Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 1

Светодиодные матрицы

Ремонт прожектора

Ремонт заключался в демонтаже перегоревшей матрицы и неисправного драйвера и установки современной светодиодной матрицы с встроенным драйвером, и дополнительной схемы выпрямительного моста с электролитическим конденсатором в корпус прожектора.

Установка LED матрицы

Для того чтобы добраться до матрицы необходимо снять защитное стекло и рефлектор, для чего понадобилось открутить четыре винта.

Для удаления матрицы нужно отпаять или откусить бокорезами провода и открутить еще четыре винта. Кода матрица была снята, то стало ясно, почему она сгорела. Теплопроводящая паста покрывала ее подложку не по всей поверхности.

В дополнение, место установки было окрашено, и еще вокруг крепежных резьбовых отверстий имелись выступающие площадки, как и вокруг непонятных прямоугольных углублений. Налицо конструкторская недоработка и небрежная сборка производителем прожектора.

Сгоревшая матрица имела размеры 20×20 мм, а устанавливаемая – 40×60 мм, поэтому пришлось делать новые крепежные отверстия. При разметке еще пришлось сдвинуть матрицу относительно центральной оси, чтобы крепежные отверстия не попали в теплоотводящие ребра корпуса. В дополнение также надо было оставить одно из двух отверстий для прокладки проводов. Сверлить новое отверстие для проводов не хотелось, так как штатное герметично соединялось с задней частью прожектора.

После разметки было просверлено четыре отверстия диаметром 2 мм и затем в них нарезана резьба метчиком М2,5.

Примерка показала, что все сделанные отверстия точно совпали с крепежными отверстиями матрицы. Если бы немного промахнулся, то отверстия в матрице можно пропилить с помощью надфиля. Рядом с ними нет токоведущих дорожек и элементов.

На следующем шаге с помощью наждачной бумаги средней зернистости необходимо подготовить теплоотводящую поверхность, сняв краску и удалив выступающие бугры.

После десяти минут работы поверхность стала идеально ровной и готовой для крепления матрицы. Оставшиеся крепежные отверстия имеют небольшую площадь и на отвод тепла влиять практически не будут.

Для хорошего теплового контакта подложки матрицы с алюминиевым корпусом прожектора, который одновременно является и радиатором, место их соединения необходимо покрыть тонким слоем специальной теплопроводящей пасты. Размазывать пасту удобно с помощью банковской карты или визитки. Паста продается в магазинах компьютерной техники, можно заказать на Алиэкспресс при покупке матрицы.

Матрица закреплена в корпусе с помощью винтов М2,5 с плоскими шайбами для увеличения площади прижатия. Залудить контактные площадки матрицы и припаять провода лучше перед установкой. Провода я использовал с двойной изоляцией, но для надежности целесообразно использовать специальный термостойкий провод. У меня такого достаточной длины под руками не оказалось.

Рефлектор прожектора имел отверстие для светового потока матрицы недостаточного размера, пришлось его после разметки дорабатывать.

Для этого с помощью мини дрели и наждачного диска рефлектор был пропилен по граням. Края загнуты плоскогубцами, и лишний металл отрезан ножницами.

На фотографии показан результат работы по установке LED матрицы с драйвером на подложке. Вся ее светоизлучающая поверхность открыта для светового потока.

Установка в прожектор диодного моста и конденсатора

Печатную плату ради монтажа шести радиоэлементов изготавливать не стал, тем более, что в наличии была подходящая плата от драйвера светодиодной лампы. Выпаял из нее лишние элементы, впаял предохранитель и токоограничивающий резистор.

Провода, идущие от светодиодной матрицы, были припаяны непосредственно к выводам конденсатора, а его выводы уже к плате. Один из проводов сетевого шнура был припаян к плате, а второй на вывод включателя, а с него уже к плате.

Для изоляции печатной платы была использована укороченная упаковка от драже Тик-Так. Идеально подошла по размерам. Под сетевой шнур в упаковке была сделана прорезь.

Светодиодный прожектор отремонтирован без использования драйвера, и можно приступать к его испытаниям. При первом включении он не засветил. Оказалось, что установленный предохранитель на ток защиты 1 А не выдержал пускового тока зарядки конденсатора и перегорел.

