Как устроен светодиодный прожектор? Для людей, в той или иной степени знакомых с существом вопроса, в этом аспекте, прошу прощения за тафталогию, вопросов не возникает.
Я же постараюсь “раскрыть глаза на правду”
тем, кто искренне полагает, что светодиодный прожектор – это эдакая вся из себя инновационная, насквозь, вдоль и поперёк пропитанная и сотканная из нанотехнологий и тому подобных замысловатозвучащих логий, субстанция. К сожалению, или к счастью (это уж кому как лучше восприимется) светодиодный прожектор по сложности конструкции вряд ли превосходит утюг или электрочайник. Соковыжималка будет, пожалуй, уже на более высокой ступени. Но это в общетеоретических формулировках. Что же касается непосредственно устройства, то это, во-первых, корпус.
И если практически для любого изделия такого ценового уровня корпуса разрабатываются и изготавливаются специально, то для светодиодных прожекторов, зачастую применяется готовое решение, унаследованное от их морально устаревших предшественников. Как правило, просто “потрошится” какой-нить “металогалогенник” и на этом работы по изготовлению корпуса заканчиваются. Либо, если уж говорить о нормальных масштабах, просто закупается партия корпусов для тех же металогалогенников.
Поскольку прожектор должен излучать свет, и источник света нам тоже уже известен, осталось лишь определиться, как там (внутри) эти светодиоды держатся и что их светить заставляет. Существует два основных решения. Если в прожекторе используются светодиоды, изначально изготовленные на радиаторе (принято их называть “на звезде”), то их просто приклёпывают к общему алюминиевому радиатору, коммутируют между собой – и светоблок (так принято называть светоизлучающий модуль) готов.
Если используются светодиоды без собственного радиатора, то изготовление светоблока сопряжено с рядом мероприятий. Таких, как, во-первых, изготовление платы, на которую они будут устанавливаться (припаиваться). И, во-вторых, по-любому нужен радиатор, поскольку излучение света светодиодом сопряжено с большим выделением тепла. А это значит, что проектируется радиатор, оптимально совместимый с имеющимся в наличии корпусом и разведённой платой. Ну и, в конечном итоге, это тоже светоблок.
Далее. Что является источником тока? Или напряжения? Хорошие вопросы. Потому, что оба правомерны. Потому, что тут тоже два решения.
Либо используется готовый “светодиодный драйвер”, то есть источник тока, рассчитанный на группу из конкретного количества соединённых между собой последовательно светодиодов определённой мощности.
Либо используется источник напряжения (что гораздо дешевле), подбираемый по общему падению напряжения на группе светодиодов в светоблоке. Плюс стабилизатор тока, состоящий из непосредственно микросхем стабилизации и токозадающих резисторов (подбираются, исходя из того, насколько близко к номинальному режиму будут эксплуатироваться светодиоды в прожекторе).
Ну вот, собственно, и всё. Полноцветный RGB-вариант отличается лишь присутствием контроллера (отдельное изделие). Да и то, зачастую, внутри контроллеры не устанавливаются. В случае, если необходим направленный свет, то на диоды устанавливается дополнительная оптика.
Как видите, всё банально. И это прекрасно. Поскольку все мы хорошо помним ещё из детства про взаимосвязь простоты и гениальности.
купить светодиодный прожектор
Источник: lumenled.ru
Область применения и устройство
Слово «прожектор» было заимствовано из латинского языка. Дословно projectus обозначает — брошенный вперёд. Под этим понятием понимается прибор, испускающий свет посредством перераспределения и фокусирования видимой энергии расположенного внутри него источника излучения. Первый прототип такого прибора был разработан итальянским изобретателем Леонардо да Винчи, а впервые его создал русский механик-изобретатель Иван Петрович Кулибин.
Рассматриваемые устройства первоначально применялись для установки на маяках, охраняемых территориях и в киноиндустрии. В качестве источника света в них использовалась лампочка накаливания большой мощности. Конструкции отличались: крупными габаритами, низким коэффициентом полезного действия, повышенным нагревом.
С развитием полупроводниковых приборов и появлением мощных светодиодов наступила новая эра применения прожекторов. Из-за неприхотливости конструкции и экономичного использования энергии они стали использоваться не только на промышленных и коммунальных объектах, но и в частных домовладениях. Сегодня их можно встретить на фасадах различных жилых и административных зданий, туннелях, мостах. Они освещают памятники архитектуры, баннеры, дорожки, входы и выходы.
Конструкция прибора
По своей конструкции светодиодный прожектор не представляет собой сложное устройство. В нём может использоваться как один мощный светодиод (LED), так и их группа. Для фиксации прибора на различных поверхностях применяется кронштейн, который в большинстве случаев является неотъемлемой частью устройства.
