LED підсвічування монітора своїми руками


Час непомітно йде і здавалося б недавно куплена техніка вже виходить з ладу. Так, відпрацювавши свої 10000 годин, наказали довго жити лампи мого монітора
(AOC 2216Sa). Спочатку підсвічування стала включатися не з першого разу (після включення монітора підсвічування вимикалася через кілька секунд), що вирішу
валося повторним включенням / виключенням монітора, з часом монітор доводилося вимикати / вимикати вже 3 рази, потім 5, потім 10 і в якийсь момент він не
міг включити підсвічування вже незалежно від числа спроб включення. Витягнуті на світло божий лампи виявилися з почорнілими краями і законно вирушили в ут
иль. Спроба поставити лампи на заміну (були куплені нові лампи відповідного розміру) успіхом не увінчалася (кілька разів монітор зміг включити підсвічуван
ня, але швидко знову пішов у режим включився-виключився) і з'ясування причин в чому може бути проблема вже в електроніці монітора привели мене до думк
и про те що простіше буде зібрати власне підсвічування монітора на світлодіодах ніж ремонтувати наявну схему інвертора для CCFL ламп, тим більше в мережі
вже траплялися статті показують принципову можливість такої заміни.
 
 

Розбираємо монітор

На тему розбирання монітора вже написано чимало статей, всі монітори дуже схожі між собою, тому коротко:
1. Відкручуємо кріплення поставки монітора і єдиний болтик внизу, який притримує задню стінку корпусу
 
2. В низу корпусу є два Пазік між передньою і задньою частиною корпусу, в один з яких засовуємо плоску викрутку і починаємо знімати кришку з засувок по вс
ьому периметру монітора (просто провертаючи акуратно викрутку навколо своєї осі і піднімаючи цим кришку корпусу). Зайвих зусиль докладати не треба, але ва
жко знімається з засувок корпус тільки перший раз (за час ремонту я його відкривав багато разів, тому засувки стали зніматися з часом набагато легше). <br
/>
3. Нам відкривається вид на монтаж внутрішньої металевої рами в передній частині корпусу:
 
Виймаємо з засувок плату з кнопками, виймаємо (в моєму випадку) роз'єм динаміків і відігнувши дві засувки внизу виймаємо внутрішній металевий корпус.

4. Зліва видніються 4 дроти підключення ламп підсвічування. Виймаємо їх злегка здавлюючи, т.к. для запобігання випаданню роз'єм зроблений у вигляді ма
ленької прищіпки. Так само виймаємо широкий шлейф йде до матриці (угорі монітора), здавлюючи його роз'єм з боків (тому що в роз'ємі бічні засувки,
хоча при першому погляді на роз'єм це і не очевидно):
 
5. Тепер необхідно розібрати «сендвіч» містить саму матрицю і підсвічування:
 
По периметру знаходяться засувки, які відкриваються легким поддеваніем тієї ж плоскою викруткою. Спочатку знімається металева рама притримують матрицю, пі
сля чого можна відкрутити три меленьких болтика (звичайна крестіковая викрутка не підійде зважаючи на їх мініатюрного розміру, знадобиться особливо дрібна
) утримують плату управління матрицею і матрицю можна зняти (найкраще покласти монітор на тверду поверхню, наприклад стіл, покриту тканиною матрицею вниз,
відкрутивши плату управління покласти її на стіл розгорнувши через торець монітора і просто почути корпус з підсвічуванням піднявши його вертикально вгор
у, а матриця так і залишиться лежати на столі. Її можна накрити чимось щоб не припадала пилом, а збирати точно у зворотному порядку — тобто накрити лежить
на столі матрицю зібраним корпусом з підсвічуванням, обернути через торець шлейф до плати управління та прикрутивши плату управління акуратно підняти бло
к в зібраному вигляді).
Виходить матриця окремо:
 
І блок з підсвічуванням окремо:
 
Блок з підсвічуванням розбирається аналогічно, тільки замість металевої рами, підсвічування утримується пластмасовою рамкою, яка одночасно позиціонує оргс
кло, використовуване для розсіювання світла підсвічування. Більшість засувок знаходяться з боків і схожі на ті що утримували металеву раму матриці (відкри
ваються поддеваніем плоскою викруткою), але з боків є кілька засувок відкриваються «всередину» (на них викруткою потрібно натиснути, щоб засувки пішли у в
середину корпусу).
Спочатку я запам'ятовував положення всіх знімаються частин, але потім з'ясувалося, що «неправильно» їх зібрати не вийде і навіть якщо деталі вигля
дають абсолютно симетричними відстані між засувками на різних сторонах металевої рами і фіксуючі виступи з боків пластикової рами утримує підсвічування не
дадуть зібрати їх «неправильно ».
Ось власне і все — ми розібрали монітор.