Величину токоограничивающего сопротивления увеличивать не хотелось, поэтому пришлось установить предохранитель на 2 А. При многократном включении, выключении и длительной работе прожектор светил безотказно. Корпус нагревался незначительно.

Что такое жидкокристаллический монитор?

Прежде чем мы углубимся в то, что такое IPS и светодиоды, стоит понять основы технологии плоских мониторов.

Подавляющее большинство продаваемых сегодня мониторов — это жидкокристаллические дисплеи или LCD. Жидкие кристаллы обладают собственными светомодулирующими свойствами,
которые требуют подсветки для отображения изображений на мониторе. ЖК-мониторы отличаются от традиционных аналогов с электронно-лучевой трубкой, которые были доминирующей
технологией вплоть до второй половины 2000-х годов, когда ЖК-технология обогнала ЭЛТ. В настоящее время будет сложно найти новый ЭЛТ-монитор, так как производство практически
закончилось.

Давайте погрузимся немного глубже: цветные ЖК-мониторы с высоким разрешением используют технологию TFT с активной матрицей или тонкопленочный транзистор. Не вдаваясь в технические
аспекты, к жидким кристаллам добавляется матрица или сетка из тонкопленочных транзисторов для улучшения контрастности, резкости и яркости. Транзисторы сохраняют заряд в течение
ограниченного периода времени (очень похожего на конденсатор), достаточно длительного, чтобы эффективно сохранять состояние пикселя при обновлении для следующей волны отображаемой
информации, поступающей от источника.

ЖК-мониторы TFT идеально подходят для мониторов ПК, телевизоров, телефонов и планшетов, поскольку они обеспечивают качество при разумно низком физическом весе, что делает их
единственными технологичными ЖК-экранами для текущих нужд. Учитывая это, любой ЖК-монитор будет ЖК-монитором TFT.

IPS — это тип технологии TFT с активной матрицей.

Измерение температурного режима работы светодиодов

Хотя на ощупь корпус прожектора нагревался незначительно, но напрашивался вопрос о возможном перегреве LED матрицы в связи с увеличением подаваемой на нее мощности в три раза. Поэтому решил измерять температуру ее подложки.

Для этого в оставшееся в корпусе прожектора отверстие от провода, ведущее к подложке матрицы была вставлена термопара мультиметра.

Задняя крышка была закреплена на корпусе. Прожектор во включенном состоянии в самом плохообтекаемом воздушным потоком положении, излучающей стороной свет положен на горизонтальную плоскость. За полчаса работы прожектора температура прекратила увеличиваться и при температуре окружающей среды 21°C достигла 60°C. Перегрев матрицы составил 39° градусов.

Согласно технической документации срок службы светодиодных матриц при нагреве подложки до 60°C, а кристаллов до 80°C составляет 50 000 часов.

Следовательно, можно сделать вывод, что конструкция исследуемой десяти ваттной светодиодной матрицы с встроенным драйвером и габаритные размеры корпуса прожектора позволяют при качественной установке матрицы обеспечить безопасный тепловой режим ее работы.

Проверяем драйвер

Для того, чтобы проверить драйвер без светодиода (вхолостую, без нагрузки), достаточно просто подать на его вход 220В. На выходе должно появиться постоянное напряжение, по значению чуть большее, чем верхний предел, указанный на блоке.

Однако, этот способ проверки не позволяет судить об исправности светодиодного драйвера на 100%.

Дело в том, что встречаются исправные блоки, которые при включении вхолостую, без нагрузки, или вообще не запустятся, или будут выдавать непонятно что.

LED – драйвер 20 Вт. Стабильный выходной ток 600 мА, напряжение 23-35 В.

Например, если написано Output 23-35 VDC 600 mA, то сопротивление резистора будет от 23/0,6=38 Ом до 35/0,6=58 Ом. Выбираем из ряда сопротивлений: 39, 43, 47, 51, 56 Ом. Мощность должна быть соответственная. Но если взять 5 Вт, то на несколько секунд для проверки его хватит.

Если при подключении нужного резистора напряжение на выходе – в указанных пределах, делаем вывод, что светодиодный драйвер исправен.

