Ontwerp en bouw je eigen led-lamp - Jet-Net

Ontwerp en bouw je eigen led-lamp
Aanvullende informatie voor
docenten / instructeurs / TOA’s
auteur: Patrick van Stijn, Philips Lighting, Eindhoven.
1
De led-cel
De LUXEON®A die we gebruiken, is een zogenaamde starboard-led. Bij 350 mA geeft hij
een lichtstroom van ongeveer 80 lumen en absorbeert dan ongeveer 1 Watt aan elektrisch
vermogen. Er gaat nog eens 0,9 W verloren in de weerstanden.
Warmtehuishouding en koeling
Leds worden, net als alle halfgeleiders, warm. Ongeveer de helft van het opgenomen
vermogen wordt omgezet in warmte. Bij de gloeilamp was dat 85%. Het gaat bij de led
niet om een groot vermogen maar halfgeleiders gaan kapot bij een temperatuur van
ongeveer 150 oC, afhankelijk de ‘warmtehuishouding’ binnen de chip, dus hoe de warmte
van de chip naar een omhulsel kan worden afgevoerd. Dat is ook precies de reden dat er
in een laptop een stevige koelrib met een kleine ventilator op de hoofdprocessor is
gemonteerd. Er komt zelfs een warme luchtstroom uit de laptop!
De juiste koeling van een led-cel is van belang voor de levensduur. Led-lampen voor
normale fittingen hebben een behoorlijk, meestal aluminium koellichaam. De leds zijn
gemonteerd op een starboard, een zeshoekig printplaatje met een metalen kern, een
Metal Core Printed Circuit Board (MCPCB). De metalen kern zorgt voor de primaire afvoer
van warmte, maar in een afgesloten behuizing zonder natuurlijke convectie en bij
langdurig gebruik, is dit niet voldoende. Ook te lang solderen aan de starboard geeft kans
op defecten.
Aanbevolen koeling
Voor deze led, met ongeveer 320 mA aansturing, adviseren we een koeloppervlakte van
16 cm2. Een aluminium plaatje van 4x4 cm2 en 2 mm dik is heel geschikt. Hiermee daalt
de temperatuur van de led van 65 naar 45 oC. Bij een koelplaatje van 81 cm2 daalt de
temperatuur naar 42 oC. Goede alternatieven zijn een stukje L-vormig of U-vormig
aluminiumprofiel of – afhankelijk van het lampdesign – het metaal van het armatuur.
We bevelen aan om de starboard met een (niet geleidende) tiewrap, een stukje geïsoleerd
draad of kunststof boutjes en warmtegeleidende pasta te monteren
Puntlichtbron
Leds zijn puntlichtbronnen. In tegenstelling tot alle bestaande lampen schijnen leds in één
richting. Natuurlijk kan een leerling de starboard voor een holle/bolle spiegel monteren
maar in de praktijk (zoals in autolampen) wordt er met lenzen gewerkt. Leds zijn prima
geschikt om via glasvezel of kunststof het licht verder te geleiden.
Waarschuwing: Als puntlichtbron is de led te dicht (dichterbij dan 50 cm) bij de ogen erg
fel en dus gevaarlijk!
2
De elektrische schakeling
De led heeft alle eigenschappen van een diode:
 Hij geleid maar in één richting de stroom. Door aanleggen van een hoge spanning, in
de juiste (stroomrichting) van de diode, gaat er een onbegrensde stroom lopen en
vernietigt de diode zichzelf.
 De led kan zelf de stroom niet reguleren. Een led-lamp is stroomgereguleerd, je moet
er dus voor zorgen dat er een constante stroom door de led loopt. In dit pakket wordt
dat gedaan door weerstanden in serie te schakelen met de voedingsbron. Hierbij gaat
energie verloren in de weerstanden. Normale led-lampen gebruiken een elektronisch
geregelde voeding, maar ook daarin gaat energie verloren. Voor ons doel is het
gebruik van weerstanden het meest kostenefficient, een chip voor constante
stroomregulatie kost enkele euro’s. Een led mag nooit zonder beschermende
‘stroomregulatie’ op een voedingsbron worden aangesloten!
Aanvullende informatie
Soldeerinstructies
Bijgesloten vindt u de soldeerinstructie ‘Solderen in 10 stappen’. U kunt deze gebruiken
voor leerlingen die weinig of geen ervaring hebben met het solderen van elektronische
schakelingen.
U kunt als soldeerinstructie ook een filmpje op Youtube gebruiken, bijvoorbeeld:
http://www.youtube.com/watch?v=Ll8gCqqXb2E&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=GF283e_j6iI&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=QglCYhf1-Ig
Warmtehuishouding
Meer informatie over de warmtehuishouding van leds vindt u op
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_management_of_high-power_LEDs
Philips Lighting University
Meer informatie over leds en verlichting vindt u in het studentenprogramma van de Philips
Lighting University:
http://www.lighting.philips.com/main/connect/Lighting_University/student_program.wpd
3
Solderen in 10 stappen
Bij solderen verbind je twee metalen door middel van een ander metaal. Solderen is als
het ware lijmen met gesmolten metaal als lijm. De onderdelen zelf smelten niet, alleen het
soldeer. Je kunt op deze manier metaaldraden met elektronische onderdelen verbinden en
componenten op een printplaat vastmaken.
Om te kunnen solderen heb je een soldeerbout en soldeer nodig.
1.
Zet de soldeerbout aan.
Een soldeerbout wordt ongeveer 350 C,
let dus op dat niemand hem per ongeluk aanraakt!
2.
3.
Als het mogelijk is, zet je de printplaat vast.
Controleer of de printplaat en de component goed schoon zijn.
4.
5.
Ook de soldeerbout moet schoon zijn, dat doe je als volgt:
Als de soldeerbout warm is, smelt je een klein hoeveelheid soldeer aan de punt.
Veeg de punt met een nat sponsje schoon.
Als de bout schoon is kun je gaan solderen.
De volgorde is: bout erop – soldeertin erbij – soldeertin smelten – bout eraf
Hoe je dit precies moet doen, staat onder punt 6, 7, en 8.
6.
Maak de soldeerplaats op de printplaat en op de component tegelijkertijd warm
met de stift van je soldeerbout.
Beide elementen moeten even warm zijn.
Soldeer snel, laat de onderdelen niet te heet worden!
7.
Houd de punt van de bout stevig tegen de soldeerplaats aan terwijl je een dun
laagje soldeer laat smelten op de soldeerplaats. Gebruik weinig soldeertin want de
pootjes van de componenten moeten vaak dicht op elkaar.
Breng de soldeer aan op de soldeerplaats, niet op de bout!
Twee verschillende soldeertinverbindingen mogen elkaar niet raken,
anders krijg je kortsluiting!
8.
Haal de soldeerbout weg en laat de verbinding een paar seconden afkoelen.
Beweeg de verbinding niet zolang het soldeer nog warm is!
Het soldeer is dan nog zacht en je kunt de verbinding weer los trekken.
9.
10.
Als het soldeer is afgekoeld, controleer je of de verbinding stevig genoeg is.
Als je klaar bent met solderen, was je je handen met water en zeep.
4

Download Report