废物利用！DIY18650锂电池供电的养眼LED小台灯（分立元件控制电路）

小鼯

非常时期，宅在家折腾，慢慢的，什么都有了，可是，睡前看书没个台灯也不方便啊，开大灯影响家人休息~于是乎，想自个折腾个方便实用的LED台灯。
翻抽屉找出去年5月份论坛兑换的欧司朗灯珠，共有10颗灯珠，以前DIY小夜灯用了2颗，改垃圾手电用了1颗，剩的还不少啊~作为坛子里的人，不折腾，心里就不舒服，所以，一个精致实用的LED养眼小台灯诞生了。

台灯成品图：




正文开始，介绍制作过程：
首先找一块铝散热片，两边厚，中间薄，散热与强度兼顾：


反面有个小孔，很合适，方便穿线：


4颗论坛积分兑换的欧司朗LED，睦版写出的规格是2W，实际使用1W还差不多，功率太高轻则容易光衰，重则容易猝死：


小巧玲珑，晶莹剔透：


4颗灯珠的正负极管脚轻轻往上折一折，避免安装时引起短路：


放上去比划，有点挤，不过还好，打算就这样贴板安装：


找来一点漆包线，作为连接导线：


焊引脚上去：



正负极引线都焊好了：


灯珠热沉位置涂抹少量导热硅脂：


贴上去，502粘好，有人说这样会短路，其实灯珠别压太紧就问题不大，硅脂有一定的绝缘作用，粘好后测量正负极对铝电阻都是无穷大，没有问题：


找来一段金属软管：


剥开外层铁丝约5mm：


第2、3排相邻散热鳍片往外掰一点，使软管紧紧卡住，软管管口正对着穿线孔：


万能胶+502强力固定：



底下的空隙也要填满胶，杜绝脱落隐患：


找来一段做工还不错的同轴导线，金属软管内径太小只能使用这种线：


测一下内外线芯电阻：
外芯（屏蔽层）0.1欧


内芯0.2欧，还不错


线穿过金属管，连接灯珠一边的正负极，注意绝缘：


穿出的另一端：


灯头做好了，接着考虑底座，我找了个还算不错的控制器塑料壳子当底座，底盖可拆卸，方便更换电池：



抹掉文字：


割掉两边耳朵：


给软管安装位置打孔:


软管套好热缩管，加固兼装饰：


慢慢穿过去，边扭边穿，到位后502胶水加固：


里面套一节热缩管，进一步加固，然后万能胶固定：



接下来就要解决开关问题，本来想着装一个船形开关上去，方便省事，但是这样看起来有点low，不符合现代灯具潮流，所以~打算搞个单按键电子开关电路。


电路原理图：


简要介绍一下该电路的工作原理：
1.该电路接入直流电源时，输入电压被R1和R2分压给C1充电，由于此时VT1三极管尚未导通，VT2基极无法通过R3获得正向偏置亦无法导通，所以VT2发射极电位为0，C1被充入左正右负的电压。由于R1、R2电阻很大，而VT1此时几乎无电流，故整个电路静态消耗电流很小，只有几uA。
2.当按下按钮SB时，C1有了放电回路，使电压加在C2和R4的两端，VT2基极电位升高令其导通。由于VT2导通，其基极与VT2集电极相连的VT1导通，使其集电极有了电压，该电压信号通过R3加到VT2基极上，维持VT2导通状态，使得VT1一直有电流通过，给负载供电。由于此时VT2导通（相当于很小的电阻，远小于R5），R5上端电压几乎等于电源电压，该电压被加到C1右边，显然这个电压大于C1左边R1、R2的分压，C1被充入左负右正的电压。
3.此时按下SB，C1左负右正的电压被加到R4和C2上，使C2储存的电荷被中和，VT2基极没有足够的电压维持导通而跳出导通状态，VT1没有了正向偏置，就会截止，整个电路回到了第1条所述的初始状态。


