El lot del cotxe

INTRODUCCIÓ
Qualsevol de vosaltres que hagi nascut als anys setanta reconeixerà immediatament aquest objecte:

Correcte! És un lot de petaca dels que fèiem servir per anar de colònies o d’acampada quan érem petits. No és un clàssic Cegasa o Jupiter de color taronja com aquells, tant de bo; aquesta és una versió més moderna, comprada aquest segle, però no hi ha cap diferència significativa. En aquest cas, és el lot que tinc al cotxe per un cas d’emergència; sempre ha estat a punt, a la guantera, i mai no l’he utilitzat. I només faltaria que l’hagués de fer servir, perquè fa molt poca llum! Però ara us en parlo, de la llum que fa, de moment mirem-lo per dins:

No pot ser més simple, el pobre! Una petita bombeta incandescent dins un reflector de plàstic, una pila de petaca i un conjunt d’interruptor i contactes per a la pila i la bombeta que són més el resultat de la feina d’un enginyer mecànic que no pas un d’elèctric. Veure això em recorda quan vaig començar a remenar l’electricitat, era ben petit: circuits amb bombetes petites, cables, piles de petaca, interruptors casolans fets amb clips… I després van venir els reis amb una joguina anomenada “electro L” i el vici ja va ser total!

Tornem al tema, que me’n vaig per les branques. Dins d’aquest lot no hi ha gaire res a comentar, és molt bàsic i a més tothom ho coneix. Llavors a què ve aquesta fixació amb el lot del cotxe? Doncs que fa uns dies el vaig veure i vaig recordar que tinc un led blanc força potent per aquí. Era el moment de començar un nou projecte, ja era hora que el lot fes una mica de llum.

QUATRE NÚMEROS
Abans de començar a esbudellar la víctima, vaig fer una mica de matemàtiques a veure què en podia sortir, de tot plegat. Les piles de petaca són de 4,5V; amb el tester vaig mesurar-hi 4,55V estant el lot apagat, però amb el llum encès la tensió va caure fins a 3,45V. La intensitat que corria pel circuit va ser de 0,49A (també m’ho va dir el tester). Llavors la potència era de 1,7W (P = V·I = 3,45V·0,49A = 1,6905W); tenint en compte l’eficiència típica d’una bombeta incandescent (entre 8 i 12 lúmens per watt), vaig pensar que el lot com a molt podia arribar a emetre la “bestialitat” de 20 lúmens. Amb això no em quedaria pas céc. En un món ideal jo hauria disposat d’un aparell per mesurar l’emissió lluminosa, però només sóc un amateur fent animalades a casa seva, recordeu?

Llavors vaig mirar el led que tenia a les mans. Era un Cree XR-E (una mica antic avui en dia, però encara vigent per segons quins usos), en la seva versió Q4, soldat damunt una petita placa rodona amb cables i pads de dissipació tèrmica. Tot mirant-me el datasheet del led que em vaig baixar de la web de Cree, hi deia que pot donar uns 100 lúmens, que no és poc. Però mirant les característiques elèctriques, i les gràfiques de més avall, vaig veure que li podia treure molt més partit, depenent -és clar- de factors com la corrent o la temperatura. Com que de moment no tenia més dades no podia calcular un número exacte, però ja tenia un punt de partida que superava àmpliament (més de cinc vegades) l’emissió del lot de sèrie. Més endavant ja afinaria els càlculs del led.

PAPER I PROTOBOARD
La primera idea que vaig esbossar em va semblar realment interessant: una bateria lipo que es carregaria per USB (tinc un carregador USB per l’encenedor del cotxe), un circuit carregador, un driver de corrent, i l’esmentat led. Ho tenia tot menys el driver; podria encarregar-lo a ebay o dealextreme, però quina gràcia tindria això? Millor si me’l feia jo!

De sobte vaig recordar una cosa: la tendència a inflar-se, encendre’s i explotar de les bateries lipo, sobretot quan envelleixen, es punxen, es mullen, o s’escalfen. Molt mala cosa per tenir tancada dins el cotxe quan està aparcat a ple sol a l’estiu massa hores! Una mica decebut per haver decidit no fer un lot carregable per USB, amb gran autonomia i lleugeresa, quasi ho vaig deixar estar. Però em vaig conformar alimentant-lo amb piles més normals (vaig trobar un portapiles de 4 AA que hi anava com anell al dit), i vaig seguir endavant. Tenia ganes de fer el driver, sobretot.

I és que una de les coses que feia temps que volia experimentar era fer un driver de corrent per a un led de potència. Estic acostumat a fer servir aquests aparells, en mòdul o en xips integrats, però no fins al punt de fer-ne un partint de zero amb components simples. Vaig recordar que feia temps havia llegit un bon article que parlava d’això; l’havia de tenir guardat en algun lloc, als marcadors de l’ordinador de la feina, o del portàtil, o del fixe, o al vell, o… Ja està, és aquí!

