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Flexo LED para el automóvil… con ajuste de luz

Construcción de un flexo LED de 3W para el automóvil (12/24 VDC). El ciruito de control está basado en el módulo Set Down Converter MP1584, de alto rendimiento (90% aprox.) y puede alimentarse con 12 o 24V a través de un conector de tipo mechero. El circuito de control do tensión del MP1584 se modifica, adaptándolo a las necesidades del diodo LED que se utiliza. De esta manera es posible controlar la cantidad de luz que suministra el diodo LED (Dimmer), sin permitir que se pueda sobrepasar la corriente máxima del diodo.

Construcción del flexo

Para fabricar el flexo vamos a construir una espiral con alambre o cobre, yo he utilizado hilo de cobre de 1,3 mm. Con la ayuda de una varilla roscada de 6 mm, se arrolla el cobre, de esta manera quedará en su interior el hueco suficiente para introducir los 2 hilos de alimentación y el alambre tensor, imprescindible para dar rigidez al flexo. El espiral de cobre se protege con macarrón termo-retráctil de 10 mm.

La carcasa/soporte del LED se construye utilizando un tirador de aluminio, cortándolo por la mitad para construir así una caja. Los laterales se cierran con dos trozos de metacrilato, pegados en el lateral de la tapa superior con adhesivo de 2 componentes (Araldit, Nural).

Control de brillo

Este flexo se construye con un diodo LED de 3W, el cuál funciona con una corriente nominal de 300 mA. Para conseguir que en este flexo sea regulable su luz, calculamos la tensión mínima de encendido del diodo LED y su tensión nominal de funcionamiento. El circuito de control del LED está construido con el módulo MP1584 (Step-Down Converter). Este módulo puede funcionar con tensiones de entrada entre 4,5 y 28 VDC. De esta manera el flexo puede utilizarse en vehículos de 12 y 24 V, ya que su tensión de salida no depende de la tensión de entrada.

Tensión mínima del LED

Ponemos el ajuste de tensión de salida del módulo MP1584 al mínimo y vamos subiendo la tensión de salida hasta que el diodo LED comience a iluminar (umbral de encendido). Este valor de tensión es el que utilizaremos como referencia, para calcular el valor de la resistencia con el brillo ajustado al mínimo.

Tensión nominal del LED

Intercalando un amperímetro entre la salida del módulo de control y el diodo LED, ajustamos la tensión de salida hasta medir los 300 mA de consumo. En este caso medimos una tensión de 10,09 voltios, y esta será la tensión máxima que debería entregar el módulo MP1584 cuando el brillo esté ajustado al máximo.

Esquema

Una vez conocidos los valores mínimo y máximo que necesitamos para regular el brillo, calculamos los valores de la resistencia y potenciómetro que debemos utilizar. Sustituimos la resistencia ajustable del circuito MP1584 (150 K) por una resistencia de 68 K en serie con un potenciómetro de 20 K.

Montaje

A continuación se puede ver el aspecto del interior de este flexo LED. El circuito impreso está sujeto con cinta adhesiva de doble cara, intercalando un aislante entre el aluminio y la placa. El potenciómetro también está sujeto a la caja de la misma forma, pero reforzado con adhesivo termo-fundible.

Soldando SMD-TQFP

Soldando SMD-TQFP: proceso a seguir para soldar un circuito integrado con encapsulado TQFP (Thin Quad Flat Package) de 64 pines. La separación entre pines del chip a soldar es de 0,5 mm y el hueco libre entre ellos es de 0,2 mm.

A pesar de que los componentes de tipo SMD están pensados para ser soldados a máquina en las cadenas de montaje, en todas las reparaciones o prototipos se suelen montar a mano. La tarea de soldar un componente SMD puede ser fácil o muy difícil, dependiendo de la destreza que se tenga con el soldador… aunque lo más importante es disponer de las herramientas y útiles necesarios: pinzas, soldador, estaño, flux, lupa o microscopio, etc.

