LED your Gundam Part 2: LED circuit design and calculation for your Gunpla

การคำนวณความต้านทานที่ใช้ และ ออกแบบวงจร LED ใน Gunpla

เมื่อเราเลือกขนาด / สีของ LED และ แหล่งจ่ายไฟฟ้าที่เราแล้ว ทีนี้เราต้องมาออกแบบว่าเราจะต่อวงจร LED ของเราออกมาในลักษณะไหน ถึงจะเหมาะสม และไม่ทำให้เกิดปัญหาในภายหลัง

เริ่มแรก เราต้องรู้ว่า วงจรไฟฟ้าระดับเบสิคนั้นมีแบบไหนบ้าง

1. การต่อวงจรแบบอนุกรม (Series array)

วงจรแบบนี้มีข้อดีคือ ต่อง่าย และ ใช้ตัวต้านทานแค้ตัวเดียวต่อ 1 วงจร (ในกรณีที่มีตัวต้านทาน) ตามรูป
แต่ถ้ามีหลอดใดเสียจะกระทบทั้งวงจร

(รูปจาก Google)


การทำงานของวงจรอนุกรมคือ กระแสไฟฟ้าจะไหลออกจะขั้ว + ของ แหล่งจ่ายไฟ วิ่งผ่านสายไฟเข้าสู่ขา ANODE (ขาขั้ว +) ของ หลอด LED และกระแสจะวิ่งผ่านออกทางขา CATHODE (ขาขั้ว -)ของหลอด LED ไปวิ่งเข้าทางขา ANODE ของหลอดถัดไป ซึ่งการต่อแบบ อนุกรมนี้กระแสที่วิ่งในวงจรจะเท่ากันทั้งหมด แต่ความต่างศักย์จะต่างกัน ใครพอมีความรู้ไฟฟ้าคงพอนึกออกนะครับ ตามทฤษฏีเลย
อนุกรม
Iรวม= I1 = I2 =I3
Vรวม=Vตกคร่อม LED 1 + V ตกคร่อม LED 2 + V ตกคร่อม LED 3
(I คือกระแส และ V คือ ความต่างศักย์)

ดังนั้นข้อควรระวังของวงจรแบบนี้คือ ไม่สามารถพ่วง หลอด LED ได้มากเกินกว่าความต่างศักย์ของแหล่งจ่ายไฟ ถ้าต้องการต่อ LED ปริมาณมากๆ ก็จำเป็นต้องใช้ แหล่งจ่ายไฟที่มีความต่างศักย์สูงกว่าปริมาณของความต่างศักย์ตกคร่อมในวงจร

2. การต่อวงจรแบบขนาน (Parallel array)

วงจรแบบนี้มีข้อดีคือ ไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีความต่างศักย์สูง แต่สามารถต่อ LED ได้หลายตัว แต่เปลืองใช้ตัวต้านทานมากกว่าแบบอนุกรม (ตามรูป) และถ้ามีหลอดใดหลอดหนึ่งเสียก็ไม่กระทบกับหลอดอื่นๆ

(รูปจาก Google)

การทำงานของวงจรแบบขนานคือ กระแสไฟฟ้าจะออกจากขั้ว + ของแหล่งจ่ายไฟ แล้วจะแยกออกไปตามจุดต่างๆของวงจร ทำให้กระแสที่ไหลภายในวงจรรวมจะไม่เท่ากัน แต่ จะมีความต่างศักย์เท่ากัน

ตามทฤษฏีไฟฟ้า

Iรวม= I1 + I2 +I3
Vรวม=Vตกคร่อม LED 1 = V ตกคร่อม LED 2 = V ตกคร่อม LED 3
(I คือกระแส และ V คือ ความต่างศักย์)

ข้อควรระวังสำหรับวงจรขนานคือ เนื่องจากในวงจรนั้นมี LED ตัวเดียวจึงทำให้ไม่มี LED ตัวอื่นไปลดทอนความแรงของกระแสไฟ ซึ่งกระแสที่ไหลออกมาจากแหล่งจ่ายไฟอาจจะสูงเกินไปเราจึงควรที่จะต่อตัวต้านทานไว้ก่อนขา ANODE ของ LED เพื่อควบคุมระดับกระแสไฟไม่ให้สูงเกินไป และไม่ควรต่อคร่อมมากกว่ากระแสที่แหล่งจ่ายไฟปล่อยได้ (แต่ปกติคร่อมซัก 10 ตัวขึ้นไปก็ไม่มีปัญหาครับ)

