Toros - COB LED
LED osvětlení
Tlačítky ovládaná regulace osvětlení s konstantním proudem.
Potřeboval jsem výkonnější pracovní osvětlení, u kterého se bude regulovat intenzita světla. Led pásky mají menší intenzitu osvětlení a pro moji potřebu
jsou nevhodné. Protože mám osvětlení na prac. stole a mám ho na dosah ruky, tak jsem zvolil ovládání tlačítky.
Pro tento účel jsem si pořídil COB LED moduly, které mají tyto parametry.
- Název: 12010 COB LED Strip
- Velikost modulu: 120 * 10 mm
- Osvětlení: 100 * 10 mm
- Příkon: max. 10 W
- Napájecí napětí: DC 12V
- Maximální proud: 833 mA
- Vyzařovací úhel: 120°
- Světelný tok: 1000 - 1999 lumenů ... > 100LM / W
- Vyzařující barvy: Teplá bílá (3000K), Přírodní bílá (4200K), Studená bílá (6500K), Modrá, Zelená, Červená
- Vodotěsný: Ano
- Materiál: Hliníková slitina + LED čipy 2835 + silikonová pryž
- Použitelné pro: světla do auta, pracovní lampa, stolní lampa, domácí svítilna, jiné LED žárovky
Co je COB?
COB (Chips on Board) je nová technologie LED osvětlení. Více LED čipů je umístěno společně jako jeden světelný modul. Když se rozsvítí, vypadá to jako panel osvětlení.
Jak COB LED světelný zdroj funguje?
V COB osvětlení jsou jednotlivé LED čipy umístěny přímo na desku s obvody (nebo substrát), která má tepelné vlastnosti pro rozptylování tepla. Rozptyl tepla je velmi důležitým aspektem LED osvětlení, protože může mít velký vliv na délku života svítidla. Osvětlení COB proto může mít vyšší hustotu čipů LED a dosáhnout vyšší úrovně osvětlení při zachování nebo zlepšení délky života.
Výhoda COB:
Světla COB jsou účinnější formou LED osvětlení pro všeobecné nebo automobilové aplikace osvětlení, protože:
- světlo má jednotnější vzhled
- větší životnost
- dosahuje větší úrovně osvětlení na velké ploše
- COB je stabilnější a spolehlivější než standardní LED pásky
Tyto moduly mají tu vlastnost, že průchodem většího proudu se zahřívají. Tím se zvyšuje proudový odběr. Proto se musí připevnit na chladič a použít zdroj konstantního proudu. Jeden takový, kterým lze regulovat proud je uvedený níže.
Toto zařízení není vhodné pro klasické LED pásky. Těmito pásky prochází různá velikost proudu,
která se mění s délkou pásku.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
K modulům COB LED se prodávají hliníkové chladiče různé délky.
Al. chadič.
Moduly COB LED
Pro zvýšení životnosti modulů jsem použil 2ks, kterými prochází menší proud. Tím, že se méně zahřívají, se několikanásobně prodlouží životnost.
Popis chladiče:
Z Cu plechu síla 0,6mm jsem vyrobil chladič rš. 330 x 40 mm. Rš. = rozvinutá šířka. Na chladiči byly přišroubované 2 moduly zapojené paralelně.
Napětí na zdroji bylo nastaveno na 12V a proudová ochrana na 900 mA. Každým modulem procházel proud 450 mA. Asi po 15 minutách byta teplota chladiče 69°C. Nechal jsem chladič vychladnout a potom jsem změřil, kolik proudu prochází moduly při intenzitě osvětlení, kterou potřebuji. Proud byl 650mA. Při tomto proudu byla po 15 minutách teplota Cu chladiče 58°C. Nakonec jsem vyrobil druhý chladič větších rozměrů - rš 330 x 100 mm. Oba moduly byly připevněné na větší chladič. Při paralelním zapojení 2 modulů a při proudu 650mA je na něm teplota 39°C.
Cu chladič rš. 330 x 40 mm.
Cu chladič rš. 330 x 100 mm.
Schéma zapojení reg. osvětlení Toros.
