Светодиоды в подсветку приборки

Оставлю это здесь, может, кому пригодится.

Итак, являюсь обладателем Audi 100 C3 с полной (длинной) приборной панелью. Штатная подсветка на лампочках очень не устраивала яркостью. Если ночью на трассе приборку еще было более-менее видно (хотя все равно после перекладывания проводки на фары по уму с реле разгрузки и установки ламп 50/100 Вт при движении с дальним светом приходилось задерживать взгляд на приборке, чтобы прочесть показания), то ночью в городе на освещенных участках дорог под светом фонарей решительно ничего не разобрать. Яркости дорожных фонарей не хватает, чтобы цифры и стрелки были видны нормально без подсветки, а яркости подсветки явно недостаточно чтобы обеспечить читаемость показаний на фоне общей освещенности. В общем, в преддверии дальней поездки было решено что-то с этим сделать.

Пару слов о снятии и разборке приборки.
Процесс снятия:
1) Снять руль (можно и не снимать, но тогда ооочень сложно извлечь приборку из машины). Руль крепится одной гайкой на 24, расположенной под накладкой сигнала. На стандартных рулях (4 спицы, прямоугольная центральная часть) накладку надо просто сковырнуть отверткой или руками. У меня стоит руль от S-ки (3 спицы, кругляш в центре), на нем накладка снимается нежным поворотом ее против часовой на ~30 градусов и извлекаем на себя. Руль следует заблокировать, изолентой или просто ногтем пометить его верхнюю точку в заблокированном положении (чтобы затем поставить точно так же), после чего головкой на 24 с малым удлинителем открутить гайку и снять руль со шлицов на себя.
2) Снять нижнюю планку обрамления приборки ("полочку"). Она прикручена 3 шурупами снизу (2 по краям и один справа от рулевой колонки), изначально вроде шестигранник на 3, но у меня стоят под стандартный крестик. Выкручиваем шурупы, тянем накладку на себя.
3) Снять верхнюю часть пластиковой накладки на рулевую колонку. Накладка состоит из двух половинок, скрепленных двумя саморезами. Они выкручиваются снизу, после чего верхняя половина просто снимается.
4) Открутить 3 шурупа крепления приборки. Два под снятой накладкой рулевой колонки, еще один - в крайнем правом углу, в собранной машине скрыт "полочкой". После чего тащим приборку на себя за крепежные уши двух шурупов и она выезжает из панели. Возможно придется отсоединить разъем сигнала (сверху у посадочного места руля), т.к. он слегка мешает извлечению. Как только вытащили приборку из панели так, что можно добраться до задней части, отсоединяем два 24-контактных разъема от нее (жгуты короткие и не позволяют достать приборку совсем). Чтобы их отсоединить, сначала поднимаем П-образный стопор по центру каждого из них и потом вытаскиваем штекер.

Сняв приборку, обнаружил, что за подсветку отвечают 12 ламп по 1,2 ватта в пластиковом патроне (расположены по 2 на каждый большой прибор и по одной на каждый маленький + 2 в часах (у кого стоит тахометр и в нем электронные часы), но работает только одна, вторая по идее запасная или у меня тупо сдохла питающая ее дорожка, но и с одной лампой часы светятся нормально). Если кому интересно, приведу параметры лампочек: штатный цоколь BX8,5d (длинный со вставными контактами, позволяет перепаять саму лампочку при желании или просто вставить новую безцокольную в патрон, подогнув у нее усики), совместимый - BX8,4d (короткий, не позволяет менять лампочку, т.к. она внутри приварена к несъемным контактам и вместе с ними запаяна в пластик цоколя), штатная мощность 1,2 Вт. Модели из ассортимента Osram:
Osram 2351MFX6 - полный аналог штатной, но в коротком цоколе
Osram 2752MFX - аналог штатной в длинном цоколе, но мощность 1,5 Вт.
Osram 2722MFX - в длинном цоколе с мощностью 2 Вт, отличный кандидат на апгрейд, если кому захочется сохранить лампы.
Osram 2723MFX6 - самый мощный аналог, короткий цоколь, 2,3 Вт.

