Lampada da parete a LED Night City Skyline: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questa istruzione descrive come ho costruito una lampada da parete decorativa. L'idea è quella di uno skyline notturno della città, con alcune finestre illuminate negli edifici. La lampada è realizzata con un pannello in plexiglass blu semitrasparente con le siluette dell'edificio verniciate in nero. La luce proviene da 108 “finestre” illuminate da led fissati nei fori del pannello. La lampada è alimentata da una batteria da 12V o da un alimentatore.

Passaggio 1: materiali e strumenti

- Pannello in plexiglass blu semitrasparente 50 cm x 22 cm (~ 20” x 9”), spessore 3 mm (0,12”)

- pannello in plexiglass bianco 50 cm x 22 cm (~ 20” x 9”), spessore 3 mm (0,12”)

- Canale in alluminio da 2 metri 15 mm x 10 mm x 1 mm (~ 0,6” x 0,4” x 0,04”)

- Vernice nera

- Carta adesiva

- distanziali in plastica, spessore 7 mm (0,275”)

- 6 x M3 x 12 bulloni a testa svasata

- 108 led bianchi da 3 mm

- 3 NUD4001

- 3 resistenze da 2,2 ohm

- filo

- interruttore

- Alimentazione 12 V o alimentazione

Utensili:

- Trapano

- Punta da 2,5 mm

- Toccare M3

- svasare

- saldatore

- sega per metalli

Passaggio 2: alcuni calcoli preliminari

Ho deciso il numero di finestre illuminate principalmente in base alle caratteristiche elettriche del tipo di led e driver di corrente che ho utilizzato. I led sono led bianchi da 3 mm, che funzionano con 3,3 V e assorbono al massimo circa 0,025 A.

Per avere una corrente costante e stabile ho utilizzato il driver LED a 3 correnti NUD4001.

Ho collegato i led a gruppi di 3 in serie, 12 gruppi in parallelo per ognuno dei 3 NUD4001, per un totale di 3*12*3 = 108 led, vedi schema elettrico sotto.

Seguendo le dettagliate istruzioni contenute nel datasheet del NUD4001 (https://www.onsemi.com/pub/Collateral/NUD4001-D. PDF) ho calcolato i valori elettrici del mio circuito (per ognuno dei 3 NUDS). La scheda tecnica di NUD4001 consiglia una dissipazione di potenza totale inferiore a 1,13 W, in base alla dissipazione del calore del case SO-8 e alle dimensioni del pad:

- Corrente led: Iled = 0,025 A * 12 = 0,30 A

- Vsense: 0,7 V (Vedi Figura 2 nella scheda tecnica NUD)

- Rext = Vsense / Iled = 0,7 V / 0,24 A = 2,33 ohm

- Vled = 3,3 V + 3,3 V + 3,3 V = 9,9 V

- Vdrop attraverso il NUD4001: Vdrop = Vin – Vsense – Vled = 12 V – 0,7 V – 9,9 V = 1,4 V

- Potenza dissipata sul NUD4001: P = Vdrop * I out = 1,4 V * 0,30 A = 0,420 W

- Dissipazione di potenza interna di NUD4001 (Figura 4 nel datasheet, per 12 V): 0,055 W

- Potenza totale dissipata: Ptot = 0,420 W + 0,055 W = 0,475 W

Dato che non ho pad qui (i NUD sono saldati a fili e altri componenti ma "fluttuano nell'aria"), mi aspetto una dissipazione del calore inferiore, quindi presumo (spero) che il valore di 0,475 W dato dal mio circuito sia sufficientemente basso per non danneggiare il NUD4001.

Il calcolo della resistenza fornisce un valore per Rext = 2,33 ohm. Dato che un resistore da 2,33 ohm non è disponibile in commercio, ho usato un valore standard vicino ad esso, 2,2 ohm.

Passaggio 3: realizzazione del pannello

Il primo passo nella realizzazione del pannello è stato la scelta di un simpatico skyline cittadino da riprodurre sul pannello in plexiglass. Dopo alcune ricerche su Internet ho selezionato lo skyline in Fig. 1.