Можно выделить следующие основные элементы, составляющие конструкцию светодиодного прожектора:
- корпус;
- система излучения света;
- драйвер.
При работе устройства, кроме испускания квантов света, выделяется и тепловая энергия. Поэтому для защиты излучателя и элементов управления прожектора корпус изделия выполняется из теплопроводного лёгкого материала. В основном корпуса изготавливаются из алюминия и дюрали, но для маломощных приборов он может быть выполнен и из пластика.
Световой модуль изготавливается на основе COB (chip-on-board) или матрицы из SMD светодиодов. Первый тип является самым распространённым, так как он был специально сконструирован для создания направленного света, в то время как второй по заявлениям производителей имеет большую продолжительность работы.
Суть технологии COB заключается в применении керамической подложки, на которой размещаются бескорпусные излучающие кристаллы. Сверху на них наносится люминофорный слой. Такой подход при производстве позволяет снизить себестоимость изделия и получить равномерное свечение, при котором отдельные точки кристаллов практически не видны.
Мощность COB-матрицы может достигать ста ватт, а хорошо выполненный теплоотвод позволяет достичь практической светоотдачи, равной 100−150 люменов на один ватт. Срок службы такой матрицы по заявлениям производителей составляет около 30 тысяч часов работы. Технология COB матриц молодая, она появилась только в 2010 году и продолжает развиваться стремительными темпами.
SMD-матрицы представляют из себя набор из светодиодов, размещённых на алюминиевой подложке. Обычно мощность одного такого элемента не превышает двух ватт. Большое количество светодиодов, располагающихся близко друг к другу, позволяет в среднем выдавать освещение равное 110 люмен на один ватт. Заявленный их срок службы достигает 50 тысяч часов. Особенностью прожекторов с SMD-матрицей по сравнению с одноматричными является больший световой поток. Связано это с тем, что в одноматричных прожекторах не применяются светодиодные чипы с соотношением более 1 Вт на 0.9 лм.
Принцип действия
Работа прожектора основана на свойстве p-n перехода излучать свет в видимом спектре человеческому глазу. При подаче на радиоэлемент напряжения внутри него происходит переход носителей заряда через зону соприкосновения двух материалов с разной проводимостью. В результате заряды сталкиваются, и возникает процесс, сопровождающийся излучением квантов света.
Основным параметром излучателя является его рабочий ток. То есть это та его сила, при которой происходит процесс рекомбинации. От его значения зависит температурный режим работы прибора. Высокий нагрев радиоэлемента приводит к его деградации и выходу из строя. Поэтому важно ограничивать подающуюся на прибор света величину тока, другими словами — питающее напряжение. Для этого и используется электронная плата — драйвер.
При включении прожектора в переменную сеть 220 вольт, напряжение через контактные клеммы поступает на драйвер устройства, в котором выпрямляется и снижается до нужного значения. Затем уже с него сигнал попадает на источник света. Фокусирование потока излучения осуществляется линзой Френеля или рефлектором. Для избегания попадания внутрь модуля влаги и пыли корпус обрабатывается силиконовыми герметиками. Охлаждение радиоэлементов происходит естественным образом за счёт отверстий и конструкции теплоотвода.
Характеристики прожекторов
Достоинствами светодиодных прожекторов является их простота установки, отсутствие вредных веществ, небольшие габариты и вес. Световой поток характеризуется однородностью и равномерностью свечения. У такого типа осветителей отсутствуют пульсации и мерцания. Устройства устойчивы к вибрациям и могут работать при температуре от минус 70 до плюс 45 градусов.
Неважно, приобретается прожектор в магазине или конструируется самостоятельно, к его основным характеристикам относят:
Мощность светового потока. Этот параметр определяет максимальный свет, который может дать прибор.- Фокусирование свечения. Обозначает угол рассеивания света. Если угол расхождения света большой, то освещается больше территории, но количество света при этом будет меньше.
- Защищённость. Так как устройство эксплуатируется на улице, то оно постоянно подвергается воздействию окружающей среды. Поэтому очень важно защитить прожектор от попадания к нему внутрь пыли, влаги или других веществ и предметов.
- Цветопередача. Этот параметр зависит от типа используемых излучателей. Характеризует, насколько естественно выглядят предметы под светом устройства.
- Цветовая температура. Зависит от вида используемых светодиодов. Считается, что цвет, наиболее комфортный для человеческого глаза, лежит в интервале 2200−3000 К.
- Питание. Для работы осветителя нужна электрическая энергия. Поэтому наиболее распространёнными являются устройства, работающие от сети переменного напряжения 220 вольт. Но в последнее время популярными становятся приборы, использующие для своей работы энергию, накопленную солнечными батареями.
- Дополнительные функции. Нередко производители оснащают свои прожекторы различными датчиками, реагирующими на разные изменения. Например, это могут быть датчики света или движения.