Arrastre de soldadura (Drag soldering)

El método más rápido para soldar un circuito integrado de tipo SMD, es utilizando el método de arrastre de soldadura (Drag soldering), en el cual es muy importante disponer de Flux en gel y malla de desoldar. En un componente SMD es muy importante la calidad de las soldaduras, con el fin de evitar posibles averías mecánicas, debido a una posible caída o golpe del dispositivo. El tiempo de reparación junto con el coste del componente, siempre será superior al gasto del Flux y exceso de estaño que se emplee en la soldadura. En este montaje empleo más estaño y Flux del necesario, pero lo hago así para mostrar lo fácil que es soldar un componente SMD, aunque se hagan cortocircuitos entre los pines del componente. Siempre es mejor pasarse con el estaño, que quedarse corto y dejar las soldaduras defectuosas o frágiles.

Preparación antes de soldar

Antes de comenzar a soldar un circuito integrado SMD, es conveniente disponer de un soporte para mantener sujeta la placa. Calentar el circuito impreso antes de soldar y sujetar el componente con algún adhesivo, facilitará mucho la soldadura. El adhesivo debe ser fácil de eliminar, para facilitar una futura reparación. Utilizando un trozo de cinta adhesiva de doble cara sería suficiente.

Es muy importante alinear todos los pines del circuito integrado. En caso de que alguno de sus terminales esté doblado, podemos alinearlo con la ayuda de las pinzas y el filo de un cutter.

Soldadura SMD

Para evitar que se mueva el circuito integrado cuando se suelde, a pesar de que esté sujeto con cinta adhesiva, es conveniente soldar al menos un pin de cada cara del circuito integrado. De esta manera nos aseguramos que la alineación de todos los pines es correcta, y evitamos posibles cortocircuitos difíciles de eliminar cuando soldemos.

Antes de utilizar el soldador de punta ancha, tenemos que aplicar un cordón de Flux en gel en todos los pines del circuito integrado. Los terminales deben estar sumergidos en el Flux… ahorrar en Flux no es una buena idea.

A continuación, con un soldador de punta ancha, aplicaremos estaño en la punta del soldador y lo arrastraremos por encima de todos los pines del circuito integrado. Cuando se arrastre el soldador, no tenemos que presionar sobre los terminales del circuito integrado. Los terminales los presionaremos después, desde el interior del circuito integrado hacia el exterior. De esta manera nos aseguramos que todos los terminales se queden apoyados en el circuito impreso y correctamente soldados.

Aplicando más Flux podemos eliminar los posibles cortocircuitos que hayan quedado. Si el volumen de estaño extra es mucho, aproximando la malla de desoldar se elimina con facilidad.

Una vez que hayamos soldado todos los terminales del circuito integrado, haremos una revisión de las soldaduras con la ayuda de una lupa, buscando posibles defectos en las soldaduras y cortocircuitos. Cuando veamos que todo está bien, limpiaremos todos los restos del Flux con la ayuda de alcohol de limpieza, un cepillo, papel, etc.

La revisión final la podemos hacer aplicando luz en la cara inferior del circuito impreso, observando los posibles defectos de soldadura desde la cara superior.

En el siguiente video se muestran todos los detalles del proceso a seguir.

Termostato de precisión #2

Construcción de un termostato digital, para controlar temperaturas con una precisión de 0,1ºC. Este termostato utiliza el sensor DS18B20, está controlado con el microprocesador AT89S52, y permite regular temperaturas entre -40 y +100ºC. También es posible controlar de forma simultánea los dos circuitos de un climatizador, el de frío y calor. Este termostato podría utilizarse como climatizador en un automóvil, controlar la temperatura de un edificio, la del agua de una piscina, incluso la de una incubadora. En esta segunda parte, se realizan los ajustes del termostato y se comprueba su funcionamiento.

CPU del termostato

La CPU del termostato la he montado en un circuito impreso de tipo universal. Para facilitar el montaje, todos los periféricos utilizan conectores. Se utilizan clemas de conexión para la entrada de alimentación (5 VDC), la conexión del sensor de temperatura DS18B20, los dos pulsadores y las dos salidas de control hacia los relés. Para el display LCD se utiliza un conector de 16 pines. El led de actividad utiliza la conexión de 2 pines macho y la otra conexión de 6 pines macho es para programar el micro controlador AT89S52 sin tener que extraerlo del circuito impreso, conexión ICSP.