Поскольку штатный красный цвет приборки мне нравится, да и колхозить злостно не хотелось, я решил вмонтировать светодиоды в штатные лампочки, что в итоге и сделал. Плюс этого решения - если результат не понравится, всегда можно вернуть все назад, просто купив комплект новых лампочек.

Этап первый, предварительный.
У меня уже были в наличии красные 5мм светодиоды с прозрачным корпусом. Маркировки не знаю, но покупались недавно и были самыми яркими из доступных, сила света 10 кандел (Не люблю, когда светодиоды сравнивают по этому параметру, потому что он не отражает эффективности кристалла, а скорее указывает на степень фокусировки света родной линзой. Правильно говорить о люменах, но ни от одного продавца на рынке вы этой цифры не добъетесь, поэтому приходится выбирать на глаз.). На пробу светодиоды были вмонтированы в 2 лампочки и ими подсвечен спидометр. Результат этой доработки можно видеть на первом фото приборки. (5-мм светодиодами подсвечен только спидометр, но на тахометр в правом углу попадает немного свет от контрольных лампочек и от ближнего светодиода спидометра, поэтому яркость стоит оценивать по левому углу тахометра. Из дополнительных приборов в момент фото были изъяты 2 лампочки на дальнейшую переделку, поэтому они темные и лишь слегка засвечены лампами соседних. В часах тоже одна родная лампочка.).
Процесс доработки:
Берем штатную лампочку подсветки в длинном цоколе (короткие не годятся, причину см. выше!). Нажатием с двух сторон на контактные пластинки через окошки в пластике снимаем их с фиксации и достаем из пластика лампочку с контактами. Проволоки лампочки приварены к контактам, так что осторожно острым ножом их отрезаем, стараясь не погнуть и не порезать контакты. Далее берем 5-мм светодиод и тем же острым ножом срезаем с него линзу. Через цилиндр светодиода видно место расположения кристалла, режем на милиметр выше его (чем ближе к кристаллу мы срежем линзу, тем более рассеяный свет мы получим, но важно не зацепить тонкий проводок, который дугой идет к кристаллу от меньшей (плюсовой) ноги светодиода). Пластик светодиода довольно твердый, поэтому лучший способ срезать линзу - это немного вдавить нож в намеченном месте, потом положить светодиод на деревяшку (или вообще край стола) и несильным ударом молотка по лезвию отрубить линзу, тогда мы получим ровный и прозрачный срез. Можно линзу и спилить абразивом, как сделано у меня во втором этапе, но так мы потеряем часть светового потока на полученном матовом торце, а рассеивание практически не изменим, так что лучше отрезать. Обезглавленный светодиод одной ногой припаиваем к одной из контактных пластинок (загнув кончик ноги точно так же, как шла проволочка от оригинальной лампы), пластинка изначально облужена и паяется очень хорошо, а вторую ногу укорачиваем и припаиваем к контакту через резистор в 500 Ом (использовался МЛТ-0,125). Готовую к установке в пластиковый цоколь систему см. на фото.