Пробное подключение

У матрицы шестнадцать выводов, что представляет определённую проблему при прототипировании. Приходится задействовать практически все выводы платы. Но так как все светодиоды в матрице независимы, мы можем поиграться с одной. Соединим матрицу с платой по следующей схеме: вывод 9 от матрицы соединяем с выводом 2 на плате, а вывод 13 от матрицы с GND через резистор.

При таком подключении мы задействуем самый верхний левый светодиод матрицы. Запускаем скетч мигания светодиодом Blink, чтобы увидеть работу одного светодиода.

В реальных проектах мы должны соединить все выводы матрицы. Так как их шестнадцать, то кроме цифровых портов нам нужно задействовать и аналоговые, которые могут работать как цифровые. В этом случае порт A0 становится 14, A1 — 15 и т.д. Соединив все выводы матрицы, можно включить нужный светодиод, подавая HIGH на вывод ряда и LOW на вывод столбца. Включим светодиод из второй строки и первой колонки.

Информер на светодиодных матрицах, с WiFi и массой возможностей

В самом названии скрыта вся суть устройства, Информер (англ. informer — «осведомитель, доносчик»), это как раз то чего мне не хватает в общении с моим домом, который живет под присмотром MajorDoMo.Готовые устройства с нужным функционалом отсутствуют, поэтому будем делать самостоятельно.

Первоначально обзор делался для сайта mysku.ru и потом был перенесен сюда.

Управляется MajorDoMo через терминалы в виде планшетов и смартфонов, но часто нужен доступ к информации одним взглядом, без лишних манипуляций.Если у вас нет такой потребности, то можно например использовать информер в качестве часов и метеостанции с возможностью отправлять/принимать данные с сервисов gismeteo.ru и narodmon.ru.

Все будем делать по отработанной схеме, т.е. часть работы доверим сделать другим, тем у кого это получается лучше и быстрее :).На сборку отведем один выходной день, плюс некоторое количество времени на подготовительные работы.Придумываем себе техническое задание, пишем список необходимого и приступаем.

В качестве средства отображения я выбрал светодиодные матрицы 8х8 точек с контроллером MAX7219.

Существуют как отдельные модулитак и собранные в блоки

Заказал сразу десяток, было желание поэкспериментировать с размером дисплея.Пока ждем матрицы займемся корпусом.

Нарисовал эскиз

отдал на изготовление в фирму делающую мебельные фасады, на следующий день забрал заготовки

как можно заметить на эскизе внутренние углы прямые, а на готовом изделии имеют радиус равный диаметру фрезы которой делалась выборка.

Не беда, 5 минут работы напильником и углы становятся такими как надо.

Основу корпуса пока отложим в сторону и займемся остальными частями.С обеих сторон корпус будем закрывать оргстеклом.

Рекламщики с удовольствием сделают все что вы им нарисуете

.Покупаем или просим на время образцы оргстеклаПодсвечивая красным светодиодом определяем что больше нравится, с учетом того что бы через него не просвечивались внутренности, но в тоже время было видно светящиеся диоды.Мне больше всего понравился дымчато-черныйна фото панели в защитной пленке, поэтому имеют такой вид.

Примерив полученные детали из оргстекла можно задуматься об отделке основы корпуса.В любом случае нужно зачернить стороны которые останутся под стеклом

Далее можно покрасить торцы корпуса краской

или наклеить мебельную кромку на клеевой основе при помощи утюга.

После получения матриц, примеряем

как и планировалось, матрицы плотно сели на свои места и не требуют дополнительных креплений.Лицевую часть корпуса освобождаем от защитной пленки и при помощи тонкого двухстороннего скотча приклеиваем на свое место.

Заднюю часть крепим на мелкие саморезы или как в моем случае на болтах М3, запрессовав предварительно гайки в корпус.

В качестве кабеля питания используем провод от неисправной мышки, он достаточно тонкий и гибкий и имеет на конце USB разъем.

Так как схема подключения очень простая будем использовать навесной монтаж.

За основу берем WiFi модуль ESP8266, у меня в закромах нашлась версия 03, но подойдет любая.

