DIY-Fluter: Aufbau und Funktionsprinzip, LED-Auswahl

Außenbeleuchtung im Dunkeln ist nicht nur ein wichtiger Bestandteil des Komforts verschiedener Haushalte, sondern auch ein notwendiges Element des Sicherheitssystems. Für die Organisation der Außenbeleuchtung werden am häufigsten Flutlichter verwendet, die große Flächen beleuchten und an der Beleuchtung von Bauwerken teilnehmen. Handelsplattformen bieten eine breite Palette solcher Produkte an, aber es wird nicht schwierig sein, einen LED-Fluter mit eigenen Händen herzustellen.

Umfang und Gerät

Das Wort „Spotlight“ wurde aus dem Lateinischen entlehnt. Wörtlich bedeutet Projektus nach vorne geworfen. Dieses Konzept bezieht sich auf ein Gerät, das Licht emittiert, indem es die sichtbare Energie einer darin befindlichen Strahlungsquelle umverteilt und fokussiert. Der erste Prototyp eines solchen Geräts wurde vom italienischen Erfinder Leonardo da Vinci entwickelt und zum ersten Mal vom russischen Mechanikerfinder Ivan Petrovich Kulibin geschaffen.

Die fraglichen Geräte wurden ursprünglich zur Installation auf Leuchttürmen verwendet., Schutzgebiete und in der Filmindustrie. Als Lichtquelle dienten sie einer Hochleistungs-Glühlampe. Die Designs zeichneten sich aus durch: große Abmessungen, geringer Wirkungsgrad, erhöhte Erwärmung.

Mit der Entwicklung von Halbleiterbauelementen und dem Aufkommen von Hochleistungs-LEDs hat eine neue Ära der Flutlichter begonnen. Aufgrund des schlichten Designs und des sparsamen Umgangs mit Energie wurden sie nicht nur in industriellen und kommunalen Einrichtungen, sondern auch in Privathaushalten eingesetzt. Heute sind sie an den Fassaden verschiedener Wohn- und Verwaltungsgebäude zu finden., Tunnel, Brücken. Sie beleuchten Denkmäler, Banner, Gehwege, Ein- und Ausgänge.

Gerätedesign

Ein LED-Flutlicht ist konstruktionsbedingt kein komplexes Gerät. Es kann entweder eine leistungsstarke Leuchtdiode (LED) oder eine Gruppe davon verwenden. Um das Gerät an verschiedenen Oberflächen zu befestigen, wird eine Halterung verwendet, die in den meisten Fällen fester Bestandteil des Geräts ist.

Folgende Hauptelemente lassen sich unterscheiden, die das Design eines LED-Fluters ausmachen:

• Rahmen;
• Lichtemissionssystem;
• Treiber.

Beim Betrieb des Gerätes wird neben der Emission von Lichtquanten auch thermische Energie freigesetzt. Um den Strahler und die Bedienelemente des Suchscheinwerfers zu schützen, besteht der Körper des Produkts daher aus wärmeleitendem Leichtbaumaterial. Grundsätzlich bestehen die Gehäuse aus Aluminium und Duraluminium, für Low-Power-Geräte kann es aber auch aus Kunststoff bestehen.

Das Lichtmodul wird auf Basis von COB (Chip-on-Board) oder einer Matrix aus SMD-LEDs gefertigt. Der erste Typ ist der gebräuchlichste, da er speziell für die Erstellung von gerichtetes Licht, während das zweite laut Hersteller eine längere Dauer hat Arbeit.

Das Wesen der COB-Technologie ist die Verwendung eines Keramiksubstrats, auf dem rahmenlose emittierende Kristalle platziert sind. Darüber wird eine Leuchtstoffschicht aufgebracht. Dieser Ansatz während der Produktion ermöglicht es Ihnen, die Produktkosten zu senken und ein gleichmäßiges Leuchten zu erzielen, bei dem einzelne Punkte der Kristalle praktisch unsichtbar sind.

Die Leistung der COB-Matrix kann einhundert Watt erreichen, und ein gut ausgeführter Kühlkörper ermöglicht eine praktische Lichtleistung von 100-150 Lumen pro Watt. Die Lebensdauer einer solchen Matrix beträgt laut Hersteller etwa 30.000 Betriebsstunden. Die COB-Matrix-Technologie ist jung, sie erschien erst 2010 und entwickelt sich in rasantem Tempo weiter.

SMD-Matrizen sind ein Satz von LEDs, die auf einem Aluminiumsubstrat platziert sind. Typischerweise überschreitet die Leistung eines solchen Elements zwei Watt nicht. Die große Anzahl dicht beieinander angeordneter LEDs ermöglicht eine durchschnittliche Beleuchtungsstärke von 110 Lumen pro Watt. Ihre angegebene Lebensdauer erreicht 50 Tausend Stunden. Scheinwerfer mit SMD-Matrix zeichnen sich gegenüber Single-Matrix-Scheinwerfern durch einen höheren Lichtstrom aus. Dies liegt daran, dass in Single-Matrix-Flutern keine LED-Chips mit einem Verhältnis von mehr als 1 W pro 0,9 lm verwendet werden.

