Светодиодная COB LED линейка на 10 Вт и DIY мега-лампа

Началось всё с того, что подвернулся мне под руку пыточное орудие стоматолога, в виде бормашины советских времён, выброшенной на металлолом.



Поснимал с неё всё, что может пригодиться. В том числе и подвижную руку прожектора. Стали там не пожалели, эта конструкция весила килограмм под 10. Ну да ладно, это не фонарик, не с собой таскать. В общем, на фига на века. Зато такая конструёвина удачно подходит под мой угловой стол, стоя в углу, при необходимости может освещать почти любое место, да ещё и по высоте регулируется. Короче, настольная лампа-переросток.

Перво-наперво была выброшена голова. Размер у неё был примерно 20х20 см, вес соответствующий, внутри конус отражателя с лампой накаливания и толстенное рифлёное стекло. Не пригодилась.



Вместо неё добавил ещё одно колено, длиной 43 см из квадратного алюминиевого профиля 25х25 мм. Благодаря конструкции диагональной части, устроенной внутри как подпружиненный параллелограмм, это колено всегда остаётся горизонтальным, не зависимо от высоты подъёма светильника. Это колено позволяет не только крутить лампу вокруг опоры, как в исходнике, но и придвигать свет к опоре.



В максимально вытянутом состоянии получается более 120 см от оси до края.



Но и этого мне показалось мало, и я сделал эту секцию телескопической, на двух мебельных роликовых направляющих для ящиков. Что увеличивает вылет ещё на 26 см. Итого почти полтора метра. Нормально так :)



А теперь главная-головная часть. Основа — радиатор. За его обзор и тестирование большое спасибо sav13. Прикупил пару. По размерам на него отлично встали две линейки. И по рассеиваемой мощности, судя по тому же обзору, его достаточно. Установлены на термопасту и прикручены винтиками, резьбу нарезал прямо в радиаторе.





Оставлять его в открытом виде не хотелось, не эстетично (хотя учитывая вечный рабочий бардак на моём столе, открытый радиатор был бы меньшей из эстетических проблем, но всё ж). И тут мне удачно подвернулся обрезок алюминиевого профиля 40х60 мм, выброшенный соседями после остекления балкона. Мимо такого я пройти не мог, прихватил его. Из него с помощью дремеля и какой-то матери вышел вполне нормальный кожух. Повозиться с ним, конечно, пришлось изрядно. Извёл полпачки отрезных дисков, часть сломал, часть потерял сточил. И то идеально не вышло, швы видны, в паре мест шоркнул там, где не надо. Знал бы заранее, плюнул на эстетику и не делал бы.



(Стиль — старый троллейбус :) )



По конструкции, хоть оно и выглядит закрытым со всех сторон, там достаточно по бокам места, чтобы тёплый воздух уходил вверх, подтягивая холодный снизу. Тестов не проводил, но думаю на эффективность красота не повлияла и жертв не потребовала.

Все детали были подчищены, где надо, от старой краски и наметившейся ржавчины, после чего покрашены из баллончика. Не знаю, наверное на алюминии держится она не очень, но я царапать не буду, а само по себе пока не отвалилось. Да и цвет у меня близкий к природному алюминиевому, если что, сразу заметно не будет.

Провод питания идёт внутри. Использовал старый, который был. Довольно толстый, да и медь тогда была медью. А вот линейки я подключил параллельно. Это, конечно, неправильно. В своё оправдание могу сказать, что параметры модулей довольно близки, а установлены они на один радиатор, так что температура будет примерно одинаковой. Да и не догружены они у меня, так что проблем пока не предвидится. По хорошему надо либо соединить последовательно (но нужен другой блок питания, вольт эдак на 28), либо запитать раздельно (но провод в лампе у меня двужильный и из-за телескопической секции заменить не выйдет). В общем, для себя сойдёт и так. Всю ответственность за судьбу светиков принимаю на себя.

