DIY světlomet: konstrukce a princip činnosti, výběr LED

Vnější osvětlení ve tmě je nejen důležitou složkou pohodlí různých domácností, ale také nezbytným prvkem bezpečnostního systému. Pro organizaci venkovního osvětlení se nejčastěji používají světlomety, které osvětlují velké plochy a podílejí se na osvětlení konstrukcí. Obchodní platformy nabízejí širokou škálu takových produktů, ale nebude těžké vyrobit LED světlomet vlastníma rukama.

Rozsah a zařízení

Slovo "spotlight" bylo vypůjčeno z latinského jazyka. Doslova projektus znamená vržený dopředu. Tento koncept se týká zařízení, které vyzařuje světlo redistribucí a fokusací viditelné energie zdroje záření umístěného uvnitř. První prototyp takového zařízení vyvinul italský vynálezce Leonardo da Vinci a poprvé jej vytvořil ruský mechanik-vynálezce Ivan Petrovič Kulibin.

Dotčená zařízení byla původně používána pro instalaci na majáky., chráněná území a ve filmovém průmyslu. Jako zdroj světla použili vysoce výkonnou žárovku. Designy se vyznačovaly: velkými rozměry, nízkou účinností, zvýšeným ohřevem.

S vývojem polovodičových zařízení a nástupem vysoce výkonných LED diod začala nová éra světlometů. Díky nenáročnému designu a hospodárnému využívání energie se začaly používat nejen v průmyslových a komunálních zařízeních, ale i v soukromých domácnostech. Dnes je najdeme na fasádách různých obytných a administrativních budov., tunely, mosty. Osvětlují památky, transparenty, chodníky, vchody a východy.

Design zařízení

Svým designem není LED reflektor složité zařízení. Může používat buď jednu výkonnou světelnou diodu (LED), nebo jejich skupinu. K upevnění zařízení na různé povrchy slouží držák, který je ve většině případů nedílnou součástí zařízení.

Lze rozlišit následující hlavní prvky, které tvoří design LED světlometu:

• rám;
• systém vyzařování světla;
• Řidič.

Při provozu zařízení se kromě emise světelných kvant uvolňuje i tepelná energie. Pro ochranu zářiče a ovládacích prvků světlometu je proto tělo výrobku vyrobeno z tepelně vodivého lehkého materiálu. V základu jsou pouzdra vyrobena z hliníku a duralu, ale pro zařízení s nízkou spotřebou může být i plastová.

Světelný modul je vyráběn na bázi COB (chip-on-board) nebo matice SMD LED. První typ je nejběžnější, protože byl speciálně navržen k vytvoření směrové světlo, zatímco druhé má podle výrobců delší trvání práce.

Podstatou COB technologie je použití keramického substrátu, na kterém jsou umístěny bezrámové emitující krystaly. Na ně je nanesena fosforová vrstva. Tento přístup při výrobě umožňuje snížit cenu produktu a získat jednotnou záři, ve které jsou jednotlivé body krystalů prakticky neviditelné.

Výkon matice COB může dosáhnout sto wattů a dobře navržený chladič umožňuje dosáhnout praktického světelného výkonu 100-150 lumenů na watt. Životnost takové matrice je podle výrobců asi 30 tisíc hodin provozu. Technologie COB matrix je mladá, objevila se teprve v roce 2010 a nadále se vyvíjí rychlým tempem.

SMD-matice jsou sada LED diod umístěných na hliníkovém substrátu. Obvykle výkon jednoho takového prvku nepřesahuje dva watty. Velké množství LED umístěných blízko sebe umožňuje průměrné osvětlení 110 lumenů na watt. Jejich deklarovaná životnost dosahuje 50 tisíc hodin. Charakteristickým rysem světlometů s SMD matricí ve srovnání s jednomaticovými je vyšší světelný tok. Je to dáno tím, že LED čipy s poměrem větším než 1 W na 0,9 lm se nepoužívají v jednomaticových světlometech.