Сами матрицы питаются от 5 вольт, но для ESP8266 нужно 3,3 вольта.

Используем любой DC-DC преобразователь, у меня нашелся такой.

В результате получаем нечто подобноеОписание подключения матриц можно посмотреть здесь.Закончив паять собираем и загружаем прошивку.Многие функции доступны только в платной версии, цена 110 рублей. Стоимость вполне разумная, но я бы посоветовал автору убрать рекламную строчку с адресом сайта которая появляется в некоторых режимах, не смотря на то что прошивка платная.

Если такой вариант не устраивает, есть бесплатная библиотека, на основе которой можно сделать свою версию прошивки.

Настройка прошивки подробно раскрыта на сайте.В минимальном варианте достаточно указать параметры вашей WiFi сети и определить GPIO к которым подключены светодиодные матрицы.Для примера, вкладка настройки матриц выглядит так

http://ip адрес информера/matrixmsg?txt=ваш текст&shift=50

Где shift- скорость бегущей строки в мс.0 — бегущая строка выключена, просто вывод. Управление яркостью /matrixbr?mode=X, где X — число 0..15

На максимальной яркости 450мА

Уже в процессе окончательной сборки я добавил температурный датчик DS18B20 и вывел его на заднюю стенку. Это потребовало минимальных усилий и добавило функциональности.Результат трудов в этом коротком видео.

Похожее

Запись опубликована в рубрике handmade с метками Дом, Самоделка, Электроника. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

СВЕТОДИОДНЫЕ МАТРИЦЫ ДЛЯ ПРОЖЕКТОРОВ

В общем случае мощные светодиодные матрицы, которые используют при изготовлении прожекторов и других источников света для уличного освещения представляют собой совокупность кристаллов, соединенных последовательно параллельным способом.

Все они устанавливаются на одной, достаточно массивной цельнометаллической подложке, которая выполняет также роль радиатора, отводящего тепло от светодиодов.

Такая матрица способна отработать более 50 тысяч часов. Мощность светодиодных матриц этого типа находится в пределах от 5 до 500 Вт, обеспечивая при этом уровень светоотдачи порядка 110 лм/Вт.

Так например, в матрице мощностью:

  • 10 Вт установлено 9 светодиодов мощностью 1 Вт, что позволяет получить в итоге светоотдачу немногим больше 950 лм/Вт;
  • 30 Вт используется три параллельно соединенные цепочки из 10 кристаллов каждая. При этом светоотдача такой матрицы составляет 2720 лм/Вт.

При выборе мощной светодиодной матрицы необходимо обращать внимание на ее электрические характеристики, среди которых особо выделяют величину (значение):

  • тока и напряжения электропитания;
  • светоотдачи.

Для устойчивой работы мощная матрица должна иметь блок стабилизированного электропитания, выходное напряжение которого должно соответствовать количеству кристаллов в ней. Так, для 10-ваттной матрицы напряжение питания составляет 11…12 В, а уже для 30-ваттной понадобится 26…36 В.

В качестве источников стабилизированного электропитания мощных светодиодных матриц и прожекторов, собранных на их основе, используют специальные устройства (драйверы и диммеры) соответствующей мощности. Конструктивно их корпус чаще всего изготавливается из алюминия и обеспечивает класс защиты не ниже IP65.

При этом:

  • диммер устройство, позволяющее регулировать напряжение питания светодиодов с целью изменения их яркости;
  • драйвер блок питания, обеспечивающий подачу постоянного стабилизированного тока на один или несколько светодиодов.

Еще один важный аспект, о котором необходимо помнить, устанавливая мощную матрицу обеспечение эффективного отвода тепла. Корпуса светодиодов достаточно сильно нагреваются при работе, и для того, чтобы исключить их выход из строя из-за перегрева, нужно использовать дополнительные теплоотводящие элементы.

Контроллер max7219

Контроллер max7219 представляет собой блок интерфейса обмена информацией и памяти на 64 ячейки для управления светодиодами. В памяти все данные хранится в виде двухмерного массива.

Передача информации осуществляется через SPI интерфейс. SPI — трехпроводной интерфейс для двусторонней передачи данных между устройствами. Более подробно о принципе работы этого интерфейса можно прочитать здесь.

