Category Archives: LED

LED lempa

Jau seniai turėjau saują baltų šviesos diodų kuriuos pirkau (labai pigiai) per eBay. Dabar prireikė parašyti kokį nors straipsniuką, kad skaitytojai nenuobodžiautu… 🙂
Projekto įdėja labai paprasta ir ji kilo tikrai ne man. Keletą projekto variantų mačiau internete. O maitblokio konstrukcija sena kaip pasaulis- bent jau Radio žurnaluose spausdinta prieš 30 metų ar daugiau.

Staline LED lempa
Lemputės konstrukcijai panaudotas cokolis iš perdegusios taupiosios lemputės. Demonstracijos metu lemputė įsukta į Smetonišką modern stiliaus šviestuvą, tik nuimtas gaubtas. Gavosi labai elegantiška stalinė lemputė. Nežinau ar galima su ja skaityti, bet šviesa labai kryptiška ir manau jei knygą laikyti ryškiausioje vietoje, apšvietimas atitiks normą.

Dabar apie elektrinę dalį. Lempoje panaudoti 39 šviesos diodai (paprasčiausiai tiek tilpo į PCB atraižą). Visi šviesos diodai sujungti nuosekliai. Vienintelis žinomas diodų parametras yra kad ju darbinė srovė 25mA. Prie šios srovės, įtampos kritimas ant visų diodų yra 120V.

LED lempos schema

Įtampos sumažinimas atliekamas per kondensatorinį daliklį. Toks daliklis leidžia lengvai sumažinti įtampą ir negeneruoti šilumos. Į reaktyvines galias mes nekreipiam dėmesio, nes buitiniai vartotojai už ją nemoka. Beja, šita lempa netgi atlieka stebūklingo “energy saver” funkcijas 🙂
Išlygintos įtampos pulsacijos išlyginamos elektrolitiniu kondensatorium. Jei jo nebūtu, LEDai mirgėtu. 150 omų rezistorius gal ir nereikalingas, bet ji įdėjau dėl viso pikto.
Kondenstorius parinktas eksperimentiniu būdu- skaičiavimas man kažkaip nesigavo. 0.68µF (matavimas parodė 0.7µF) kaip tik davė 25mA prie 230V.

Lemputė “in action”:

Matosi kaip po truputi užgesta diodai- išsikrauna elektrolitinis kondensatorius. Įjungimas taip pat ne momentinis, bet žymiai greitesnis.
Beja, vaiduoklinis švytėjimas lieka net kokias dešimt minučių…. 🙂

Beja, lemputė kaista- 120V * 0,025A= 3W. Tokia šiluma kiek kaitina lemputę, todėl jos negalima kišti į labai uždarą armatūrą. Taupiosios lemputės korpuse verta pragrežioti skylutes oro cirkuliacijai.

High Voltage

P.S. Rezistorių geriau perkelti prieš tiltelį.

Spalvoti mirkčiojantys LEDai

Eilinis beprasmis pirkinys iš eBay. Pirkau normalius LEDus ir pakeliui iš to pačio pardavėjo už kelis dolerius paėmiau rodos 100 “rainbow leds”. Ir dar davė “free resistors”. 🙂 Kadangi šiam pirkiniui panaudotos lėšos gautos už šio puslapio mokamas nuorodas, tai galima sakyti pirkinys kaip ir už dyka.
Kokia valandą laiko smaiksčiau aš tuos šviesos diodus, balastinius rezistorius ir laidelius į maketinę plokštę:

Rainbow RGB LED
(čia apie 50…60 diodų)

Gavosi tokia nesamonė… visiškai nepanaudojamas daikčiukas. Tiktai galima pademonstruoti, šviesos diodo parametrų išsimėtymą- trumpam atjungus laidą visi diodai sinchronizuojasi, bet toliau sinchronizacija išsikraipo…

Ir kam aš juos nusipirkau? Gal yra idėju kur juos panaudoti? Ar imesti į stalčių ir užmiršti. 🙂

Šiaip postas skirtas tiem žmonėms kurie jaudinosi, kad nieko nerašau… nu nėra laiko kada ką nors sukonstruoti- tik tada aš galiu postinti. Visos schemos turi būti patikrintos…