3. การต่อแบบผสม (LED Series+Parallel array)

อันนี้เป็นแบบที่นิยมที่สุดครับ เพราะสามารถประยุคใช้ได้กับ โมเดลกันดั้มหลายแบบ
เช่น หัวมี 1 หลอด ไปขนานกับ เวอร์เนียด้านหลัง ที่อนุกรมกัน 3 หลอด อะไรแบบนี้วงจรตามรูปครับ

(รูปจาก Google)



ก็ประยุคกันว่าเราจะวางหลอดแบบไหน แต่ เราก็ต้องดูว่า แหล่งจ่ายไฟจะจ่ายพอหรือไม่ด้วยครับ

การคำนวนความต้านทานในวงจร

ความต้านทานคืออะไร? ก็คืออุปกรณ์อิเลคโทรนิคอย่าหนึ่งที่ใช้ลดระดับค่ากระแสไฟฟ้าไม่ให้สูงจนสร้างความเสียหายกับอุปกรณ์ตัวอื่น

(รูปจาก Google)


สำหรับคนที่ใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีความต่างศักย์สูงๆ เกิน 5 Volt ขึ้นไป ควรที่จะต่อตัวต้านทานเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไหลผ่าน (เชื่อเถอะครับว่าคุณคงไม่อยากเห็นหลอด LED ระเบิดในหัวของ MG Unicorn หรือ PG Astray แสนแพง)

ก็จากสูตรคำนวนง่ายๆ

V=I*R
(I คือกระแส และ V คือ ความต่างศักย์ R คือความต้านทาน)

ดังนั้น R = Vรวม / Iรวม

แล้ว V กับ I เราจะทราบค่าได้ยังไงล่ะ???
ก็จากนี้ครับ

1. สำหรับการต่อที่เป็นอนุกรม
Iรวม= I1 = I2 =I3
Vรวม =  Vแหล่งจ่ายไฟ - (Vตกคร่อม LED 1 + V ตกคร่อม LED 2 + V ตกคร่อม LED 3)

2. สำหรับการต่อแบบขนาน
Iรวม= I1 + I2 +I3
Vรวม = Vแหล่งจ่ายไฟ - Vตกคร่อมตัวใดตัวหนึ่ง

3. ส่วนสำหรับการต่อแบบผสม
ชุดที่เป็นอนุกรมให้แทนค่าแบบอนุกรม
ชุดที่เป็นขนานให้แทนค่าแบบขนาน

I ของ LED แต่ละตัวจะมีค่าไม่เกิน 20mA (ปกติจะใช้ค่าอยู่ที่ 10-15 mA ครับ)
Vตกคร่อม นั้นจะแยกตามสีตามที่เคยได้กล่าวไปแล้ว
เอาง่ายๆก็ สี เขียว,แดง,ส้ม,เหลือง จะมี V = 2.2 Volt
สีฟ้า ขาว และหลอด UV จะมี V = 3.3 Volt
ส่วนV ของแหล่งจ่ายไฟก็ตามที่ได้กล่าวไว้แล้วในบทแรกครับ

เอาค่าไปแทนสูตรก็จะได้ความต้านทานที่ต้องใช้ในวงจร

****อนึ่ง ทั้งหมดที่อธิบายมานี้ เราแค่นำค่าไป ใส่ในเว็ปตาม Link http://led.linear1.org/led.wiz นี้ เว็ปจะคำนวณ และออกแบบวงจรให้เราเองครับ ประหยัดเวลาในการคำนวณ ได้เยอะครับ (ผมหลอกให้พวกคุณอ่านทฤษฏีครับ 5555+)****

ดังนั้นคราวนี้ผมขอจบเรื่องของการคำนวณและออกแบบ LED สำหรับ Gunpla ครับ คราวหน้าจะมาขึ้นหัวข้อ "อุปกรณ์ที่ต้องใช้ และ แหล่งซื้อขายครับ"

LED your Gundam Part 1: LED basic

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ หลอด LED และ การเลือกแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้กับวงจร LED

หลอด LED คืออะไร?

