SkullLight 1. prototyyppi

Tilatut ledit ja vakiovirtalähdemoduuli saapuivat postissa saksalaisesta Led1.de -verkkokaupasta. Toimitus oli todella nopea, paketti oli perillä tilauspäivän ylihuomenissa.

Nämä ledit ovat kirkkaan valkoisia, mitä ei ehkä voi pitää suositeltavana, jos haluaa ottaa kaikki mahdolliset riskit huomioon. Parempi vaihtoehto olisi näiden ledien lämpimän valkoinen versio.

Vakiovirtalähdemoduuli osoittautui todella pienikokoiseksi, ulkomitat 17*9 mm:

Problemaattiseksi osoittautui vakiovirtalähdemoduulin pienin suositeltu häviöteho, 500 mW, eli puoli wattia. Toimiessaan moduuli lämpenee liiaksi, jos siihen syydetään liikaa häviötehoa. Tällainen tilanne syntyy, jos syöttävä virtalähteen jännite on kovin korkea suhteessa ulostuloon kytkettyjen ledien kynnysjännitteiden summaan.

Kokeilua varten kaivettiin LABS:n miljoonalaatikosta tyypillinen 12 V verkkolaite:

Verkkolaitteessa lukee 12V, kuormitettavuus 1A, eli 1000 mA. Laitteemme kuluttaa vain 80 mA, joten kuormitettavuus riittää mainiosti. Mutta jännitepuoli on hieman ongelmallisempi. Halvat sekalaiset verkkolaitteet tyypillisesti antavat pienellä kuormituksella tai tyhjäkäynnillä ulos nimellisjännitettään korkeamman jännitteen. Tämän nimenomaisen yksilön tyhjäkäyntijännite oli 17,2 V. Kuormitettaessa jännite painui 15,6 volttiin.

Moduulin häviöteho selviää mittaamalla sen yli vaikuttava jännite ja sen läpi menevä virta. Häviöteho watteina on virta ampeereina kertaa jännite voltteina. Testasimme kytkentää ensin neljällä sarjaan kytketyllä ledillä.

Moduulin yli vaikutti 3,2V jännite, virran ollessa moduulille tyypillinen 82mA. Kertomalla 3,2V * 0,082A saadaan 0,26W, joka kelpaa, se on alle puolen watin rajan.

Ohitimme yhden ledin, jolloin moduulin täytyi ”hävittää” enemmän jännitettä. Moduulin yli vaikuttava jännite nousi 6,3 volttiin. Virta pysyi moduulin nimellisarvossa, ollen edelleen 82 mA. Tästä laskemalla häviötehoksi saadaan 6,3V * 0,082A = 0,52W, joka on jo hieman liikaa.

Yhteenvetona havaitsemme, että näillä lähtöarvoilla moduulissa pitää olla kytkettynä neljä lediä yhtä aikaa, ettei vakiovirtalähde kärvähdä. Huomaamme rakentaneemme KalloValon, joka soveltuu kahdelle käyttäjälle yhtaikaa, kyseessä on siis näppärä pariskuntamalli.

Valitsimme vakiovirtalähteen kokeiltavaksi, koska uskoimme sen helpottavan rakentamista. Hyvä vakiovirtalähde pystyy toimimaan laajalla sisäänmenojännitealueella, jolloin miljoonalaatikosta löytyvien komponenttien käyttö olisi helpompaa. Tämän kyseisen vakiovirtalähteen rajoituksena on kuitenkin pieni kuormitettavuus, sisäänmenojännite ei saa olla liian korkea ulostulon jännitetasoon nähden.

Millainen sisäänmenojännitteen pitäisi olla kahdelle tällaiselle ledille? Moduulin spekseissä mainitaan, että minimi sisäänmenojännite pitää olla 3,3 volttia korkeampi kuin kytketyn lediketjun ledien yhteenlasketut kynnysjännitteet. Mittasimme ledien keskimääräiseksi kynnysjännitteeksi 3,05V. Kahdelle ledille tarvittaisiin sisäänmenojännitteeksi 3,05V + 3,05V + 3,3V = 9,4V.