Dalinai veikia LVDS per UTP

Kiek laiko praleidau belaužydamas galvą. Problema tokia, kad nors ir susijungia dvi plokštės su FPGA mikroschemoms per pusantro metro UTP Cat5 LAN kabelio, PLLas sinchronizuojasi, tačiau RGB matrica rodo kažkokius niekalus. Pagrindinė problema, kad nepasigauna reikiama bitų seka LVDS serializeryje/deserializeryje. Kiek paskaičius dokumentaciją, radau kad galima pasigaminti bitų poslinkio valdymo kojeles. Dabar sinchronizacija ŽYMIAI pagerėjo, bet dar neįdeali. Tačiau bent jau mąstymo gairės atsirado ir projektas pasislinko iš tupiko.

Mažoji (master) plokštelė tai antras Alteros ciklonas (kurį man antrinių žaliavų pavidalu padovanojo Lietuviška elektronikos firma su trumpu pavadinimu iš T raidės). RGB matrica– tai jau seniai iš eBay nupirkta pramoninė matrica su pirmos eilės ciklonu. Plokštės sujungtos mėlynu lanksčiu UTP LAN kabeliu nuo telekomo DSL modemų. Duomenų perdavimo greitis 2*100Mbit. Manau galimas ir didesnis, tik neaišku ar man didesnio reikia.

Sudėtingiausia “namudinė” plokštė

Mintis paprasta- reikėjo padaryti LVDS siuntiką mano RGB matricai. Nei viena turima testinė FPGA plokštė netiko. Vienintelė išeitis- darytis plokštę. Viena problėmėlė- CycloneII mikroschema turi 144 kojas ir 0.5 mm kojelių žingsnį. Buitinėm sąlygom kiek sunkokas variantas- reikia užsisakyti kokiam nors fabrikėlyje Kinijoje ar Bulgarijoje. Tačiau tokia PCB gana brangiai kainuoja. Ypač žinant tai, kad aš dar nežinau kaip kas turi būti padaryta. Todėl išmasčiau, kad “beta” versija reikia pabandyti pasidaryti namie. Tokiom mikroschemoms reikia daugiasluoksnės plokštės, tačiau namų sąlygom metalizuotos skylutės nesigauna ir šiaip problemos su sluoksnių sutapatinimu. Todėl plokštę pasidariau viensluoksnę.

Va paveiksliukas kaip turi atrodyti plokštė:
FPGA
Rausvais kvadratais pažymėtos vietos, kur padariau klaidas. Klaidos tokios:

  • FPGA I/O 2.5V, ATMEGA16 3V tačiau aš neturėjau L versijos. Todėl mega važiuoja ant maždaug 5V.
  • Megos I/O ir Ciklono I/O lygiu suderinimas. Bandom su rezistoriais.
  • Rezonatorius ??MHz buvau sugalvojęs viena, teko dėti 50MHz kuris irgi važiuoja ant 5V. Iš čia CLK lygiu suderinimas su rezistoriu ir diodu. Kiek jis duoda problemų dar nežinau.
  • FPGA PLL maitinimas. Čia jau aš kaltas, kad iki galo neįsiskaičiau į instrukcijas. Aš sujungiau PLLA ir PLLD laidelius į vieną laidą ir per ferituko ir kondiko filtrą pajungiau prie VCCINT… Galbūt dėl šito negaunu PLL LOCKED patvirtinimo LVDS išėjimo megafunkcijoje.
  • Dar nepatvirtinta, bet rodos supainiojau “p” ir “n” poras ant kištukų… nes duomenys kitame kabelio gale gavosi invertuoti :).
  • Užmiršau “apsauginius” 3.6V zenerius ant USB duomenų šynos. Ir vieną rezistorių ten pajungiau prie GND vietoje VCC5.
  • Viena LVDS pora neveikia. Nežinau kodėl. Pasirinkau vieną kojelę su “dual purpose pin” ir kažkas man ten gliučina.– radau mažyti “solder bridge”
  • Nenumačiau keletos vietų “demferiniams” kondikams, nors ant PCB ten vietos pilna.

Pagaminta plokštė, kad negalvotumėte, kad svaigstu. Tas organinis stiklas tikrai padeda, nes ne vieną prietaisiuką esu pagadinęs kai nusprūsta koks oscilografo žemės laidas ir prisiliečia prie ten kur nereikia.

