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AliExpressからSMDタイプのパワーLEDが届いた

 ダイソーのLED型電球を改造したアクアリウムライトを作りましたが、電球色なのが気に入りません。LEDを白色の物に交換すればいいのですが、国内には適当な物が見つかりませんでした。探してみると、AliExpress に良さそうな物があったので注文しておいたのですが、それが先日届きました。

▼AliExpressの商品の画面
LGのバックライト用SMDパワーLED
 いつまであるか判りませんが、AliExpress の実際のページはこちら

 LG製の 3528 のSMDパッケージのLEDで、パワーは1Wで色温度は7000-10000K、演色性指数はたぶん80。テレビのバックライト用に作られている物らしいです。

 このパワーのLEDが100個で送料込みで 2.43$ とはとんでもない安さです。何か裏があるのでは無いか、と一抹の不安があったのですが、届いたものを調べると、寿命までは判りませんが仕様通りの優れ物でした。ということで、以下その内容を紹介します。

▼届いた3528のパワーLED
LGのバックライト用SMDパワーLED

▼SMDマウンタ用のテープに入っています
SMDパワーLED
 100個分で切断されたテープで送られてきました。送付方法はチャイナ ポストのトラッキング無しの郵便小包です。

 早速特性を測ってみます。パワーを入れるために小さな銅板にはんだ付けし、その銅板を大きなヒートシンクにねじ止めしました。電圧を正確に測るために、電圧端子をはんだ付けで出しておきます。

▼テスト用に接続したパワーLED
ヒートシンクを付けて測定
 アノード側にチップが搭載されているので、そちら側を銅板にはんだ付けしています。写真の奥側の線が電源につながっていて、手前側の線で電圧を測定します。

▼全体
ヒートシンク
 長さが15cmくらいの大きなヒートシンクなので、LEDから見ると無限大放熱板に接続されているようなものです。

▼点灯
測定中
 激しくまぶしいので直視しないように注意します。

 このようにして電圧電流特性を測定しました。その結果を次のグラフに示します。

▼特性
パワーLEDの特性
 LED電流のプロットが測定結果です。今回の測定では0.8Aまで流してみました。ちなみに、仕様上の最大順電流(DC)は350mA(もしくは400mA)となっています。流石に0.8Aも流すとVfは4.1Vくらいまで上昇していますが、これでも壊れないのはたいしたものです。

 右下がりの直線は、電源電圧5Vで電流制限抵抗を 5, 10, 15, 20Ωと変えた場合のロードラインで、LED電流との交点が動作点になります。LEDの電流制限抵抗の値を求める簡易計算式をよく見掛けますが、ちゃんとやりたい場合はこういうグラフを書く必要があります。(もしくはシミュレーション)

◆まとめ
 とんでもなく安いので少し心配だったのですが、ちゃんと使い物になるSMDタイプのパワーLEDが手に入りました。中華マーケット恐るべしです。

 同じ仕様の物が国内で手に入るといいのですが、秋月、千石、マルツ、aitendo あたりをざっと探した限りでは発見できませんでした。ちなみに 3528 のSMD LEDの20mAの物ならあちこちで売られていますが、パワーが入らないので今回の私の用途には使えません。

 このLEDのサイズは国内の呼び方だと 3528 となるはずですが、中華マーケットでは、2835 あるいは1210 とも呼ばれているようです。探す時はこういう番号も検索すると良いと思います。
 

Arduinoで作るクリスマスツリーイルミネーション(改良版)

 先週作ったArduinoで動かすクリスマスツリーイルミネーションの話の続きです。このツリーを見た家族の反応はとても良いのですが、後ろにプリント基板が剥き出しになっているのが残念という評価です。せめてケースか何かで覆って欲しいということでした。

▼ツリーの後ろに基板が剥き出しになっていると評判が悪い
Arduino UNOで動かすツリーイルミネーション
 ツリーの後ろ(この写真では右側)にあるのがArduino UNO の基板です。

 なるほど、普通の人から見ると、基板が剥き出しになっているのはあり得ない光景なんでしょう。そんなことで、回路を出来るだけコンパクトに作り直すことにしました。またイルミネーション自体は好評なので、回路をツリーに固定する許可が出ました。ちなみにこてまでは簡単に取り外せるような仕組みで取り付けていたのですが、そんな配慮はいらなくなりました。

 これからが本題です。小さく作るためにはCPU(ATmega328PU)の単独動作にするしかありません。

▼クリスマスツリーの回路図 (クリックで別窓に拡大)
Arduinoを使ったクリスマスツリーの回路図
 Arduino UNO で動かしていたのをCPUの単独動作に変更した回路図です。

▼チップ単体動作の確認中
単体動作の最終確認
 この時点ではクロックにセラロックを使っていますが、最終的にはヒューズを書き換えて内部の8MHz CRオシレーターで動くようにします。

◆スケッチ
 せっかくなのでスケッチも見直しました。CPUを使っていない時は深いスリープに入れ、消費電流を減らすことにしました。ここは以前作ったdelayWDT関数を使えば簡単です。あと、LEDの点灯パターンの追加/改良と切り忘れタイマー機能などを組み込んでいます。

 このクリスマスツリーのスケッチ(20171129XmassTree.txt) (Shift-JISでエンコードしています。このブログの制限で拡張子はtxtになっています)

