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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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No title

こんにちは。

5Vでもそれだけ発熱するとは意外です。
しかし、基盤を切り欠いたり穴を空けるのは、放熱面積が減るので逆効果ではありませんか?。

もういっそカバーを外して、アルミのヒートシンクを乗せちゃえば如何でしょう。

No title

棒と板の組み合わせが楽しい
これは非常に参考になります。

No title

チップLEDとチップ抵抗が直列なので、抵抗での電力ロスがLEDよりも高い。これが解消すればきっとスッキリなのでしょうが、せめてLED2個に対して抵抗1本ですめば発熱を抑えることができると思います。が、パターンが決まっているのでむりかな?

鍛冶屋さん、今晩は

4Wくらいの発熱量なので温度上昇は結構あります。

パターン設計が悪くて、基板は放熱にはほとんど貢献していないので面積が減っても問題無いと思います。それより風通しを良くしたかったです。

基板の裏側がのっぺらぼうなら、出来合いのヒートシンクが使えるのですが、砲弾型の赤色LEDを突っ込んでいるのでそうもいかなかったです。

ななしいさん、今晩は

銅は柔らかくて加工しやすいしはんだ付け出来るので、アイディアをすぐ形に出来て楽しいです。

老技師さん、今晩は

電源電圧が12VくらいあればLEDを3直に出来るのですが、USBの5Vなので、一つしか入れられないんですよね。

5VからLEDの電圧の3.2Vを引いた残り1.8Vが抵抗で消費されるので、ここの発熱もかなりあります。

No title

そこまでやるのならば、そのLEDライトを思い切り水中に入れたらよいと思いますが。
もともと植物、動物は温度が高い方が生育、発育が高い場合が多いから、一挙両得。
水中に入れるのが嫌なら放熱に熱伝導率が高いアルミ板(棒)を巧みに水中まで導けば、、、まさかヒートパイプまで使う必要はないけど、、、

我が家の熱帯魚水槽にはペット屋で買った水中ライト(蛍光灯)みたいなものが入れてある。
でも長い間に緑色の水藻が付いてくるので拭き取っているが、、。

jyoさん、今晩は

水槽へ熱を逃がすことが出来れば、いろいろ好都合なのですが、構造的に難しいのと、金属イオンの溶け出しが問題だと思います。

あっさり電動ファンで冷却しようかと思ったのですが、寿命の問題と、振動が水槽に伝わるとエビが可哀そうかな、と思いました。

了解しました、、、

私も昔から動植物に興味があり長年やっています。
私は酷い無精者なので、すぐ水槽が苔で汚れて魚が何処
にいるのかさえ分らず、、、。

そこでいつの日かメンテナンスフリーな飼育装置を造ろうと思っています

1.水が蒸発しても水を補給しなくてもいいもの(空気中の水分から補給)
2.自動的にガラス掃除をしてくれるもの(掃除ロボット)
3.餌も自動的に補給してくれるもの(補給しなくてもそこらの大気中の虫など自動でとらえて、、植物性のエサは生えた藻などを食べさす)
4.その代わり電気代だけは必要。

を夢見ています、、、一体、製作費は?

回転羽根

> 振動が水槽に伝わるとエビが可哀そう

ラジオペンチさんは優しいですね。そのような気遣いはとても大切だと思います。

ところで、
中央放熱板の面積拡大に使われている羽根を見ていて、発熱の上昇気流で回転する羽根を思い出しました。
ミニアクアリウムの上でくるくる回ると目障りでしょうか…

re:夢

コメンテーター(jyo)さん、了解です.

自動化された水槽ですか。マイコン使えば理想形に近づけることは出来そうですが、ゴールは遠いんでしょうね。

この水槽にはミナミヌマエビが1匹だけなので、管理は楽です。ガラスに付く藻は、エビとミジンコが食べてくれてます。

re:回転羽根

mytoshiさん、こんにちは。

ランプハウスの上から55℃くらいの空気が沸き上がっています。走馬灯の風車みたいな物を付けると楽しそうです。

簡単ではない

先ず振動照明が..、動植物が可哀そうか?
人間と動植物は会話できないのでわかりませんが、多分無関係かと
、むしろ飼育下での命をつなぐことは長く生きられるので幸せかも。

振動は?、、、マッサージ効果?、、こうなれば学術研究の分野?

追記:私はよくデパートのペット売り場を見ていますが、従業員の人が、未だお客さんが来ない早朝、水、ゴミなどを従業員の人手で吸い出し綺麗にしていますのを知っています。
とても現在の市販の装置では何日も綺麗な水槽を見せれないのです。余計な事でしたが。

re:簡単ではない

ファンのケースに耳をくっつけて音を聞くと、かなりの騒音、というか振動が発生しています。なので、これが水槽の中に伝わるとちょっといやかなと思いました。水中では音波はあまり減衰しないという話もありますし。

でも、上部フィルター方式の水槽の水車のランナーや軸受けは水槽の中にある訳で、その騒音が問題になったなんて聞きませんから、心配しすぎなのかも知れません。
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