Mittwoch, 17. Juni 2015

LED Platinenbelichter (1)

Das Tonertransfer-Verfahren hat seine Grenzen, was feine Strukturen auf der Platine betrifft. Je feiner, umso mehr Fehler treten beim Transfer auf. Zumindest in meinem Fall - was am falschen Toner liegen kann oder dem Umstand, dass ich den stupiden Umgang mit dem Laminator nicht mag.

Von einer Ätzmaske im Belichtungsverfahren erhoffe ich mir feinere und besser reproduzierbare Resultate. Ein Belichtungsgerät muss her. 

Fertige Geräte mit UV-Röhren gibt es bereits ab ca. 80 €, wenn man nach einfachen Klischee-Belichtern sucht. Geräte, die als "Platinenbelichter" verkauft werden sind oft teurer. 
Deutlich preiswerter wird es, wenn man Gesichtsbräuner o.ä. zweckentfremdet. Das Internet ist voll von Selbstbauanleitungen.


Warnung vor optischer Strahlung,Symbol D-W009 nach DIN 4844-2 [Quelle: Wikipedia]

Beim Selbstbau ist auf die Sicherheit zu achten. UV-Strahlung birgt Risiken für das Auge, auch bei Streulicht. 

Ich werde einen Belichter selbst bauen. Statt Leuchtstoffröhren verwende ich UV-LEDs mit 5mm Durchmesser und klarem Gehäuse.

Die LED Eigenschaften:

Flußspannung 3,2 Vmax 
Strom 20 mA 
Wellenlänge 395 - 400 nm
Lichtstärke ca. 2000 mcd
Abstrahlwinkel ca. 30°   

Als zu belichtende Fläche möchte ich doppeltes Euro-Format, also 160 mm x 200 mm. Dazu werden 168 LEDs in gleichmäßigem Abstand auf mehreren Lochstreifenrasterplatinen mit den Gesamtmaßen 213 mm x 162 mm (bzw. 84 Lochstreifen á 64 Löcher) im Rastermaß 2,54 mm verteilt.

Die LEDs sollen zu je 8 in Reihe geschaltet und mit einem stabilisierten Strom von 20 mA versorgt werden.
Für die Stromstabilisierung sorgen:

R1 = 4k7
R2 = 33
Q1, Q2 = BC546B

Diese Bauteile sind ebenfalls auf der Platine unterzubringen. D.h. es sind eigentlich 3 Platinen im Euroformat, die aneinander gefügt werden müssen.





Daraus ergibt sich folgender Bestückungsplan (jedes Kästchen = ein Loch):



Das Bestücken, Verdrahten und Leiterbahnunterbrechen nimmt bei der ersten Platine ca. 4 h in Anspruch.






Ein erster Test (mit Solarienbrille auf den Augen und minimaler Stromstärke):



Sieht gut aus.

Die volle Stromstärke von 20 mA wird bei einer Spannung von Vcc = 32 V pro LED-Reihe erreicht.

Weiter geht es mit Platine 2 ...

[Fortsetzung folgt hier]


Kommentare:

  1. Hallo
    Super Website :-)

    Ich habe eine Frage:
    Hier schreiben Sie, das die Led mit 32V und 20mA strom angeschlossen werden.
    Irgendwo anders, wo das Gehäuse (Ikea Aufbewahrungskiste) "gefertigt wird, kommt plötzlich ein 32V 2500mA Netzteil in frage..
    Ich komme nicht mehr draus (was soll ich verwenden) :-(

    Ich Danke jetz schon für die Bemühung und auf eine Antwort

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    1. Eine LED-Reihe aus 8 LEDs und der Stromstabilisierung benötigt zum Betrieb 32V und 20mA.
      Da ich 21 LED-Reihen habe, beträgt der Gesamtstrom 21 x 20mA = 420mA. Hinzu kommt noch der Strombedarf für den Timer inkl. Relais. Da ich noch etwas Reserve wollte, um den Belichter evtl. auch für 2-seitige Belichtungen umzubauen, griff ich zum 2500mA Netzteil (hatte ich auch noch auf Lager).
      Wenn man auf diese Reserve verzichten möchte und genau nachmisst, wieviel Strom maximal benötigt wird, kann man auch ein Netzteil mit weniger Nennstrom nutzen. Etwas Reserve würde ich jedoch immer mit einrechnen.

