DIY USB供电升压恒流LED灯

闻太师 · 发表于 2023-11-20 16:06:06

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本人比较喜欢USB供电LED灯，一来可以把闲置的手机充电头利用起来，二来插上充电宝就是个应急灯，三来外出扎营的时候可以用。然而网上卖的USB灯，功率普通虚标，而且多数都是电阻限流，效率低。为此决定自己动手做。

第一步是选择一款合适的驱动芯片，本来想找个现成的方案抄，奈何没找到合适的，没办法只好自己找芯片了。尽量找用得多的片子，这样比较好买（能包邮，你懂的）。

先确定功率：2A的充电头理论上最大输出10瓦功率，假设驱动电路效率是80%，则LED灯为8瓦。再考虑其它损耗并适当留出余量，确定灯的功率为7.5瓦。手里有7030和5730两种LED灯珠，7030为1W 6.6V，5730为0.5W 3.3V。为了支持1W灯珠，也为了使灯珠的亮度尽量均匀，所以要选择升压Boost芯片，便于LED灯珠串联。

一番搜索后初步4款芯片，分别是：XL6003、XL6005、SY7200、SY7203，都是国产芯片。
Boost芯片手册里通常会给出最大开关电流，不会明确给出最大输出电流（或最大输出功率）。因此，要先搞清如何计算Boost芯片的最大输出电流。讲Boost原理的和参数计算的资料满天飞，唯独对如何计算最大输出电流绝口不提。一些厂商给出了估算方法，确又为说为什么。为此先结合Boost电路的工作原理，厘清这一问题。因篇幅比较长，放在二楼。

通常Boost电路升压3~5倍时效率较高，所以6.6V灯珠3串3并，19.8V 0.4A；3.3V灯珠5串3并，16.5V 0.45A。经计算，XL6003、SY7200不满足要求，需要在XL6005和SY7203里选择。XL6005为TO252封装，大小适中，方便焊接，开关频率180KHz，需要的电感电容（电解电容）体积比较大。

SY7203为DFN封装，似乎不好焊（其实熟练后很好焊），开关频率1MHz，需要的电感电容体积较小。LED灯工作时温度较高，对电解电容的寿命影响较大。而且体积大的电感价格也贵。综合考虑后最终选择SY7203。

接下来根据手册中给出的公式，计算元件参数，绘制电路图并画PCB。
元件参数计算公式.jpg

FR4板子打样比较快，因此先把驱动电路和灯板画到一个板子上，方便快速验证。
5730原型板电路图.jpg

画好板子提交给板厂打样。板子到手后开始焊接组装，为加强散热，把PCB背面灯珠位置涂好导热硅脂，粘在以前做废的铝基板上。通电一切正常。
灯珠.jpg

SY6203芯片，丝印NZEVA
SY7203芯片.jpg

闻太师 · 发表于 2023-11-20 16:08:05

Boost芯片最大输出电流的计算，在论坛里输入公式太费劲，因此Word写好整个截图。
估算Boost芯片最大输出电流.jpg

闻太师 · 发表于 2023-11-20 16:12:43

确定电路可以正常工作，FR4板子毕竟不如铝基板。开始绘制铝基灯板。因用7030 1W灯珠需要的灯珠数量少，方便焊接，所以先做7030版。
3串3并灯板电路图.jpg

收到板厂寄来的板子后，涂好低温锡浆，干式电熨斗温度调到最高，片刻后焊好。焊的时候忘了拍照，用一张之前的照片代替。
焊LED.jpg

再把FR4原型板上的驱动电路用钩刀割下来，焊在铝基板上。10*20cm的亚克力散光板，用钩刀从中间划开一分为二，四角打孔后安装螺丝和隔离柱做灯罩。
7030灯板.jpg

背面四角各放一条魔术贴，方便快速安装固定。
装好魔术贴.jpg

挂起来，通电。

闻太师 · 发表于 2023-11-20 16:15:28

7030版做好了，电熨斗焊接大法也证实了实用性，接下来再做一版5730版的铝基灯板。为啥要做5730版呢，因为5730灯珠为0.5W，虽然需要的灯珠数量多，可相对来说发热小温度低，有利于延长寿命。

画板，送板厂打样。
5串3并灯板电路图.jpg

收到板子后焊接，组装，测试。
5730灯板.jpg

肉眼感觉5730版要比7030板量一些，用手机亮度App测一些，果然是这样。

7030亮度.jpg

闻太师 · 发表于 2023-11-20 17:05:13

核算一下成本，除了boost芯片和电阻电容，其他物料大部分都是红包撸的，pcb也是薅羊毛来的，几乎没花什么钱，就是图个乐子。
Screenshot_2023-11-20-17-00-34-40_090d9ae461b065ca11c329abb9cd0d70.jpg

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csbestwish · 发表于 2023-11-20 17:14:35

这篇文章质量很好。看得也楼主花了很多心血。谢谢分享！

liding · 发表于 2023-11-20 17:46:12

这个很详细呀！

ifus · 发表于 2023-11-20 18:23:40

厉害，学习学习

wqwq212 · 发表于 2023-11-20 21:26:18

如果使用其它颜色的LED，可以美化活动室的吊顶。

coolpws · 发表于 2023-11-20 21:41:54

sy7200可以到10瓦

coolpws · 发表于 2023-11-20 21:45:13

灯罩用的什么红包

mmm27000 · 发表于 2023-11-20 22:21:24

散热完全可以利用板子铜箔，画PCB时，拉大铜箔线路直径，必要可填满整个板子。

沧浪氵 · 发表于 2023-11-21 07:20:10

这个非常实用，充电头和充电宝随时派上用场，外出也能应急

。

aping365 · 发表于 2023-11-21 08:02:30

温度怎么样？

martinku · 发表于 2023-11-21 08:17:22

楼主的制作很仔细，为原创点赞，感谢分享。

zgz_袋鼠 · 发表于 2023-11-21 08:43:30

非常实用，相当专业

leizhiqiao · 发表于 2023-11-21 08:50:15

制作很仔细.

sccz123 · 发表于 2023-11-21 08:59:17

楼主是老师吗？厉害啊，佩服

闻太师 · 发表于 2023-11-21 09:02:38

coolpws 发表于 2023-11-20 21:41
sy7200可以到10瓦

sy7200最大开关电流2A，5v输入看起来可以达到10w。可是这2A是电感的峰值电流(也是输入峰值电流)，按波纹30%计算，换算成平均电流是2/1.15=1.74A。1.74*5=8.7w。5v输入时7200的最大效率是93%，最大输出功率是8.7*0.93=8W。这还是一点余量都不留的理想值。7203的mos管导通电阻比7200小，同样情况效率应该比7200略高。本人实测7203在5v输入时为80%左右。假设7200也是80%，以此计算7200在5V输入时的最大输出功率是8.7*0.8=6.96W。

当然这并不是说7200做不到10W，只是说5V输入时做不到。提高输入电压也许能做到。