Quindi, con un software di manipolazione delle immagini (gimp nel mio caso, ma ogni software di manipolazione delle immagini può farlo) ho adattato le dimensioni in modo che potesse adattarsi a due fogli A4 con orientamento orizzontale. L'immagine doveva essere usata come maschera per dipingere gli edifici e praticare i fori per i led, quindi l'ho "binarizzata" per renderla in puro b&n con bordi molto nitidi e ho aggiunto punti bianchi come riferimento per i fori delle finestre. Alla fine ho diviso l'immagine in due e l'ho stampata su 2 fogli di carta adesiva (Fig2, Fig3)

Dopo aver ritagliato con cura le stampe ho attaccato la parte bianca dei fogli (il cielo) sul pannello in plexiglass, e ho dipinto la parte scoperta con vernice spray nera. Dopo che la vernice si è asciugata ho tolto la carta adesiva bianca e ho attaccato la parte nera dei fogli sugli edifici dipinti. Poi, seguendo le macchie bianche ho praticato i fori per i led, e rimosso la carta adesiva nera, facendo attenzione a non rovinare la vernice. (Ho deciso di praticare i fori dopo la verniciatura perché altrimenti la vernice potrebbe ostruire i fori e rendere difficile il collegamento dei led).

Passaggio 4: saldare, saldare, saldare

Con il pannello verniciato e forato ho iniziato a posizionare i led nei fori, con i pin piegati e allineati in modo da poter saldare il pin positivo (più lungo) di un led con il pin negativo (più corto) del successivo, in serie di 3.

Ho usato i fili per chiudere gli spazi tra i pin quando erano troppo larghi e tra i pin e i led NUD4001.

Inoltre ho dovuto sistemare perni e fili in modo da nasconderli dietro la vernice nera. Alla fine ha richiesto parecchie saldature (e non sono molto bravo a farlo). Quindi tutto sembra abbastanza disordinato, e lo è, ma in qualche modo funziona;)

Passaggio 5: chiudi la scatola

L'ultimo passo per finire la mia lampada a led è stato quello di fissare un secondo pannello in plexiglass sul retro per proteggere tutti i circuiti. Tra i 2 pannelli ho inserito 6 distanziali per lasciare spazio sufficiente a tutti i componenti interni, e ho realizzato una cornice per tenere tutti insieme. Ho ricavato il distanziatore da pezzi di plexiglass di scarto che avevo in giro, mettendo insieme 1 pezzo di 3 mm di spessore e 1 pezzo di 4 mm di spessore. Ho realizzato il telaio da 4 pezzi di canale in alluminio lungo quanto i lati del pannello, con le estremità a 45°. Il canale ha una larghezza interna di 13 mm (~ 0,5”), quindi ho realizzato dei distanziali di 7 mm di spessore (13 mm – 2 x 3 mm per i pannelli in plexiglass). Poi ho incollato i distanziali sul pannello frontale, 2 su ogni lato lungo e 1 sui lati corti, e ho posato il pannello posteriore. Con le fiancate montate ho fatto 6 fori di 2,5 mm di diametro, da dietro, in corrispondenza delle posizioni dei distanziatori. Siccome volevo la parte anteriore del telaio pulita e senza fori, ho smesso di forare quando il foro era profondo circa 5-6 mm, poi ho tolto il canale in alluminio e ho finito il foro fino in fondo ai pannelli in plexiglass e ai distanziali. Poi ho filettato i fori con il rubinetto M3. Ho anche allargato e svasato i fori nella parte posteriore dei canali in alluminio per le teste dei bulloni. Nel canale sinistro ho praticato un foro sul lato per il cavo di alimentazione. Alla fine ho assemblato tutti i pannelli con distanziali e canaline in alluminio e ho avvitato i bulloni. I bulloni sono lunghi 12 mm, quindi scendono attraverso il pannello posteriore, i distanziali e parte del pannello anteriore, ma non raggiungono la parte anteriore dei canali del telaio.

Passaggio 6: vedi la luce?

Dopo aver assemblato la lampada a led ho collegato un interruttore al cavo di alimentazione e una batteria da 12V, e ho acceso la lampada.

Alla fine sono abbastanza soddisfatto del mio lavoro, anche se i led fanno un po' troppa luce, soprattutto direttamente davanti (hanno un cono di luce stretto, quindi se visti lateralmente sembrano meno luminosi). Se non sbaglio la scheda tecnica NUD4001 la luminosità dei led potrebbe essere ridotta sostituendo le resistenze da 2,2 ohm con altre più alte, ma per ora terrò la mia lampada così com'è.