Поки світлодіодна продукція не увійшла внашем життя остаточно і виробництво повноцінно не стало на рейки, ціна на світлотехніку LED продовжить кусатися. Але навіщо чекати або, того гірше, переплачувати, якщо можна зібрати своїми руками прожектор потрібної потужності по нашій інструкції.
- Електротехнічні особливості роботи зі світлодіодами
- Точкові джерела і матриці: вибір, закупівля
- Деталі корпусу і рефлектора
- монтаж радіоелементів
- Питання про джерело живлення
Якщо ви маєте намір використовувати світлодіодну техніку, вам не завадить дізнатися про деякі тонкощі роботи з нею, які частково можна назвати недоліками. З одного боку, світлодіоди - компактні, економні і довговічні джерела світла, а з іншого?
Твердотільні напівпровідникові елементи критично чутливі до високих температур в активній зоні. Явище, зване деградацією, полягає у втраті полупроводником легуючих добавок, що виражається в зниженні світлового потоку або остаточний вихід з ладу.
а) конструкція звичайного світлодіода: 1 - анод; 2 - катод; 3 - провідник; 4 - кристал; 5 - пластикова лінза б) конструкція потужного світлодіода: 1 - корпус; 2 - провідник; 3 - тепловідвід; 4 - кристал; 5 - лінза; 6 - катод
При температурі від 60 ° С світлодіод деградує дуже швидко і заявлені виробником 50 тисяч годин в результаті обертаються в 3-5 тисяч. І чим потужніший одиночний світлодіод, тим вище ймовірність його швидкого старіння через перегрів. Тому при розробці освітлювальних приладів на перше місце ставиться якісна система відводу тепла, а також розбиття випромінювача на кілька точок і їх правильна компоновка.
Інша особливість світлодіодів - вони можуть пропускати тільки обмежене число електронів в одиницю часу. Мережа, яка живить світлодіод, повинна бути стабілізована за струмом, інакше виникає сильний перегрів і пов'язані з ним негативні наслідки. Струм в ланцюзі харчування регулюється прикладеним напругою і обмежується резистором на кожному з світлодіодів. При розробці схеми з'єднання потрібен ретельний розрахунок: завищили напруга і світлодіоди швидко вийдуть з ладу, а зробите занадто низьким - будуть світити на повну силу.
Найбільш прості прожектори мають тільки один светоизлучающий елемент, в приладах же високої потужності рекомендується розподіляти навантаження для більш ефективного відводу тепла. У таких випадках з'єднання може бути послідовним, паралельним або змішаним. Перше не зовсім безпечно: якщо один з світлодіодів перегорить, він може або розірвати ланцюг, або шунтировать її. При паралельному (і особливо змішаному) з'єднанні великий ризик, що після виключення з ланцюга одного споживача ток в мережі живлення зросте до неприйнятних величин.
Точкові джерела іматріци: вибір, закупівляЄ три типи світлодіодів, які розумно використовувати у виготовленні прожекторів. Врахуйте, що при складанні світлового приладу з декількох світлодіодів, вони повинні бути ідентичні як по типу, так і по вольт-амперних характеристиках. Також рекомендується придбати до десятка запасних діодів в якості ремкомплекта і на випадок пошкодження при монтажі.
Світлодіоди в вигляді пластикової капсули зі штирові висновками придатні для виготовлення невеликих прожекторів і ліхтариків. Це найбільш дешевий тип продукції, а кінцевий виріб в результаті буде відносно легко відремонтувати.
Другий тип - сверхяркие білі світлодіоди на металевій підкладці. Їх варто використовувати в надпотужних освітлювальних приладах, відводити тепло від них досить просто.
Ще одним різновидом LED служать світлодіодні матриці високої потужності. Не рекомендується самостійно виготовляти прожектори з потужністю матриць 20 Вт і вище: ефективно відвести тепло простими заходами не вдасться.
Є ряд рішень для корпуса саморобного прожектора. Якщо потрібна висока ступінь пило-вологозахисту для вуличного ліхтаря, то підійде автомобільна фара. Ободок цоколя лампи потрібно буде вирізати і закріпити поверх панелі зі світлодіодною матрицею. Недолік методу - обмежена потужність прожектора при тому, що матриця в ньому поміститься тільки одна.
Якщо ви розміщуєте кілька світлодіодів або матриць на одній друкованій платі або монтажної панелі, корпус можна виготовити з жерсті або тонколистової сталі. На заготівлі розмітьте розгортку усіченої піраміди: квадрат в центрі і однакові рівнобедрені трапеції на всі боки. Не забудьте залишити по «язичку» на одній з бічних сторін кожної трапеції для стикування пелюсток між собою. Також в меншому підставі трапеції слід залишити прямокутну смужку близько 15-20 мм, а в центрі квадрата вирізати ще один зі стороною на 20-25 мм менше.