Самостоятельное изготовление
Купить светодиодный прожектор в магазине не проблема, но гораздо дешевле и приятней будет собрать его собственными руками. На самом деле при правильном подходе изготовить самостоятельно такого типа осветитель не представляет особой сложности, учитывая, что в магазинах можно приобрести все нужное для этого. Вот список того, что понадобится для конструирования прожектора:
- отражатель;
- корпус и элементы для его соединения;
- матрица излучения света;
- драйвер;
- провода;
- герметик или клей.
Одни материалы понадобится купить, а другие можно сделать из подручных средств или даже снять со старых ненужных приборов.
Матрица излучателей и драйвер
Существует три вида светодиодов. Для прожектора применяются сверхяркие светодиоды белого цвета на металлической подложке или LED. Излучатели, выполненные в пластиковых цилиндрических корпусах со штыревыми видами, для изготовления мощных прожекторов непригодны.
Как только нужное количество светодиодов или диодных сборок для получения нужной мощности куплено, начинается их монтаж на подложку. Так как при работе излучатели сильно нагреваются, то понадобится крепить их на радиатор. В качестве него можно взять любую алюминиевую или медную пластину и вырезать из неё необходимый размер, а можно применить готовый радиатор из компьютера или другой техники.
У SMD светодиодов крепёжные отверстия обычно не предусмотрены, поэтому к радиатору их приклеивают, используя теплопроводный клей. Как только все элементы приклеены, между ними понадобится обеспечить электрический контакт. Для этого, используя кусочки провода, все излучатели соединяют параллельно или последовательно друг другу с помощью пайки.
Если применяется большое количество светодиодов, то есть смысл использовать последовательно-параллельное включение. Для этого создаются ветви, состоящие из равного количества светодиодов с последовательно установленным ограничительным резистором. Его расчёт несложен: из напряжения питающей сети вычитается напряжение светодиода и делится на предельно допустимый ток.
Последнее значение определяется как сумма токов каждого элемента в ветви. Как только соединение радиоэлементов выполнено, в удобном месте радиатора просверливается отверстие, через которое пропускается пара проводов. Один провод припаивается к общему плюсу светодиодов, а другой к минусу. С обратно же стороны делается запас около четырёх сантиметров, дающий возможность свободно припаять драйвер.
В зависимости от количества светодиодов понадобится изготовить или приобрести блок питания с требуемым напряжением для их розжига. Для этого понадобится знать характеристики используемых светодиодов.
Для прожектора средней мощности можно использовать блоки питания общебытового назначения с выходным пульсирующим током до двух ампер и напряжением на 3−5 вольт выше прямого напряжения диодов. Для избегания всплесков напряжения, могущего привести к перегоранию светодиодов, драйвер должен иметь стабилизацию. Её можно выполнить, используя интегральные микросхемы: LM317, LM350 и LM338.
Сборка элементов воедино
Как только драйвер с матрицей будут готовы, понадобится определиться с корпусом, в котором свободно смогут разместиться все элементы. В качестве него можно использовать любое подходящее по габаритам ненужное устройство. Например, компьютерный блок питания, старый прожектор с лампочкой. А можно сделать и самому, но для этого понадобятся слесарные навыки.
При этом следует сразу предусмотреть возможность крепления корпуса к стенам или потолку. В качестве отражателя подойдёт обыкновенная пищевая фольга, а вместо защитного стекла можно использовать прозрачный пластик, например, из коробочки от CD дисков.
Все элементы аккуратно размещаются в середине. Для их закрепления проще всего использовать не резьбовые крепления, а, например, стяжки или клей. Но в случае ремонта при приклеивании элементов к корпусу разборка прибора существенно осложнится. Плюс со светодиодов припаивается к плюсу драйвера, а минус к общему проводу. На корпус выводится разъем для подключения к сети 220 вольт или просто пара проводов.
Делается пробное включение. Если прожектор проработал около часа, и его температура нагрева не превысила 50−60 градусов, то можно с уверенностью герметизировать корпус и начинать радоваться самостоятельно выполненному устройству.
Источник: 220v.guru
Светодиоды в LED прожекторах
Из названия самих источников света понятно, что одним из основных компонентов стоит считать светодиоды) Масло масляное). Наиболее востребованными остаются LEDs следующих типов:
- мощные светодиоды 350 мА ( 1,3,5 Вт )
- сверхмощные диоды на основе COB технологии ( по мне – так самые предпочтительные )
- SMD светодиоды
Об основных достоинствах, недостатках, строении и т.п. можете прочитать в этом материале. Ниже я только заострю на основные отличия между данными типами диодов. Всю остальную информацию можно прочитать по ссылке, указанной выше.