FPGA
(Plokštė pagaminta su fotorezistu ir lazeriniu printeriu. Takeliai išvedžioti Eagle programa)

Kol kas viskas veikia blogai. RGB LED plokštė pagauna LVDS sinchronizacija, bet vistiek bando rodyti visokius briedus. Pagyvensim pamatysim, kol kas gi mokomės. Dar nei vieno LVDS projekto nedariau.
O projekto fantazija buvo tokia, kad iš kompo informacija per USB paduodama į šią plokštę, o ji, savo ruožtu, valdo vieną arba dvi RGB matricas.
Šiuo metu, matrica prijngta 100Mbit greičiu prie “valdymo” plokštės. Jei pavyksta sekmingai sinchronizuotis, duomenys teisingai vaikšto ir matrica valdosi (per JTAG). Tačiau siuntėjo LVDS modulis “PLL LOCKED” nepakelia.

Automobilistas: LEDinis gabaritas

Eilinį kartą perdegė automobilio gabaritų galinis žibintas. Originali lemputė dar laiko, o piguva iš degalinės ėmė ir perdegė. Ir išlaikė tik nuo vasaros. Automobilio borto įtampa teisinga ir normos ribose. Todėl nutariau atgaivinti seną įdėją apie šviesos diodinį gabaritą. Tam tikslui panaudojau pigų diodą iš dealextrymo. Visa bėda, kad šitas diodas naudoja 0.3A darbinę srovę prie maždaug 3.4V įtampos kritimo. Kaip balastą panaudoti kokį rezistorių ar net LM317 nėra protinga nes prie automobilio borto įtampos, toks energijos švaistymas yra kiek sudėtingas ir neekonomiškas 🙂 (10V * 0.3A= ~3W šilumos). Taip pat netinka mano seniau naudoti LED draiveriai (1, 2, 3, 4), nes jie nepritaikyti maitintis nuo 12…14V šaltinio. Šį kartą nutariau pasinaudoti firmos National Semiconductors produktais. Pasirinkau mikroschemą LM3405A – tai kaip tik tokiam reikalui skirta mikroschema. Schemą jungiau pagal gamintojo pateiktą datasheetą ir jokių savo tobulinimų nedariau, gal tik visur naudojau keraminius kondensatorius.

Va senos, perdegusios lempos patronas ir jau pagaminta PCB:
LED gabaritas

Visos detalės jau sulituotos ir plokštė išbandyta. PCB dvisluoksnė, bet apačioje tik 33uH induktyvumas ir išėjimo kondikas, rodos 22uF keramika:
LED gabaritas

Šioje, nekokybiškoje nuotraukoje jau matosi surinkta šviesos diodų lemputė. Pats LEDas pritvirtintas prie nedidelio varinio radiatoriaus, kuris prilituotas prie lempos patrono. PCB taip pat prilituota prie patrono. Dėl galvaninio ryšio (nesu tikras ar aš čia nekaltas), diodo padas priglaustas per silikoninę izoliacinę tarpinę prie radiatoriaus. Visa diodo šiluma perduodama per radiatoriaus kojeles į lempos patroną. Manau užteks ploto, kad ataušinti 1W diodą. Viskas apsnargliuota termo klijais- jie hermetizuoja elektroniką, kiek sklaido šviesą ir šilumą:
LED gabaritas

Surinktos lemputės testas “laboratorijoje”:
LED gabaritas

Lempa įkišta į mano golfiuką:
LED gabaritas

Išorinis testas. Lempa kairėje- 1W šviesos diodas originalioje VW armatūroje. Dešinėje- standartinė 5W lemputė.
LED gabaritas
Fotografuojant lempos šviečia maždaug vienodai. Žiūrint žmogaus akimis, LEDinė lemputė labiau raudona. Originali lemputė kiek gelsvesnė.

SAVEL ir Levas nerekomenduoja keisti automobilio konstrukciją ir modifikuoti apšvietimą. Tokie pokyčiai galimi tik atlikus sertifikavimą ir gavus E ženklą. Važinėjimas su tokiom lemputėm kogero pažeidžia kokius nors įstatymus. Šis eksperimentas padarytas tik pažintiniais tikslais ir dar nereiškia, kad aš važinėju su LED žibintais.