Entäpä kahdelle ledille käyvä korkein sallittu sisäänmenojännite? Sitä rajoittaa moduulin suurin sallittu häviöteho, 0,5W. Jakamalla häviöteho moduulin nimellisvirralla saadaan korkein sallittu moduulin yli vaikuttava jännite: 0,5W / 0,08A = 6,25V. Moduulin korkein sallittu sisäänmenojännite saa siis olla 3,05V + 3,05V + 6,25V = 12,35V. Tarvittaisiin siis jännitelähde, jonka ulostulojännite olisi 9,4V – 12,35V. Vakavoitu 12V jännitelähde olisi varsin sopiva tarkoitukseen.

Nyt tiesimme reunaehdot. Tiede ja lapsellinen toiveajattelu eroavat toisistaan siinä, että tiede pyrkii todentamaan laskelmat laboratoriokokeilla. Niin mekin. Pengottuamme aikamme LABS:n tarvikevarastoa, havaitsimme kaikkien verkkolaitteiden olevan kuta kuinkin edellä mainittua vakavoimatonta tyyppiä. Vastaan tupsahti kuitenkin vanha ulkoisen SCSI-massamuistin virtalähde, joka oli sopiva kokeiluun vakaan 12V jännitteensä vuoksi. Pöytämallin tietokonetta voikin käyttää muun toimen ohella myös KalloValon virtalähteenä haaroittamalla vaikkapa lisäpuhaltimen johdon ulos tietokoneesta.

Kytkimme tähän 12V teholähteeseen vakiovirtamoduulin ja kaksi lediä. Yllättäen virtalähde käyttäytyi hieman oudosti, ulostulojännite alkoi sykkiä ja KalloValosta tuli diskovalo. Arvelimme syyksi sitä, ettei näitä virtalähteitä ole tyypillisesti suunniteltu toimimaan näin pienellä kuormituksella, joten kytkimme pienen 12V puhaltimen lisäkuormaksi. Virtalähde rauhoittui ja jännite asettui 12.2 volttiin. Nyt mittaukset kertoivat, että laskelmat pitivät paikkansa. Vakavoidulla 12V teholähteellä ja kahdella käyttämällämme ledillä vakiovirtamoduulin häviöteho oli 0,46W, joka kelpaa hyvin.

Rakennusohje näillä komponenteilla:

Tarvitaan 1 kpl 12V vakavoitu tasajännitelähde tai verkkolaite, jonka jännite pysyy 9,4V – 12,35V välissä kuormitettuna. Verkkolaitetta on voitava kuormittaa 100 mA virralla. Myös pöytämallin tietokone käy.

Tarvitset 2 kpl näitä ledejä ja 1 kpl tällaisen vakiovirtamoduulin.

Lisäksi tarvitset kytkentäjohdinta, tinaa, juottimen, yleismittarin ja mahdollisesti pienen kotelon. Ledien jalkojen suojaamiseen tarvitset kutistesukkaa ja/tai eristysnauhaa.

Sinun pitää selvittää kumpi verkkolaitteesi navoista on plus ja kumpi miinus. Väärinkytkentä voi rikkoa komponentteja. Jos otat jännitteen tietokoneesta, tarvitset mahdollisesti haaroitusliittimen kahdelle kiintolevyn johdolle, ellet halua katkoa piuhoja. Vanhemmista kiintolevyliittimistä 12V jännite löytyy keltaisen ja mustan johdon väliltä.

Ledien jalat ovat eri pituiset. Pidempi jalka on anodi, joka pitää kytkeä plussaan päin.

Tässä kuvassa on koko kytkentä verkkolaitteesta eteenpäin:

Kun tilaamamme muut ledit ja niiden ohjaimet saapuvat, rakennamme uusia protoja. Keskustelu on tervetullutta! Facebook-ryhmä Edullista valoa aivoihin on perustettu itserakentajia varten. Voit myös kommentoida artikkelia tässä blogissa.

Tässä lisätietoa vakiovirtamoduulissa käytetystä regulaattoripiiristä (pdf). Todennäköisesti jatkossa toteutamme saman kytkennän hieman järeämmällä piirillä, jolloin sopivan jännitelähteen löytäminen on hieman helpompaa.

terveisin V.I.N.

Creative Commons Lisenssi
Tämä teos kuuluu
Public Domainiin.

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s