Transparant

LED verlichting zelf ontwerpen en bouwen

In dit verhaal ga ik er van uit dat de basiskennis over LED’s en elektriciteitsleer alsook over de verlichtingstheorie (voor wat nodig) bekend is. Als dit niet het geval is, is het de moeite waard en misschien zelfs noodzakelijk eerst het verhalen over de LED theorie en verlichting te lezen.

Als je op internet gaat zoeken kom je een heleboel kant en klaar varianten van LED-lampen tegen die één op één met de huidige lamp uitgewisseld kunnen worden. Een goede website voor de mogelijkheden en het aanschaffen van de lampen is Leds-buy.nl.

Op deze website zijn ook een heleboel mogelijkheden aanwezig  voor losse LED’s waarmee je zelf een unit kunt samenstellen.

In grote lijnen zijn de LED’s in te delen in drie groepen:

  • Signaal LED’s; deze hebben dan alleen de functie om aan te geven of iets bv “aan” of “uit” staat;
  • LED’s voor verlichting; één LED heeft in dit geval te weinig lichtopbrengst en volume. Door gebruikt te maken van meerdere LED’s, in een bepaal de rangschikking en op een bepaalde wijze elektrisch geschakeld kan een speciale verlichting worden verkregen; Een bekend voorbeeld hierin zijn de moderne achterlichten van fietsen. Hierin zitten meestal drie LED’s en geven een zeer goede lichtopbrengst op slechts één of twee penlight batterijen.
  • Power LED’s; Dit zijn LED’s met een zeer hoge lichtopbrengst en voornamelijk worden toegepast in algemene verlichting (in huis).

Voorbeelden van de LED’s in de verschillende groepen zijn:

signaalled
Signaal-LED

led 3cd


LED voor het maken van verlichtingsunits

powerled


Power-LED (met koelplaat)


Dit verhaal gaat dan ook over mogelijkheid 2.

De LED’s die in deze toepassing worden gebruikt hebben een lichtsterkte van 1 tot 8 Candela.
Als we dit vergelijken met de standaard duplo-lamp (5/21 W) dan zien we het volgende:

Verlichting  voor
Vermogen in Watt
Benodigde lichtsterkte
bij LED's
Achterlicht
5
5 - 8
Remlicht
21
25 - 30
Knipperlicht
21
25 - 30

Bij combinatie van een achterlicht met een remlicht moet er een duidelijk onderscheid zijn. De verhouding moet ongeveer 1:5 zijn

Voorbeeld van een ontwerp LED-verlichting

Het voorbeeld betreft een knipperlicht van een Renault 4CV. Dit knipperlicht zit aan de zijkant (links en rechts) van de auto hoog tegen de dakrand. Dit is het enige knipperlicht. En is bedoeld voor signalering naar voren en naar achteren. Aangezien we niet gewend zijn naar deze positie te kijken (de normale positie is bij/in de achterlichten) is de situatie nogal gevaarlijk. Bovendien geeft het lampje weinig licht ( de oorspronkelijke uitvoering was 6 Volt/15 watt). Reden te meer om dit knipperlicht te voorzien van een goede LED verlichting. Deze verandering is onderdeel van een totaal ombouw van de elektrische installatie van 6 naar 12 V. Zie hiervoor de artikelen over de ombouw van een 4CV.

In onderstaande foto is de lampunit op de auto te zien.

knipperlicht voor

Aanzicht vanaf de voorzijde

knipperlicht achter

Aanzicht van achteren

De lamp heeft twee functies:

  1. parkeerlicht
  2. knipperlicht voor richting aangeven

Voor beide lampen moet het licht naar voren en achteren schijnen.
In de lamp zijn geen reflectoren aanwezig zodat het beschikbare licht niet wordt gebundeld.
De grondplaat van de lampunit ziet er als volgt uit:

De oude grondplaat (zonder lampjes).
De grondplaat neemt nogal veel ruimte in en is niet geschikt voor het monteren van de LED’s Er moet dus een nieuwe grondplaat gemaakt worden. Ik heb gekozen voor een grondplaat van aluminium van 4 mm dikte. Hierop kunnen de printplaten met de LED’s en de voorschakel-weerstanden eenvoudig gemonteerd kunnen worden.