Для взаимодействия контроллера с платой ардуино используется лишь три канала: DIN, CS, CLK.

К стандартным разъёмам платы контроллера можно подключить до четырёх таких led модулей, создав табло 8 х 32 точки. Для увеличения количества подключаемых сегментов можно собрать простейший мультиплексор, который будет переключать управляющие сигналы на нужный модуль. Таким образом возможно выводить информацию на десятки матриц. На этом принципе построена работа всех ЖК-дисплеев.

Для облегчения передачи потока данных в ардуино есть специальная библиотека LedControlMS.

Это видео примера работы библиотеки со светодиодным дисплеем:

Более подробно об управлении матрицей при помощи микроконтроллера можно прочитать по ссылке.

Что такое RGB светодиодная лента

RGB (Red, Green, Blue – красный, зеленый, синий) – это светодиодная лента, способная при работе менять свой цвет. В каждом LED модуле находятся три светодиода – красный, синий и зеленый. Изменяя отдельно яркость свечения каждого кристалла, вы получаете любой цвет видимого спектра.

Что такое rgb светодиод

Внешне RGB led отличается от моноцветной только количеством выводов. Здесь их 4 – три из них для питания каждого отдельного кристалла и один общий плюс.

Существуют особые led ленты с пятью выводами. Маркируются они как LED RGB W (W – white). Пятый вывод отвечает за белый свет. Дело в том, что в трехцветном диоде белый цвет получается смешивая все три цвета в равных пропорциях. Такой «белый» отличается от чистого моно- света. Поэтому появился тип led с четвертым кристаллом белого цвета.

Эти ленты (как и моноцветные) имеют несколько классов пыле- влагозащиты:

  • IP20 – без защиты, боится влаги и пыли;
  • IP67-69 – не боится пыли, может быть использована во влажной среде (ванна, аквариум).

Что делать, если мощность светодиодного модуля неизвестна

Бывают ситуации, когда имеется светодиодный чип, но его мощность, ток и напряжение неизвестны. Соответственно, его затруднительно купить, а если он исправен, то непонятно, как подобрать адаптер.

Для меня это было большой проблемой, пока я не разобрался. Делюсь с вами, как по внешнему виды светодиодной сборки определить, на какое она напряжение, мощность и ток.

К примеру, имеем прожектор с такой светодиодной сборкой:

9 диодов. 10 Вт, 300 мА. На самом деле – 9 Вт, но это в пределах погрешности.

Дело в том, что в светодиодных матрицах прожекторов используются диоды мощностью 1 Вт. Ток таких диодов равен 300…330 мА. Естественно, всё это примерно, в пределах погрешности, но на практике работает точно.

В данной матрице 9 диодов включены последовательно, ток у них один (300 мА), а напряжение 3 Вольта. В итоге, общее напряжение 3х9=27 Вольт. Для таких матриц нужен драйвер с током 300 мА, напряжением примерно 27В (обычно от 20 до 36В). Мощность одного такого диода, как я говорил, около 9 Вт, но в маркетинговых целях этот прожектор будет на мощность 10 Вт.

Пример 10 Вт – немного нетипичный, из-за особенного расположения светодиодов.

Другой пример, более типичный:

Светодиодная сборка для прожектора 20 Вт

Вы уже догадались, что два горизонтальных ряда точек по 10 шт – это светодиоды. Одна полоска – это навскидку 30 Вольт, ток 300 мА. Две полоски, соединенные параллельно – напряжение 30 В, ток в два раза больше, 600 мА.

Ещё пара примеров:

5 рядов (зиг-заг) по 10 светодиодов.

Итого – 50 Вт, ток 300х5=1500 мА.

Матрица 7 рядов по 10 светодиодов

Итого – 70 Вт, 300х7=2100 мА.

Думаю, продолжать не смысла, уже всё понятно.

