Pieni ja tehokas Led-taskulamppu 9V paristolla Markku Kauppinen Tämä taskulamppu käyttää ledien virran rajoitukseen kaksipiiristä N-kanava fet-vakiovirtasäädintä. Kaksipiirisessä säätimessä voi käyttää eri kynnysjännitteellä olevia eri värisiä esim.punaisia ja valkoisia ledejä toisistaan riippumatta. Katso uudet ohjeet PVC-putkikoteloinnista sivulta 4 Ominaisuudet Oheinen pieni piirilevy on alunperin suunniteltu muutamaa lediä ja 9V paristoa käyttävään taskulamppuun, jonka muoto olisi pitkulaisena sopiva esim. johonkin muoviputkeen. Elektroniikkaosa soveltuukin vain pienemmälle määrälle ledejä. Kytkennässä käytetyn vakiovirtaregulaattorin pienet N-fet transistorit eivät pysty haihduttamaan enempää lämpöä pois, kuin mitä kolme rinnakkaista lediketjua kuormittaa. Jos halutaan käyttää edullisia pieniä liukukytkimiä jotka kestävät DC-virtaa vain esim. 00mA, niin niitä ei voi luotettavasti käyttääkään kuin muutaman ledin kanssa. Toisaalta kun katkotaan käyttöjännitettä niin kytkennässä on yksi vastus vähemmän per säädinpiiri. Vakiovirtasäädinpiirejä on kaksi rinnakkaista, jotta toisessa piirissä voisi käyttää eri kynnysjännitteellisiä ledejä. Taskulampussa voi näin käyttää tehokkaammin punaisia ledejä valkoisen seassa tuomaan lämpimät sävyt esiin (tai samalla piirilevyllä saa polkupyörän takavalon hehkumaan punaisena). Kun punaisten ultrakirkkaitten ledien kynnysjännite on useimmiten esim..85v, voi niitä olla samalla käyttöjännitealueella kolme sarjassa, kun valkoisia ledejä (á noin 3V) voi olla vain kaksi. Suoraan piirilevyllä on paikat kaikkiaan seitsemälle ledille, joista ryhmä on tarkoitettu juuri punaisille. Mikäli kolmen punaisen ledin tilalla käytetäänkin kahta valkoista lediä (ryhmässä ), pitää esim. keskimmäisen ledin paikka oikosulkea hyppylangalla. Piirros : Taskulamppu / ledit piirilevyllä Led ryhmä Tähän reunimmaiseen paikkaan juotetaan ensimmäisenä kolme punaista lediä (tai kaksi valkoista lediä ja keskimmäiseen paikkaan hyppylanka). Nämä ledit taitetaan varsin lyhyillä jaloilla piirilevyn reunan yli. yhmä 3 3 3 3 3 3 yhmä 3 T4 T T T3 Huom. Kaikilla ledeillä katodi (lyhyempi jalka) osoittaa alaspäin Piirroksessa yllä on taskulamppukytkentä jossa ledien määrät ovat samat kuin mitä piirilevyllä on paikkoja. Ledit voi kytkeä piirilevyltä myös johtimien päähän (piirros ). Kummassakin ryhmässä voi olla vaikkapa 3 ketjua rinnan. Eri värisiä (eri kynnysjännitteellisiä-) ketjuja ei voi kuitenkaan laittaa rinnan samaan ryhmään. Yhden punaisen ja yhden valkoisen ledin voi myös laittaa ketjuksi ja näitä ketjuja vaikka kolme rinnan per ryhmä. 4 Led ryhmä Kun ryhmän ledit on juotettu paikalleen, juotetaan reunimmaiseksi ryhmään kaksi valkoista lediä, piirilevyn yläpuolelle. Ne taitetaan ryhmän ledien päälle. Toiset kaksi lediä juotetaan piirilevyn kuparipuolelle. 34 34 34 345 345 345 345 Piirros : Ohjain / ledit johtimien päässä yhmä 3 3 3 3 3 3 Kytkin 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 345 345 345 345 3 3 3 3 3 345 345 345 3 3 34 34 34 345 345 345 345 345 345 345 yhmä yhmä 9V neppariparisto tai akku (6F) yhmä Tai yhden valkoisen ja yhden keltaisen, kuten Timo Oravainen käytti artikkelissaan Itsenäisyyspäiväkynttilät (Tekninen Opettaja 4/007). Ja kuten kynttiläartikkelissa, ei toista säädinpiiriä välttämättä tarvitse rakentaa, jos neljän ledin taskulamppu välttää. Tällöin taskulampun voi tehdä ledryhmää ohjaavilla komponenteilla T, T, ja.
