current is adjustable from 10mA to 400mA with an external resistor.

    Co za różnica jak, ale można zmieniać wartość prądu.
  • #16
    ukixx
    Poziom 20  
    To zaprezentuj mi układ, którym będziesz zmieniał rezystory o wartościach ułamka oma i skąd takich nabierzesz, bo na pewno nie bezpośrednio z wyjść mikrokontrolera ani tranzystorami w obudowach SOT-23. Lutownicą czy przełącznikiem mechanicznym?

    To tak jakbyś w domu zamiast kręcić kurkiem zmieniał średnicę rury w celu dopasowania strumienia wody w umywalce, też powiem "Co za różnica" skoro tak można :)

    Także różnica jak dla mnie jest ogromna w porównaniu do np. TP4056, w którym wartości prądu zmieniasz rezystorami z zakresu 1.2-10k. :)
  • #17
    ElSor
    Poziom 13  
    ukixx napisał:
    Także dla 100mA R=0.5Ω, a dla 300mA R=0.166Ω więc czym mam to przełączać, SUD50N024 :?:
    Można tym a można innym "mniejszym". Również można podpiąć na wyjście DRV tranzystor (choćby tani SI2302) i go blokować PWMem w razie potrzeby. Możliwości trochę jest jeszcze ale w tym przypadku wzmacniacz operacyjny czy przetwornik DA to przerost. Można też ew 2 AMCki dać z 2ma różnymi prądami i tym samym uzyskać 3 poziomy światła.
  • #18
    Freddy
    Poziom 43  
    ukixx napisał:
    To zaprezentuj mi układ, którym będziesz zmieniał rezystory o wartościach ułamka oma i skąd takich nabierzesz, bo na pewno nie bezpośrednio z wyjść mikrokontrolera ani tranzystorami w obudowach SOT-23. Lutownicą czy przełącznikiem mechanicznym?
    Kolego szukasz dziury w całym, a nie masz racji.
    Proszę oto oryginalny driver z latarki Ultrafire C3 Cree Q5.
    Latarka LED 1W Li-Ion + USB
    IC1:DC/DC(7NJI)
    IC2:AMC7136
    U1:PIC12F629
    reszta nieistotna.

    Latarka LED 1W Li-Ion + USB
    Driver z latarki SKYRAY KING.
    Da się? Oczywiście, że tak. Najpierw pomyśl, potem sprawdź DS, a potem dopiero pisz.
  • #19
    ukixx
    Poziom 20  
    W DS do tego układu praktycznie nic nie ma, dwie aplikacje i zero opisów odnośnie tego co ma wewnątrz. Brak informacji o działaniu układu soft start. Ale dzięki za schematy, zawsze mogą się przydać chociaż żadnych konkretów np. odnośnie częstotliwości PWM na nich nie ma. Mi w tym projekcie głównie chodziło o to żeby zrobić coś z tego co mam pod ręką a nie kupować gotowy driver.

    ElSor napisał:
    Można też ew 2 AMCki dać z 2ma różnymi prądami i tym samym uzyskać 3 poziomy światła.

    Tu się chyba za bardzo rozpędziłeś :) Jak rozdzielisz dwa różne rezystory podłączone między katodę diody a masę :?:

    Zostaje tylko PWM ale rozwiązanie to będzie mocno wadliwe ze względu na brak kontroli napięcia zasilającego. Chociaż Freddy podał schemat rozwiązujący ten problem :)
  • #20
    ElSor
    Poziom 13  
    ukixx napisał:
    Jak rozdzielisz dwa różne rezystory podłączone między katodę diody a masę :?:
    Ale po co podłączać rezystory pod katodę, skoro się daje je pomiędzy masę i wejście CS?
    ukixx napisał:
    Zostaje tylko PWM ale rozwiązanie to będzie mocno wadliwe ze względu na brak kontroli napięcia zasilającego. Chociaż Freddy podał schemat rozwiązujący ten problem :)
    Tylko skoro procek daje PWM, to również może kontrolować napięcie zasilające. Zastanawiam się tylko jaka jest maxymalna częstotliwość PWMa i współczynnik wypełnienia, bo w latarce którą kiedyś testowałem było 680Hz i przy tym dziwne przebiegi na oscyloskopie (muszę poszukać ich o ile w ogóle je zapisałem). Ale może mając chwilę zbuduję model testowy na 7136 i tiny13A
  • #21
    ukixx
    Poziom 20  
    No tym razem to ja przeoczyłem :( chyba za dużo rzeczy na raz robię. Faktycznie można tak zrobić i będzie działało. Dobra nie ma sensu ta polemika bo nic już do tematu nie wnosi.