Особенность устройства мощных светодиодов 1,3,5 Вт для прожекторов
Визуально Вы не сможете определить разницу между мощными диодами 1,3,5 Вт, если, конечно не “супер профессионал”. Разницу можно определить только по силе света. И то, не всегда. Могут быть подвохи. Если есть специальный инструмент, то можно определить какой мощности диод, сравнив размеры самого кристалла. Но не у всех есть такие приборы. Да и в повседневной жизни они не очень нужны.
На фото Вы можете видеть, что производство таких типов диодов достаточно сложное. А это ведет к удорожанию последних.
По большому счету, мощные диоды 1,3,5 Вт уже устарели. Если брать во внимание из использование в светодиодных прожекторах. Для получения более-менее качественных световых характеристик диодов нужно большое количество. А это далеко не лучший вариант с позиции ценообразования. Я давно уже наблюдаю, как большинство продавцов пытается “хотя бы” куда-нибудь сбыть свой товар.
Но есть и плюсы в таких LEDs – тепловой нагрев. С ним достаточно просто справиться, по сравнению с другими типами чипов.
Сверхмощные светодиоды на основе технологии COB для прожекторов
На 2015-2016 года прожектора на таких диодах получили огромное предпочтение у покупателей. И это не только из-за дешевизны чипов, но и по большей части от того, что в один такой диод с легкостью можно “запихать” несколько кристаллов и получить от 10, 20, 30, 50 ВТ и более. Вплоть до 500 Вт! Есть уже и такие диоды. Я их не “пытал”, но думаю с теплоотводом проблемы просто жуткие должны быть.
Конструктивно СОБ диоды также имеют большие отличия. От круглых, овальных, до прямоугольных и квадратных. В один корпус помещается от 9 до нескольких десятков кристаллов и заливаются люминофором.
Качественные светодиодные прожекторы отличаются от дешевых именно хорошими чипами. На хороших плата состоит из сплава меди, либо материалов повышенной теплопроводности. Это дает возможность получить до 0,5 К/Вт. Это позволяет получить эффективный теплоотвод. Большой популярностью на COB диодах стали прожектора мощностью 10, 20, 30 и 50 Вт.
Сверхяркие SMD светодиоды в устройстве прожекторов
SMD светодиоды получили свое название от английского Surface Montage Details – поверхностный монтаж деталей. Самыми распространенными SMD в прожекторах являются SMD 5050, SMD 2835 и SMD 5630 (5730). Также в продаже частенько замечаюи и СМД 7230, но пока их не тестировал и ничего про них сказать не могу. Но по первому впечатлению светят более, чем добротно. Производство прожекторов на любых диодах для поверхностногоомнтажа экономически оправданы. Стоимость достаточно низкая ( по сравнению с COB ) диодами, плюс к этому достаточно просто “бороться” с отводом тепла.
Виды и типы LED прожекторов на разных светодиодах
В зависимости от устанавливаемых в корпус прожекторов диодов, последние имеют разнообразные виды и формы. Наиболее компактные – на СОБ диодах, средний размер имеют прожекторы, устроенные на SMD и самые большие – на мощных диодах 1,3,5Вт. Вообще, большой размер прожекторов на мощных чипах обуславливается только тем, что для хорошего светового потока требуется много диодов. Также не стоит забывать о необходимости устанавливать на такие светодиоды и вторичную оптику ( коллиматоры, линзы ), что также влияет наконечный размер прожектора.
Отражатели и линзы в LED прожекторах
Устройство прожекторов немыслимо без отражателей и линз. Оба этих оптических прибора служат для формирования определенного угла светового потока, получаемого мощными светодиодами. Правильно подобранная оптика максимально увеличит эффективность и плотность светового потока. Вся имеющаяся оптика подразделяется на линзы и на отражатели для светодиодов.
Линзы для светодиодов в прожекторах
Большинство линз выпускают из прочного стекла наивысшего качества. По большей части их устанавливают в прожекторы или светильники уличного освещения, промышленные источники света.
Основа любой линзы – боросиликатный материал, способный по своему составу придавать прочностные характеристики и придавать изделию высокий показатель прозрачности. В магазинах большой популярностью пользуются линзы с круговой и косинусной диаграммой.
Любой светодиод имеет первоначальную оптику с углом излучения 120 градусов. Нам не всегда нужен такой угол. Как правило, диодные прожекторы освещают только определенный участок помещения. Для изменения угла рассеивания производители используют в устройстве прожекторов коллиматорные и фокусирующие линзы, френелевские преломители и т.п.
Используя колиматоры мы получаем разнообразные пучки света. Наиболее распространенные линзы на 15, 30, 45, 60, 90 градусов. Менее распространены линзы на 126 градусов, позволяющие расширить угол излучения светодиода. Еще раз повторюсь… Коллиматорная вторичная оптика нашла широкое применение в прожекторах с мощными светодиодами.
Широкое применение получили фокусирующих линз в устройствах на COB светодиодах.
