Damn Bright Diving Lamp
 Status: unstable | |
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| Beschreibung | Die Nacht zum Tage machen, ... Unterwasser! |
| Autor: | xoQUox |
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Idee
Ein 100W LED Array Modul soll in ein altes Taucherlampengehäuse eingebaut werden. Ziel ist es, eine extrem helle LED Lampe mit großem Abstrahlwinkel speziell für Videoaufnahmen zu bauen.
Vorhandene Hardware
Reste einer Hartenberger Tauchlampe, Innenleben defekt, 100Watt LED Modul aus China
Teileliste
- Arduino Nano 3.0
- CSD18534KCS
- BC337
- 0.18 Ω Widerstand 3W
- 5x DRV5033 2.5 to 38 V Digital Omnipolar-Switch Hall Effect Sensor
- High Power Full-White LED
- Hartenberger Lampengehäuse
Elektronik
Anforderung
Unser Gehäuse besitzt 5 Schaltzustände die per HAL-Sensor ausgelesen werden müssen. Anhand dieser Schaltzustände soll es möglich sein die LED in 4 Helligkeiten zu regeln. Dabei soll die Akkukapazität so effektiv wie möglich genutzt werden.
Schaltung
Ein erste Idee die Schaltung mit hilfe eines MP2480 LED Drivers zu realisieren wurde früh wieder Verworfen da wir mit diesem nicht das volle Leistungssprektrum unseres LED Modules nutzen könnten. Daher wird die Schaltung mit einem eigenen Konstandstromregler realisiert. Dazu verwenden wir eine Regelung nach Vorlage des "High Power LED Driver Circuits" von dan. Dies hat den Vorteil das die Schaltung sehr simple und günstig in der Umsetzung ist. Nachteil ist jedoch das die Eingangsspannung geringfügig höher sein muss, als die Ausgangsspannung, daher wird ein Akku mit ca. 37V Nennspannung benötigt.
Akku
Als Stromquelle haben wir uns für einen Li-Polymer Akku entschieden. Da die LED mit einer recht hohen Spannung (36V) arbeitet, wird unser Akku 10 Lipo Zellen haben. Aktuell gibt es auf dem Hobby RC Markt jedoch keine brauchbaren Akkus mit 10 Zellen die auch in unser Gehäuse passen, daher wird der Akku als Einzelzellen selbst gelötet. Als Zellen werden 1000mAh 20C 3.7V verwendet.
Da 10 Zellen Ladegeräte Teuer und Schwer sind, wird der Akku in zwei 5 Zellen Akkus in einem Gehäuse aufgeteilt. Sie können getrennt geladen werden und im Betrieb in der Lampe in Reihe als 10 Zellen Pack agieren. Dadurch können wir auch einfach die halbe Akkuspannung für die restliche Elektronik abzapfen, so das der 7805 weniger Spannung zu vernichten hat.
Halterung für die LiPo Zellen
Versuchsaufbau Akku
10 Zellen passgenau im Halter
Erste Akku Version
Gehäuse
Als Gehäuse dient eine alte Hartenberger Tauchlampe. Das robuste Aluminiumgehäuse bietet genug Platz für LED, Akku und Elektronik. Zwar gibt es für dieses Modell auch ein LED Leuchtmittel, jedoch hat auch dieses nur eine laut Herstellerangaben "Abstrahlcharakteristik Spot", daher ungeeignet für Video- und Fotoaufnahmen.
Bauteile
Frontgummi
Zum Schutz der Frontscheibe wurde ein passgenauer Gummi gedruckt, der zwischen LED und Scheibe kommt. Als Material wurde flexibles Polyester in der Shorehärte 40D eingesetzt. Dieses Material hat auch den Vorteil das es erst ab ca. 160°C seinen Schmelzpunkt erreicht.
Gummi eingebaut
Anschlagschutz für die LED
Kühlung
Da selbst bei einer LED Abwärme entsteht und diese bei einem 100W Array nicht unerheblich ist, sind wir gezwungen für eine brauchbare Kühlung zu sorgen. Über eine Aluminiumkonstruktion wird die Wärme direkt ans Gehäuse abgeführt, die diese wiederrum ans Wasser abgibt.
Aufbau
Die LED wurde auf eine 5mm dicke Alu-Platte geschraubt. Die Platte ist mit M4 Gewindelöchern ausgestattet. Zur Befestigung wurden M4x25 Imbusschrauben aus VA Stahl benutzt. An den überstehenden Gewindestücken wurden 4 Adapter geschraubt. Dazu wurde eine runde Platte mit Langlöchern aus 10mm Aluminium angefertigt und in 4 Teile zersägt. Diese Konstruktion erlaubt es, die 4 Adapter im inneren der Lampe ans Gehäuse zu klemmen. Für die verbesserte Wärmeübertragung wurde Wärmeleitpaste verwendet.
Die beiden Aluplatten wurden mit dem Programm Front Panel Designer geplant und direkt über den Anbieter bestellt. Vermutlich hätte es auch günstigere Fertigungsmöglichkeiten gegeben, aber angesichts des Aufwands einer Einzellanfertigung und des einfachen Bestellungvorganges ist der Preis dennoch gerechtfertigt.
Die Vorlage-Daten liegen auf GitHub.
Wärmeableitung zum Gehäusev0.5
Verbindungsstück zwischen Langlochplatte(n) und LED
Fertig eingebaute Kühlung
Versuchsaufbau Kühlung im Topf mit Wasser
Test unter realen Bedingungen
Software
Die Software wurde in der Arduino IDE Entwickelt. Die erste Version hat neben den 4 Schaltstufen schon eine Überwachung der Akkuspannung und der LED Temperatur mit eingebaut.
Git
Alle wichtigen Dateien wie STLs und Code sind auf GitHub zu finden: github.com
Prototyp
Bevor wir den ersten Layoutentwurf der Platine Ätzen, haben wir eine Vereinfachten Aufbau auf einer Lochrasterplatine gemacht. Der Prototyp zeigte das die Kühlung des MOSFETs am Gehäuse und das Schalten mit den HAL Sensoren ausgezeichent funktionierte, jedoch stellte sich auch herraus das ein Zusammenschrauben des Gehäuse sich als äußerst schwierig darstellte. Da sich Lampe und Schaltplatine zueinander Verdrehen muss hier eine Lösung gefunden werden, die ohne Kabel verbindungen auskommt.
Prototyp Versuchsaufbau