    Zostaje tu chyba kwestia nadmiernego rozładowania ogniwa. Ewentualnie pomysł na dodatkowe funkcje.
  • #22
    Freddy
    Poziom 43  
    ukixx napisał:
    W DS do tego układu praktycznie nic nie ma, dwie aplikacje i zero opisów odnośnie tego co ma wewnątrz.
    W DS jest schemat blokowy, a to jest już dużo.
    ukixx napisał:
    chociaż żadnych konkretów np. odnośnie częstotliwości PWM na nich nie ma.
    Masz nazwy driverów podane, to sobie wpisz w Google. Na tacy Ci mam wszystko przynieść?
    ukixx napisał:
    Zostaje tylko PWM ale rozwiązanie to będzie mocno wadliwe ze względu na brak kontroli napięcia zasilającego.

    Mylisz się i to bardzo, kontrola ogniwa jest.
  • #23
    ukixx
    Poziom 20  
    Freddy napisał:

    ukixx napisał:
    Zostaje tylko PWM ale rozwiązanie to będzie mocno wadliwe ze względu na brak kontroli napięcia zasilającego.

    Mylisz się i to bardzo, kontrola ogniwa jest.

    Przeczytaj to jeszcze raz i się zastanów co napisałeś. Kontrola ogniwa jest ale tylko jeśli chodzi o moment wyczerpania ogniwa (2.5-2.7V) a kontroli napięcia na ogniwie nie masz i dla 4.2V PWM 50% jasność będzie inna jak dla 3.2V i PWM 50%. Dlatego trzeba dodatkowo stosować przetwornicę stabilizującą napięcie zasilania w przypadku chęci korzystania z regulacji PWM lub zmianę współczynnika wypełnienia w zależności od napięcia zasilania i prądu LED.

    Poza tym jak nie masz nic do dodania odnośnie mojej konstrukcji to nie zaśmiecaj tego tematu.

    Kupić i zlutować płytkę z gotowymi driverami to każdy potrafi, tu zaprezentowana jest własna konstrukcja, w której nie ma miejsca na gotowe drivery LED czy Li-ion o czym już pisałem.
  • #24
    Freddy
    Poziom 43  
    ukixx napisał:
    Przeczytaj to jeszcze raz i się zastanów co napisałeś.
    ukixx napisał:
    Poza tym jak nie masz nic do dodania odnośnie mojej konstrukcji to nie zaśmiecaj tego tematu.
    Jak każdy mam prawo wypowiadać się w każdym temacie.
    Zawsze zastanawiam się nad tym co napisałem i nie piszę bzdur. Ty nie masz żadnych praw do zezwalania, bądź też zabraniania pisania w temacie.
    Gdybyś przyglądnął się dokładniej schematom, to wiedziałbyś o czym piszę. Tym razem, to Ty nie masz racji.
    Schematy podałem tylko jako przykłady, bo sam twierdziłeś, że 7136 nie ma możliwości regulacji prądu.
    To, że zbudowałeś sam driver, nie znaczy, że jest on genialny i nie zawiera błędów.
    Nie ma ludzi nieomylnych - pamiętaj o tym.
    Jeśli ktoś wskazuje Ci błędy, możliwości poprawy, bądź zmian, to przyjmij to jako dobry znak, a nie stawiaj się od razu.
  • #25
    ukixx
    Poziom 20  
    Ja się nie stawiam ani nie twierdzę, że moja konstrukcja jest super. Czy tak ciężko zrozumieć, że głównym założeniem było zrobienie czegoś samemu? Te schematy co wrzuciłeś ogólnie mi się podobają i upraszczają konstrukcję, jednak to już będzie zupełnie inny projekt.

    Fajnie by było gdyby ktoś napisał co można poprawić, a nie tylko minusy bo nie użyłeś drivera. No fakt, może lepiej było kupić gotową latarkę, rozebrać i wszystko włożyć w rurkę i podpisać "Ja to zrobiłem" tylko co to dowodzi?

    Na podstawie DS tamtych układów ciężko było cokolwiek stwierdzić, fajnie że wyjaśniłeś że się da tylko szkoda że w taki sposób.