Princip fungování

Práce světlometu je založena na vlastnosti p-n přechodu vyzařovat světlo ve viditelném spektru do lidského oka. Když je na radioelement přivedeno napětí, nosiče náboje procházejí kontaktní zónou dvou materiálů s různou vodivostí uvnitř. V důsledku toho se náboje srazí a vzniká proces doprovázený emisí světelných kvant.

Hlavním parametrem emitoru je jeho provozní proud. To znamená, že toto je jeho síla, při které probíhá proces rekombinace. Teplotní režim zařízení závisí na jeho hodnotě. Vysoké zahřívání radioelementu vede k jeho degradaci a selhání. Proto je důležité omezit množství proudu dodávaného do světelného zařízení, jinými slovy napájecí napětí. K tomu se používá elektronická deska - ovladač.

Po zapnutí projektoru na 220voltovou střídavou síť je napětí přes kontaktní svorky přiváděno do ovladače zařízení, ve kterém je usměrněno a sníženo na požadovanou hodnotu. Z něj se pak signál dostane ke zdroji světla. Zaostření toku záření se provádí Fresnelovou čočkou nebo reflektorem. Aby se dovnitř modulu nedostala vlhkost a prach, je pouzdro ošetřeno silikonovými tmely. K ochlazování radioprvků dochází přirozeně díky otvorům a konstrukci chladiče.

Charakteristika světlometů

Výhodou LED světlometů je snadná instalace, absence škodlivých látek, malé rozměry a hmotnost. Světelný tok se vyznačuje rovnoměrností a rovnoměrností luminiscence. Tento typ iluminátoru nemá žádné pulsace ani blikání. Zařízení jsou odolná vůči vibracím a mohou pracovat při teplotách od minus 70 do plus 45 stupňů.

Nezáleží na tom, jestli si reflektor koupíte v obchodě nebo si ho postavíte sami, mezi jeho hlavní vlastnosti patří:

1. Výkon světelného toku. Tento parametr definuje maximální světlo, které může zařízení vydat.
2. Zaměření záře. Označuje úhel rozptylu světla. Pokud je úhel divergence světla velký, pak je osvětlena větší plocha, ale množství světla bude menší.
3. Bezpečnostní. Protože je zařízení provozováno venku, je neustále vystaveno okolnímu prostředí. Proto je velmi důležité chránit světlomet před prachem, vlhkostí nebo jinými látkami a předměty, které se do něj dostaly.
4. Barevné podání. Tento parametr závisí na typu použitých emitorů. Popisuje, jak vypadají přírodní objekty pod světlem zařízení.
5. Teplota barev. Záleží na typu použitých LED. Předpokládá se, že barva nejpohodlnější pro lidské oko leží v rozmezí 2200-3000 K.
6. Výživa. Iluminátor potřebuje k provozu elektrickou energii. Proto jsou nejběžnější zařízení, která pracují na 220 voltové síti střídavého napětí. V poslední době jsou ale populární zařízení, která ke své práci využívají energii nashromážděnou solárními panely.
7. Doplňkové funkce. Výrobci často vybavují své světlomety různými senzory, které reagují na různé změny. Například to mohou být světelné nebo pohybové senzory.

Vlastní výroba

LED reflektor není problém koupit v obchodě, ale mnohem levnější a příjemnější bude sestavit si jej vlastníma rukama. Ve skutečnosti při správném přístupu není výroba tohoto typu osvětlovače sama o sobě nijak zvlášť obtížná, vzhledem k tomu, že vše, co k tomu potřebujete, můžete koupit v obchodech. Zde je seznam toho, co potřebujete k sestavení reflektoru:

• reflektor;
• tělo a prvky pro jeho spojení;
• matice emise světla;
• Řidič;
• dráty;
• tmel nebo lepidlo.