Funktionsprinzip

Die Arbeit des Suchscheinwerfers basiert auf der Eigenschaft des p-n-Übergangs, Licht im sichtbaren Spektrum an das menschliche Auge zu emittieren. Wird an ein Radioelement eine Spannung angelegt, passieren Ladungsträger die Kontaktzone zweier Materialien mit unterschiedlicher Leitfähigkeit darin. Dadurch kollidieren die Ladungen und es entsteht ein Prozess, der von der Emission von Lichtquanten begleitet wird.

Der Hauptparameter des Emitters ist sein Betriebsstrom. Das heißt, dies ist seine Stärke, bei der der Rekombinationsprozess stattfindet. Der Temperaturmodus des Geräts hängt von seinem Wert ab. Eine starke Erwärmung des Radioelements führt zu seiner Degradation und zum Ausfall. Daher ist es wichtig, die der Beleuchtungsvorrichtung zugeführte Strommenge, mit anderen Worten, die Versorgungsspannung zu begrenzen. Dazu wird eine elektronische Platine verwendet - ein Treiber.

Beim Einschalten des Projektors an ein 220-Volt-Wechselstromnetz wird die Spannung über die Kontaktklemmen dem Gerätetreiber zugeführt, in dem sie gleichgerichtet und auf den gewünschten Wert reduziert wird. Von dort gelangt das Signal dann zur Lichtquelle. Die Fokussierung des Strahlungsflusses erfolgt durch eine Fresnel-Linse oder einen Reflektor. Um das Eindringen von Feuchtigkeit und Staub in das Modul zu verhindern, ist das Gehäuse mit Silikondichtmitteln behandelt. Die Kühlung von Radioelementen erfolgt natürlich aufgrund der Löcher und des Designs des Kühlkörpers.

Eigenschaften von Flutlichtern

Die Vorteile von LED-Flutlichtern sind ihre einfache Installation, Schadstofffreiheit, geringe Abmessungen und Gewicht. Der Lichtstrom zeichnet sich durch Gleichmäßigkeit und Gleichmäßigkeit des Leuchtens aus. Dieser Illuminatortyp hat kein Pulsieren oder Flackern. Die Geräte sind vibrationsfest und können bei Temperaturen von minus 70 bis plus 45 Grad betrieben werden.

Es spielt keine Rolle, ob Sie einen Scheinwerfer in einem Geschäft kaufen oder selbst bauen, seine Hauptmerkmale sind:

1. Lichtstromstärke. Dieser Parameter definiert das maximale Licht, das das Gerät abgeben kann.
2. Fokussieren des Leuchtens. Gibt den Streuwinkel des Lichts an. Wenn der Divergenzwinkel des Lichts groß ist, wird mehr Bereich beleuchtet, aber die Lichtmenge ist geringer.
3. Sicherheit. Da das Gerät im Freien betrieben wird, ist es ständig der Umwelt ausgesetzt. Daher ist es sehr wichtig, den Scheinwerfer vor Staub, Feuchtigkeit oder anderen Substanzen und Gegenständen zu schützen, die in ihn eindringen.
4. Farbwiedergabe. Dieser Parameter hängt von der Art der verwendeten Emitter ab. Beschreibt, wie natürliche Objekte im Licht des Geräts aussehen.
5. Farbtemperatur. Hängt von der Art der verwendeten LEDs ab. Es wird angenommen, dass die für das menschliche Auge angenehmste Farbe im Bereich von 2200-3000 K liegt.
6. Ernährung. Der Illuminator benötigt zum Betrieb elektrische Energie. Am gebräuchlichsten sind daher Geräte, die an einem 220-Volt-Wechselspannungsnetz betrieben werden. Aber in letzter Zeit sind Geräte populär geworden, die die von Sonnenkollektoren gesammelte Energie für ihre Arbeit nutzen.
7. Zusätzliche Funktionen. Hersteller statten ihre Scheinwerfer oft mit unterschiedlichen Sensoren aus, die auf unterschiedliche Veränderungen reagieren. Das können beispielsweise Licht- oder Bewegungssensoren sein.

Eigenproduktion

Es ist kein Problem, einen LED-Strahler in einem Geschäft zu kaufen, aber es ist viel billiger und angenehmer, ihn mit eigenen Händen zusammenzubauen. Tatsächlich ist es mit der richtigen Herangehensweise nicht besonders schwierig, diese Art von Illuminator selbst herzustellen, da Sie alles, was Sie dafür benötigen, in Geschäften kaufen können. Hier ist eine Liste dessen, was Sie brauchen, um ein Spotlight zu bauen:

• Reflektor;
• Körper und Elemente für seine Verbindung;
• Lichtemissionsmatrix;
• Treiber;
• Drähte;
• Dichtmasse oder Kleber.