 

Підсвічування світлодіодною стрічкою

Спочатку вирішено було робити підсвічування з світлодіодним стрічки з білими світлодіодами 3528 — 120 світлодіодів на метр. Перше що виявилося — ширина ст
річки 9 мм, а ширина ламп підсвічування (і посадкового місця під стрічку) — 7 мм (насправді бувають лампи підсвічування двох стандартів — 9 мм та 7 мм, ал
е в моєму випадку були 7 мм). Тому, після огляду стрічки, було прийнято рішення обрізати по 1 мм з кожного краю стрічки, т.к. це не зачіпало струмопровідн
их доріжок на лицьовій частині стрічки (а на зворотному уздовж всієї стрічки йдуть дві широкі жили харчування, які від зменшення на 1 мм своїх властивосте
й на довжині підсвічування 475 мм не втратять, тому що струм буде невеликий). Сказано — зроблено:
 
Точно так само акуратно світлодіодна стрічка обрізається по всій довжині (на фотографії приклад того що було до і що стало після обрізки).
Нам знадобиться дві смужки стрічки по 475 мм (19 сегментів по 3 світлодіода в смужці).
Хотілося щоб підсвічування монітора працювала так само як і штатна (тобто включалася і вимикалася контролером монітора), а ось яскравість я хотів регулюва
ти «вручну», як на старих CRT моніторах, тому що це часто використовувана функція і лазити по екранним меню щоразу натискаючи кілька клавіш мені набридло
(в моєму моніторі клавіші вправо-вліво регулюють не режими монітора, а гучність вбудованих динаміків, так що режими кожен раз доводилося міняти через меню
). Для цього був знайдений в мережі мануал на мій монітор (кому знадобиться — додається в кінці статті) і на сторінці з Power Board за схемою знайдені +12
V, On, Dim і GND які нас цікавлять.
 
On — сигнал з плати управління на включення підсвічування (+5 V)
Dim — ШІМ управління яскравістю підсвічування
+12 V виявилися далеко не 12, а десь 16V без навантаження підсвічуванням і десь 13.67V з під навантаженням
Так само було вирішено ніяких ШІМ регулювань яскравості підсвічування не робити, а живити підсвічування постійним струмом (заодно вирішується питання з ти
м, що у деяких моніторів ШІМ підсвічування працює на не дуже високій частоті і у деяких від цього трохи більше втомлюються очі). У моєму моніторі частота
«рідного» ШІМ була 240 Гц.
Далі на платі були знайдені контакти на які подається сигнал On (позначений червоним) і +12 V на блок інвертора (перемичка яку необхідно випаяти щоб знест
румити блок інвертора позначена зеленим). (Фотографію можна збільшити щоб побачити позначки):
 
В якості основи схеми управління був взяти лінійний регулятор LM2941 в основному за те, що при струмі до 1А він мав окремий висновок управління On / Off,
який передбачалося використовувати для управління включенням / виключенням підсвічування сигналом On з плати управління монітора. Правда в LM2941 цей сигн
ал інвертований (тобто на виході є напруга коли на вході On / Off — нульовий потенціал), так що довелося зібрати інвертор на одному транзисторі для узгодж
ення прямого сигналу On з плати управління та інвертованого входу LM2941. Ніяких інших надмірностей схема не містить:
 
Розрахунок вихідного напруги для LM2941 здійснюється за формулою:
 
 
Vout = Vref * (R1 + R2) / R1 

 
де Vref = 1.275V, R1 у формулі відповідає R1 на схемі, а R2 у формулі відповідає парі резисторів RV1 + RV2 на схемі (введено два резистора для більш плавн
ого регулювання яскравості і скорочення діапазону регульованих змінним резистором RV1 напруг).
В якості R1 я взяв 1кОм, а підбір R2 здійснюється за формулою:
 
 
R2 = R1 * (Vout/Vref-1) 

 
Максимальна необхідне нам напруга для стрічки — 13В (я взяв четь більше ніж номінальні 12В щоб не втрачати в яскравості, а стрічка такої легке перенапруже
ння переживе). Тобто максимальне значення R2 = 1000 * (13/1.275-1) = 9.91кОм. Мінімальна напруга при якому стрічка ще хоч якось світиться — близько 7 воль
т, тобто мінімальне значення R2 = 1000 * (7/1.275-1) = 4.49кОм. R2 у нас складається із змінного резистора RV1 і багатооборотної підлаштування резистора R
V2. Опір RV1 отримуємо 9.91кОм — 4.49кОм = 5.42кОм (вибираємо найближче значення RV1 — 5.1кОм), а RV2 виставляємо приблизно в 9.91-5.1 = 4.81кОм (насправд
і найкраще спочатку зібрати схему, виставити максимальний опір RV1 і вимірюючи напругу на виході LM2941 виставити опір RV2 таким щоб на виході було потріб
не максимальне напруження (у нашому випадку близько 13В).
 
