손전등을 만드는 일은 가능한 한 작게 만들려고 시도하기 전까지는 사소한 프로젝트처럼 보입니다. 어떤 회로 설계든 축소하는 일은 다른 관점에서 바라보게 만드는 도전입니다. USB 포트의 높이가 얼마나 되는지, 일반적인 스루홀 커패시터와 저항보다 더 작은 부품이 있는지 같은 세부 사항을 고려해야 하기 때문입니다.
이 프로젝트는 다음이 만든 작품에서 영감을 받았습니다: YouTuber Gadget Industry가 제작한 정말 작은 충전식 손전등으로, 제 추정으로는 약 25 × 10 × 10밀리미터였습니다. 제 버전은 그만큼 작지는 않지만 더 오래 지속되고 더 안전하다고 생각하며, 그래서 더 실용적이라고 할 수 있습니다. 제 설계의 주요 특징은 다음과 같습니다:
이 프로젝트는 완전 초보자에게 적합하지 않습니다. 맞춤형 회로 기판, 2개의 집적 회로, 3D 프린팅 케이스, 그리고 조심해서 다루지 않으면 큰 문제를 일으킬 수 있는 Li-Po 배터리가 사용됩니다. 하지만 누구도 설명된 그대로 복제할 것이라고 기대하지는 않습니다. 대신 아래 단계에 여러분만의, 그리고 바라건대 훨씬 더 나은 설계를 따라 만들고 적용하는 데 충분한 조언과 팁, 요령이 담겨 있기를 바랍니다. 그래도 제 손전등을 복제하거나 수정하고 싶다면, 프로젝트 파일을 Patreon 페이지에서 무료로 다운로드할 수 있습니다.
프로젝트에 사용한 부품과 도구를 아래에 정리했습니다. 주문하고 싶다면 참고할 수 있도록 링크도 함께 첨부했습니다:
부품:
도구:
고지 사항: 이 중 일부는 제휴 링크입니다. 이 링크는 여러분이 지불하는 가격에 영향을 주지 않지만, 저는 소액의 수수료를 받을 수 있으며 이는 더 많은 프로젝트와 영상을 만드는 데 도움이 됩니다. 감사합니다!
배터리는 DIY 충전식 손전등 프로젝트에서 아마도 가장 중요한 부품일 것입니다. 배터리는 제작물의 다음 세 가지 핵심 요소에 직접적인 영향을 줍니다:
그래서 가장 먼저 배터리를 선택한 다음, 이를 중심으로 모든 것을 설계했습니다. 평가를 위해 몇 가지 다른 배터리를 주문한 후 100mA 3.7V Li-Po 배터리로 결정했습니다. 실제로 매우 작으면서도 영상을 보고 영감을 얻은 제품에 사용된 배터리(60mA)보다는 컸습니다. 또한 과충전, 과방전 및 단락을 방지하는 보호 모듈이 내장되어 있었습니다.
충전식 리튬 이온 배터리는 과충전되거나, 물리적으로 손상되거나, 극심한 열에 노출되면 위험할 수 있다는 점에 유의하세요. 조심해서 다루고 제조업체가 명시한 기술적 한계를 초과하지 않도록 하세요. AliExpress나 이와 유사한 웹사이트에 기재된 사양을 그대로 믿지 마세요.
LED를 고르는 일은 까다로웠습니다. 요즘 가장 밝고 효율적인 LED는 DIY 애호가에게 적합하지 않습니다. 이러한 LED는 회로 기판 표면이나 플렉시블 스트립에 납땜하도록 설계된 SMD 부품이기 때문입니다. 따라서 별도의 방법을 사용하거나 LED 전용 PCB를 따로 만들지 않고는 빛을 앞쪽으로 향하게 하기가 어렵습니다.
그래서 대신 단순하게 구성하기로 하고 일반적인 3mm LED를 선택했습니다. 유연한 리드선을 원하는 방향으로 구부릴 수 있고, 렌즈가 빛을 앞쪽으로 향하게 해 주므로 손전등에 적합합니다.
회로 기판 설계를 설명하기 전에 회로 자체에 대해 먼저 설명하겠습니다. 이해하기 쉽도록 세 가지 주요 부분으로 나누었습니다. USB 포트, 충전 회로, LED 드라이버입니다.
🔌USB-C 포트 (LCSC 부품 번호 C2681548) – 여러 가지 이유로 이 USB 포트를 설계에 선택했습니다. PCB를 관통하는 다리가 없고, 핀이 6개(2x GND, 2x Voltage, CC1 및 CC2 핀)만 사용되므로 저렴합니다. 각 CC 핀에서 GND로 연결되는 5.1k 저항 2개가 있다는 점도 언급해야 합니다. 이를 통해 스마트 충전기와 Type-C to Type-C 케이블에서도 회로가 작동합니다.
🔋배터리 충전기: Texas Instruments BQ21040 (LCSC 부품 번호 C202311) – USB 포트의 전원은 배터리 충전 칩으로 전달됩니다. BQ21040은 작고 선형적인 배터리 충전 집적 회로로, 작동에 필요한 외부 부품이 몇 개뿐이며 낮은 전류를 지원합니다. 저는 이를 60mA로 설정했습니다. 전류 설정은 4번 핀(ISET)과 GND 사이에 연결된 저항의 값에 따라 달라집니다. 이 칩은 최대 800mA의 충전 전류까지 조정할 수 있지만, 작은 배터리는 안전을 위해 더 낮은 전류로 충전합니다. 배터리가 충전 중일 때는 LED 하나가 이를 표시합니다. 배터리가 완전히 충전되면 칩이 배터리로 전류를 공급하는 것을 자동으로 중단하고 LED가 꺼집니다.