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  2. Danke viel mal für die Antwort.

    Ich mache ein kleineren Belichter als Sie.
    Die Platine bestücke ich auch so wie Sie. Also 8 Led in Serie a 12 Reihen. Das gäbe ja dann eine Stromstärke von 160mA.
    So wie ich es richtig verstanden habe kann ich alos auch ein Netzgerät mit den Angaben :32V 200mA oder 32V 3000mA verwenden oder?

    Nun habe ich noch eine zweite Frage. Wie versorgen Sie jetzt den Arduino (Schaltung)?

    Freundliche Grüsse

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  3. Bei 12 Reihen benötigen die LEDs 12 x 20mA = 240mA. Ein 200mA Netzteil würde demnach nicht ausreichen und wäre überlastet. Das 3000mA liefert mehr als genug. Bitte die Ausgangsspannung bei dieser geringen Last prüfen, denn abhängig von der Stabilisierungsschaltung im Netzteil könnte die Spannung ggf. zu hoch sein.
    Die Timerschaltung versorge ich mit einem 5V/1A Netzteil, dass mal ein Ladegerät für ein Handy war.

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  4. Ja, stimmt.
    Sie haben recht mit den 240mA.

    Haben Sie das Netzteil (Handyladegerät) direkt an das 230V Netz oder gerade an das 32V 3000mA Netzteil angeschlossen?

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  5. Das Ladegerät ist primärseitig an 230V angeschlossen (siehe Bild im Artikel "LED Platinenbelichter(5)")

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  6. Klasse Gerät, was Du da gebaut hast.
    Ich baue mir nach Deinem Vorbild jetzt auch einen UV-Belichter.
    Ich hätte da aber mal ne Frage: Ich hab nen alten Epson-C88-Drucker ausgeschlachtet und für den Belichter hab ich nun ein schönes Schaltnetzteil daraus gewonnen, was mir laut Angabe aus dem Service-Manual 0,2-0,4A und an einem Output 42V und an einem anderen 5V liefert.

    Da ich nun dummerweise meine Bestellung gemacht hatte, bevor mir der kaputte Drucker aus dem Keller einfiel, habe ich Deine Werte übernommen.
    Gut, ist nicht weiter tragisch, ein wenig Hühnerfutter liegt ja noch herum, so könnte ich ggf. ergänzen. :-)

    Ich bin leider noch nicht so ganz fit im Berechnen und bräuchte etwas Hilfe. Deine Schaltung habe ich schonmal gesehen. Allerdings wird in dieser eine zusätzliche Z-Diode auf der Basis des Transistors Q2 eingesetzt.
    So weit ich das richtig verstanden habe, dient diese der Stabilisierung des Eingangsstroms, das diese nicht unter einen vorgegebenen Wert fällt. Folglich gehst Du davon aus, dass der Eingangsstrom immer ausreichend konstant genug ist und Du deshalb somit auf die Zener-Diode verzichtest?

    Würden meine LEDs ins Schwitzen kommen mit meinem stärkeren Netzteil, wenn ich die gleichen Transistoren und Widerstandswerte verwende, oder sollte ich den Widerstand R2 am Eingang ändern? Wenn ich das richtig verstehe, sollte Q2 - also der BC546 ja locker mit klarkommen, da er ja eine Eingangsspannung von 80V verträgt. Nur wie sieht es mit der Stromstärke aus? Wie kann ich die am besten messen? Ich weiß in Reihe, aber bei 42V ist mein Respektlevel höher als "Probieren wir es einfach mal aus" :-)
    Kann ich einfach eine Reihe bauen und dann mit dem Amperemeter in Reihe zwischen VCC und LED1, oder wäre das ungesund?