Balti LEDai ant 230V

Viskas prasidėjo nuo 5W balto diodo jungimo prie 230V tinklo. Tam tikslui buvo panaudotas kinietiškas korpusas ir balastas. Tačiau balastas nesuveikė- neužteko įtampos ant šio 5W diodo, nors balastas buvo skirtas 5W diodams. Tas diodas tai tikriausia du diodai sujungti nuosekliai tame pačiame korpuse, ar dar kažkokia kombinacija. Paprastai įtampos kritimas ant diodo apie 4V, tačiau ant šio diodo įtampa buvo apie 6V.

LED balast 230V

Balasto modulis kompaktiškas, tačiau, kas keista- korektiškai pagamintas. Kiti balastai kur mačiau, tai maksimaliai supaprastintos schemos ant diskretinių tranzų. Čia sumontuotos dvi mikroschemos ir vienas optotranzistorius.

LED balast 230V

Mikroschema tai Fairchild FSDH321, “Green Mode Fairchild Power Swithch (FPS)”- iki 11W galios impulsinis maitblokis. Darbui su 5W LED pats tas. Kita mikroschema tai paslaptis- manau kažkoks ST semiconductors TSM103 analogas. Joje yra du operaciniai stiprintuvai, vienas iš jų pajungtas prie įtampos etalono. Pasinagrinėjus schema ir kitus pavyzdžius, nustačiau, kad max įtampą riboja dviejų rezistorių daliklis (R4 ir R10). Originalioje schemoje R4 buvo 3.3K, pakeitus į 4.7K įtampa pakilo iki ~6V. Srovės reguliavimas nepakito. Tai aišku bėda, nes reikia 5W energijos- pakėlus įtampą, srovė turėjo buti kiek sumažinta. Tačiau diodas išlaikė (kol kas) šį kankinimą. Tačiau po kiek laiko “lemputė” labai įkaito. Todėl išsukau iš liustros ir perdarysiu srovės ribotuvą R13.

LED balast 230V

Supaprastinta LED balasto schema:

LED balast 230V

Išlyginta tinklo įtampa patenka į FPS mikroschemą ir per bootstrap paleidžia generavimą. Pradėjus tekėti srovei per antrinę trafo apviją, pradeda veikti feedback grandinė. Ji susideda ne iš vieno (kaip paprastam maitblokyje), o iš dviejų komparatorių: vienas matuoja įšėjimo įtampą, kitas- srovę.

ATMEGA USB 20: mini LED matrica iš Sure Electronics

Jau gana senokai esu nusipirkęs mažytę LED diodų matrica per eBay iš Sure Electronics firmelės. Tai kiniečių kompanija kuri gamina įvairiausią šlamštą ir pardavinėja on-line. Kada prie progos pažiūrėkit eBay ar jų pačių puslapiuose.

Tai visiškai nereikalingas prietaisas. Nebent pasistatyti ofise ant stalo ir laikas nuo laiko siusti žinutes kolegom. Kadangi tai vienos dienos projektas, tai visas softas gal ir nekulturingas- biški per daug darbo kad daryti kultūringai. Visgi reikėjo parašyti firmware ATMEGAI (panaudotos turimos bibliotekos), parašytas softas USB valdymui windows XP (iš esmės hackintas pavyzdys) ir parašytas nuo nulio MS Visual BASICe grafinis interfeisas paveiksliukų paišymui… Kai viska gražiai sutvarkysiu, visus source kode sudėsiu čia.

Mini Red LED matrica is Sure Electronics su ATMEGA ir USB

Matrica tai 6 moduliai su 8×8 diodų. Praktiškai, ten įlituota dvispalviai diodai, bet aš nesugebėjau įjungti žalios spalvos. Tuo labiau, kad nei Sure Electronics dokumentacijoje, nei Holtek čipo (HT1632) datašeete neparašyta apie daugiau kaip 384 diodų valdymą. Holtek kontroleris valdosi per 3 laidus, turi savyje 16 lygių PWM visai matricai. Dar yra mirksėjimo režimas, jei reikėtų padaryti kokį pranešimą, labiau atreipiantį dėmesį.