Проще всего было взять импульсные AC-DC драйверы для светодиодов, как обычно и делают все нормальные люди. Я же решил использовать обычный блок питания на напряжение чуть выше, чем надо, а дальше линейным регулятором стабилизировать ток. Нафига? Резонный вопрос. Во-первых, подходящего драйвера у меня не нашлось бы, заказывать — значит ждать. Во-вторых — по такой схеме можно легко диммировать свет. 20 ватт на рабочем столе — слегка многовато, если нужно только подсвечивать клавиатуру. Но и иметь максимальную яркость, когда что-то паяешь, тоже хочется. Искать LED-драйвер с диммером? Дорабатывать обычный? Сложно. Я не настоящий сварщик, я только учусь. Мне проще сделать линейную стабилизацию на последнем этапе. А что КПД? Конечно снижается. Но сильно ли? Если подобрать блок питания на напряжение, близкое к нужному при максимальной яркости, 13,8-14В, то нет. При слабом свете ток небольшой, потери (14В-11В)*0,09А*2=0,54 ватта. При максимальном — ток большой, а разница напряжений близка к нулю, что опять же даёт небольшую потерю на регуляторе. Наибольшие потери при средне-ярком свете, но и тогда не превышают 1-2 ватта. Опять же, меня устраивает.

Блок питания нашёлся в закромах. Пока я думал, взять 12-вольтовый и чуть разогнать или купить 15-вольтовый и слегка понизить, наткнулся у себя в барахле давно валявшийся блок питания фирмы Motorola.





Это трансформаторный (!) блок питания. Длиной больше 10 см и весом больше кило. Как раз для моей лампочки :) А самое главное, выходное напряжение у него очень удачное, 13,8В и ток 1,5А. Впритык, но достаточно. В процессе колхозинга я его коротнул и спалил предохранитель. Пришлось вскрывать. Внутри, понятное дело, ничего интересного. Трансформатор на почти весь объём, диодный мост, предохранитель, да конденсатор (уже не помню, то ли один то ли два в параллель). Под предохранитель поставил держатель, доступный извне, типа такого:



Магия подействовала и больше менять предохранитель не пришлось. Правда, в процессе вскрытия корпус блока немного пострадал (и кто додумался блок закручивать болтиками с шестигранной головкой миллиметра на 4, утопленными узкие пазы на пару сантиметров? У меня всякие отвертки есть дома, под кучу хитрых винтиков, но накидной головки такого размера не нашлось, а больше туда ничем не подлезешь, пинцетом и то с трудом. Пытался высверлить, но не особо получилось, тогда я разозлился и дремелем распилил всё нафиг по периметру. Ну ничего, обратно собрал, шов по кругу залепил термоклеем. Нормально, жить будет. Но фоток не покажу, блок стесняется.

Ну и последняя часть, контроллер. Сделал сразу на два канала. Один канал — лампа, второй — задняя подсветка монитора. Про подсветку сказать особо нечего, две полоски, схожие с обозреваемой, но на 4 ватта холодного света, прилеплены на полочку над монитором, дабы в темной комнате слегка подсвечивать фон за монитором и клавиатуру. Холодный свет не очень, но как фон — вполне нормально, учитывая желтоватые обои. На фотках выглядит хуже, чем есть на самом деле. Честное слово!



Итак, контроллер состоит из двух блоков стабилизации тока:



Ток замеряется токоизмерительным сопротивлением, собранным из 4 одноомных 0805 (потом на основной канал поверх допаял ещё 4, чтобы снизить падение напряжения на них) и ограничивается полевым транзистором. Транзистором управляет операционный усилитель, нужный ток ему сообщается от контроллера. Вторая половина операционника усиливает сигнал с токового шунта для целей мониторинга. Также измеряется, сколько вольт было отнято у светодиода, чтобы знать, на сколько он светится.