剪下一块洞洞板：


所有元件都焊上去：




板子反面：


焊上电源、输出、按键导线，用的是IDE线扯下来的导线，废物利用：



开关板做好后进行测试，电源一边接3V一次锂，输出接草帽，初始状态草帽不亮，短接一下按键端，草帽点亮：


再次短接一下按键端，草帽熄灭，反应很灵敏，开关板是成功的：


该台灯LED的设计功率是4W，负载需要通过1A的电流，开关板直驱肯定是不行的，三极管有导通压降，而且这么细的导线也承受不了1A电流，所以，找来一个继电器：



12V的继电器，3.6V的锂电肯定是吸不住的，开膛改造自然少不了：


露出内部：


用老虎钳去夹继电器簧片拐角处，这样可以把继电器的2个常开触点间距调到0.Xmm，即使电压很低也能吸住：


调好后的继电器：


常开触点间距很小只有0.Xmm，不仔细看还看不出来：


接上一节3V左右的一次锂，触点轻松吸住：


焊上线：


继电器一边烙铁烫一下，瘦身，这样在装入2节18650后恰好能容纳：


继电器找个位置502固定，注意留一点空隙，不要影响继电器的正常运行：


剩余空间正好可以容下2节18650：


制作电池正负极触片，两节电池并联，亦可使用单节电池供电，并联时注意电池要有较好的一致性：


弹性触片作为负极触片，焊好线，固定在壳子一边：


固定好正极触片：


既然使用电子开关，按钮也是个问题，为了兼顾美观与手感，采用半透明软塑胶镶嵌式按钮：


底座对应位置做好标记，准备开槽：


开好槽，修剪毛刺，塑料开槽可以用手术刀片+烙铁，这种方法我是不会告诉别人的：


按钮镶嵌进去，壳子里面502点胶固定：


普通的轻触开关太low，不防水，不防污，时间长了容易氧化失灵，而功能机时代手机上的板载按键从来没听说过失灵，说明板载按钮有极高的可靠性。于是乎，找出了这个东东，高频电刀手柄拆出的PCB，上面有两个锅仔片板载按钮，接触部位的铜箔是镀金的，基本上可以杜绝按钮失灵：


剪下一块按钮，刮绿油：


焊线上去：


塑胶按钮垫一块小塑料片：


按钮开关对齐粘上去，万能胶固定牢固：


测一下电子开关关机状态的待机电流，只有1.1uA，已经很小了：


电子开关开机状态的自身损耗电流，10.5mA，主要用于继电器供电，10.5mA*4.2V=44.1mW，这个功耗不比一些垃圾船型开关的内阻损耗大，还不错：


给台灯加装锂电池充电功能，需要用到4056充电板，成品充电板太长，不行！要改造！


给充电板瘦身，锯掉一块，拆下microUSB口：


microUSB口垂直安装：


反面：


焊好线：


底座microUSB口对应位置开槽：


4056自带的指示灯是红蓝两色贴片LED，灯光（尤是蓝光）刺眼，看着不如翠绿光舒服。所以全部铲掉，找了个共阳的红绿三脚LED，焊好线，接线如图所示（请无视图中文字颜色）：


焊上去：


充电板卡进去，用胶水粘好固定：


打孔安装充电指示灯：


找来一个0.4欧贴片电阻，焊洞洞板上，作为LED灯头的限流电阻。4.2V-3.4V=0.8V，0.4欧+0.4欧（导线、触片内阻）=0.8欧，显而易见，满电工作电流大约0.8V/0.8欧=1A，完全在安全范围内，不用担心LED骚坏：