Mano hardwarė pati paprasčiausia ATMEGOS16 testinė plokštė. Viskas maitinasi iš USB, ir kai uždegiu visus diodus, šviesa ryškiai “pasėda”.

Čia windozinė GUI programa, kur galima paišyti vaizdelius. Dar pilna visokiausių DEBUG dalykėlių…
Softas Sure Electronics LED USB image

Nedidelis filmukas kuris bando pademonstruoti kaip greitai pasikeičia vaizdelis. Deja, realybėje jis kogero keičiasi greičiau.

Čia bus source kode, kuri susideda iš šių dalių:
\firmware:

  • holtek_ht1632.c
  • holtek_ht1632.h
  • usbconfig.h ir visas kalnas iš usbdrv kategorijos.

\commandline:

  • hidtool.c
  • hidtool.h
  • ir dar keli papildomi

\GUI:

  • LEDGUI.exe
  • LEDGUI visual basic source

\proteus:

  • Proteus schema protokolo analizavimuisi

Download: Source Code, exe, proteus, firmware, cmd line, visual basic

Keli balti LEDai iš mobilaus nuo poros AA batareikų

Užduotis: pajungti kelioliką baltų šviesos diodų (toliau LED) prie mažavolčio įtampos šaltinio. Galima jungti visus diodus lygiagrečiai, ir kiekvienam parinktį balastinį rezistorių. O jei jungti nuosekliai, reikia daugiau įtampos. Kai LED šaltinį panaudojau senus ekranėlių diodus iš Samsung SGH-E710 mobilių telefonų. Šis telefonas ypatingas tuo, kad jame įmontuotas didelis (fiziškai) diodas, kuris apšviečia fotografuojamą/filmuojamą objektą. Diodo parametrų nežinau, todėl nemanau, kad išspaudžiau iš jų visą galią.

Kaip stabilizatorių panaudojau mažutelaitį Texas Instruments čipą: TPS61040. Čipukas labai mažas, bet su kojytėm (SOT-23), todėl jį lengva prilituoti. Čipas angliškai vadinasi “LOW-POWER DC/DC BOOST CONVERTER IN SOT-23 AND SON PACKAGES” t.y. paprasčiausias impulsinis stabilizatorius. Įėjimo įtampa nuo 1.8V (kaip tik 1 ličio bačkutė arba du AA akumuliatoriai) iki 6V. Tuo tarpu išėjimas iki 28V. Vidinis raktas junginėja iki 400mA srovę.

Schema visiškai paprasta ir jai reikia labai paprastų detalių:

Multi white LED on 3V

O štai čia schema jau sulituota ant 23mm diametro plokštės. 45 omų šuntas padarytas iš dviejų 91 omo rezistorių. Apsauginis zeneris (stabilitronas) neprilituotas, nes jis “optional”. Aišku kondikai žymiai didesni nei reikalaujamas minimumas schemoje. Teorinė srovė skaičiuojasi pagal formulę: I=1.233/R.

Multi white LED on 3V

O čia jau patys šviesos diodai. Viename korpuse yra 4 šviesos diodai (po du diodus nuosekliai į porą kojų). Gaunasi kaip ir 16 diodų nuosekliai.

Multi white LED on 3V

Visa schema jau surinkta. Tas vienišas baltas diodas buvo skirtas testavimui ir eksperimentams (nesitikėjau tokio schemos mašumo- norėjau maitinti tik 4 diodus).

Multi white LED on 3V

Ir įjungta schema (maitinama iš 4V šaltinio, deja nuo 3V nėra pilno našumo):

Multi white LED on 3V

Įtampos kritimas ant diodų – 25V, srovė (matuota)- 26.6mA. Galia- 0.665W. Manau srovę dar galima kelti, nes kol kas prietaisas naudoja 198mA srovės (gi max 400mA!) prie 3.96V (0.784W)… Che 84% naudingumo koeficientas 🙂

LED automobilistui

Žinot koks populiariausias klausimas girdimas iš “automobilisto” apie LED? Kaip pajungti? O kas yra rezistorius? O kokį reikia dėti…

Rezistorius tai elementas, apribojantis srovę per šviesos diodą (LED). Pats šviesos diodas yra “srovės” vartotojas. Todėl paprasčiausias sprendimas- pajungti rezistorių ir ant jo sodinti perteklinę galią. Rezistoriaus varža skaičiuojama taip:

Susižinom, kiek mA srovės reikia diodui. Iš kažkur sužinom kiek įtampos krenta ant diodo (nuo 2 iki daug voltų. Daug tai pas specialius baltos šviesos diodus, kurie konstruktyviai sudaryti iš keleto diodų sujungtu nuosekliai diodo korpuse).