Этап второй, окончательный.
Спидометр с 5мм светодиодами был подсвечен гораздо ярче и насыщеннее (тахометр с родными лампами выглядел тусклым и оранжевым на его фоне), но по освещенной дороге по прежнему приходилось ехать с подсветкой, выкрученной на максимум, запаса яркости не было. Кроме того падение напряжения на красном светодиоде при номинальных 20 мА составляет 2 вольта, т.е. все остальные 10 теряются на резисторе. Нагрев у него небольшой и черт бы с ним, но благодаря этому большому резистору почти не регулируется яркость светодиода. Родной регулятор понижает напряжение не до нуля, а примерно до 5 вольт, поэтому ток через светодиод хоть и падает вдвое, но оный продолжает светить, и довольно ярко. В рамках простого наблюдателя это выглядит так: регулятор на минимум - вся приборка потухла, а спидометр лишь стал чуть тусклее.
В итоге было решено вмонтировать вместо одного 5мм свтодиода по четыре 3мм светодиода в каждую лампочку, соединенных последовательно. В таком режиме падение напряжения на связке свтодиодов составляет 8 вольт и резистор необходим сопротивлением в 200 Ом (если кому-то удастся уместить 6 светодиодов - резистор будет вообще не нужен и яркость будет регулироваться очень жестко, т.е. максимум будет максимумом, а совсем светодиоды потухнут где-то в среднем положении крутелки). Забегая вперед, скажу, что штатный регулятор на этом варианте лампочек яркость до нуля тоже не убирает, но приглушает ее до состояния "еле-еле тлеет в темноте", чего для меня вполне достаточно. На втором фото приборки виден достигнутый результат. Здесь уже все лампы заменены на новые светодиодные, но снимок сделан с точно такими же параметрами, как и первый, поэтому сравнить яркость можно. (Как уже потом оказалось, при съемке яркость была поставлена на ~30 градусов поворота ручки от максимума, но на глаз доворот прибавил совсем чуть-чуть, так что сравнение по фото все равно уместно).
Процесс доработки:
Были взяты 3мм светодиоды (кристалл у 5мм и 3мм светодиодов одного поколения одного производителя одинаковый, разница только в размерах пластикового корпуса), купленные в том же месте, где и предыдущие 5мм. Отбирались аналогично, и по заявлениям продавца, они также обладают силой света в 10 кандел. Линзы этих светодиодов требуют большей доработки, чем 5мм, потому что диаметр отверстия под лампочку в плате приборки около 7,5 мм, и если 5мм светодиод (как и родная 5мм лампочка) в него проходит свободно, то квадрат из четырех 3мм светодиодов не пролазит по диагонали. Но тут есть один момент: как 5мм, так и 3мм светодиоды, купленные мной, обладают небольшой "юбкой" шириной примерно полмилиметра, идущей по нижнему краю (на рынке есть диоды и без нее, так что если найдете такие и они пройдут отбор по яркости - смело берите). После срезания этой юбки блок светодиодов отлично проходит в отверстие и, что самое главное, не упирается внутри в световод (в моем случае он стоит чуть-чуть выступая за границы отверстия на спидометре и тахометре, на остальных приборах все норм). Поскольку эту юбку срезать с 48 светодиодов ножом - занятие на добрые сутки, то в этом случае я уже работал абразивом, смирившись с потерей некоторой части светового потока. Кроме того по результатам испытаний было решено верх светодиодов делать не плоским, а наклонным из центра квадрата наружу (видно на фото), потому что это позволяет немного отклонить световой поток и направить его сильнее наружу, в световод, а не в "мертвую зону" по центру квадрата, где излучение будет перекрыто остальными светодиодами. Остальной порядок действий практически тот же, что и в предыдущем случае. Спаиваем 4 светодиода последовательно в форме квадрата (контролируйте полярность! это удобно делать, просматривая светодиод на просвет, т.к. один контакт внутри его большой и в нем лежит кристалл, а второй - маленький и тонкий, от него отходит проволочка в центр кристалла сверху), при этом по максимуму укорачиваем спаянные ноги, чтобы они не мешались в дальнейшем. После этого одну выходную ногу полученного блока цепляем на контакт патрона напрямую, вторую - через резистор в 200 Ом. Проверяем, если все хорошо, то опиливаем торцы светодиодов в соответствии с описанным выше. Еще раз проверяем (при опиливании можно случайно повредить упомянутую выше проволочку к кристаллу), и если все ок - то лампочка готова.
Готовый к установке в патрон блок и полученные лампочки на фото. Также присутствуют фото лампочек с 5мм светодиодом и 4х3мм светодиодами во включенном виде. Снимки сделаны при одинаковых параметрах, так что можно сравнить яркость.