Виды и типы отражателей в прожекторах
По способу распределения отраженного потока отражение может быть зеркальным ( направленным ), рассеянным ( диффузным ), направленно-рассеянным и смешанным. На основании этого, в прожекторах применяются и соответствующие отражатели. Если смотреть по видам, то отражатели подразделяются на: симметричные, ассиметричные, круглосимметричные, способные создать различные световые потоки по направленности и градусам.
Кругло-симметричные параболические отражатели
Симметричные отражатели устанавливают в прожекторы в том случае, если есть необходимость ограничить телесный угол распределения светового потока при условии широкого светораспределения в продольной плоскости. Отражатели таких типов имеют разную глубину и диаметр. В зависимости от глубины отражателя получается узколучевой, заливающий или рассеивающий световой поток.
Параболический диффузионный отражатель
Самые распространенные отражатели. Такие отражатели дают нам возможность получить от светодиода равномерно распределенный пучок света. Единственный минус таких устройств – их нельзя выполнять из цветных металлов.
Светодиоды- полупроводниковые приборы, критичные к току. Для питания необходимо использовать специальные драйверы. Для питания светодиодов абсолютно не требуется больших напряжений. К примеру для мощных диодов достаточно 3,2В в 350 мА ( 1W ). COB кристаллы способны работать от 5,5 В. По факту, на LED можно и 6000 Вольт “кинуть”. Диод берет только то напряжение, которое ему необходимо. С током же будут проблемы. Если Вы захотите и подадите на кристалл ток, превышающий заводские характеристики, то попросту сожгете свой диодик. Хорошо, если это дешевые приборы, а если 20,30,100 Вт матрицы? Цена на них кусается. И не каждому хочется заново тратить свои кровные на покупку очередных матриц только из-за того, что решили поэкспериментировать и подать заведомо не предназначенный для него ток. Исходя из этого любое устройство светодиодного источника света, будь это светильник, лампа или прожектор имеет LED драйвер. Основное и главное его предназначение – стабилизация постоянного тока. Основное требование любого драйвера – КПД, стабильность выходного тока и надежность.
Если более популярно, то при напряжении 220 В из блока питания (драйвера) будет выходить определенное заданное значение напряжения и СТРОГО определенный ток. Конечно, Вам никто не мешает собрать прожектор самостоятельно на коленке и запитать его первым попавшимся блоком питания, например, от компьютера. Но дам гарантию, что в 90 процентах случаев Ваше чудо-творение не долго проработает. Блок питания — это не драйвер. Он выдает необходимое напряжение, но никак не стабилизирует ток.
В 2015-2016 году по статистике производителей, наиболее популярными прожекторами были и есть – 10 Вт светильники. Для прожекторов с такой мощностью необходимо использовать драйвер с диапазоном напряжений 20-38В и током 350-700мА.
Монтажные платы и радиаторы, устанавливаемые в корпус прожекторов
Последнее, что нам предстоит рассмотреть на сегодня – теплоотвод.
КПД любого источника света на LEDs на порядок больше, чем у ламп накаливания. Температурный режим ЛН составляет порядка 200 градусов Цельсия. В светодиодах – не более 100-150, в зависимости от типа. Температура осветительной арматуры не должна превышать 80 градусов, что позволить свести к минимуму процесс деградации кристаллов светодиода.
Для снижения рабочей температуры светодиодов устройство прожекторов имеет монтажную плату и радиатор. Раньше платы изготавливали из алюминия. В настоящий момент развивается технология производства плат на основе керамо-алюминиевых материалов. Это позволяет получить не только хорошее электрическое соединение, но и достаточно эффективный теплоотвод. При монтаже диодов на плату необходимо обильно смазывать место соединение чипов с платой термопроводящей пастой.
Бытует ошибочное мнение, что монтажная плата, выполненная из алюминия может самостоятельно справиться с теплом. Это не верно. Дополнительный теплоотвод в любом светодиодном источнике света просто необходим. Для прожекторов и ламп – это радиатор. У каждого производителя свои наработки. Радиаторы имеют форму кругов, шаров, прямоугольников и т.д. и т.п. Есть хорошие экземпляры прожекторов – с дополнительным искусственным охлаждением – вентилятором. К таким можно отнести источники мощностью от 100 Вт. В таких конструкциях кулеры более чем желательны.
Вообще – радиаторы – достаточно щекотливая тема. И как-нибудь я обязательно посвящу этому большую статью. А пока раскланиваюсь…)
Источник: leds-test.ru
Конструкция осветительного прибора
Раньше электрические световые прожектора использовались исключительно военными моряками для розыска вражеских кораблей. Сейчас функциональное использование этих приборов существенно расширилось. Со временем конструкция фонаря существенно изменилась: канули в Лету примитивные лампы накаливания, на смену им пришли мощные и экономичные светодиодные прожектор.