▼CPUの準備完了
足を延ばしたATmega328P
 動作確認が終わったらCPUの足を延ばして平らにします。足を曲げ戻したら間違いなく折れるはずなので、もう後戻りはできません。

▼スタンドの内側に回路を組み込み
ツリー照明コントローラー
 お椀型のスタンドの裏にCPUを両面テープで貼り付けて、配線しました。ケースの内側にはショート防止用にカプトンテープを貼っています。またスイッや配線はホットボンドで固定しています。

▼6時間延長スイッチ
6時間延長スイッチ
 このツリーには切り忘れ防止機能があり、6時間で自動消灯します。USBコネクタを挿抜して電源を入れ直してもいいのですが、あまりスマートでは無いのでリセットスイッチを設けました。このスイッチを押すとリセットがかかり、その時点から6時間ツリーが点灯します。

▼完成
Arduinoを使ったクリスマスツリー
 後ろにあったプリント基板が無くなり、すっきりしました。

▼動画


◆まとめ
・ コンパクトにまとまっていて、なかなか良い物が出来たと思います。最終的には透明な裏蓋を取り付ける予定です。

・ delayWDT関数を使った効果でCPUの消費電流は無視できるレベルまで下がりました。その結果、全体の消費電流は LEDが全点灯した状態でも1.2mA程度に収まっています。これなら単三を2本使ったDCDCコンバータータイプのUSB電源でも、長時間の動作が可能だと思います。ちなみにdelayWDTを使わない場合、CPUは常時15mAくらいの電流を電流を消費します。

・ こんなふうにLEDの数が多い場合は時分割駆動にして配線を減らすのが定石です。でも、それをやるとCPUを止められないので、消費電流の点では不利になりそうです。それに、この回路のようにCPU内蔵のプルアップ抵抗でLEDを光らせていると、絶対的な明るさが不足する可能性があります。でも10ms周期くらいの時分割駆動なら何とかなるかも知れません。どなたかやってみませんか?

Arduinoで作るクリスマスツリーのLEDイルミネーション (17LED)

 クリスマス用のインテリア小物ということで、カインズホームで小さなクリスマスツリーを買ってきました。

▼小さなクリスマスツリー
カインズのスチールベルツリー
 高さ23cmほどで、スチール ベル ツリー(STEEL BELL TREE)という名前で売られていました。飾りを追加して上からLEDのスポット照明で照らすと綺麗です。

 でもせっかくなのでLEDのイルミネーションを付けてやることにしました。真面目にやるとハードが結構大変になりますが、以前書いた、Arduinoで簡単だけど豪華なLチカ、という記事の方法でやれば比較的楽に作れそうずです。

▼回路図(クリックで別窓に拡大)
Arduinoを使ったクリスマスツリー
 LEDを光らせる場合、電流制限抵抗を直列に入れますがこの回路図にそんな物はありません。無茶しやがって、と言われそうですが大丈夫です。電流制限抵抗としてCPUに内蔵されているプルアップ抵抗を使っています。外付け抵抗が無ければ、その分だけ配線作業が楽になります。

 CPU内のプルアップ抵抗は確か30kΩくらいだったと思いますが、ともかく抵抗が高いのでLEDの電流はたった0.06mAくらしか流れません。でも、最近のLEDは効率が良いので、こんなに少ない電流でもちゃんと光ります。

▼配線中
すずめっき線で骨格を作る
 スズメッキ線を魚の骨のようにはんだ付けします。長さは適当で、これが骨格になると同時にGND側の配線として使います。車のボディアースみたいなものです。

▼LEDをはんだ付け
LEDを取り付けて配線
 骨の先にLEDをはんだ付けして行きます。LEDのアノード側は背骨に沿って絶縁線で引き出しますが、そのはんだ付け部は収縮チューブを使ってショートしないようにしておきます。先端の一個は緑色、それ以外は全部白色のLEDを使いました。流れる電流が少ないので出来るだけ明るいLEDを使うことをお勧めします。

 ArduinoはUNOを使い、ピンヘッダを使って接続します。

▼ツリーと Arduino UNOを合体
LEDの配線の引き回し状態
 魚の背骨にあたる部分をツリーの中心に置き、LEDを押し込んで組み立てて行きます。LEDへの配線をツリーの部品にからませるとLEDの位置決めになって具合が良いです。
 
 CPUチップの単独動作にしてもいいのですが、面倒なのでUNOのままで使います。クリスマスが終わるまではここで働いてもらいます。

▼ソフト
 プログラムはこちら→ クリスマスツリーのイルミネーションプログラム (Shift-JISです。拡張子をunoに要変更)
 プログラムの解説は省略しますが、朝になってもツリーが光っているとなんだか間抜けなので、3時間で消灯する機能を入れました。 

▼完成
完成

▼点灯の様子

 1サイクルが53秒程度で、これを繰り返します。

◆まとめ
 ハードが簡単に済んだので、その分プログラムを頑張ったので、なかなか綺麗なイルミネーションが出来たと思います。

 先端の1個以外に16個のLEDがありますが、ちょうど 4 x 4 のマトリクスが構成できるので、工夫次第でもっと面白い点灯パターンを作ることが出来ると思います。

 CPUのプルアップ抵抗で点灯させているのでLEDはあまり明るく点灯しませんが、LEDの正面なら十分な輝度があると思います。もっと明るくしたい場合は、出力ピンにアサインして、電流制限抵抗を外付けすればOKです。
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