Popis:
Pro řízení proudu byl zvolený PIC12F683. Má AD převodník, který je potřeba pro měření úbytku napětí na R5 a PWM modulaci. Pro napájení je použitý spínaný zdroj 12V / 1,66A. Jedna větev nap. napětí se přivádí na D1, která chrání elektronické obvody proti přepólování. Přes D1 jde napětí na 5V stabilizátor, ze kterého je napájený PIC. Referenční napětí pro AD převodník je nap. napětí mikroprocesoru = 5V.
Druhá větev nap. napětí je přivedena na spínací tranzistor IRF4905. Tento tranzistor byl vybraný z důvodu malého odporu ( R DS(on) = 0.02Ω ).
Při proudu do 3A není potřeba chladič.
Výchozí nastavení je 25%. Po připojení nap. napětí se pozvolna rozsvěcují COB LED moduly. Mikroprocesor každých 6ms AD převodníkem ( vstup GP0 )
měří úbytek napětí na snímacím rezistoru R5 a porovnává s konstantou, která odpovídá proudu 162 mA = 25%. Pokud je menší nebo větší jak konstanta, která odpovídá požadovanému proudu, tak PWM ( výstup GP2 ) zmenšuje nebo zvětšuje šířku impulsů. Tyto impulsy přes T1 spínají výkonový tranzistor T2. Tím se udržuje konstantní proud. Vždy se pozvolna rozsvěcuje nebo zhasíná až do doby, kdy se dosáhne požadovaného proudu.
Ten se stále udržuje a vyrovnává. Červená led počtem bliknutí informuje o nastaveném proudu.
Tlačítky tl- a tl+ se nastavuje požadovaný proud COB LED moduly. Tl1- ubírá, tl2+ přidává. Stlačením tl+ nebo tl- se změní konstanta. Pokud se drží
některé tlačítko, tak mikroprocesor čeká na uvolnění tlačítka. Po uvolnění led blikne. Pro nastavení 25% 1x, 50% 2x, 75% 3x, 100% 4x.
Tento regulátor osvětlení se může použít k regulaci COB - LED 12 - 24V.
Napěťový dělič R1 a R2 na tranzistoru T2 je zvolený tak, aby při nap. napětí 12V bylo na něm - GS kolem -10V.
Pokud se bude regulovat COB LED na 24V, tak je potřeba upravit napěťový dělič R1 a R2. R1 = 2k7, R2 = 3k9. Napětí GS bude
kolem -10V.
Vyrábí se spousta COB LED modulů na různá napětí a proudy. Proto je potřeba zjistit, jaký je max. proud modulu. 12V modul se nemůže napájet ze zdroje který má výstupní napětí > 14V. Např. 19V nap. zdroj k notebooku. Regulace by fungovala jak má, jenom proudové špičky budou větší jak max. povolený proud modulem a ten časem „odejde".
Kmitočet PWM je nastavený na 122Hz. Max. zvolený proud = 650mA.
Odpor rezistoru R5 = 0,68Ω. Plošný spoj má také malý odpor ( 0,015Ω ). Pokud požadujeme max. přesnost, tak se musí připočítat k odporu R5.
Délka ploš. spoje od Vss ( zem ) mikroprocesoru + R5.
Skutečný odpor = 0,68 + 0,015 = 0,695Ω. Ověřeno měřením proudu a úbytku napětí.
Nastavení na 25% = 162mA, 50% = 325mA, 75% = 487mA, 100% = 650mA.
Příkon:
25% = 1,9W, 50% = 3,9W, 75% = 5,8W, 100% = 7,8W.
Vlastní spotřeba je 8,7mA.
Změnou rezistoru R5 se dá nastavit max. proud, který potřebujeme ( R = U/I ). Příklad níže.
U = 0,452V = úbytek napětí při max. proudu 0,65A na R5 + odpor ploš. spoje
Skutečný odpor = R5 + délka ploš. spoje 0,015 = 0,695Ω
U = I x R = 0,65 x 0,695 = 0,452V. Konstanta pro úbytek napětí 0,452V je vložena při psaní programu.
Změnou rezistoru R5 je možné měnit proud ( viz příklad níže ). Při proudu > 3A je vhodné tranzistor T2 umístit na chladič.