Стандартное осветительное устройство на светодиодной основе — светодиодный прожектор — состоит из следующих составных частей:
- Корпус. Размер корпуса варьируется в зависимости от мощности источника света. Материал корпуса изготавливается из высококачественного пластика или сплава легких металлов. С освещаемой стороны корпус выполнен из прозрачного светопропускающего материала – полимер или стекло.
- Блок питания. В зависимости от назначения он, может быть с высоковольтным выходом или низковольтным.
- Устройство крепления для фиксации к корпусу. Как правило предусмотрена возможность поворота фонаря в любую из сторон на 90 градусов.
- Один из видов источника света (сейчас в основном используются светодиодные или галогенные лампы).
- Зеркальный отражатель. Может быть выполнен как из стекла, так и из посеребренного пластика или различных фольгированных элементов.
- Затеняющая шторка.
- Питающий провод в двойной изоляции.
- Вилка с заземлением.
Виды электрических прожекторов
Классификация приборов освещения производится, как правило, по типу используемых в них ламп. Помимо универсальных светодиодных прожекторов, выделяют также:
- Устройства с ксеноновыми лампами. Ксенон это относительно недавно открытый британцами газ, обеспечивающий хорошую светопередачу на дальние расстояния при нагревании. Он получил широкое распространение в автомобильной промышленности. Существенным недостатком качественного прибора освещения на ксеноновой основе является высокая стоимость
- Ртутный прожектор, принцип действия основан на свечении паров ртути при низком давлении; длина световых волн достигает значения 254 Нм. Главным недостатком является относительно низкая светопередача. Иными словами, по сравнению с другими видами прожекторов он недостаточно «светится»
- Плазменный вид в основном используется как элемент светового декора, а как источник освещения широкого применения не получил;
- Галогенные и металлогалогенный прожекторы. Источником света в них являются пары буферных газов и металлов.
Использование светодиодов в прожекторах
Каждый светодиодный прожектор – это отдельное, самостоятельно устройство, спроектированное под конкретные требования и обладающее уникальными характеристиками. Отличительными чертами светодиодных ламп является длительный срок эксплуатации — до 50 000 часов непрерывной работы, низкая температура рабочего режима. В отличии от ламп накаливания и других аналогов, светодиоды практически не нагреваются, следовательно, они более пожаробезопасны.
По энергозатратам, светодиодные источники света сопоставимы с экономичными лампами на ртутной основе, но при более интенсивном световом излучении. В процессе эксплуатации они могут подвергаться механическим воздействиям – их часто переносят в разные места, трогают, передвигают; светодиодные лампы при этом отличаются повышенной ударопрочностью без влияния на срок службы. Конструктивной особенностью светодиодной лампы, является то, что полупроводниковый излучатель направлен в одну стороны – сторону освещения.
Правила выбора нужного устройства
Светодиодный прожектор широко используются в промышленности в качестве подсветки мачт и высоковольтных линий электропередач. При производстве ремонтных работ в стояночных автомобильных боксах и РММ используют низковольтные светодиодные прожекторы. Они незаменимы как светильники уличного освещения с высокой светоотдачей. Применяются также в складских, офисных помещениях. Их можно характеризовать как универсальные устройства для освещения.
Для правильного выбора нужного прибора, необходимо определить функциональное назначение – для чего будет использоваться и необходимую интенсивность светового потока, мощность лампы. Например, в качестве источника уличного освещения на даче достаточно использовать светодиодную лампу в прожекторе мощностью 150-1000 Вт.
Светодиод или галоген
На самом деле спор относительно того, какую лампу использовать в световом прожекторе на сегодняшний день лучше: светодиодную и галогенную давно решен в пользу светодиодных источников света и вот по каким основным причинам.
Галогенная лампа в качестве светящего элемента использует нагретые пары газов и металлов. При малейшем загрязнении поверхности лампы (а достаточно простого прикосновения руками) и срок эксплуатации – сокращается до 50 раз. Светодиодная лампа не чувствительна даже к серьезным загрязнениям.
Галогенный прожектор – это фактически устройство с лампой накаливания с улучшенными характеристиками, следовательно она менее экономична по потреблению электроэнергии чем светодиод.
В производстве светодиодных ламп не используются вредные вещества, тяжелые элементы, следовательно при разбивания она представляет значительно меньшую опасность, чем галогенная.
Стандарты светового излучения
Главная характеристика любого светового прибора – это количество излучаемого света, которая выражается в люменах (Лм). Например, прямой свет солнца составляет в среднем — 100 000; при облачной погоде зимой 3000 Лм. Давно замечено, что вероятность многих всех болезней возрастает пропорционально недополученного человеком света определенного спектра. Школьные нормы требуют освещенность классов в 500 Лм.