Ну и собственно, итог.
Оно светит. Причем светит хорошо, насыщенно, ярко и равномерно. На тех же самых освещенных ночных улицах уже нет нужды выкручивать яркость на максимум, достаточно примерно половины, с таким уровнем и езжу. При долгое поездке по ночной трассе в потоке (на ближнем) приходится еще чуть снижать яркость. Ну и надеюсь, что прослужит это дело куда дольше штатных лампочек, которые имеют свойство перегорать, причем довольно быстро (за год поменял почти все, пока ездил с родной подсветкой).

P.S. Пара важных моментов:
1) Не берите белые светодиоды, что бы ни говорил вам продавец. У белого светодиода спектр не непрерывный, как у лампочки, а образуется грубо говоря двумя пиками в синей и зелено-желтой области. В красной области отдача у них ничтожна, а на приборах нанесен красный светофильтр, поэтому какие бы супер-пупер яркие белые светодиоды вы не купили, они в штатной панели окажутся куда слабее родных лампочек.
2) Контролируйте высоту установленного в цоколь светодиода. Она должна быть не более высоты штатной лампочки + 3-4мм, иначе светодиод просто упрется в световод сверху и вы не сможете вставить лампочку до конца.
3) За полярностью присоединения светодиодов к контактам в патроне можно не следить. Внутри на плате в приборке 2 полукруглых контакта вокруг отверстия, так что если вы вставили лампочку, а она не светит, просто поверните ее на пол-оборота, этим вы смените полярность на ее контактах на противоположную. Кстати, настоятельно рекомендую проверять светодиодные лампы по завершении изготовления, чтобы потом не мучаться с ними в процессе установки и эксплуатации.

 

Новые лампочки стоят в тахометре на первом фото. Обе. Наработка до момента фото около 10 часов. Световод у каждого прибора свой. "Нормальная штатная подсветка" с яркостью ниже, чем у одиночных 5мм светодиодов (кстати, с током 20 мА против 100 у лампочек) меня не устраивает, о чем и написано в самом начале.
А о каком холодном свете речь? Светодиоды красные стоят, они в принципе не имеют понятия цветовой температуры. Насчет белых см. предупреждение в конце отчета.

Визуальным. Дорога становится "малость" ярче, чем со штатными 55 Вт через километр тоненьких проводов и мааленькие контактики стрекозы. Таким образом увеличивается контраст между тусклой приборкой и яркой дорогой.

 

Geka, ну вы же даже цитату из Википедии привели из статьи про БЕЛЫЙ светодиод. =) Ну найдите там же и почитайте статью про цветовую температуру.
Если утрировать, то цветовая температура показывает наклон прямой линии - графика интенсивности излучения нагретого тела по длинам волн. Если тело нагрето слабо - оно светит с крутым спадом от инфракрасного к ультрафиолету, перекрывая весь видимый диапазон, и наоборот, если тело разогрето до огромных температур, то в его свете больше ультрафиолета и совсем мало красного, т.е. наклон прямой меняется на противоположный. Но излучаемый нагретым телом цвет все равно будет белым (сложным, имеющим в своем составе излучение из всех частей спектра, от инфракрасного до ультрафиолета), только теплым или холодным. Именно для белого света и существует понятие цветовой температуры.
Белые светодиоды имеют цветовую температуру условно, потому что хоть на графике они и не дают прямой линии, все же их излучение в какой-то мере захватывает весь видимый спектр и по нему можно построить средневзвешенную прямую и померять ее наклон. Красный светодиод светит только красным, он не захватывает вообще ничего, кроме небольшого участка диапазона в красной части спектра (почти лазер), никакой прямой построить нельзя, поэтому понятие цветовой температуры для него не применимо, как и для любого монохромного источника.

 

Geka,

 

briass,oko-63, спасибо за отзывы.