Коли форма буде готова, відшліфуйте краю, зігніть корпус і з'єднайте шви заклепками. Внутрішню поверхню прогрунтуйте, розкрийте білої аерозольною фарбою без глянцю і залиште сохнути на 2-3 доби. З передньої сторони корпуса заведіть по діагоналі квадратний відрізок скла відповідних розмірів і притулите його до загнутим поличках зсередини. По контуру скла рясно пройдіться білим силіконом, їм же промажьте шви корпусу.
Кріплення монтажної панелі або плати виконайте на восьми болтах по 4 мм, попередньо просвердливши отвори по краях кожної полички на вузькій стороні корпусу. Щоб пластина прилягала щільно, використовуйте ущільнювач для дверей зі спіненого ПВХ. Обтягнути болти буде непросто, їх головки недоступні, тому використовуйте пару законтренних гайок на кінці.
монтаж радіоелементівЯкщо ви вибрали світлодіоди зі штирові висновками, для їх монтажу потрібно пластина текстоліту. Продумайте схему розміщення інарісуйте перманентним маркером струмопровідні доріжки. Аноди всіх світлодіодів (довгі хвости) допустимо зібрати на одну шину «маси». Катоди також збираються в одну точку, але в ланцюг харчування кожного світлодіода слід послідовно включити струмообмежуючі резистор.
Його розрахунок простий: з напруги мережі живлення віднімаємо напруга світлодіода і ділимо на гранично допустимий струм. Щоб перестрахуватися на випадок коливань напруги джерела, допустимий струм світлодіода можна свідомо занизити до 90-95% паспортного значення.
Приклад схеми світлодіодної матриці з діодів з робочою напругою 3 вольта і робочим струмом 20 мА
Орієнтовний напруга живлення для одного світлодіода складає 4 В. Якщо джерело видає більше, доцільно включати діоди за змішаною схемою, де паралельно з'єднані гірлянди, в кожній з яких по одному світлодіоду на кожні 4-5 В напруги. Допустимий струм для такої послідовної зборки визначається як сума допустимих струмів кожного, а пряме напруга залишається тим же, за умови що у кожного світлодіода цей параметр однаковий.
Розмістивши елементи і намалювавши доріжки, протравите пластину текстоліту в розчині лимонної кислоти (30-50 г), 3-х процентного перекису водню (100 мл) і кухонної солі (2 чайні ложки), періодично перевіряючи ступінь розчинення незахищених ділянок. Просвердлите отвори під штирові висновки свердлом на 1,5-2 мм, просвердлите вісім отворів для кріплення плати до корпусу, а потім ретельно пролудіте струмопровідні частини припоєм з каніфоллю.
Для світлодіодної матриці можна також використовувати монтажну плату
Якщо ви збираєте діоди або матриці на охолоджуючої підкладці, їх монтаж виконується навісним способом. Як монтажної панелі слід вибрати алюмінієвий радіатор типу «гребінець». Кожен світлодіод кріпиться за допомогою двох або трьох отворів, розмітьте їх все відразу і просвердлите з тильного боку радіатора свердлом на 2,5 мм.
Для кріплення використовуйте короткі саморізи 3,5х11 мм для металевих профілів, але без бура на кінці. Перед закріпленням діода нанесіть на підкладку невелика кількість термопасти КПТ-8.
Катод (-) і анод (+) у світлодіодів з підкладкою марковані, схема підключення і розрахунок захисних резисторів однакові для всіх типів. З'єднувати елементи між собою слід за допомогою відрізка телефонного дроту. Щоб не виконувати зайву роботу, аноди можна відразу припаювати короткими перемичками до корпусу алюмінієвого радіатора.
Питання про джерело живленняПісля складання світлодіодів у вас залишиться два висновки, на які було б непогано подати напругу, але звідки його взяти? Побутові джерела живлення тут мало застосовні, для живлення світлодіодів потрібен LED-драйвер, який видає пульсуючий постійний струм стабільного значення.
Для більшості виробів підійде драйвер систем інтер'єрного освітлення або для LED-стрічок. Краще придбати джерело живлення заздалегідь, щоб по ньому розрахувати кількість і схему з'єднання діодів згідно напрузі на виході і загальним току стабілізації.
Для невеликих виробів можна використовувати блоки живлення общебитового призначення з вихідним пульсуючим струмом в 0,5-1,5 А і напругою на 3-5 В вище прямого напруги діодів. Стабілізувати джерело живлення можна мікросхемою LM317, для більш потужних прожекторів використовуйте LM350 і LM338, відповідно, збільшуючи потужність джерела.
Стабілізатор струму для світлодіодів
Обмеження струму мікросхемою можна регулювати, змінюючи опір резистора. Його номінал визначається як 1,25 / I, де I - струм світлодіода або збірки.