 

Монтаж світлодіодної стрічки

Оскільки після обрізання стрічки на 1 мм по торцях стрічки оголилися жили харчування, на корпус в місці де буде клеїтися стрічка я наклеїв ізоляційну стрі
чку (нажаль не синю а чорну). Поверх клеїться стрічка (добре прогрівати поверхню феном, тому що до теплої поверхні скотч клеїться набагато краще):
 
Далі монтуються задня плівка, оргскло і світлофільтри які лежали поверх оргскла. По краях я підпер стрічку шматочками стірательной гумки (щоб краї на скот
чі не відходили):

Після чого блок підсвічування збирається в зворотному порядку, встановлюється на місце матриця, дроти підсвічування виводяться назовні.
Схема збиралася на макетке (зважаючи на простоту вирішив плату не розводити), кріпилася на болтиках через отвори в задній стінці металевого корпусу моніто
ра:
 
 
Харчування і сигнал управління On заводилися з плати блоку живлення:
 
Розрахункова потужність, що виділяється на LM2941 розраховується за формулою:
 
 
Pd = (Vin-Vout) * Iout + Vin * Ignd 

 
Для мого випадку становить Pd = (13.6-13) * 0.7 +13.6 * 0.006 = 0.5 Ватт тому було вирішено обійтися самим маленьким радіатором для LM2941 (посаджений чер
ез діелектричну прокладку тому що від землі він в LM2941 не ізольований).
Остаточне складання показала цілком собі працездатність конструкції:
 
З переваг:
 
     
  • Використовується стандартна світлодіодна стрічка
  •  
  • Проста плата управління
  •  
З недоліків:
 
     
  • Недостатня яскравість підсвічування при яскравому денному світлі (монітор стоїть навпроти вікна)
  •  
  • Світлодіоди в стрічці розташовані недостатньо часто, тому видно невеликі світлові конуси від кожного окремого світлодіода біля верхньої і нижньої кро
    мок монітора
  •  
  • Баланс білого трохи порушений і йде злегка в зеленуваті відтінки (швидше за все вирішується регулюваннями балансу білого або самого монітора або віде
    окарти)
  •  
Цілком гарний, простий і бюджетний варіант ремонту підсвічування. Цілком комфортно дивитися фільми або використовувати монітор в якості кухонного телевізо
ра, але для щоденної роботи напевно не підійде.
 
 

Регулювання яскравості за допомогою ШІМ

Для тих хаброжітелей, які на відміну від мене не згадують із ностальгією аналогові ручки управління яскравістю і контрастністю на старих ЕПТ моніторах мож
на зробити управління від штатного ШІМ генерованого платою управління монітором без виведення яких додаткових органів управління назовні (без свердління к
орпусу монітора). Для цього досить зібрати на двох транзисторах схему І-НЕ на вході On / Off регулятора і прибрати регулювання яскравості на виході (виста
вити вихідна напруга постійним в 12-13В). Модифікована схема:
 
Опір підлаштування резистора RV2 для напруги 13В повинно бути в районі 9.9кОм (але краще виставити точно при включеному регуляторі)
 

Щільніша LED підсвічування

Для вирішення проблеми недостатньої яскравості (а заодно і рівномірності) підсвічування було вирішено поставити більше світлодіодів і частіше. Оскільки ви
явилося що купувати світлодіоди поштучно дорожче ніж купити 1.5 метра стрічки і випаяти їх звідти був вибраний більш економний варіант (випоювати світлоді
оди зі стрічки).
Самі світлодіоди 3528 розмістилися на 4-х смужках 6 мм шириною і 238 мм довжиною по 3 світлодіода послідовно в 15 паралельних збірках на кожній з 4-х смуж
ок (розводка плат для світлодіодів додається). Після припайки світлодіодів і проводів виходить наступне:
 
 
Смужки закладається по дві вгорі і внизу проводами до краю монітора в стик в центрі:
 
 
Номінальна напруга на світлодіодах 3.5В (діапазон від 3.2 до 3.8 В), так що збірка з 3-х послідовних світлодіодів повинна харчуватися напругою порядку 10.
5В. Так що параметри регулятора потрібно перерахувати:
 