Einige Materialien müssen gekauft werden, während andere aus improvisierten Mitteln hergestellt oder sogar aus alten unnötigen Geräten entfernt werden können.

Emitter-Array und Treiber

Es gibt drei Arten von LEDs. Für das Flutlicht werden superhelle weiße LEDs auf einem Metallsubstrat oder LED verwendet. Strahler in zylindrischen Kunststoffgehäusen mit Stiftausführung sind für die Herstellung von leistungsstarken Scheinwerfern ungeeignet.

Sobald die erforderliche Anzahl von LEDs oder Diodenbaugruppen zur Erzielung der erforderlichen Leistung gekauft wurde, beginnt deren Installation auf dem Substrat. Da die Strahler im Betrieb sehr heiß werden, müssen Sie sie am Heizkörper montieren. Sie können jede beliebige Aluminium- oder Kupferplatte nehmen. und schneiden Sie die erforderliche Größe daraus aus, oder verwenden Sie einen vorgefertigten Heizkörper aus einem Computer oder einem anderen Gerät.

Bei SMD-LEDs sind in der Regel keine Befestigungslöcher vorgesehen, daher werden sie mit Wärmeleitkleber auf den Strahler geklebt. Sobald alle Elemente verklebt sind, muss zwischen ihnen ein elektrischer Kontakt hergestellt werden. Dazu werden alle Emitter mit Drahtstücken parallel oder in Reihe durch Löten miteinander verbunden.

Werden viele LEDs verwendet, ist die Reihen-Parallel-Schaltung sinnvoll. Dazu werden Abzweige gebildet, die aus einer gleichen Anzahl von LEDs mit einem in Reihe geschalteten Begrenzungswiderstand bestehen. Seine Berechnung ist einfach: Die LED-Spannung wird von der Versorgungsspannung abgezogen und durch den maximal zulässigen Strom geteilt.

Der letzte Wert ist als Summe der Ströme jedes Elements im Zweig definiert. Sobald die Verbindung der Funkelemente hergestellt ist, wird an einer geeigneten Stelle am Heizkörper ein Loch gebohrt, durch das ein Paar Drähte geführt werden. Ein Draht wird an das gemeinsame Plus der LEDs und der andere an das Minus gelötet. Auf der Rückseite ist ein Rand von etwa vier Zentimetern angebracht, der es ermöglicht, den Treiber frei zu verlöten.

Abhängig von der Anzahl der LEDs müssen Sie ein Netzteil mit der erforderlichen Spannung zum Zünden herstellen oder kaufen. Dazu müssen Sie die Eigenschaften der verwendeten LEDs kennen.

Für ein Flutlicht mittlerer Leistung können Sie Allzweck-Netzteile mit einem Ausgangswelligkeitsstrom von bis zu zwei Ampere und einer Spannung verwenden, die 3-5 Volt höher ist als die Durchlassspannung der Dioden. Um Spannungsspitzen zu vermeiden, die zum Durchbrennen der LED führen können, muss der Treiber stabilisiert werden. Dies kann mit integrierten Schaltkreisen erfolgen: LM317, LM350 und LM338.

Zusammenbau der Elemente

Sobald der Treiber mit der Matrix fertig ist, müssen Sie sich für einen Fall entscheiden, in dem alle Elemente frei passen können. Sie können jedes unnötige Gerät mit geeigneter Größe verwenden. Zum Beispiel ein Computernetzteil, ein alter Scheinwerfer mit einer Glühbirne. Und Sie können es selbst tun, aber dies erfordert Schlosserkenntnisse.

In diesem Fall sollten Sie sofort für die Möglichkeit sorgen, das Gehäuse an der Wand oder Decke zu befestigen. Als Reflektor eignet sich gewöhnliche Lebensmittelfolie, statt Schutzglas können Sie transparenten Kunststoff, beispielsweise aus einer CD-Box, verwenden.

Alle Elemente sind sauber in der Mitte platziert. Um sie zu befestigen, verwenden Sie am einfachsten keine Befestigungselemente mit Gewinde, sondern beispielsweise Estrich oder Klebstoff. Bei Reparaturen, bei denen die Elemente mit der Karosserie verklebt sind, wird die Demontage des Geräts jedoch erheblich kompliziert. Das Plus der LEDs wird an das Plus des Treibers und das Minus an den gemeinsamen Draht gelötet. Ein Stecker zum Anschluss an ein 220-Volt-Netz oder nur ein Kabelpaar wird auf dem Gehäuse angezeigt.

Es wird eine Testumschaltung vorgenommen. Wenn der Suchscheinwerfer etwa eine Stunde lang gearbeitet hat und seine Heiztemperatur 50-60 Grad nicht überschritten hat, dann Sie können den Fall getrost besiegeln und sich über das, was Sie selbst getan haben, freuen Gerät.