По поводу неравномерности - это, к сожалению, недостаток световодной системы. От лампочек она почти такая же.
Угол излучения голого кристалла светодиода порядка 120 градусов (светит он вообще в полусферу, но засчет того, что он плоский, с отклонением от перпендикулярного направления интенсивность падает и угола в 120 градусов получается по падению интенсивности в 2 раза). Всю остальную направленность формирует линза (так называемая, первичная оптика светодиода), которая на указанных выше светодиодах собирающая, на SMD - просто отсустсвует, а на современных мощных светодиодах вообще рассеивающая. После того, как мы срезаем линзу с обычного 5мм или 3мм светодиода и делаем наверху плоскую площадку, его направленность становится как у SMD. А если линзу срезать не прямо, а под углом (как я сделал во втором случае), то ось максимальной интенсивности излучения отклонится в сторону наклона среза и тем самым направлением пучка можно играть.
Объясню, почему остановил свой выбор именно на корпусных светодиодах, а не на SMD. Два светодиода типа 5050 (трехкристальные), соединенные последовательно, идеально подходят по электрическим характеристикам (равны 6-ти 3мм, соединенным последовательно) и при расположении "домиком" в стороны дадут идеальную направленность для засветки большинства световодов в приборке, но есть две проблемы:
1) В нескольких точках установок лампочек в приборке (например, у левой лампочки спидометра) световод не является продолжением какого-то из диаметров отверстия под лампочку, а как бы продолжает два радиуса, сходящихся в центре отверстия под углом. И в таком случае "домик" из двух 5050 засветит полноценно только одно плечо световода, чем создаст неравномерность. Да и домик этот при наилучшем угле между светодиодами уже не пролезет в отверстие, а если его сделать малым, то непосредственно над лампочкой засветка будет слабой и на приборке будет в этом месте темнее. Так что по факту домик реально набрать только из двух однокристальных SMD в корпусе 3528, но он будет менее яркий, чем 4х3мм, и с тем же недостатком в виде неправильной засветки "угловых" световодов.
2) SMD светодиоды расчитаны на то, что они будут припаяны к плате (с медными дорожками), которая используется для охлаждения (да, они греются, хоть и совсем чуть-чуть, но и теплоотвод через ножки крайне слабый, а кристалл светодиода, в отличие от лампочки, перегревать категорически нельзя, уже при примерно +120 на кристалле (это еле-теплая ножка) он стремительно деградирует и умирает), поэтому чтобы избежать перегрева, придется снизить рабочий ток, чем еще потеряем в яркости (а у нас и так выходит 2 кристалла вместо 4-х). 3мм светодиоды рассчитаны на охладжение через сами ножки, которые больше в размерах и при сборе лампочки по вышеуказанной системе даже укороченные ножки (но при этом соединенные и залитые припоем, а у такого светодиода греется только та нога, на которой лежит кристалл, "земляная", поэтому плюсовая нога второго диода служит тоже радиатором для первого) позволяют отводить тепло на номинальном токе в 20 мА. А вообще с нормальным охлаждением (будучи припаяны к меди на малом расстоянии от корпуса светодиода, ибо ножка стальная и тепло проводит не очень) эти светодиоды вполне выдерживают работу на токах 50-70 мА.

Если есть желание построить ультимативную систему - можно взять светодиоды Cree XBD или XTE красного цвета, к которым на теплоотводную площадку припаять медную пластинку до низа пластикового паторна, и с таким охлаждением ток на них можно довести до 50 мА, что с учетом их высокой эффективности даст яркость раза в 2-3 выше, чем у полученных мною лампочек. Кроме того, у них угол рассеивания очень большой (рассеивающая линза + пирамидальная форма кристалла), так что они дадут неравномерность такую же, как родные лампочки. К сожалению, этих светодиодов на рынке не купишь, только заказывать из-за рубежа или у дилеров Cree, а цена этих диодов оптом (в бобинах по 1000 шт.) около 1,5 доллара за штуку, так что я пошел по более простому пути. Тем более, что желаемый результат достигнут с запасом.