Nap. zdroj by měl být na max. požadovaný proud + 30% rezerva.
Příklad:
Výpočet rezistoru R5.
I max. = 0,8A. 0,452 / 0,8 = 0,55Ω - 0,015 = 0,535Ω R5 = 0,535Ω
Regulace proudu bude: 25% = 0,2A, 50% = 0,4A, 75% = 0,6A, 100% = 0,8A.
Na přesnosti odporu závisí proud, který prochází zátěží ( COB LED ).
Max. proud = 4A. ( Šířka ploš. spojů = max.4A.)
Velikost ploš. spoje je 59 x 41 mm. Celá konstrukce je umístěna v plastové krabičce Z67.
Při osazování červené LED je potřeba dodržet tuto vzdálenost. Vrch LED od ploš. spoje = 20 mm.
Aby osazený plošný spoj vešel do plastové krabičky, tak se musí odvrtat dva sloupky vysoké asi 5mm - zarovnat se dnem.
Dále je potřeba nalepit 3 molitan. podložky, síla 4 mm. ( Viz. foto ). Ty nadzvedají ploš. spoj, aby pasoval napájecí konektor s otvorem pro připojení napájecího zdroje. Jedno čelo krabičky, kde je umístěný jack konektor, se provrtá otvor průměr 5,6 mm v podélné ose 18 mm od kraje čela.
Druhé čelo krabičky, kterým bude procházet napájecí konektor se provrtá otvor 10 mm od vrchu a 18 mm od boku čela ( viz. foto ).
Průměr otvoru je opět 5,6 mm. Je potřeba vždy předvrtat menším průměrem vrtáku.
Štítek může být vytištěný na samolepící fólii ( laserová tiskárna ), nebo na obyčejném papíru. Štítek zároveň slouží jako šablona pro označení otvorů.
V místě označení krajů se ustřihne, přiloží na vrchní díl krabičky a jehlou se označí důlčíky, kde jsou středy otvorů pro mikrospínače a červenou LED.
Pro mikrospínače se provrtá vrtákem o průměru 4 mm, pro LED vrták průměr 3,2 mm.
Potom se štítek přilepí na vrchní díl krabičky a dříkem vrtáků se ze strany štítku promáčknou otvory. Aby měl štítek větší trvání, tak se může nastříkat
bezbarvým akrylovým lakem.
Konektor jack je zvolený kvůli rychlé výměně zátěže ( COB LED ). Místo jack konektoru je možné připájit kabely od COB LED přímo do ploš. spoje.
Při zapojení COB LED je potřeba dát pozor, aby nedošlo k přepólování. Může se zničit COB LED modul.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Na obr. vpravo jsou veškeré informace
naměřené na R5.
Rezistor R5 = 0,68Ω.
Skutečná hodnota s ploš.
spojem = 0,695Ω.
Střední hodnota proudu je
0,452 / 0,695 = 0,650A.
Špičkový proud je 0,512 / 0,695 = 0,737A.
Naměřený proud se shoduje
s údaji na ampérmetru.
Výstupní napětí na zátěži - COB LED
při proudu 0,325A - 50%.
Rozmístění součástek na ploš. spoji.
Seznam součástek:
Rezistory 0207: kondenzátory: tranzistory: diody: IO:
R1 5k1 C1, C3 100n/50V keramické T1 BC546A D1 1N4007 IO1 78L05
R2, R3, 1k C2 22 - 100µ / 35V T2 IRF4905 LED červená 3 mm / 2mA IO2 PIC12F683 - naprogramovaný
R4, R6, R7, 8k2 C4 100µ / 16V
R5 0,68Ω / 0,6W C5 1µ / 16V
R8 1k5
ostatní:
patice DIL 8
mikrospínač 6 x 6 x 23 mm - 2 ks
deska ploš.spoje 59 x 41 mm
konektor napájecí 5,5/2,1 mm do ploš.spoje
konektor jack 3,5mm mono do ploš.spoje - ( typ - pj 302 )
plastová ktabička Z67
nap.zdroj 12V s konektorem 5,5/2,1 mm na požadovaný proud + 30% rezerva