Максимальна необхідне нам напруга для стрічки — 10.5В. Тобто максимальне значення R2 = 1000 * (10.5/1.275-1) = 7.23кОм. Мінімальна напруга при якому збірк
а з світлодіодів ще хоч якось світиться — близько 4.5 вольт, тобто мінімальне значення R2 = 1000 * (4.5/1.275-1) = 2.53кОм. R2 у нас складається із змінно
го резистора RV1 і багатооборотної підлаштування резистора RV2. Опір RV1 отримуємо 7.23кОм — 2.53кОм = 4.7кОм, а RV2 виставляємо приблизно в 7.23-4.7 = 2.
53 кОм і регулюємо в зібраної схемою для отримання 10.5В на виході LM2941 при максимальному опорі RV1.
У півтора рази більше світлодіодів споживають 1.2а струму (номінально), тому розсіює потужність на LM2941 дорівнюватиме Pd = (13.6-10.5) * 1.2 +13.6 * 0.0
06 = 3.8 Ватт, що вже вимагає більш солідного радіатора для відводу тепла:
 
Збираємо, підключаємо, отримуємо набагато краще:
 
Переваги:…
 
     
  • Досить велика яскравість (можливо порівнянна, а можливо навіть перевершує яскравість старої CCTL подсвтекі)
  •  
  • Відсутність світових конусів по краях монітора від індивідуальних світлодіодів (світлодіоди розташовані досить часто і підсвічування рівномірна) </li
    >
     Усе ще проста і дешева плата управління
     
  • Недоліки:  
       
    • Ніяк не вирішилося питання з балансом білого, що йдуть у зеленуваті тони
    •  
    • LM2941 хоч і з великим радіатором, але гріється і гріє все всередині корпусу
    •  
      

    Плата управління на основі Step-down регулятора

    Для усунення проблеми нагріву вирішено було зібрати регулятор яскравості на базі Step-down регулятора напруги (в моєму випадку був обраний LM2576 з струмом до 3А). Він так само має інвертований вхід управління On / Off, тому для узгодження присутній такий же інвертор на одному транзисторі:  Котушка L1 впливає на ККД перетворювача і повинна бути 100-220 мкГ для струму в навантаженні близько 1.2-3А. Напруга на виході розраховується за формулою:  
    Vout = Vref * (1 + R2/R1) 
     де Vref = 1.23V. При заданому R1 можна отримати R2 за формулою:   
    R2 = R1 * (Vout/Vref-1) 
     У розрахунках R1 еквівалентно R4 у схемі, а R2 еквівалентно RV1 + RV2 у схемі. У нашому випадку для регулювання напруги в діапазоні від 7.25В до 10.5В візьмемо R4 = 1.8кОм, змінний резистор RV1 = 4.7кОм а підлаштування резистор RV2 на 10кОм з початковим наближенням в 8.8кОм (після складання схеми найкраще виставити його точне значення вимірюючи напруга на виході LM2576 при максимальному опорі RV1). Для цього регулятора вирішив зробити плату (розміри значення не мали, тому в моніторі досить місце для монтажу навіть габаритної плати):  Плата керування в зборі:  Після монтажу в моніторі:  Всі в зборі:  Після складання ніби все працює:  Підсумковий варіант:  Переваги:… 
       
    • Достатня яскравість
    •  
    • Step-down регулятор не гріється і не гріє монітор
    •  
    • Ні ШИМ а значить нічого не моргає ні з якою частотою
    •  
    • Аналогова (ручна) регулювання яскравості
    •  
    • Немає обмежень на мінімальну яскравість (для тих хто любить працювати ночами)
    •  
    Недоліки:  
       
    • Трохи зміщений баланс білого в сторону зелених тонів (але не сильно)
    •  
    • При малій яскравості (дуже малої) видна нерівномірність у світінні світлодіодів різних збірок через розкиду параметрів
    •  
     Варіанти покращення:  
       
    • Баланс білого регулюється як в настройках монітора, так і в налаштуваннях майже будь-якої відеокарти
    •  
    • Можна спробувати поставити інші світлодіоди, які не будуть помітно збивати баланс білого
    •  
    • Для виключення нерівномірного світіння світлодіодів при малій яскравості можна використовувати: а) ШІМ (регулювати яскравість за допомогою ШІМ завжди
      подаючи номінальну напругу) або б) з'єднати всі світлодіоди послідовно і живити їх регульованим джерелом струму (якщо з'єднати послідовно всі 180
      світлодіодів, то знадобиться 630В і 20мА), тоді через всі світлодіоди повинен проходити один і той же струм, а на кожному падатиме своє напруження, яскра
      вість регулюється зміною струму а не напруги.
    •  
    • Якщо хочеться зробити схему на основі ШІМ для LM2576 можна використовувати схему І-НЕ на вході On / Off цього Step-down регулятора (за аналогією з на
      веденою схемою для LM2941), але краще поставити диммер в розрив мінусового проводу світлодіодів через logic-level mosfet
    •  

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.