oude grondplaat


Zoals gemeld moet de verlichting zowel naar voren als naar achteren schijnen. Bovendien moet er een onderscheid zijn tussen de lichtsterkte van het parkeerlicht en het knipperlicht. Dit onderscheid kan in dezelfde verhouding worden gekozen als bij de combinatie achterlicht/remlicht.
Het is bovendien belangrijk dat er een redelijk grote stralingshoek van het licht aanwezig is zodat je met name het knipperlicht vanuit verschillende hoeken duidelijk kunt zien.
Een goede mogelijkheid voor deze verlichting is de witte LED in heldere (vierkante) behuizing met een stralingshoek van 75o met:
Lichtsterkte     : 3000 mcd (= 3cd)
Spanning         : 3,8V
DC stroom       : 50 mA
Golflengte        : 7500k

De kathode en anode hebben elk 2 pootjes die 5 mm uit elkaar staan. Zij passen daarmee heel goed in een standaard printplaats met stroken en gaatjes (spacing 2,5 mm). Je kunt hiermee snel een grondplaatje maken. In dit voorbeeld wordt een aparte print gemaakt aangezien daarmee de uitvoering eenvoudiger kan worden. De anode (+) is snel te herkennen aan de gaatjes in het aansluitpootjes.

Voor een helder knipperlicht is en lichtsterkte van 25 – 30 cd nodig.
In de behuizing is voldoende ruimte om een blokje van 3 x 3 LED’s te plaatsen. De negen LEDs hebben samen een lichtsterkte van 27 cd en moet dus voldoende zijn. Dit zowel naar voren als naar achteren gericht. Er komen derhalve 2 x 9 = 18 LED’s in het knipperlicht.
In het verhaal over de LED theorie is beschreven op welke manier verschillende lichtsterkten kunnen worden verkregen. In dit geval wordt het volgende schema toegLampschakeling.jpgepast:

 

 

De schakelaar S1 en S2 zijn respectievelijk voor de richtingaanwijzer en parkeerlicht.
Het verschil in lichtsterkte wordt bereikt door toepassing van verschillende weerstanden R1 en R2.

Op grond van de technische specificaties van de LED’s zou het volgende (theoretisch) van toepassing zijn:
De accu heeft een nominale spanning van ong 13,8 V.  Bij drie LED’s in serie is een spanningsval van 3 x 3,8 V = 11,4 V te verwachten. De spanning over de weerstand is dan 13,8 – 11,4 = 2,4 Volt. Bij een stroom van 50 mA (= 0,05A) moet de weerstand zijn: R = 2,4 / 0,05 = 48Ω. Dit is de situatie voor de knipperlichten. In geval van de parkeerlichten kan de weerstand een factor 10 hoger gekozen worden.

Op grond van deze berekening is een proefprintje gemaakt. Met name de stroom door de LED’s is belangrijk. Bij 50O voorschakelweerstand bleek de stroom ongeveer 75 mA te bedragen. Dit is duidelijk veel te veel en de LED’s zullen daardoor snel kapot gaan.  Bij 80Ω zakt de stroom tot ong 45 mA. Een praktische waarde voor de weerstand is 82Ω. De spanningsval over de weerstand is derhalve 0,045 x 82 = 3,7V.

Het opgenomen vermogen door de weerstand is V x I = 3,7 x 0,045 = 0,17 Watt. Een weerstand van 0,25 Watt zal in dit verband kunnen voldoen. Om volledig veilig te werken is een weerstand van 0,5 Watt toegepast.
Voor het parkeerlicht is een veel mindere lichtsterkte nodig. Uit de proefopstelling bleek dat een voorschakelweerstand van 1000Ω het gewenste resultaat opleverde. De stroom door het circuit is dan beperkt tot 5 mA. In dit geval is het vermogen van 0,25 Wat voor de voorschakelweerstand ruimschoots voldoende.

De eenvoudige proefopstelling zag er zo uit:
testprint

Drie LEDs in serie en een voorweerstand van 50Ω of 100Ω


Voor bovenstaand elektrisch schema is zijn de printjes ontworpen. Op het printje waarop de LED’s zijn aangebracht was onvoldoende ruimte om de voorschakelweerstanden te monteren. Deze zijn op een aparte printplaatgeplaatst die evenwijdig aan/op de grondplaat van de behuizing is geschroefd.
De uitvoering van de printjes is als volgt:

printplaatjes

A    B
De printplaat voor de weerstanden (A) en voor de LED’s (B).
Per kant (links of rechts van de auto) is één printplaatje nodig voor de twaalf en twee printplaatjes voor de LED’s. Deze printplaatjes worden ruggelings (met de soldeerzijde) tegen elkaar gezet.

De opbouw van het geheel ziet er nu als volgt uit:

led opbouw

Het verschil in lichtopbrengst is aanzienlijk.

LEDlamp

Succes met je eigen project.

Transparant