Firmware

Antes de conectar el circuito a la alimentación, es necesario programar el micro controlador AT89S52. El archivo hexadecimal (firmware) lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

Termostato de precisión (v1.00)

Si no dispones de un programador, podrías utilizar Arduino:

Programador ICSP con ARDUINO

Ajustes y calibración

El único ajuste de hardware que se necesita hacer es el del contraste del display, y se hace moviendo el ajuste del potenciómetro hasta conseguir un contraste óptimo. Luego se debería fijar la temperatura de trabajo del termostato, utilizando los dos pulsadores del frontal. El termostato permite fijar valores de temperatura entre -39,9 y +99,9ºC, con una precisión de 0,1ºC. Al menú de configuración se accede pulsando el botón SET, y mediante el otro pulsador se pueden recorrer todos los valores posibles. Para cambiar de posición el cursor y guardar el valor anterior, se pulsa nuevamente el botón SET. A continuación se accede al menú de calibración del sensor de temperatura DS18B20. Desde este menú es posible modificar la temperatura medida por el sensor con intervalos de 1ºC. Este ajuste permite seleccionar valores offset comprendidos entre -5 y +4ºC. Para realizar esta calibración, sería conveniente utilizar un termómetro de precisión.

Pruebas de funcionamiento

Para comprobar el correcto funcionamiento del termostato he simulado su conexión en una incubadora, fijando la temperatura de control en 24,0ºC. El sistema de calefacción (para estas pruebas) consiste en una bombilla de filamento de 40W, conectada a 230 VAC a través del circuito 2 del termostato. El sistema de refrigeración es un pequeño ventilador de 12 VDC, controlado por el circuito 1 del termostato. Dependiendo de la distancia que exista entre los sistemas frío/calor y el termostato, es posible que se generen ciclos de histéresis: sobrepasando levemente la temperatura cuando esté conectada la bombilla, o disminuyendo cuando esté conectado el ventilador. Estos ciclos de conexión/desconexión tendrán un intervalo mínimo de 5 segundos, ya que este es el intervalo de medida y refresco del termostato.

A continuación se prueba el sensor a temperaturas límites, con el fin de comprobar el correcto funcionamiento del circuito. El termostato guarda los valores de temperatura máxima-mínima, y también los puede mostrar en la línea superior del display LCD. Mediante la pulsación del botón verde, se alternan las dos presentaciones posibles en la línea superior del display, la presentación inferior no cambia. Los valores de máxima-mínima se reinician cada vez que se entra en el menú de configuración, o cuando baja la alimentación del pin 40 (VCC) del micro controlador por debajo de 2V. Para evitar la pérdida de los valores de configuración mientras está funcionando el termostato, es necesario mantener conectada la batería de 3,6 V NiMH que se incluye en el circuito. La conexión se realiza mediante un puente de conexión (jumper), o un pequeño interruptor deslizante con acceso desde el exterior.

En caso de no utilizar el termostato, es conveniente desconectar la batería del circuito.

Termostato de precisión #1

Construcción de un termostato digital, para controlar temperaturas con una precisión de 0,1ºC. Este termostato utiliza el sensor DS18B20, está controlado con el microprocesador AT89S52, y permite regular temperaturas entre -40 y +100ºC. También es posible controlar de forma simultánea los dos circuitos de un climatizador, el de frío y calor. Este termostato podría utilizarse como climatizador en un automóvil, controlar la temperatura de un edificio, la del agua de una piscina, incluso la de una incubadora. En esta primera parte, se muestra el diseño y construcción del termostato.

Descripción de funcionamiento

Este termostato permite calibrar su sensor de temperatura (DS18B20) en saltos de 1ºC, permitiendo un Offset entre -5 y +4ºC sobre el valor medido. Este valor de calibrado, junto con el valor de temperatura de referencia del termostato, también configurable mediante los pulsadores, son almacenados en la memoria RAM del propio micro controlador (AT89S52). Para evitar la pérdida de dichos valores en caso de perder la alimentación mientras está funcionando, el circuito incorpora una pequeña batería recargable de 3,6V Ni-MH.

