Pieni ja tehokas Led-taskulamppu 9V paristolla Markku Kauppinen Tämä taskulamppu käyttää ledien virran rajoitukseen kaksipiiristä N-kanava fet-vakiovirtasäädintä. Kaksipiirisellä säätimellä voi käyttää eri kynnysjännitteellä olevia ledejä kuten valkoisia ja punaisia yhdessä. Ominaisuudet Oheinen pieni piirilevy on 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 V) voi olla vain kaksi. Piirilevyllä on paikat kaikkiaan seitsemälle ledille, joista ryhmä on tarkoitettu juuri punaisille. Mikäli kyseisessä ryhmässä käytetäänkin kahta valkoista lediä, pitää esim. keskimmäisen ledin paikka oikosulkea hyppylangalla. Piirros : 7 ledin lamppu on-off kytkimellä / 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. Piirros : Ohjain / ledit johtimien päässä yhmä yhmä yhmä 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 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. T4 Led ryhmä Kun ryhmän ledit on juotettu paikalleen, juotetaan etummaiseksi ryhmään kaksi valkoista lediä, piirilevyn yläpuolelle. Ne taitetaan ryhmän ledien päälle. Toiset kaksi lediä juotetaan piirilevyn kuparipuolelle. 4 4 4 45 45 45 45 45 45 45 4 4 4 45 45 45 45 45 45 45 yhmä T T T 4 Kytkin yhmä 9V neppariparisto tai akku (6F) Huom. Kaikilla ledeillä katodi osoittaa alaspäin (=lyhyempi jalka) 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 Osaluettelo +9V Kytkin D Led ryhmä 4kpl valkoinen D Led ryhmä kpl punainen, ------ 47k Ohm /4W --------- 0 Ohm /4W * 4 --------- Ohm /4W * T, ----- BC547B/C NPN transistori T, 4 ----- BS70 N-FET transistori Lisäksi: Keinukytkin on-off ø0mm aukkoon T-mallinen paristoneppari 9V paristolle 0V / Maa T C E B G S T T C E B G S 4 T4 * ja 4 arvot / virta ledeille Ohmia = n. 5mA 0 Ohmia = n. 50mA 6.8 Ohmia = n. 75mA yhmä yhmä T T TT4 45 45 45 9V neppariparisto tai akku (6F) 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 4567890 T4 4 Toiminnan selostus Kytkentäkaavion N-kanava fet-transistori T johtaa silloin kun se saa hilalleen (G) plusjännitteen. Sen se saa kytkennässä vastuksen kautta. Heti kun virrat kytketään, alkaa T johtamaan ja ledit syttyvät. Piirroksessa :n yläpuolelta lähtee linja transistorin T kannalle. T on tavallinen NPN transistori, joka ei heti alussa johda, koska se tarvitsisi johtaakseen n. 0.6V jännitteen kannalleen (B) emitteriinsä (E) nähden. Vain :ssa syntyvä jännite(häviö) voi tuottaa tämän ohjauksen. Oletamme nyt että virta vain kasvaa ja jännite :n yli kasvaa yhdessä ledien läpi kulkevan virran kasvun kanssa. Tietyssä virrassa jännite :n yli on noussut yli 0.6 voltin. Tällöin T saa tarvittavan ohjausjännitteen ja menee johtavaan tilaan. Nyt käy niin että T:n johtaminen alkaa tiputtamaan :n plusjännitteestä tuomaa jännitettä T:n hilalla. Tämä aiheuttaa sen että T alkaakin tässä pisteessä hillitsemään virtaa. Virran suuruus ei myöskään tipu, koska tämä aiheuttaisi :n häviöjännitteen laskun ja T:n kytkeytymisen johtamattomaksi. Edellinen takaisinkytkentä reguloi kytkennän läpi menevää virtaa koko ajan ja :n arvon määräämä virta ei voi ylittyä. Taskulampussa on kaksi täysin identtistä vakiovirtaregulaattoria, jotta lampussa voisi käyttää eri kynnysjännitteellisiä ledejä sekaisin. Toinen vakiovirtaregulaattori ohjaa esim. punaisia ledejä (ryhmä ), joita voidaan kytkeä kolme sarjaan siinä missä valkoisia vain kaksi. Vian etsintä Mikäli lamppu loisti hetken hyvin kirkkaasti ja mittaria ei tarkkailtu/vedetty pois, saattaa T palaa silloin jos T:n kohdalla