Kytkentäkaavio +9V Sisään 0V / Maa T C E Kytkin B G Led ryhmä tai 4kpl valkoinen, kpl aina sarjassa Yllä olevassa kytkentäkaaviossa on kuvattu piirilevyn yleisin suunniteltu käyttötapa taskulampussa, jossa käytetään vain kaikki piirilevyllä olevat ledien paikat. Mikäli ledit laitetaan johtimien päähän niin kytkennässä voidaan käyttää kolmea lediketjua per led-ryhmä eli esim. maksimi valkoista lediä (6kpl lediä per led-ryhmä/fet-säädin). D S T T3 C E 3 B G Led ryhmä 3kpl punainen tai kpl valkoinen sarjassa D S 4 T4 Osaluettelo, 3 ------ 47k Ohm /4W, 4 ------ Katso ohje alla * T, 3 ----- BC547C NPN transistori T, 4 ----- BS70 N-FET transistori Kytkin (ja ) Alumiinikotelomallissa pienoisliukukytkin, PVC-putkimallissa keinukytkin ø0mm aukkoon T-mallinen paristoneppari 9V paristolle * tai 4 = Ohmia kun ryhmään laitetaan vain yksi lediketju * tai 4 = 0 Ohmia kun ryhmään laitetaan kaksi lediketjua * tai 4 = 6.8 Ohmia kun ryhmään laitetaan kolme lediketjua Esim. ryhmään tulee kaksi ketjua valkoisia ledejä (+kpl) ja ryhmään vain yksi ketju punaisia ledejä (3kpl) kuten piirilevylle mahtuu. Tällöin = 0 Ohmia ja 4 Ohmia. Piirilevy seitsemällä ledillä Kaksi ledeistä ryhmässä juotetaan piirilevyn alapuolelle ja ne juotetaan viimeisenä paikalleen. Piirilevyllä on myös hätäkytkentä tyhjentyneen pariston käyttämiseksi loppuun. Kun piirilevyn keskellä olevat kaksi pinniä (piikkirima) oikosulkee oikosulkupalalla, toimii ryhmän valkoisista ledeistä vain kaksi. Tämä tarkoittaa sitä että vaikka 9V paristo olisi loppuun kulutettu, saa oikosulkupalalla yleensä vielä paljon valaisuaikaa lisää. Oikosulkupalaa ei tule käyttää kuin vasta sitten kun paristo on loppuun kulunut tai kun pariston kuntoa vain testaa. Sen käyttö ei säästä paristoa yhtään, päinvastoin. Virrankulutus pysyy kuitenkin samana. Kytkentä vain puolittaa valkoisten ledien osalta (ryhmä ) kynnysjännitteen siten että se oikosulkee sarjaan kytkettyjen ledien toisen puolen pois käytöstä. Kynnysjännite puolittuu n. kuudesta voltista kolmeen volttiin ja vain kaksi lediä palaa. Eli 9V nepparipariston jännite voi olla 5V ja lamppu palaa. Ns. Ponkalan led-lamppu on tunnettu juuri paristojen loppuun käyttämisestä ja tässä ajatus paristojen loppuun käyttämisestä onkin lainattu. Uutta 9V paristoa ei kuitenkaan kannata käyttää taskulampussa jossa ledien kynnysjännite on vain 3V ja näin hukata /3 pariston kapasiteetista, vaikka lamppu palaisi pitkään. Ponkalakaan ei ole tarkoittanut lamppuaan priimoille paristoille. Tässä lampussa voi ja kannattaa käyttää ihan tuorettakin paristoa koska ledien normaali kynnysjännite on 6V. Hätätapauksessa tai ihan vain pariston testausta varten oikosulkupala voidaan kuitenkin siirtää oikosulkemaan piikit ja tällöin lampun saa toimimaan pitkään puolella teholla, ellei paristo ole aivan hapan ja sisällöltään jo lamppuun levinnyt. Oikosulkupalaa säilytetään yhteen piikkiin ja sivulle painettuna, kuten oheisessa kuvassa. Huom. Kuvissa on 03/0 edeltävä piirilevyversio. Kuvat päivitetään mahdollisimman pian.
