Achterlichten aanpassing

Vóór 31 oktober wilde ik in Engeland nog een aantal spulletjes bestellen voor de Burton. Wie weet of en hoe dat ná de Brexit allemaal nog zou gaan lukken. De spulletjes liggen inmiddels alweer een tijdje op de plank en de Brexit is voor de zoveelste keer - ik ben de tel inmiddels kwijt - uitgesteld. Bij die 'spulletjes' zaten o.a. de achterlichten. Ik had mijn zinnen gezet op de bolle ronde lampjes van Lucas, model L594 om precies te zijn.

Lucas L594

Deze lampen zijn te bestellen in verschillende kleuren glas (ja, geen plastic maar glas) en met duplolamp (5/21 watt). Ik heb gekozen voor vier dezelfde lampen achter. Ook de knipperlichten worden dus rood. Als de 'normale' verlichting van de Burton aan is, branden alle vier de lampen op de lage intensiteit (5 watt). Als er geremd wordt gaan alle lichten op de hoge intensiteit branden (21 watt). Als de knipperlichten aan staan wil ik de onderste lamp laten knipperen. Of misschien beide lampen. Daar ben ik nog niet uit. In ieder geval ga ik iets combineren.

Alsof dat nog niet 'custom' genoeg is, wil ik de duplolamp vervangen door leds. En dan iets met een buitenste ring leds als vervanging voor de 5 watt lamp en het middelste gedeelte opvullen met leds als vervanging voor de 21 watt lamp. Eerst maar eens een testje doen op een stukje gaatjesprint.

Test met individuele rode leds.

De rode leds hebben een voorwaartse spanning van ongeveer 2 volt en zijn al bij 15 mA behoorlijk fel. Bij een accuspanning van 12 volt zouden theoretisch zes leds in serie geschakeld kunnen worden. Da's echter praktisch niet verstandig omdat (1) de leds dan niet meer branden als de accuspanning onder de 12 volt zakt én (2) er dan geen 'ruimte' meer is voor een stroombegrenzende weerstand. Vijf leds in serie dan? Op zich een goede keuze; de accuspanning zal niet zo snel onder de tien volt zakken. Ik heb uiteindelijk gekozen voor vier leds in serie. Setjes van vier zijn wat gemakkelijker te verdelen over de ruimte onder het glazen kapje van het achterlicht. Bovendien moet er nog wat spanning overblijven voor het schakelorgaan. Dit wordt een halfgeleider; waarschijnlijk een MOSFET. Ze kunnen hoge stromen schakelen (hier niet zo belangrijk) en hebben een relatief lage weerstand als ze 'open' staan. In het testprintje heb ik drie keer vier leds in de buitenrand zitten en drie keer vier leds in het midden.

Alleen de buitenste ring leds aan.

Met het glazen kapje op de leds ziet het er best leuk uit als alleen de buitenste ring leds aangestuurd worden. Als dan ook de binnenste leds aan staan ziet het er zo uit:

In werkelijkheid is het licht rood.

Op zich een goede setup, maar ik wil nog wat andere ontwerpen proberen. De 12 leds in het midden zitten eigenlijk te dicht op elkaar. Zo dicht dat ze niet lekker passen in een gaatjesprint. Ik heb wat van het onderste randje af moeten vijlen. Ik zou natuurlijk een speciale print kunnen ontwerpen, maar daar heb ik niet veel ervaring mee en dat is voor deze lampen ook niet echt nodig.

Verschillende verdelingen van leds.

Uiteindelijk heb ik voor het ontwerp linksboven gekozen. Net zoveel leds maar wat homogener verdeeld. Eerst stap: enkele ronde gaatjesprinten zagen:

Eerst grof uitgezaagd.

Met de bandschuurmachine rond geschuurd.

De gaatjesprint is gemaakt van vergelijkbaar materiaal als de Burton koets. Glasvezel-versterkt kunststof. De printplaat is door het glas van het achterlicht zichtbaar, dus het lijkt me mooi als ze zwart geschilderd worden. Daar kan ik de grondverf voor gebruiken die ook op de (binnenkant van de) bodydelen van de Burton zit.

Mooi kleurtje zwart.

Nu kunnen de leds gesoldeerd worden. Per vier worden ze in serie doorgelust. Leds hebben een lang en een kort pootje. De lange kant is de anode; deze wordt steeds verbonden met de kathode van de volgende led. Uiteindelijk blijft er aan één kant een lang pootje over en aan de andere kant een kort pootje.