Aquest és l’article que us deia, el vaig trobar a instructables, l’autor és un tal “dan” a qui li agraeixo haver escrit un text tan educatiu (que us recomano llegir sencer, és clar!). De tots els circuits que ens ensenya i explica l’autor, jo em vaig decantar per aquest. No us explicaré com funciona el circuit, perquè ja està molt ben explicat per l’autor. Jo per part meva només us diré que vaig haver de canviar els components que prescriu l’autor pels que tenia aquí a mà; aquest és el croquis que vaig fer, on hi vaig anotar els components que hi vaig posar definitivament.

Com veieu, em va faltar temps per agafar tots els components i muntar el circuit al protoboard. El més difícil de trobar va ser la resistència R2, només la vaig trobar d’1ohm. Una resistència d’aquest valor havia de permetre en teoria una corrent de 500mA a través del led. Suficient per superar de tros els 100 lúmens, però sense arribar al màxim de les possibilitats del led, cosa que hauria provocat massa escalfor. El que no m’agradava era la mida de la resistència, massa gran (no ho sé segur, però dedueixo per la mida que deu ser de 3W o 5W). Vaig fer la prova amb una de normal de 1/4W, però de seguida s’escalfava massa (dues d’iguals en paral·lel li haurien permès passar massa corrent al led, i no en tenia dues de 2ohms). Una resistència metàl·lica de 1,2ohm o 1,5ohm i 1/2W hauria estat ideal, però no la tenia; per no perdre temps, em vaig quedar amb aquest valor. Com podeu veure, aquesta resistència va condicionar la corrent que passa pel led, però he de dir que la primera vegada que vaig engegar el circuit vaig quedar parat de la llum que feia. I a més, la placa del led quasi no s’escalfava.

TORNADA ALS NÚMEROS
La teoria del circuit deia que amb una resistència d’1ohm la corrent haurien de ser 500mA. Tornant al datasheet del led, concretament a la gràfica de corrent vs emissió, vaig veure que amb aquesta intensitat l’emissió estava aproximadament al 125% (el 100%, que són 100 lúmens pel Q4, està caracteritzat a 350mA, una corrent força estàndar pels drivers que corren pel món). Però després calia mirar la gràfica de temperatura vs emissió (on veiem clarament que als leds no els agrada gens la calor), per veure què perdríem. També és típic que els leds es caracteritzin amb 20ºC o 25ºC de temperatura de junció Tj (un lloc on ni tu ni jo arribarem mai a posar una sonda de temperatura, tot s’ha de dir; es troba al bell mig de la unió dels dos semiconductors). Basant-me en l’experiència, la meva sonda de temperatura digital (el dit), i altres criteris subjectius i arbitaris, vaig suposar que la temperatura Tj podria arribar a ser d’uns 60ºC, força segura pel led. Al tacte, la placa no s’escalfava gaire més que uns 40ºC, però recordeu la precisió de la sonda de temperatura! Mirant a la gràfica, els 60ºC que us deia signifiquen que el led dóna el 90% del que donaria a 25ºC. Ja tenia tot el que feia falta per saber quanta llum faria la bestiola: 100·1,25·0,9 = 112,5 lúmens.

Ara que ja tenia el circuit muntat, però, podia mesurar unes quantes dades, per fer-me una idea de la desviació respecte la teoria que us acabo d’explicar. Vaig mesurar una tensió al led de 3,1V (molt bona Vf, que se’n diu), a una intensitat de 540mA. Això volia dir una mica més de llum de la que havia calculat, però no massa important. La tensió a la resistència R2 era de 0,57V, tot i que aquesta dada no és massa important.

PROU NÚMEROS
Però deixem-nos de càlculs i tornem al tema d’avui, el tuning/modding de llanternes!

El següent pas era buidar el lot de tot el que l’havia fet funcionar fins al moment. Fora pila, bombeta, i tots els mecanismes! Necessitava fer lloc per les piles noves, el led, i el circuit. El led havia d’anar enganxat al reflector, però allà hi havia la rosca de la bombeta, que vaig eliminar. Com que el reflector tenia una mena d’anella per posar la bombeta a lloc i el led era molt més baix, vaig tallar aquesta part del plàstic amb el disc de la Dremel. Així va quedar:

Era el moment de trobar un interruptor que hi anés a mida, i per això vaig recórrer a la caixa d’interruptors procedents d’autòpsies. Després de mirar-ne uns quants, en vaig trobar un que no m’obligava a tallar la carcassa de planxa de ferro, i aquest va ser l’escollit. Només caldria un parell de forats i cargols fer fixar-lo al seu nou lloc.