По этой причине, выбирая светодиодный прожектор необходимо выбирать не столько оболочку, сколько источник освещения внутри. Светодиодные лампы обеспечивают передачу практически всего волнового спектра солнечного света. Но конечно, ни один, даже самый совершенный световой прибор с солнечным светом сравниться не может.
Резюмируя все сказанное
Простота использования, низкая стоимость эксплуатации, высокая пожарная безопасность – вот визитные карточки современных светодиодных прожекторов. Производители предлагают светодиодные лампы к практически всем видам питающих цоколей, следовательно использовать светодиоды можно даже на приборах, разработанные под другие лампы – достаточно правильно подобрать основание.
К негативным сторонам светодиодных источников света можно отнести высокую чувствительность к частоте циклов включения, выключения. Предпочтительней использовать светодиодные лампы, как с точки зрения экономии средств так и сточки зрения безопасности.
Источник: ProOsveschenie.ru
Электротехнические особенности работы со светодиодами
Если вы намерены использовать светодиодную технику, вам не помешает узнать о некоторых тонкостях работы с ней, которые отчасти можно назвать недостатками. С одной стороны, светодиоды — компактные, экономные и долговечные источники света, а с другой?
Твердотельные полупроводниковые элементы критически чувствительны к высоким температурам в активной зоне. Явление, называемое деградацией, заключается в потере полупроводником легирующих добавок, что выражается в снижении светового потока или окончательном выходе из строя.
а) конструкция обычного светодиода: 1 — анод; 2 — катод; 3 — проводник; 4 — кристалл; 5 — пластиковая линза
б) конструкция мощного светодиода: 1 — корпус; 2 — проводник; 3 — теплоотвод; 4 — кристалл; 5 — линза; 6 — катод
При температуре от 60 °С светодиод деградирует очень быстро и заявленные производителем 50 тысяч часов в итоге оборачиваются в 3–5 тысяч. И чем мощнее одиночный светодиод, тем выше вероятность его быстрого старения из-за перегрева. Поэтому при разработке осветительных приборов во главу угла ставится качественная система отвода тепла, а также разбиение излучателя на несколько точек и их правильная компоновка.
Другая особенность светодиодов — они могут пропускать только ограниченное число электронов в единицу времени. Сеть, питающая светодиод, должна быть стабилизирована по току, иначе возникает сильный перегрев и связанные с ним негативные последствия. Ток в цепи питания регулируется приложенным напряжением и ограничивается резистором на каждом из светодиодов. При разработке схемы соединения нужен тщательный расчёт: завысите напряжение и светодиоды быстро выйдут из строя, а сделаете слишком низким — будут светить вполсилы.
Наиболее простые прожекторы имеют только один светоизлучающий элемент, в приборах же высокой мощности рекомендуется распределять нагрузку для более эффективного отвода тепла. В таких случаях соединение может быть последовательным, параллельным или смешанным. Первое не совсем безопасно: если один из светодиодов перегорит, он может либо разорвать цепь, либо шунтировать её. При параллельном (и особенно смешанном) соединении велик риск, что после выключения из цепи одного потребителя ток в питающей сети возрастёт до неприемлемых величин.
Точечные источники и матрицы: выбор, закупка
Есть три типа светодиодов, которые разумно использовать в изготовлении прожекторов. Учтите, что при сборке светового прибора из нескольких светодиодов, они должны быть идентичны как по типу, так и по вольт-амперным характеристикам. Также рекомендуется приобрести до десятка запасных диодов в качестве ремкомплекта и на случай повреждения при монтаже.
Светодиоды в виде пластиковой капсулы со штыревыми выводами пригодны для изготовления небольших прожекторов и фонариков. Это наиболее дешёвый тип продукции, а конечное изделие в итоге будет относительно легко отремонтировать.
Второй тип — сверхяркие белые светодиоды на металлической подложке. Их стоит использовать в высокомощных осветительных приборах, отводить тепло от них достаточно просто.
Ещё одной разновидностью LED служат светодиодные матрицы высокой мощности. Не рекомендуется самостоятельно изготавливать прожекторы с мощностью матриц 20 Вт и выше: эффективно отвести тепло простыми мерами не удастся.
Детали корпуса и рефлектора
Есть ряд решений для корпуса самодельного прожектора. Если требуется высокая степень пыле-влагозащиты для уличного фонаря, то подойдёт автомобильная фара. Ободок цоколя лампы нужно будет вырезать и закрепить поверх панели со светодиодной матрицей. Недостаток метода — ограниченная мощность прожектора при том, что матрица в нём поместится только одна.
Если вы размещаете несколько светодиодов или матриц на одной печатной плате или монтажной панели, корпус можно изготовить из жести или тонколистовой стали. На заготовке разметьте развёртку усечённой пирамиды: квадрат в центре и одинаковые равнобедренные трапеции по сторонам. Не забудьте оставить по «язычку» на одной из боковых сторон каждой трапеции для стыкования лепестков между собой. Также в меньшем основании трапеции следует оставить прямоугольную полоску около 15–20 мм, а в центре квадрата вырезать ещё один со стороной на 20–25 мм меньше.