LED ย่อมาจาก Light Emitting Diode หรือที่แปลตรงตัวก็คือ ไดโอดที่ปล่อยแสง ได้

(ขออนุญาตข้ามเรื่องเกี่ยวกับ Diode ไป ใครอยากรู้ข้อมูลรบกวน search หาใน google นะครับ)

ทีนี้หลอด LED ที่นำมาใช้กับ โมเดลกันดั้ม หรือ กันพลา เนี่ย เราควรจะนำแบบไหนมาใช้

1. หลอด LED แบบ 2 ขา ขนาดเล็ก 3 มิล และ 5 มิล มีให้เลือกหลายสีครับ เลือกสีและขนาดให้เหมาะกับตัว โมเดลของเราครับ

*ซึ่งแต่ละสีก็จะกินไฟไม่เท่ากัน อันนี้จะนำไปอธิบายทีลังครับ

(รูปจาก Google)

2. หลอด LED แบบ แบน 2-4 ขา ที่อยู่ใน ม้วนขาย แบบนี้จะมาพร้อมกับ ตัวต้านทาน ตัด 3 ตัว อนุกรม ต่อ 1 ตัวต้านทาน ตัดแบ่งไปใช้ได้เลยครับ

(รูปจาก Google)

แหล่งจ่ายไฟฟ้า

เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟแต่ละแหล่งนั้นให้พลังงานไฟฟ้าแตกต่างกัน เราควรคำนึงถึงจุดนี้เวลาที่เราต่อ LED เข้าไปจะได้ไม่มีปัญหาต้องมาแก้ภายหลัง

1. ถ่านไฟฉาย

ถ่านไฟฉาย มีหลายชนิดมาก เอาเป็นว่า เราต้องดูว่าถ่านที่เรานำมาใช้นั้น มีค่าความต่างศักย์เท่าไหร่
ถ่านไฟฉาย AA, AAA ส่วนใหญ่ก็ 1.5 V
ถ่านกระดุม ก็มีตั้งแต่ 1.5 -3 V
ถ่านเหลี่ยมมีถึง 9 V
2. USB Port 
USB Port มีความต่างศักย์ 5V
3. ไฟบ้าน
ไฟบ้านนั้นเป็นไฟกระแสสลับซึ่งความต่างศักย์ 220V ซึ่งมหาศาลเมื่อเทียบกับ หลอด LED เล็กจิ๋ว 
เราจึงต้องใช้อุปกรณ์ที่ชื่อ Adapter มาแปลง ซึ่ง Adapter ก็มีหลายขนาด ส่วนใหญ่ก็ใช้ 9V 12V ไปเลือกใช้เอาได้

การเลือกแหล่งจ่ายไฟ

อันนี้ก็ไม่มีอะไรมากครับ ดูว่าเราจะต่อ LED ปริมาณเยอะขนาดไหน จุดประสงค์ในการต่อไฟเพื่ออะไรผมขอสรุปย่อๆ ในเรื่องการเลือกดังนี้ครับ

1. ถ่านไฟฉาย ใช้เมื่อเราต่อจำนวน LED ไม่เยอะ และ ควรใช้เป็นเมื่อเราต้องการที่จะ ใช้ไฟในช่วงสั้นๆ เช่นเปิดเฉพาะตอนถ่ายรูป 
2. USB Port ใช้เมื่อเราต่อปริมาณ LED ไม่เยอะ แต่ต้องการที่จะเปิดเป็นเวลานาน เช่น ใช้เป็นของประดับตั้งโชว์ ใช้ในงาน Diorama ขนาดเล็ก/ปานกลาง 
3. ไฟบ้าน อันนี้เหมาะสำหรับงานขนาดใหญ่ ใช้ LED ปริมาณมากๆ (และอาจจะมีอุปกรณ์อื่นด้วย เช่น Motor เป็นฐานหมุน ของ Gunpla)  เหมาะกับงาน Diorama ขนาดใหญ่ๆ


สำหรับ Part นี้ผมขอจบเรื่องเบสิคเกี่ยวกับการทำ LED Part ถัดไปผมจะอธิบายเกี่ยวกับการคำนวนไฟและการออกแบบวงจรครับ