Kotelo 3mm PVC-putkesta Kotelointiin on käytetty tässä halpaa ja yleistä 3mm PVCviemäriputkea (sisä ø n. 8mm) ja sisä- ja ulkotulppia Kumpaankin päähän valmistellaan ensin sisätulpat poraamalla niihin 0mm reiät. Keinukytkin asennetaan yksinkertaisesti napsauttamalla se tehtyyn reikään. Siistein tapa asentaa ledien valoikkuna on käyttää lisänä ulkotulppaa. Ulkotulppaan tehdään 5mm reikä ja ikkuna tulee sisätulpan ja ulkotulpan väliin. Taskulamppuun tehdään apurunko, joka on max. 5mm leveä ja 90mm pitkä esim. mm alumiinilevyn kaistale. Apurungon avulla koko sisuskalu työnnetään sisään tai vedetään ulos pariston vaihtoa varten. Apurungossa on 5mm kynnys (korotus) joka taitetaan ylöspäin heti 9V paristotilan jälkeen. Kynnyksen ansiosta erityisesti pariston saa vedettyä ulos putkesta siten ettei mahdollinen kanitus aiheuta johtimiin vetorasitusta. Piirilevyn alle tulevaan osaan liimataan eristeeksi esim. polykarbonaattikaistale. Eriste liimataan alumiiniin ja sen on hyvä kiertää hieman päätyreunankin yli oikosulkujen estämiseksi. Pelkkä teippi saattaa raapiutua ajan saatossa siten että piirilevyn juotosnystyrät voivat tehdä oikosulkuja mennessään teipistä läpi. Apurunko tulee ruuvilla kiinni keinukytkimen ulompaan napaan. Lattaliitinmallisessa navassa on pienelle ruuville sopiva reikä valmiina. Apurunko saa vaikka löystyäkin/taittua, sillä ei ole merkitystä ja se on jopa välttämätöntä. Kun tulppaa otetaan irti niin tulppa väistämättä taittuu apurunkoon nähden. Jos ruuvin liitos kytkimen napaan nähden löystyy liikaa niin reikää voi tinata uudestaan hieman tiukemmaksi. Paristopitimen tulee olla T-mallinen. Kaikki johtimet saadaan tällöin kulkemaan pariston päältä jossa on hyvin tilaa. Piirilevyn kiinnittämiseen polykarbonaattieristeen päälle kannattaa käyttää vain pientä tuplatarran palaa tms. eli kevyttä kiinnitystä, jotta piirilevy saa vapaasti asettua oikeaan asentoon. Piirilevy pysyy putkessa ja pariston takana varsin hyvin ilman mitään erikoisia kiinnityksiä. 3
Putken pituuden mitoitus Putkirungon pituus mitataan sovittamalla ledipään sisätulppa hetkeksi paikallaan ledien huulilla siten että kummankin pään tulpat ovat mahdollisimman suorassa. Tämä kannattaa tehdä kaveria apuna käyttäen siten että kaveri pitelee tulppapäätyjä paikallaan kun toinen mittaa tulppien välisen matkan. Mittaan on hyvä lisätä milli tai pari koska tulppia saatetaan painaa paikalleen voimakkaastikin. Tällöin liian lyhyt putki voi aiheuttaa tulppien painaessa vaurioita sisuskaluille. Näissä kuvissa on käytetty valkoista viemäriputkea, kahta sisätulppaa ja ledipäässä lisäksi ulkotulppaa. Polykarbonaatti-ikkuna on sisä- ja ulkotulpan välissä. 4
Alumiinikotelo ja kytkimen asennus Alumiinikotelo on 0mm pitkä ja sen sisäleveys on 8mm. Sisäkorkeus on 8mm. Liukukytkin on kätevintä kiinnittää ø0.8mm kytkentälangalla kuten kuvissa. Kytkentälanka taitetaan alumiinikotelon pintaan kiinni puristamalla samalla kärkipihdeillä ylimääräiset mutkat kireiksi. Kun päät on katkaistu niitä vielä puristetaan pintaan kiinni kaiken väljyyden poistamiseksi ja sen jälkeen niihin juotetaan tinaniitti. Jäähtymisen jälkeen tinapallukoita voidaan hioa viilalla tasaisemmiksi ja siistimmiksi. Itse tehty paristopidin polykarbonaattilevystä Helpoin ja koteloon sopiva paristo pidin on T-mallinen paristoneppari mutta paristopitimen voi tehdä itsekin joustavasta