on kylmäjuotos. Tämä siksi että T ei aloitakaan rajoittamaan virtaa vaikka jännite nousee 0.6 volttiin :n yli. Testatessa ei kannatakaan käyttää (liian hyvää) alkaliparistoa - tai vielä pahempaa - sitä vastaavaa neppariakkua josta virtaa vasta riittääkin. Sinkkikloridi on testivaiheessa paras. Sinkki-hiiliparistoa (Zinc Carbon) eli ns. transistoriparistoa taas ei kannata käyttää ollenkaan, koska sellaisesta ei saa virtaa ulos kuin ehkä 0mA. Liian pieni virta (lamppu on selvästi himmeä muttei pimeä) voi johtua liian isosta :n arvosta tai huonosta paristosta, jonka jännite mitataan kuormitettuna vaikka toisella mittarilla. Vain tämä kertoo pariston todellisen jännitteen kuorman kanssa. Pariston testaamisesta on Ideaportissa Veikko Pöyhösen kirjoittama erillinen artikkeli joka olisi myös hyvä lukea. Mikäli lamppu kuluttaa liikaa virtaa on syynä joko transistorin T tuhoutuminen esim. juottaessa tai kylmäjuotos. Myös liian pieni :n arvo aiheuttaa saman. Jos lamppu on täysin pimeä on T mennyt rikki esim. juottaessa tai vastuksessa on kylmäjuotos tai sen arvo on aivan liian iso. Myös hartaasti juotettu kytkin voi palaa toimimattomaksi. Muista tarkistaa myös että ledit ovat oikein päin. Ledien katodin/ kotelon viisteen pitää kaikissa ledeissä osoittaa samaan suuntaan.
akentaminen ja testaaminen Taskulampun vakiovirtaregulaattoripiirien eri osat ja ledit kannattaa juottaa ja testata kahdessa vaiheessa mikäli tehdään lamppuja joissa on kaksi vakiovirtaregulaattoria. Näin piirilevyllä ei ole ylimääräisiä osia heti alussa mitkä haittaavat mahdollisten vikakohtien hahmottamista. Vaihe Ensimmäisenä piirilevylle juotetaan komponentit, 4, T ja T4, jotka ohjaavat piirilevyn etureunalla olevia ryhmän ledejä. Samoin juotetaan punaiset ledit (kpl) tai valkoiset (kpl ja hyppylanka). Sitten tehdään ensimmäinen mittaus taskulampulle, joskin ensin tulisi olla varma pariston tuoreudesta. Paristosta on juttua edellisellä sivulla kohdassa vian etsintä. Yleismittari laitetaan virta-alueelle (ma) ja valitaan/varmistetaan että mittari mittaa DC-virtaa. Mittarin punainen johdin liitetään paristonepparilta tulevaan punaiseen +johtoon. Yleismittarin musta johto liitetään piirilevylle menevään punaiseen johtimeen kuten kuvassa. Mittari näyttää kuvassa oikeansuuntaista lukemaa 4,mA (huom. lukema alkaa hienoisesti tippumaan huippulukemasta siksi että transistorit lämpenevät). Jos ledit eivät loista, tarkista ledien napaisuus. Jos ledit loistavat kirkkaasti ja virtamäärä nousee 0mA suuremmaksi, irrota nopeasti jompi kumpi mittapää! Tarkista juotokset ja lue tarkemmin vianetsinnästä edelliseltä sivulta. Vaihe Kun edellinen on ok, juotetaan komponentit,, T ja T paikoilleen sekä valkoiset ledit ryhmään paikoilleen. Sitten tehdään uusi mittaus samoin kuin vaiheessa. Taskulampun normaali virrankulutus kaikki ledit kytkettynä on n. 75-80mA. Virta ei saa mittauksessa ylittää 90mA kun kaikki ledit loistavat. Jos valkoisista ledeistä eivät kaikki loista, irrota nopeasti jompi kumpi mittapää! Vaarana on että kahdelle rinnakkaiselle ledille määritetty virta käristää yksinäisen ledin. Tarkista pimeiden ledien napaisuus. Jos valkoiset ledit loistavat hyvin kirkkaasti ja virta nousee suurtemmaksi kuin 90mA, irrota mittari nopeasti. Tarkista juotokset ja lue tarkemmin vianetsinnästä edelliseltä sivulta. 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 V ja näin hukata / 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.