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    1. Hi!

      Ich würde es auch nicht einfach ausprobieren ;-)
      Wenn ich es mal kurz überschlage:
      Wenn du statt 32V die Schaltung mit 42V speist, fallen bei 20mA 25,6V an den 8 LEDs ab. D.h. Q1 muss eine UCE von ca. 16V erreichen. Bei einem ICE von 20mA wird damit eine Verlustleistung von ca. 300mW im Q1 anfallen. Ungekühlt dürfte er sich auf >80°C erwärmen.
      Heiße Angelegenheit ;-)

      Oder anders betrachtet: wenn du die Speisespannung um 10V erhöhst und der Strom bei 20mA bleibt, musst du die zusätzlichen 200mW irgendwie loswerden.

      Das wäre z.B. durch 3 zusätzliche LEDs pro Reihe sinnvoll lösbar.
      Oder falls du bei 8 LEDs pro Reihe bleiben möchtest, durch einen 500 Ohm (0,6W) Widerstand pro LED-Reihe in Serie geschaltet, der dann die 200mW verbrät.

      Soweit die Theorie ... vor dem Testen, bitte nochmal nachrechnen.

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    2. Hallo Chris,

      vielen Dank für Deine ausführliche Antwort. Da kann ich ja schon bald loslegen, wenn die Teile da sind.

      Bis zu den 16V konnte ich Dir rechnerisch folgen. :-)
      Aber wie kommst Du auf die 300mW? P = U * I, also P = 16V * 20mA?

      Ich habe gerade nochmal ins Datenblatt geschaut ... die Maximalverlustleistung bei den Transistoren liegt ja bei 500mW. Insofern wäre das Gerät dann auch als Heizungsersatz im Winter und als Grill im Sommer einsetzbar. :-)

      Was wäre denn sinnvoller? Materialschonender wäre es ja, wie Du schreibst, 3 zusätzliche LEDs in Reihe zu schalten, statt 21 kleine Heizstäbe zu verbauen. Da wäre die Energie im Licht besser umgewandelt als in der Wärme, oder?

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    3. Die 16V und 300mW waren grob geschätzt ;-)
      Was sinnvoller ist, hängt auch von deinem Design ab. Wenn du zusätzliche LEDs unterbringen kannst: optimal.
      Diese LEDs haben selten einen Wirkungsgrad >20%. Sie wandeln also auch min. 80% der zugeführten Energie in Wärme um. Da wäre der Einsatz von Widerständen auch kein Beinbruch. Es sei denn, du möchtest den Belichter im 24h-Betrieb laufen lassen ;-)

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  7. Hallo, und vielen Dank für die Tipps! Ich habe seit einer Woche den Belichter im Einsatz. Mit günstigen UV-LEDs von Ebay aufgebaut. Entfernung von LEDs zur Platine, durch eine Bilderrahmenglasscheibe ca. 9cm. Direkt auf den LED habe ich eine leicht matte Folie eines Hefters gelegt. Mit Bungard Platinen belichte ich genau zwei Minuten und es funktioniert hervorragend. Habe mir mit einem Atiny 2313 noch einen schönen Timer dazu gebaut, der eine 230V Stechdose schaltet. Drucken mit Laserdrucker auf Folie hat nicht funktioniert. Ich benutze jetzt Transparentpapier. Selbst Bereiche die nicht ganz dicht erscheinen, sind beim Entwickeln und Ätzen kein Problem. Die Platinen werden 1a!
    Nochmals vielen Dank für die Anleitung. Vielleicht entwerfe ich mal eine Platine zum Ätzen dafür - für die Lochraster muss man echt gute Augen und Geduld haben. Viele Grüße René

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