Ну а управляется всё это микроконтроллером. STM32F100C4. Да-да, 16 Кбайт флеша, 4 Кбайта памяти, 32 мегагерца и всё только чтобы управлять светодиодиками. Но я вообще-то программист, мне можно :) На самом деле ценность этого контроллера в двух ЦАПах, цифро-аналоговых преобразователях, которыми удобно задавать ток. 12-бит точности тут, конечно, не нужны, можно было бы и без них обойтись, но на готовом проще. Ну и ещё контроллер замеряет напряжение с БП. А ещё всё становится лучше, когда есть bluetooth. Но нет, блютуз я не добавил, а добавил RS-485. Такой лампе — подобающий интерфейс! :)

Вот как-то так это должно было выглядеть:



А вот так получилось:



и с обратной стороны:



Сразу видно что реальность внесла коррективы. Где-то забыл дорожку, где-то ещё что. К примеру выяснилось, что через делитель напряжения в 84КОм идёт достаточно тока, чтобы светодиоды еле заметно, но светились. 100 КОм резисторы в параллель к светодиодам решили проблему. Но главный epic fail был с полевыми транзисторами. До сих пор не пойму, чем я думал, когда поставил irlml2502 в корпусе SOT-23. По даташиту у него до 1,25 ватта рассеиваемой мощности при комнатной температуре. Оно работает, но он может и перегреться. Особенно, учитывая трансформаторный БП, если напряжение в сети чуть повысится (обычно оно у меня в районе 210 вольт днём). Временно заменил на IRLR7843 в D-Pak (TO-252). Потом, надеюсь, руки дойдут переделать плату в нормальном виде, под TO-220, заодно сделать цивильно, с паяльной маской и под какой-нибудь корпус. Но нет ничего более постоянного, чем временное. Пусть это опять останется на моей совести.

Ах, да. Осталось ещё одно. Выключатель! Точнее не так. Выключатель — это у обычной лампочки. Пульт управления! Раз уж свет может меняться плавно, значит нам нужна крутилка. Тут отлично подойдёт энкодер. Типа такого:



Энкодер поселяется на ПМЖ в небольшой корпус, сверху нахлобучивается подходящая ручка-крутилка и подключается кабелем от старой мышки к контроллеру.



Всё, контроллер можно убрать подальше, чтобы он своим видом не давил на совесть. А пульт обучен работать так:

• Простое нажатие — включить / выключить лампу.
• Длинное нажатие — включить / выключить фон.
• Кручение — регулировка яркости того света, который горит. Если горят оба или не горит не один — регулируется яркость лампы. Если ничего не светит, то перед включением лампы можно заранее выкрутить её на минимум, затем включить, актуально ночью.
• Кручение в нажатом состоянии — регулирует фон. Можно длительным нажатием включить фон и, не отпуская, сразу отрегулировать его яркость, даже если включена лампа.

Яркость обоих источников запоминается и включаются они с того же уровня.

Уф, вроде всё. Можно наслаждаться результатами. Что я и делаю, уже примерно с месяц. Результат отличный (ну не надо мне припоминать мои косяки! Светит же!). Очень удобно. Свет можно выставить такой, какой надо. Уменьшается он до нуля, очень плавно. Ну а на максимальной яркости и минимальном расстоянии от стола даёт освещенность более 3000 люкс, если верить самодельному люксметру на MAX44009. А этот датчик освещенности довольно точный, так что особого повода ему не верить нету.



Это при том, что напряжение блока питания с 15,5В на холостом ходу проседает под нагрузкой почти до 13В и максимальный ток получается около 1,15А, что чуть меньше номинальных 1,44А. Но это и хорошо, даже в случае дисбаланса, вряд ли ток превысит норму. Ещё осталось дописать софт на контроллер, управление и сбор логов с лампы (смешно звучит, ага) по modbus'у и интегрировать в общую домашнюю сеть умных кофеварок. Привет, skynet домашнего масштаба.

Фотки результата. Пытался снимать с зафиксированными настройками. Фотки темнее, чем на самом деле, иначе не видно ничего будет.

Обычный комнатный свет. Три энергосберегайки. Выглядит темно, на самом деле нормально так, для обычной жизни:



Немного света от лампы:



Полный свет лампы:



Фоновая подсветка, слегка:



Фон на максимум:



Полный свет:



Жаль фотоаппарат не передаёт реальную яркость. Если настроить его на правдоподобную яркость при выключенной лампе, при включенной получается белое пятно.