焊好限流电阻，固定好线束：


固定好开关板：


壳子里有一块地方空着，打算塞点东西进去~~~找来2个470U电解电容并联，并在灯珠两端，尽可能减小由于各种原因导致的灯光频闪：



固定好限流电阻，理好机内线束：


粘块塑料片，绝缘兼美观：


底座部分制作完成，装上2节18650锂电池，根据电池不同，续航时间5～8小时。电池兼做配重，台灯不易推倒：


之前的DIY过程中遗留了个小问题，灯珠导线裸露在外，不美观也刺眼，所以，D个柔光灯罩，先找来一段金属条，做个边框：


剪下一段：


弯折成型：


对齐，502粘上去：


废液晶屏导光板剪下一块当作灯罩，四角圆弧倒角处理：


盖上去，然后用万能胶粘好：


点亮，此时灯光还是有些刺眼：


找来废液晶屏里的柔光膜：


剪下一块，尺寸与灯罩一致：


放上去对齐，四周小心用万能胶固定：



现在光线柔和多了，看着不那么刺眼，适合床头阅读：


养眼小台灯制作完成！完成的作品图：


背面：


底座特写：


底座背部，microUSB充电口和充电指示灯：


底部电池盖，可轻松打开更换电池：


底部加几个防滑垫：


灯头：


俯视图：


轻按按钮可开灯，没有“咔咔"的按键声，但有清脆的继电器吸合与释放声。

开关灯效果动图：


点亮效果图：


灯头弯曲的点亮效果图：


台灯照亮书页的效果图，光线柔和，阅读不累眼：


室内照明效果1：


室内照明效果2：


插上microUSB充电时，红色指示灯亮：


充满后绿色指示灯亮：


指示灯与充电状态的对应关系如图所示：


接下来进入功耗测试环节。
1.满电的18650电池，串入万用表电流挡，电池通过导线连接电池触片。待机电流很小，只有2.9uA：


刚刚充满电的18650锂电池，电压为4.19V，模拟电池满电的使用状态：


电流为0.92A，功率3.86W，亮度与30W白炽灯相当，可以说很亮了：


电池放电到3.92V，模拟电池中等电量时的使用状态：


电流为0.67A，功率为2.63W，用来看书亮度也足够：


电池放电到3.65V，模拟电池低电量时的使用状态：


电流0.55A，功率2.01W，用来看书亮度也凑合：


电压、电流的关系如图所示：


全帖完！感谢观看！更多精彩DIY作品敬请期待！

小鼯

整机的电路原理图：

（注：图中R6是后期加上去的2M电阻，主要为了提高开关电路的低压启动能力，阻值可根据实际情况进行变动。）

msi12

不知道如果用串联灯珠升压的话有什么方案。优点就是灯头接线可以漂亮些，电流低一点效率高些；缺点就是需要有合适的升压电路

应该有很多现成的升压IC，但是可能电感的体积也是个问题

筛糠007

DIY有乐趣，其实5w成品LED灯板才一两元钱:lol:

开心的果

:titter:  如果楼主是母的，此帖一定是会得 精华帖 。

cj8510

挺好的，楼主电子知识功底深厚啊！我这几天也搞了一个类似的，也是担心三极管功率问题，无奈只用了一颗LED:sweat:，继电器耗电也不小了。

nancyz

这么个小台灯费时不少额，呵呵支持折腾。~:loveliness:

ljlun

谢谢分享，为毛不用NMOS？

小鼯

msi12 发表于 2020-2-24 03:54
不知道如果用串联灯珠升压的话有什么方案。优点就是灯头接线可以漂亮些，电流低一点效率高些；缺点就是需要 ...

手边有几块充电宝板子，嫌麻烦没改，其实这种玩意直驱也问题不大

小鼯

cj8510 发表于 2020-2-24 07:48
挺好的，楼主电子知识功底深厚啊！我这几天也搞了一个类似的，也是担心三极管功率问题，无奈只用了一颗LED: ...

继电器耗电量不大，只有40mW，对于4W的灯来说，损耗可忽略不计。

小鼯

ljlun 发表于 2020-2-24 10:09
谢谢分享，为毛不用NMOS？

手边MOS管难找，继电器一大堆，其实继电器开关时有机械的美感。

ar_zxy

我有强迫症，散热器5个槽，鹅颈管接在中间不好，非得歪着，后面不想看了。

小鼯

ar_zxy 发表于 2020-2-24 13:36
我有强迫症，散热器5个槽，鹅颈管接在中间不好，非得歪着，后面不想看了。 ...

鹅颈管在中间是好，但孔不在中间，重新开孔麻烦，本人没有电动工具。

任俊

导线可以用一根，另外一根接金属软管

道幽亭静

越弄越复杂了啊，我还是喜欢用MOS管替代继电器。

风云变幻

感觉头重脚轻

龙系小星2

风云变幻 发表于 2020-2-24 18:24
感觉头重脚轻

这还头重脚轻吗？三节电池重量也不小了

qrut

不错 镇流器着调的时候还是可以的，俩滤波可以不要，电池供电没必要，而且对继电器触点存在冲击～

小鼯

qrut 发表于 2020-2-24 18:38
不错 镇流器着调的时候还是可以的，俩滤波可以不要，电池供电没必要，而且对继电器触点存在冲击～ ...

加电容的目的在于当电池电压低继电器磁力不足可能接触不良的时候，减小频闪。

再就是特殊情况，比如出门在外偶尔用山寨充电器供电的时候可以消除频闪。

myhaly

做的不错呀。谢谢分享