Některé materiály budou muset být zakoupeny, zatímco jiné mohou být vyrobeny z improvizovaných prostředků nebo dokonce odstraněny ze starých nepotřebných zařízení.

Pole emitoru a ovladač

Existují tři typy LED diod. Pro světlomet se používají supersvítivé bílé LED na kovovém substrátu nebo LED. Zářiče vyrobené v plastových válcových pouzdrech s čepovými typy jsou nevhodné pro výrobu výkonných světlometů.

Jakmile je zakoupen požadovaný počet LED nebo diodových sestav pro získání požadovaného výkonu, začíná jejich instalace na substrát. Protože se zářiče během provozu velmi zahřívají, budete je muset namontovat na radiátor. Můžete si vzít jakýkoli hliníkový nebo měděný plech. a vystřihněte z něj požadovanou velikost, nebo můžete použít hotový radiátor z počítače nebo jiného zařízení.

U SMD LED se montážní otvory obvykle neposkytují, proto se k radiátoru lepí pomocí teplovodivého lepidla. Jakmile jsou všechny prvky přilepeny, bude mezi nimi nutné vytvořit elektrický kontakt. K tomu jsou pomocí kousků drátu všechny emitory spojeny paralelně nebo sériově navzájem pájením.

Pokud je použito velké množství LED, pak má smysl použít sériově paralelní zapojení. K tomu jsou vytvořeny větve sestávající ze stejného počtu LED se sériově instalovaným omezovacím odporem. Jeho výpočet je jednoduchý: napětí LED se odečte od napájecího napětí a vydělí se maximálním přípustným proudem.

Poslední hodnota je definována jako součet proudů každého prvku ve větvi. Jakmile je provedeno připojení rádiových prvků, je na vhodném místě na radiátoru vyvrtán otvor, kterým prochází dvojice vodičů. Jeden vodič je připájen ke společnému plusu LED a druhý k mínusu. Na zadní straně je vytvořen okraj asi čtyři centimetry, což umožňuje volně pájet ovladač.

V závislosti na počtu LED budete muset vyrobit nebo zakoupit napájecí zdroj s požadovaným napětím pro jejich zapálení. K tomu potřebujete znát vlastnosti použitých LED diod.

Pro středně výkonný světlomet můžete použít univerzální napájecí zdroje s výstupním zvlněným proudem až dva ampéry a napětím o 3–5 voltů vyšším, než je propustné napětí diod. Aby se zabránilo napěťovým rázům, které mohou vést k vyhoření LED, musí být ovladač stabilizován. To lze provést pomocí integrovaných obvodů: LM317, LM350 a LM338.

Sestavení prvků dohromady

Jakmile je ovladač s matricí připraven, musíte se rozhodnout pro případ, do kterého se všechny prvky mohou volně vejít. Jako to, můžete použít jakékoli zbytečné zařízení vhodné velikosti. Například počítačový zdroj, starý reflektor s žárovkou. A můžete to udělat sami, ale bude to vyžadovat zámečnické dovednosti.

V takovém případě byste měli okamžitě zajistit možnost připevnění pouzdra ke stěnám nebo stropu. Jako odrazka se hodí obyčejná potravinářská fólie a místo ochranného skla můžete použít průhledný plast například z CD krabice.

Všechny prvky jsou úhledně umístěny uprostřed. K jejich zajištění je nejjednodušší použít nikoli závitové spojovací prvky, ale například potěry nebo lepidlo. Ale v případě oprav, kdy jsou prvky nalepeny na tělo, bude demontáž zařízení výrazně komplikovaná. Plus z LED je připájen k plusu ovladače a mínus ke společnému vodiči. Na pouzdru je zobrazen konektor pro připojení k 220 voltové síti nebo jen páru vodičů.

Je proveden zkušební spínač. Pokud světlomet pracoval asi hodinu a jeho teplota ohřevu nepřesáhla 50-60 stupňů, pak můžete s jistotou utěsnit pouzdro a začít se radovat z vlastní výroby přístroj.