Kotelo mm muoviputkesta Kotelon tekoon on käytetty oheisissa kuvissa halpaa ja yleistä valkoista mm PP-viemäriputkea (sisä ø n. 8mm) ja sisä- ja ulkotulppia. Myös harmaa PVC-putki käy. Kytkinpäähän tulee sisätulppa, johon tehdään 0mm reikä. Keinukytkin asennetaan yksinkertaisesti napsauttamalla se kyseiseen reikään. Valaisupäähän tulee ulkotulppa 5mm-8mm reiällä. Valoikkuna tehdään polykarbonaattilevystä, josta leikataan n. mm pyöreä lätkä. Valoikkuna tulee putken pään ja ulkotulpan väliin. Oheisissa kuvissa valaisupäässä on käytetty myös sisätulppaa. Kun sisätulppa 0mm reiällä mitoitetaan (pituussuunnassa) ottamaan ledeistä niiden ulkokehältä hienoisesti kiinni, niin ledit yhdessä piirilevyn kanssa pysyvät paremmin suunnassaan. Putken pituuden mitoitus Putkirungon pituus mitataan vasta kun apurunko on tehty (katso seuraava sivu) ja kiinnitetty kytkimeen, joka on paikallaan tulpassa. Mittaeroja putkille syntyy ledien eri taittokohdista ym. riippuen. Paristo ja piirilevy laitetaan apurungon päälle ja kokonaispituutta tutkitaan valaisupäähän tulppaa hetkeksi asettelemalla. Mittaus 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. Liian lyhyt putki voi aiheuttaa tulppia paikalleen painettaessa vaurioita sisuskaluille. Liian pitkässä putkessa taas piirilevy heiluu miten sattuu. Kuvan lampussa on käytetty valkoista polypropeeni-viemäriputkea (PP), kahta sisätulppaa ja ledipäässä lisäksi ulkotulppaa. Sisätulpan 0mm reikä pitää ledejä paremmin suunnassaan. Polykarbonaatti-ikkuna on sisä- ja ulkotulpan välissä. 4
Apurunko 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 M 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. Paristopitimen tulee olla T-mallinen. Kaikki johtimet saadaan tällöin kulkemaan pariston päältä jossa on hyvin tilaa. Piirilevyn kiinnittämiseen polykarbonaattieristeen päälle voi käyttää pientä tuplatarran palaa tms. eli kevyttä kiinnitystä, jotta piirilevy saa vapaasti asettua oikeaan asentoon. Piirilevy pysyy putkessa ja pariston takana varsin hyvin myös ilman mitään erikoisia kiinnityksiä. Ideaport - 7.9.0 www.ideaport.edu.hel.fi Markku Kauppinen -007 Piirilevyn valotusmaski on pdf-muodossa Ideaportin sivuilla. Uudella piirilevyllä on mahdollistettu kaksitoimisen taskulampun teko hyvin yksinkertaisellla ja muoviputkeen sopivalla on-off-on kytkimellä. Näin punaistenledien käyttö erikseen kartanlukuun tai kaksitehoisen taskulampun teko ei vaadi toista kytkintä..4. lisätty CNC-kirjasto piirilevyn jyrsimiseen (Nccad / Kosy). Tiedostonimi LEDTL9VN7_X80Y5_0pl tarkoittaa että piirilevy tavitsee 80mm (X-suunta) ja 5mm (Y-suunta) kokoisen aihion josta saa 0kpl taskulampun piirilevyjä 5