Salidas de control

El termostato permite controlar los dos circuitos de un climatizador de forma simultánea, el circuito de frío y el de calor. El micro controlador dispone de 2 salidas con estado lógico ‘0’ y otras 2 con estado lógico ‘1’. De esta forma es posible conectar cualquier driver en sus salidas. En este circuito he utilizado un módulo compuesto por 2 relés de 5V, de disparo con estado lógico ‘0’ y entradas optoacopladas (ver imagen).

Power Down Mode

La activación del ‘modo apagado’ (Power Down) del micro controlador permite minimizar al máximo su consumo. La detección de dicha caída de tensión se realiza mediante la lectura del nivel lógico 1/0 en el pin 39 (P0.0) del micro controlador. A pesar de que se podría simplificar el circuito intercalando una resistencia entre dicho pin (P0.0) y la entrada +5V, es mucho más eficaz entregar un nivel lógico en su entrada fijando su umbral de decisión. El circuito detector del umbral de apagado, está fijado por el valor del diodo Zener montado entre la base del transistor BC557 y masa (ver el esquema). En lugar del diodo Zener, puede utilizarse un diodo LED que tenga un umbral de encendido próximo a 3V.

A pesar de que el consumo del micro controlador se reduce bastante, es conveniente conectar la batería únicamente cuando el termostato esté en uso. De otra manera, la batería acabaría por descargarse. La finalidad de la batería es la de mantener los valores de configuración mientras el termostato está funcionando, y no cuando esté almacenado sin uso. En el esquema podemos ver que la desconexión de la batería se realiza mediante la extracción de un puente (jumper) entre el polo negativo de la batería y masa. Este puente puede sustituirse por un pequeño interruptor deslizante, para poder accionarlo sin la necesidad de tener que abrir la caja.

Circuito impreso

Para la realización de este termostato he utilizado un circuito impreso de tipo universal. Es cierto que el acabado queda mucho mejor si se monta en un circuito impreso hecho a medida. Sin embargo, muchos aficionados a la electrónica son reacios a ‘perder el tiempo’ en fabricar un circuito impreso, y prefieren utilizar placas de tipo universal. Además, la fiabilidad del circuito impreso sólo depende del cuidado que se ponga durante el montaje y soldadura de sus componentes… el aspecto no mejora la fiabilidad.

Firmware

Termostato de precisión (v1.00)

Caja y frontal

He utilizado una caja de plástico de tipo comercial, de tamaño 130×130 mm y 35 mm de altura. Para darle un mejor acabado, he utilizado un trozo de Polimetilmetacrilato (Plexiglas).

El mecanizado y serigrafía lo he realizado con la CNC.

Linternas LED… dudas

Linternas LED y sus diferentes maneras de construcción. Prueba de funcionamiento de un foco LED de 15W MR16, preparado para funcionar con 12 VAC.

Hay muchas maneras de fabricar una linterna LED: utilizando una agrupación de diodos de pequeñas dimensiones, con un sólo diodo LED de potencia, incluyendo o no una batería recargable, haciendo regulable su intensidad de luz para aumentar su autonomía, etc. En este blog se pueden encontrar una gran variedad de montajes, pero también existen otras posibilidades. Por ejemplo aprovechar la batería de la linterna para darle un doble uso como Power Bank, como se muestra en el siguiente esquema.

En este montaje se muestra el circuito con un sólo interruptor, conectando la linterna y la salida de carga USB de forma simultánea. Para utilizar ambas opciones de forma independiente, sería necesario montar dos interruptores en lugar de uno.

Foco LED 12V – MR16

También es posible construir una linterna LED utilizando un foco de uso doméstico MR16, preparado para sustituir a los antiguos halógenos de 12VAC. Dependiendo del fabricante del foco, existen algunos modelos que incluyen en su interior un módulo electrónico para controlar su encendido. En este tipo de foco LED, cuando su electrónica no está preparada para utilizarlos con un regulador de luz externo (Dimmer), disponen de un amplio margen de encendido. Como podemos ver en la imagen siguiente, ese foco LED de 12VAC/15W se enciende con una tensión inferior a 3 VDC.

Aprovechando esta característica, es posible fabricar una linterna LED con una batería recargable de Li-ion 3,7V y conectarlo como si se tratara de una bombilla de incandescencia… sin necesidad de incluir electrónica adicional para su funcionamiento.