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ダイソーのLED電球を使ったアクアリウムライトの放熱強化

 Arduino を使ったアクアリウム照明コントローラーは快調に動いていますが、LEDランプの温度上昇が激しいという問題があります。そのあたりの話は以前の記事にも書きましたが、熱電対を使ってLEDの裏側の基板表面温度を測ると、100℃近くあります。これではLEDの寿命に悪いです。それに、もし基板が徐々に炭化していくと、発火の恐れすらあります。留守にしている最中でも点灯させておくものなので、ちょっとでも不安があったら対策しないといけません。

 そんなことを考えて、これまではプログラムで照明の明るさを制限していました。でも、水草の健康のためにはもっと強い光を当てた方が良さそうなので、ランプの放熱を強化して光量を上げてやることにしました。

▼改造前のライト
ダイソーのUSB電球で照明
 ダイソーのUSB給電のLED電球のフードを外したものです。

▼LED基板
ダイソーのUSB電球
 通気口が開けられていますが、この程度ではたいした効果は無いようでLEDの温度上昇が激しいです。あと、LEDの放熱も兼ねている端子が電流制限抵抗に接続されていて、基板パターンを使った放熱がほとんど期待できない構造になっています。これ、熱的には良くない設計だと思います。電流制限抵抗も発熱する訳で、放熱のことを考えたら、ここは面積の大きなベタパターンに接続すべきでしょう。極性が変わるかも知れませんが、それは配線でどうにでもなります。ちなみに、部品や構造はかなり違いますがワッツのUSB電球はそうなっています。

 そういう不満はあるのですが、LEDの打ち換えまでは出来ないので、この配線のままで放熱を強化することにしました。

▼基板を加工して銅リングを取り付け
銅リングを取り付け
 風通しを良くするために、基板の周辺を3カ所大きく切り欠き、中央に大きな穴を開けます。さらに、φ1.6mmの銅線で作ったリングを外側と内側にはんだ付けします。銅のリングに熱を集めると共に、均熱化を図ろうという狙いです。

▼放熱板をはんだ付け
ヒートシンク用に銅板取り付け中
 銅リングに厚さ 0.5mm の銅板をはんだ付けして放熱フィンにします。センターは丸めた銅板をはんだ付けし、その後ではさみで適当に短冊状に切れ目を入れました。周囲は銅板を3枚に分けてはんだ付けしました。なお、はさみで切った切断面には鋭いバリが出るので、切ったらすぐにカッターナイフの背などでつぶしておくと安全です。

▼放熱板にひねりを入れる
銅板にスリットを入れひねる
 放熱板にスリットを入れ、ひねりを加えて空気の流れを良くしてやります。更にケースの形に合わせて上をすぼめておきます。

▼中央放熱板の面積拡大
センター放熱板追加
 L字型に切った銅板をセンターの放熱板にはんだ付けして面積拡大します。銅板は簡単にはんだ付け出来るので、作業は簡単です。

▼ケースに入れた状態
完成拡大
 通風を良くするため、ケースの上にネジ込まれていた部品は撤去し、更にケースの穴を限界まで拡大しました。ケースの中が赤いのは、赤色の砲弾型LEDから漏れている光です。

▼完成
放熱強化後
 以前はガラス製の蓋の上にランプを置いていたのですが、光のロスがあるので蓋は撤去し、銅線でランプステーを作りました。

◆効果、まとめ
 この対策で、出力100%でもLED裏側の基板温度は70℃まで下がりました、これなら安心です。もっと温度が下がっても良さそうなものですが、上の方にちょっと書いたように、LEDの放熱を考慮した配線パターンになっていないので、このあたりが限界でした。ちなみにセンターの放熱板の温度は約60℃で、上でも下でもほとんど同じ温度でした。(外側放熱板は46℃くらい) 

 この状態で照明を使うと、水草から気泡がいっぱい出るようになったので効果はありそうです。1 匹いるミナミヌマエビも元気です。

 残る課題は照明の色で、これ電球色なのが不満です。ワッツで売っているUSB電球を使うと白色になるのですが、5LEDなので照度が下がるのでちょっと寂しいです。

 そんなことで、白色光のチップLEDに交換することを考えています。国内では良いLEDが見つからなかったので、Aliexpressに注文しました。うまくいったらまた記事で紹介したいと思います。

【追記】
 このライトの電源を供給する配線は電圧降下を小さくするために太いケーブルに交換しており、その影響でLEDの発熱が激しくなっています。オリジナルのUSBケーブルは抵抗が大きいためLEDに流れる電流も小さくなり、この記事に書いたほど発熱しません。流れる電流を比較すると、オリジナルの状態では約340mAですが、太いケーブルに交換することで約700mAまで電流が増えています。
 なお100円ショップの商品の中身はどんどん変わるので、この情報は現時点の物である点にご注意下さい。
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Author:ラジオペンチ
電子工作を中心としたブログです。たまに近所(東京都稲城市)の話題など。60過ぎて視力や器用さの衰えを感じつつ日々挑戦!
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