Когда выкройка будет готова, отшлифуйте края, согните корпус и соедините швы заклёпками. Внутреннюю поверхность прогрунтуйте, вскройте белой аэрозольной краской без глянца и оставьте сохнуть на 2–3 суток. С передней стороны корпуса заведите по диагонали квадратный отрезок стекла подходящих размеров и прислоните его к загнутым полочкам изнутри. По контуру стекла обильно пройдитесь белым силиконом, им же промажьте швы корпуса.
Крепление монтажной панели или платы выполните на восьми болтах по 4 мм, предварительно просверлив отверстия по краям каждой полочки на узкой стороне корпуса. Чтобы пластина прилегала плотно, используйте уплотнитель для дверей из вспененного ПВХ. Обтянуть болты будет непросто, их головки недоступны, поэтому используйте пару законтренных гаек на конце.
Монтаж радиоэлементов
Если вы выбрали светодиоды со штыревыми выводами, для их монтажа потребуется пластина текстолита. Продумайте схему размещения и нарисуйте перманентным маркером токоведущие дорожки. Аноды всех светодиодов (длинные хвосты) допустимо собрать на одну шину «массы». Катоды также собираются в одну точку, но в цепь питания каждого светодиода следует последовательно включить токоограничивающий резистор.
Его расчёт прост: из напряжения питающей сети вычитаем напряжение светодиода и делим на предельно допустимый ток. Чтобы перестраховаться на случай колебаний напряжения источника, допустимый ток светодиода можно заведомо занизить до 90–95% паспортного значения.
Пример схемы светодиодной матрицы из диодов с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА
Ориентировочное напряжение питания для одного светодиода составляет 4 В. Если источник выдаёт больше, целесообразно включать диоды по смешанной схеме, где параллельно соединены гирлянды, в каждой из которых по одному светодиоду на каждые 4–5 В напряжения. Допустимый ток для такой последовательной сборки определяется как сумма допустимых токов каждого, а прямое напряжение остаётся тем же, при условии что у каждого светодиода этот параметр одинаков.
Разместив элементы и нарисовав дорожки, протравите пластину текстолита в растворе лимонной кислоты (30–50 г), 3-х процентной перекиси водорода (100 мл) и поваренной соли (2 чайные ложки), периодически проверяя степень растворения незащищённых участков. Просверлите отверстия под штыревые выводы сверлом на 1,5–2 мм, просверлите восемь отверстий для крепления платы к корпусу, а затем тщательно пролудите токоведущие части припоем с канифолью.
Для светодиодной матрицы можно также использовать монтажную плату
Если вы собираете диоды или матрицы на охлаждающей подложке, их монтаж выполняется навесным способом. В качестве монтажной панели следует выбрать алюминиевый радиатор типа «расчёска». Каждый светодиод крепится посредством двух или трёх отверстий, разметьте их все сразу и просверлите с тыльной стороны радиатора сверлом на 2,5 мм.
Для крепления используйте короткие саморезы 3,5х11 мм для металлических профилей, но без бура на конце. Перед закреплением диода нанесите на подложку небольшое количество термопасты КПТ-8.
Катод (-) и анод (+) у светодиодов с подложкой маркированы, схема подключения и расчёт защитных резисторов одинаковы для всех типов. Соединять элементы между собой следует посредством отрезка телефонного провода. Чтобы не выполнять лишнюю работу, аноды можно сразу припаивать короткими перемычками к корпусу алюминиевого радиатора.
Вопрос об источнике питания
После сборки светодиодов у вас останется два вывода, на которые было бы неплохо подать напряжение, но откуда его взять? Бытовые источники питания здесь мало применимы, для питания светодиодов нужен LED-драйвер, выдающий пульсирующий постоянный ток стабильного значения.
Для большинства изделий подойдёт драйвер систем интерьерного освещения или для LED-лент. Лучше приобрести источник питания заранее, чтобы по нему рассчитать количество и схему соединения диодов согласно напряжению на выходе и общему току стабилизации.
Для небольших поделок можно использовать блоки питания общебытового назначения с выходным пульсирующим током в 0,5–1,5 А и напряжением на 3–5 В выше прямого напряжения диодов. Стабилизировать источник питания можно микросхемой LM317, для более мощных прожекторов используйте LM350 и LM338, соответственно, увеличивая мощность источника.
Стабилизатор тока для светодиодов
Ограничение тока микросхемой можно регулировать, меняя сопротивление резистора. Его номинал определяется как 1,25/I, где I — ток светодиода или сборки.
рмнт.ру
19.11.16
Источник: www.rmnt.ru