💡LED 드라이버: Consonance CN5730 (LSCC 부품 번호 C840502). 배터리의 전원은 LED 드라이버로 전달됩니다. 이는 입력 전압과 관계없이 하나 이상의 LED에 일정한 전류를 공급하도록 설계된 특수 부품입니다. 제 YouTube 채널에 LED 드라이버를 자세히 설명하는 영상이 있습니다.
LED와 직렬로 저항을 연결하는 것보다 이 LED 드라이버를 사용하면 여러 가지 장점이 있습니다. 우선 더 높은 효율을 얻을 수 있습니다. 둘째, 배터리의 충전량과 관계없이 LED 밝기가 일정하게 유지됩니다. 하지만 무엇보다 중요한 점은 이 특정 칩이 이 프로젝트에 적합한 여러 기능을 제공한다는 것입니다:
하지만 눈에 띄는 단점도 있습니다. LED 드라이버는 대기 상태에서도 약간의 전력을 소비합니다. 소비 전류는 마이크로암페어 범위지만, 약 4개월이면 배터리가 방전될 정도입니다.
이 LED 드라이버는 고출력 LED용으로 제작되어 1A가 넘는 전류도 처리할 수 있지만, 저는 90mA로 작동하도록 설정했습니다. 5개의 LED 각각에 약 18mA가 흐릅니다. 각 LED와 직렬로 연결된 1Ω 저항은 필수는 아니지만, LED 사이에 전류가 균등하게 분배되도록 해 줍니다.
제 작은 손전등과 같은 프로젝트는 맞춤 회로 기판의 이점을 크게 누릴 수 있습니다. USB 포트, LED 드라이버, 배터리 충전기 등 모든 필수 부품을 각각 별도의 기성 모듈로 사용하는 대신, 하나의 조밀하게 배치된 PCB에 장착할 수 있기 때문입니다.
게다가 전체적으로 사용된 칩, 커패시터, 저항은 표면실장 부품입니다. 회로 기판 표면의 패드에 납땜하도록 설계된 SMD 부품은 스루홀 부품보다 훨씬 작습니다. 직접 납땜해야 했던 부품은 측면의 전용 위치에 들어가는 5개의 LED와 전용 전원 및 GND 패드 2개가 있는 배터리뿐이었습니다.
PCB에는 두 개의 구멍이 있습니다. 배터리 충전 칩 옆에 있는 구멍은 배터리 전선이 통과하는 용도입니다. 모서리에 있는 구멍은 원래 정렬용으로만 사용할 계획이었지만, 결국 M3 나사를 끼워 인클로저의 두 부분을 함께 고정하는 데 사용하기로 했습니다.
저는 수년간 이용해 온 JLCPCB에 이 회로 기판을 주문했지만, 프로젝트 파일은 다른 PCB 제조업체에서도 사용할 수 있을 것으로 생각합니다. PCB는 4층이며, 저는 두께 1mm로 주문했습니다. SMD 부품은 JLCPCB에서 전문적으로 납땜했습니다.
⚠️ 경고: 스루홀 부품의 다리는 배터리가 눌려 닿을 경우 배터리를 손상시킬 수 있습니다. 그래서 배터리는 SMD 부품만 있는 PCB 부분 아래에 배치합니다. 위치는 PCB의 아랫면에 표시되어 있습니다.
저 자신을 3D 프린팅 및 설계 전문가라고 하기는 어렵고, 인클로저를 더 잘 설계할 수도 있었다고 생각합니다. 충분히 잘 작동하는 결과물을 얻기까지 여러 차례 수정했습니다.
제 인클로저는 두 부분으로 구성됩니다. 하단에는 배터리가 들어가는 공간이 있고, 상단에는 눌렀을 때 전원 버튼을 누르는 평평하고 휘어지는 부분이 있습니다. 두 부분은 둘레를 따라 이어진 홈과 돌기로 맞물립니다. 결합이 아주 단단하지는 않아서 나사와 너트를 위한 구멍을 추가했습니다. 측면에는 USB 포트와 LED를 위한 구멍이 있습니다.
앞서 언급했듯이, 제가 설계한 손전등은 영감을 준 제품만큼 작지는 않습니다. 결과적으로 약 3배 더 커졌습니다. 하지만 여전히 어떤 주머니에도 들어갈 만큼 작고, 인클로저 설계를 조금만 수정하면 멋진 키체인으로 만들 수도 있습니다.
배터리 사용 시간은 고휘도에서 54분으로 측정되었습니다. 저휘도에서는 한 번 충전으로 2시간 29분 사용할 수 있었습니다.
밝기를 높였을 때 손전등의 광량은 중간 밝기로 설정한 휴대폰 카메라 LED 조명과 비슷합니다. 다시 말해, 충분히 실용적으로 사용할 수 있습니다.
원문: https://www.instructables.com/Tiny-Rechargeable-LED-Flashlight-With-USB-Port/
https://www.instructables.com/Tiny-Rechargeable-LED-Flashlight-With-US…