Кстати, по поводу неравномерности - на фото она заметна почему-то гораздо сильнее, чем в реальности. Вживую, если про нее не знать и специально не вылавливать, играясь крутилкой яркости, то ее не видно вообще.

 

Photo&GSM да, вы правы. Поэтому на фото с новой приборкой подсветка и выглядит не чисто красной, а с уклоном в белый, т.к. при большой яркости красного им начинают засвечиваться и субпиксели других цветов. Для корректного цвета надо было бы снимать с меньшей экспозицией, но тогда не получилось бы хорошо сравнить старую приборку с новой, т.к. лампы при такой экспозиции были бы еле видны.
P.S. А нику уже просто лет 10 на разных форумах, потому и сюда с ним же пришел.

oko-63, все зависит от материала световода. Световод от простого оргстекла отличает применение пластика с большим коэффициентом преломления, благодаря чему при ровных стенках достигается эффект полного внутреннего отражения и свет идет по всему световоду без потерь, не выходя наружу через плоскости. А в тех местах, где он должен выходить из плоскостей, делают матирование или просто микрорельеф, тем самым нарушается параллельность стенок и свет начинает отклоняться, выходя наружу. Такой материал можно достать из отслуживших свое (но механически целых) матриц ЖК-мониторов. У них как раз и используется световод во всю заднюю стенку с немного не параллельными плоскостями (клиновидный). Лампа в него светит с толстого торца, а на выходе получаем равномерный свет по всей поверхности. У больших мониторов лампы стоят сразу с двух или с четырех сторон экрана и световодов либо 2/4 (у старых профессиональных моделей), либо один, но "двускатной" или "четырехскатной" - пирамидальной формы (современные моники).

 

briass, очень просто. 12в красный светодиод - это обычный красный светодиод (с прямым напряжением 2 вольта) с уже вмонтированным резистором на 500 Ом. Т.е. то же самое, что я сделал в этапе номер 1.
То же самое и белые, и любые другие 12в светодиоды. Только у белого падение напряжения равно синему и составляет примерно 3 с хвостиком вольта, поэтому у него резистор чуть поменьше, а у зеленого падение напряжения самое большое, 3,7-4 вольта, там резистор еще поменьше, 400 Ом.

P.S. Правда, это если вести речь об обычных светодиодах с рынка. Есть и специализированные многокристальные сборки на 6, 12, 18, 24, 30, 36 и т.д. вольт, в которых внутри стоит несколько кристаллов, соединенных последовательно, чем достигается нужное напряжение. Но сборка на 6 кристаллов тупо немаленькая по размерам и не влезет в отверстие. Те же SMD 5050 - это трехкристальные сборки, а маркировка корпуса SMD (5050 в данном случае) - это его размеры в десятых милиметра.

 

Естественно. Но если даже в неприличном - то с красными светодиодами можно спокойно ободрать краску совсем, приборка останется родного красного свечения. Но это если речь идет о красной краске светофильтра. Если же облезла черная краска (формирующая надписи) - тогда дрова и вариант только изготовить новые шкалы или найти Б/У прибор.
А если облез светофильтр, но есть желание остаться на лампах, но с красным свечением, то есть очень простой метод. Идем в любой магаз, торгующий профессиональным светозвуковым оборудованием (для концертов и т.д.) и просим там лист светофильтра для прожекторов типа PAR (так называемые, "театральные заливные"). Он представляет собой прозрачную пленку, тонированную в нужный цвет. Причем она предназначена именно для того, чтобы фильтровать свет от киловаттной лампы накаливания, так что цвет она на выходе дает яркий и насыщенный, при этом она довольно термо- и износостойкая. А дальше все по накатанной, сдираем родную краску с приборки тем же ацетоном и любым прозрачным клеем (удобнее всего использовать прозрачную эпоксидку, т.к. только она сохнет без сообщения с атмосферой, а это важно при необходимости ровно приклеить плотную пленку приличной площади) наклеиваем этот светофильтр на шкалы приборов.