El circuit, ara que ja estava comprovat al protoboard, necessitava una forma més definitiva. Amb un retall de placa perforada l’hi vaig encabir tot, encara que reconec que no em vaig trencar el cap amb la ubicació dels components per reduïr-lo molt. Tan sols el podés encabir a la seva nova ubicació seria suficient, i això vaig fer. En un atac de paranoia, vaig deixar el mosfet i la resistència fora del circuit, per poder-los refrigerar amb la pròpia carcassa. I ja que estava en mode paranoic, vaig aïllar les potes de la resistència amb tub termoretràctil, no fos que un curt amb la planxa provoqués algun problema. L’aspecte de la criatura era aquest:

Vaig enganxar el circuit a la meitat anterior de la carcassa, ja que a la meitat posterior hi volia posar el portapiles. Un parell de talls de cinta aïllant evitarien que les soldadures de darrera el circuit toquessin la carcassa metàl·lica, evitant curtcircuits. I un parell de talls de cinta termoconductora (que alhora és molt bon aïllant, contra el que pugui semblar) van unir la resistència i la pestanya del mosfet a la carcassa. Així estava la cosa de moment:

En aquesta foto heu pogut veure l’interruptor al seu lloc per primera vegada, i un convidat nou. Vaig trobar un petit radiador d’alumini tot rebuscant entre les caixes dels components, i vaig pensar que no li faria cap mal al led, al contrari, si era capaç de ficar-lo a lloc. Però abans de posar el radiador, calia posar el led a lloc. I encara faltaven les piles…

Havia pensat enganxar el portapiles a la carcassa amb cinta adhesiva tipus “velcro”, però vaig veure que era massa gruixuda, i m’aixecaria massa les piles. Com que les piles es podien canviar encara que el portapiles estés fixat, vaig resoldre unir-lo a la carcassa de manera definitiva. Tot presentant el portapiles a la seva ubicació final em vaig adonar que un petit bony a la carcassa (el que per fora permet que es tanqui amb la balda) i el radi interior de la mateixa no el deixaven quedar pla. De manera expeditiva i cruel, vaig tallar una part del portapiles amb el cutter. Perfecte!

Arriba un moment en tot projecte que mereixi anomenar-se així en que s’ha de fer servir la cola calenta. I aquest era el moment! Armat amb la pistola de plàstic de colors horribles, una barra de cola, i la meva pitjor cara de maníac, vaig començar a enganxar coses amb altres coses de manera totalment aleatòria (bé, potser no tant!). Primer va ser el led amb el reflector: una bona anella de cola a tot el voltant, i vaig centrar el led tot mirant per davant mentre la cola es refredava. Cap problema. Tampoc va presentar major dificultats el portapiles, tot i que un excés de cola va atrapar una pila que després vaig haver d’alliberar a cop de cutter. Vaig aprofitar que tenia la pistola calenta per fixar les femelles i els cargols que aguanten el nou interruptor, no fos cas que amb les vibracions del cotxe s’acabessin deixant anar les femelles.

El radiador no acabava de cabre al seu lloc, per tant li vaig doblegar les aletes més llargues amb les alicates, fins i tot algunes les hi vaig tallar. Al final la forma que li va quedar em va agradar molt, deixant a part que servia per ficar-lo al seu lloc. El vaig unir a la part posterior de la placa del led amb la mateixa cinta de doble cara termoconductora que havia fet servir abans. El toc final va ser tallar un dels cables del portapiles al circuit i fer les dues soldadures a l’interruptor. Ja podia dir voilà! Tot seguit us deixo les fotos de l’engendre finalitzat. A la primera encara està obert:

I així és com queda una vegada tancat. L’interruptor es veu diferent, i es veuen els dos cargols que l’aguanten al seu lloc. També us podeu fixar en el led al centre del reflector:

Aquí el veureu millor:

Ja només queda fer una petita comparativa visual de la llum que feia abans i la que fa ara. Malgrat el terme “fotografia” significa literalment dibuixar la llum, quedaríeu sorpresos de la dificultat que té fer fotos de la llum que fa una llanterna. La millor manera que he trobat és encendre el lot en una habitació a les fosques, apuntant al sostre, tant amb la càmera com amb el lot. El resultat no és massa realista, però; malgrat haver desactivat el flash de la càmera, aquesta s’ajusta de manera automàtica per fer-ho el millor que pot en cada cas, per tant potser els ajustos no són els mateixos en cada una de les fotos. Tot i això us puc dir que la comparativa és força justa en les fotos. Feta aquesta advertència, anem-les a veure. A l’esquerra abans (bombeta), a la dreta després (led). Jutgeu vosaltres mateixos.

Una última cosa: sóc conscient que no he inventat res! Segurament algú ja ha fet això mateix abans, i segurament ho ha fet millor. Jo ho he fet només per divertir-me i per tenir un lot que faci més llum. I ho he documentat per si algú vol fer res semblant, o només per passar l’estona llengint com ho he fet. Res més.

Bé, això ha estat tot per avui! Espero que us hagi motivat a agafar el primer lot que trobeu per casa i tunejar-lo amb leds. Com sempre, podeu trobar totes les fotos al flickr. Fins una altra!