Het solderen is begonnen.

Eerste string van vier leds.

Elke string van vier leds wordt nog voorzien van een serie-weerstand voor de stroombegrenzing. De waarde van deze weerstand is eenvoudig te berekenen als we uitgaan van 2 volt per led én een stroom van tussen de 15 en 20 mA. Er blijft dan voor de weerstand nog ongeveer 4 volt (12 - 4 x 2) over. Uitgaande van 17.5 mA kom je met de formule U = I x R op een weerstand van R = U / I = 4 / 0.0175 = 229 ohm. Ik kies voor 220 ohm. Daar heb ik er nog een berg van liggen.

De drie strings die de buitenste ring vormen worden parallel aan elkaar gesloten. Ze worden door één MOSFET geschakeld. De drie strings in het midden worden ook parallel aan elkaar gesloten en door een tweede MOSFET geschakeld.

12 leds geschakeld door één MOSFET.

De leds worden aan de negatieve kant geschakeld - low side switching genoemd. Hiervoor wordt een N-MOSFET ingezet. Deze zijn gemakkelijk aan te sturen vanuit een microcontroller. In auto's is dit eigenlijk heel ongebruikelijk omdat alle lampen aan de negatieve kant direct - vaak via de behuizing - aan massa hangen. Ze worden aan de positieve kant geschakeld. In een 'normale' auto lekker gemakkelijk omdat je dan maar één draad naar een lamp hoeft te brengen. De stroomlus wordt namelijk via de carrosserie (lees: massa) gesloten. Bij een kunststof auto moet je sowieso twee draden leggen, dus ben je vrij in je keuze om positief of negatief te schakelen. Er valt wat te zeggen voor positief schakelen omdat je dan wat dichter bij de conventionele manier van denken blijft. Bovendien zou je het chassis als massa kunnen gebruiken. Toch kies ik voor negatief schakelen. De elektronica wordt hierdoor eenvoudiger *) en omdat ik toch van plan ben om met een CAN-bus te gaan werken, blijven mijn stroomlussen erg klein en plaatselijk.

De vier ledlampen gesoldeerd.

Om de printplaat met leds te bevestigen in de lamp zijn nog wat aanpassingen nodig. Origineel wordt de fitting van de lamp ook gebruikt om de lamp aan de body te bevestigen. Dat deel van de fitting wil ik hergebruiken. Het deel waar de duplolamp in moet heb ik niet meer nodig.

De lamp in onderdelen.

De fitting losgepeuterd van de bevestigingsring.

De bevestigingsring wordt nog steeds gebruikt om de lamp te bevestigen aan de body. Nu moet echter de print met leds ook nog op een bepaalde manier vast komen te zitten in de behuizing. Hiervoor heb ik een flens getekend in Tinkercad:

Flens voor bevestiging led-print.

De flens wordt geprint met PETG als filament. Flexibeler dan ABS en sterker dan PLA. Bovendien véél gemakkelijker te printen dan ABS, wat over het algemeen een ramp is (plakt niet fijn aan het printbed, warpt snel en krimpt enorm). Voor mij een nieuwe kunststof, maar ik ben om. Als het nauwkeurig moet, dan PLA. Moet het hard en stevig, dan ABS. Moet het stevig en flexibel, dan PETG. Daarbij aantekenend dat PLA vrij snel afbreekt en dus niet zo geschikt is voor buiten.

Printer in actie.

Vier flenzen geprint in PETG.

De printplaatjes worden met hot-glue in de flens geplakt. Zo wordt de elektronica goed beschermd en ongevoelig voor trillingen. Reparatie wordt wel onmogelijk, maar we gaan er maar even vanuit dat dat niet nodig is...

Na wat vijlen aan de printplaat past het precies.

Lekker vol met hot-glue.

Passing in het rubberen huis.

Passing in het glas.

Komt er ook nog licht vanaf? Oordeel zelf:

Alleen buitenste ring aan.

Alle leds aan.

Zicht op de zijkant.

Hieronder het geheel in samengebouwde vorm. Resteert alleen nog het monteren en aansluiten in de auto zelf.

Volledig geassembleerd.

*) Om positief te schakelen gebruik je een P-MOSFET en die is niet direct aan te sturen met een microcontroller. Je hebt bijvoorbeeld een transistor nodig om de lage spanning van de microcontroller-uitgang naar de relatief hoge spanning van de gate te krijgen.