Немного другое дело с светодиодными модулями на основе дискретных диодов. По моим подсчетам, там один диод, как правило, имеет мощность 0,5 Вт. Вот пример матрицы GT50390, установленной в прожекторе 50 Вт:

Светодиодный прожектор Navigator, 50 вт. Светодиодный модуль GT50390 – 90 дискретных диодов

Если, по моим предположениям, мощность таких диодов – 0,5 Вт, то мощность всего модуля должна быть 45 Вт. Схема его будет такой же, 9 линеек по 10 диодов с общим напряжением около 30 В. Рабочий ток одного диода – 150…170 мА, общий ток модуля – 1350…1500.

У кого другие соображения на этот счет – милости прошу в комментарии!

Проверка и разработка схемы подключения LED матрицы

При подключении матрицы, установленной на массивный радиатор, к сети 220 В, она засветилась, ток потребления составил около 45 мА, что соответствовало заявленной мощности продавцом. Но с частотой 100 Гц были большими. Ведь в матрице не было электролитического конденсатора.

Для уличного освещения такой прожектор подойдет, но я планировал использовать его для освещения предметов при фотографировании, где нужен минимальный коэффициент пульсации светового потока.

Как известно, светодиоды работают от постоянного напряжения, и при подключении к переменному напряжению в электрической схеме любого драйвера на входе устанавливается выпрямительный мост.

Исходя из этого, решил попробовать запитать светодиодную матрицу постоянным напряжением. Для этого был использован драйвер на токоограничивающем конденсаторе (он был выпаян, а контактные площадки замкнуты) светодиодной лампы и конденсатор емкостью 150 мкФ на напряжение 400 В.

Испытания подтвердили правильность идеи. Матрица засветила ярким ровным светом. Проверка показала полное его отсутствие. Осталось только все детали разместить в корпус прожектора.

Виды и области применения

Сохраняя единый принцип размещения светодиодных кристаллов на теплопроводящей подложке, светодиодные матрицы существенно отличаются по количеству кристаллов на одном основании и способам их соединения между собой.

Количество кристаллов на одной подложке определяет итоговую мощность матрицы, которая может достигать сотен ватт на одно изделие. Мощные матричные источники света хорошо зарекомендовали себя в прожекторах и светильниках для уличного освещения.

Еще одной особенностью внутренних соединений кристаллов между собой с внешними выводами выступает возможность использования светодиодных матричных структур в информационных табло и в графических или символьных экранах. Такие LED-матрицы находят свое применение в контрольно-измерительной аппаратуре и всевозможных инсталляциях рекламного характера.

Способ вывода данных на матрицы

При каскадном включении, выход DOUT предыдущего драйвера соединяется с входом DIN следующего драйвера, группы выводов CS и CLK соединяются параллельно. При загрузке данных информация сдвигается побитно, сначала загружаются данные предназначенные для последнего драйвера в цепочке, затем остальные по очереди. Для одного драйвера пакет состоит из 2 байт, это адресный байт и байт данных.

Печатная плата модуля спроектирована так, что данные загружаемые в регистры драйвера Digit0-Digit7 отображаются в строках матрицы (горизонтально), ниже приведена поясняющая картинка:

Для вывода символов я решил взять стандартную таблицу со шрифтом 5×7, которую использовал для графического дисплея Nokia 5110. Но в этой таблице байты символов упакованы по-другому, каждый байт предназначен для вертикального отображения в столбец, таким образом, просто передавать байты на драйвер не получится. Можно конечно переписать всю таблицу символов, но это слишком утомительно. В данном случае необходимо переворачивать символы, извлекая данные побитно.

Данные проще записать за один сеанс, предварительно подготовив пакеты байтов для всех матриц, то есть сразу заполнить одну строку на всю длину панели, затем остальные строки в последующих сеансах (всего 8 сток). Для 5-ти матриц за сеанс передается 10 байт данных, для всей панели соответственно получим 80 байт.

Можно конечно использовать пустой регистр No-Op (адрес 0x00), предназначенный для обращения к отдельному драйверу в цепочке, но при этом также придется отправлять байты на всю длину строки. В этом случае только один пакет будет записан в конкретный драйвер, для остальных драйверов данные запишутся в регистры No-Op, не повлияв на их функционирование. Такой способ нельзя назвать рациональным, так как увеличивается количество передаваемых данных, что замедляет процесс вывода информации.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации