Преобразование осветителя ОИ-32, из лампового в светодиодное

[Dushan]

Микроскопы ЛОМО Биолам 70 Р2 и Д2 были выпущены с осветителем ОИ-32, где используется лампа накаливания 220 В, 15 Вт которая при использовании очень сильно нагревается, особенно в течение длительного периода работы. Эта ситуация вынудила меня задуматься о замене лампы накаливания на светодиод.

Для моих экспериментов с мощными светодиодами, понадобилось преобразовать осветитель ОИ-32 для перманентной работы, из лампового, в светодиодное.

Для источника питания светодиода я использовал модуль низкой стоимости - DC-DC Step Down Converter KIS-3R33S, 10 Вт, способный выдавать до 3А непрерывно. Этот модуль поставляется с заданным выходным напряжением 3,3 В. Тем не менее, его легко перестроить и получить выход на любое напряжение от 1,21 В до 10,43 В. А если схему изменить, то выходное напряжение можно получить до 20В.





Окончательный выбор пал на светодиод 1 Вт "Pure White" 150 лм с цветовой температурой 6000 ° К. Что позволило заменить им лампу 15 Вт, 90 лм, которая перегорает слишком часто из-за чрезмерного нагрева.



Фото 1. Завершена модернизация, осветитель в использовании.


Различные светодиоды, разных производителей, работают на различном максимальном, непрерывном напряжении, которое в свою очередь определяет максимальный ток, протекающий через светодиод. Для защиты светодиода и для того, чтоб обеспечить стабильные характеристики света, необходимо ограничить выходное напряжение KIS-3R33S модуля в соответствии с конкретными требованиями для каждого типа светодиода, как это предусмотрено их заводом-изготовителем.

Для светодиодов, которые я использовал, производитель указал максимальное напряжение 3,6 В для светодиода 150 лм 1 Вт (HPB8-49KWHB) и 3,7 В для светодиода 235 лм 3 Вт (HPB8b-49K3WHB). Следуя инструкциям производителя, я ограничил максимальное выходное напряжение модуля, так чтоб подходило для любого из двух светодиодов. Я также хотел иметь возможность непрерывной регулировки яркости, поэтому использовал потенциометр для изменения яркости.
Необходимые модификации модуля заключалась в удалении и замене трёх SMD резисторов, что пришлось сделать следующим образом.

Модуль очень маленький, размером 21x22x10 мм. Чтобы что-то изменить, надо снять нижнюю крышку, а затем вытащить модуль из корпуса, это не сложно, крышка на защёлках.

Резисторы R3, R4 (оба помечены 513, т.е. 51 кОм) и R6 (помечен 332 т.е. 3,3 кОм) должны быть выпаяны и заменены. R3 и R4 на 39 кОм и 180 кОм (порядок размещения не имеет значения, так как они соединены параллельно). Резистор R6 может быть заменён на любой из резисторов 51 кОм, которые остались ранее, от R3 и R4 позиций.

Дополнительные компоненты:

Потенциометр логарифмический VR1 220 кОм (или 470 кОм, если используется светодиод 3 Вт, чтобы поднять порог выходного напряжения до 3,7 В) и коммутатор, подключаются с «землёй» GND (отмечены на схеме и расположении элементов) и к клемме EN, на которые (через тумблер) подаётся питание, необходимое для преобразователя тока.

Два керамических конденсатора на 10мкФ / 25В, один должен быть подсоединён к VIN и GND, а другой конденсатор к VOUT и GND.

Значение резистора R6, подобрано для предотвращения снижения до 2,70 вольт, иначе светодиод выключится. Комбинация из резисторов R3, R4, R5, R6 и VR1 определяет выходное напряжение в соответствии со следующей формулой:

Vout = (((R3||R4||(R6+VR1))+R5)/R5)*0.925

Резисторы R3, R4, R6 + VR1 (где R6 и VR1 соединены последовательно) являются соединены параллельно и фактически выступают в качестве одного резистора. Для расчёта значения двух или более резисторов параллельно:

Rx=1/(1/R1+1/R2+1/Rn)

В нашем случае Rx = 1 / (1/R3 +1 / R4 +1 / (R6 + VR1))), Vout будет выглядеть так:

Vout = (Rx + R5) / R5) * 0,925 (R5 остаётся неизменным, 10 кОм)

Светодиод устанавливается на простой держатель, сделанный из листа алюминия толщиной 1 мм, который также служит в качестве радиатора. Легко монтируется внутри корпуса OИ-32 (изменения корпуса ОИ-32 не понадобились, не было необходимости). Держатель построен так, чтобы поместить индикатор в точно то место, где была нить лампы накаливания. Я установил блок модуля питания на небольшой кусок макетной платы и прикрепил её на нижней стороне держателя, под светодиод.

Для того, чтобы закрыть отверстие, где лампa накаливания изначально находилась, я изготовил «колпачок » из Delrin (полиоксиметилен) и установил потенциометр внутри него.

Примечание: Если светодиод мерцает, то конденсатор С3 "мягкий старт", расположенный в модуле, надо удалить.

Необходимые детали:

KIS-3R33S модуль 1 шт.
Power LED 1Вт или 3Вт 1 шт.
Резистор SMD 603 39 кОм 1 шт.
Резистор SMD 603 180 кОм 1 шт.
Потенциометр 220 кОм log 1 шт. – использовать с одно-ваттным светодиодом
или 470 кОм log 1 шт. – использовать с трех-ваттным светодиодом
C* Конденсатор X5R SMD 1206 10мкФ/25В 2 шт.
Коммутатор 1 шт. – необязательно
Макетная плата

Литература:

1. HPB8-49KxWHBx data sheet - HUEY JANN ELECTRONICS INDUSTRY CO., LTD.
2. HPB8b-49K3xWHBx data sheet - HUEY JANN ELECTRONICS INDUSTRY CO., LTD.
3. MP2307_r1.9 data sheet - Monolithic Power Systems, Inc.

Примечание: Если кто-то желает скачать статью в PDF то ней/нем можно обратиться администратору на форуме.


Фото 2. Расположение элементов

Фото 3. Осветитель OИ-32 показан без узла лампы

Фото 4. Плата конденсора снята

Фото5. 1Вт светодиод

Фото 6. 1Вт светодиод установлен на носитель / радиатор

Фото 7. Модуль, светодиод и потенциометр, подключённый для проверки.

Фото 8. Модуль установлен на печатную плату, на нижней стороне держателя/ радиатора

Фото 9. Узел светодиода смонтирован и размещён внутри корпуса осветителя.

Фото10. Модернизация закончена. Осветитель установлен в отверстие в основе микроскопа.
И полностью готов к использованию.

[master]

В оптическую схему не пришлось вносить изменения? Удается настроить освещение по Кёлеру?

[Dushan]

Добрый вечер!

Осветитель ОИ-32 не был предназначен для освещение по Келеру, он является осветителем типа "Critical Light" (не знаю русского слова). Для освещение по Келеру нужно иметь диафрагме на осветителе плюс возможность фокусировании и центрировании источника света. Еще, лампа накаливания должна иметь витков нити вольфрама который надо будут формированным как показано на первому фото ниже (СЦ61), второе фото показывает как выглядит нить оригинальное лампочке (ПШ220-15Р14) из ОИ-32.



Модификация осветителя позволяет использование в микроскопии светлого пола, темного поля и фазного контраста, для иммерсионный микроскопии темного пола и фазового контраста нужно будет использовать светодиод более мощности например 3 Вт или 5 Вт, 235 лм до не более чем 500 лм.

Большое преимущество принципа Келера находится только в его способе обеспечивания освещенности области равномерной яркости, происходящие из витков нитей вольфрама, у которых ничего однородного по яркости. Светодиоды являются совершенно различным источниками освещения, обеспечивая равномерное поле света с одинаковой яркости на всем протяжении.

С уважением, Душан