Įtampa ant rezistoriaus:

Urez=Umaitinimo - Udiodo.

Pastebim, kad Umaitinimo yra kiek kintama- kai išjungtas automobilio variklis- 12V, kai užkurtas- artėja prie 14V. O jei blogas generatorius- būna ir daugiau 🙂
Taigi jau Urez gaunasi kažkoks netikslus.

Rrez=Urez/Idiodo.

Praktinis pavyzdys:

Žalias šviesos diodas, Idiodo=15mA, Udiodo=3V.
UAutomobilio=12.5V.

Urez=12.5-3=9.5V
Rrez=9.5/0.015=633 omo.

Praktiškai pasirenkam rezistorių iš artimiausio standartinio dydžio, šiuo atveju 620 ±5% omu, bet skaičiuosim toliau tiksliai.

Pasiskaičiuojam, kas bus kai kaitaliosis įtampa:

Idiodo14=(14-3)/633=17mA
Idiodo11=(11-3)/633=13mA

Srovė kiek šokinėja, bet nėra labai baisus šuoliai. Tačiau jei reikia jungti daugiau diodų? Kiekvienam po rezistorių? Galima diodus (identiškus) jungti nuosekliai ir apseiti be papildomu balastinių rezistorių. Dėsniai tie patys, tik reikia imti didesnį diodų kritimą. Sakysim jungiam 3 tuos pačius diodus:

Udiodu=3x3V=9V.
Idiodu=15mA.
Urez=12.5-9=3.5V
Rrez=3.5/0.015=233 omai.

Jei pasidarė neigiami skaičiai, reiškia tiek diodų nuosekliai jungti negalima 🙂

Vėl pažiūrim kas bus kai užsives motoras:
Idiodo14=(14-9)/233=21mA oj… jau daugiau. Pabandykit paskaičiuoti, kas bus jei jungsime 4 diodus. Tikrai didelė tikimybė, kad diodai perdegs… O jei imti galingesnius diodus? Pasiskaičiuokit.

Tai ką daryti? Galima naudoti sudėtingus, modernius balastus. Bet jei nesinori vargintis, lituoti daugybe detalių. Ir dar brangių detalių… Ogi reikia panaudoti dvi detales- vieną rezistorių ir LM317 stabilizatoriu (apie 1Lt išlaidų). Ir gausis stabilizuotas srovės šaltinis.

LM317 gaminamas įvairaus galingumo ir įvairiuose korpusuose. Kuo stambesnis korpusas, tuo daugiau galios gali stabilizuoti aparačiukas.

Va jums aparačiukas surinktas su LM317L (smd soic8 korpusas) ir vienas SMD rezistorius (rodos 1206):
LED parinkimas rezistoriaus

O štai jums ir super sudėtinga schema bei srovės apskaičiavimo formulė:
LED parinkimas rezistoriaus

Mums reikia parinkti rezistorių pagal turimą srovę. Todėl, jei problemos su matematika, va jums formulė:

R=1.25/I (varža omais, srovė amperais).

Ir srovė bus stabilizuota. Todėl diodai bus apsaugoti ir švies tolygiai.

Tik nereikia užmiršti, kad pats reguliatorius turi tam tikrą minimalų įtampos kritimą (apie 3V, gal mažiau…). Schema tinkama ir baltiems diodams, ir mėlyniems. Ir kogero net lazeriams. Svarbu neviršyti reguliuojamos galios (priklauso nuo LM317 korpuso). Nors mikroschema gali dirbti ir 100oC temperatūroje, geriau taip neeksperimentuoti.

Supaprastintas pajungimas į STOP žibintus. Schema specifinė- be balastinių rezistorių.