polykarbonaattilevystä ja kytkentälangasta. Tämän taskulampun kanssa se on erityisen kätevä koska paristonepparikin tahtoo olla liian iso ja sen johtimet hankalasti laskostettavissa ja aina tiellä. Aihion keskiosan pituus on 50mm ja päätyosien 6mm Leveyttä on taskulampun sisäosan verran. Kuvien ø3mm porauksilla on se tarkoitus että ne pitävät johtimet paikallaan kun pariston plusnavasta kulkee johto kytkimelle yhtä puolta ja sieltä taas eteen piirilevylle toista puolta. Näin johtimet kulkevat kotelon pohjan nurkkia pitkin ja mahtuvat kulkemaan hyvin pariston pyöreitten särmien alla. Yhden paristopitimen aihio johon taitteiden kohdille on muodostunut puolikaaret leikkausten jälkeen. Paristo laitetaan hetkeksi pitimeen kun sen päädyt on taitettu jolloin merkataan kontaktilankojen paikat. Sitten porataan kytkentälankojen paikat. Huomaa myös halkaistu kontaktipääty. Tällä estetään kontakteja työntämästä toisiaan irti paristosta. Halkeaman pitää olla myös reilu eli väliin leikataan ainakin parin millin rako, joka myös estää niiden keskinäistä takeltelua ja niistä aiheutuvia kontaktihäiriöitä. 5
Paristopitimen kontaktit Kontaktilangat (n. 30mm pätkät) tulevat sivusuunnassa keskelle napoja mutta oikea sijainti pystysuunnassa on pariston pyöreän navan yläreunan kanssa, eikä suinkaan keskellä napaa. Muuten saattaa käydä niin että sisäänpäin kampeava pääty kantaakin muovin kohdalta, eikä lanka ota lainkaan kontaktia. Eli kontaktilanka tarpeeksi ylös paristoon nähden, sen puoliväli ylemmän ympyräkaaren tasaan! Paristopidin / johdot Paristopidin ujutetaan paikalleen siten että kytkimessä jo kiinni olevat johtimet nostetaan pystyyn ja ne laitetaan paristopitimen kulmaporauksiin samalla paristopidintä laskien. Kun kytkimen pää on selvä, laitetaan johdot kulkemaan vielä toisista kulmista ja paristopidin lasketaan kotelon pohjalle. Kuvassa oikealla on pariston plusnavan kontakti vasemmalla ja miinusnapa oikealla. Vasen johdin juotetaan siis suoraan vasemmalla olevaan paristopitimen kontaktiin. Oikealla oleva johdin menee piirilevylle käyttöjännitteen plussaan. Miinus menee suoraan piirilevylle. Taskulampun valoikkuna on tehty 0.75mm polykarbonaattilevystä, jonka alataite toimii myös piirilevyn pohjan eristeenä kotelosta (sivut on lisäksi eristettävä teipillä). Ikkunan alataite on n. 40mm ja ylätaite n. 50mm pitkä. Ikkunan voi liimata alataitteesta kiinni kotelon pohjaan. Piirilevy liimataan kiinni kannakkeiden varaan pikaliimalla tms. polykarbonaattilevyn päälle. Taskulampulle on hyvä tehdä vielä nahkainen tms. pussi, jossa lampun saa roikkumaan ja jotta kotelon pinta ei tuntuisi pakkasella niin kylmältä käteen. Ideaport -.4.0 www.ideaport.edu.hel.fi Markku Kauppinen -007 Piirilevyn valotusmaski on pdf-muodossa Ideaportin sivuilla. Huomaa uusi pidempi piirilevykoko 6.6x40mm! Koska piirilevyä on käytännössä käytetty vain taskulamppuihin ja vain yhdellä kytkimellä, on piirilevy uudistettu 03/0 selkeämmäksi juuri ko. käyttöön. Samalla piirilevyn pituutta ja marginaaleja reunoilla on kasvatettu, jotta piirilevyjen leikkaus isommasta aihiosta ei vaatisi niin suurta tarkkuutta kuin aiemmin..4. lisätty CNC-kirjasto piirilevyn jyrsimiseen (Nccad / Kosy). Tiedostonimi LEDTL9VN7_X80Y35_0pl tarkoittaa että piirilevy tavitsee 80mm (X-suunta) ja 35mm (Y-suunta) kokoisen aihion josta saa 0kpl taskulampun piirilevyjä 6