Proiettore fai-da-te: design e principio di funzionamento, scelta dei LED

L'illuminazione esterna al buio non è solo una componente importante del comfort di varie famiglie, ma anche un elemento necessario del sistema di sicurezza. Per l'organizzazione dell'illuminazione esterna, i proiettori vengono spesso utilizzati, illuminando ampie aree e partecipando all'illuminazione delle strutture. Le piattaforme di trading offrono una vasta gamma di tali prodotti, ma non sarà difficile realizzare un proiettore a LED con le tue mani.

Portata e dispositivo

La parola "riflettore" è stata presa in prestito dalla lingua latina. Letteralmente projectus significa proiettato in avanti. Questo concetto è inteso come un dispositivo che emette luce ridistribuendo e focalizzando l'energia visibile di una sorgente di radiazione situata al suo interno. Il primo prototipo di un tale dispositivo è stato sviluppato dall'inventore italiano Leonardo da Vinci e per la prima volta è stato creato dall'inventore meccanico russo Ivan Petrovich Kulibin.

I dispositivi in ​​questione erano originariamente utilizzati per l'installazione sui fari., aree protette e nell'industria cinematografica. Hanno usato una lampada a incandescenza ad alta potenza come fonte di luce. I progetti si distinguevano per: grandi dimensioni, bassa efficienza, aumento del riscaldamento.

Con lo sviluppo di dispositivi a semiconduttore e l'avvento dei LED ad alta potenza, è iniziata una nuova era dei proiettori. A causa del design senza pretese e dell'uso economico dell'energia, hanno iniziato a essere utilizzati non solo nelle strutture industriali e comunali, ma anche nelle abitazioni private. Oggi si trovano sulle facciate di vari edifici residenziali e amministrativi., tunnel, ponti. Illuminano monumenti, striscioni, passerelle, ingressi e uscite.

Progettazione del dispositivo

Per il suo design, un proiettore a LED non è un dispositivo complesso. Può utilizzare un potente diodo a emissione di luce (LED) o un gruppo di essi. Per fissare il dispositivo su varie superfici, viene utilizzata una staffa, che nella maggior parte dei casi è parte integrante del dispositivo.

Si possono distinguere i seguenti elementi principali che compongono il design di un proiettore a LED:

• portafoto;
• sistema di emissione luminosa;
• autista.

Durante il funzionamento del dispositivo, oltre all'emissione di quanti di luce, viene rilasciata anche energia termica. Pertanto, per proteggere l'emettitore e gli elementi di controllo del proiettore, il corpo del prodotto è realizzato in materiale leggero termoconduttore. Fondamentalmente le custodie sono realizzate in alluminio e duralluminio, ma per i dispositivi a basso consumo può essere anche in plastica.

Il modulo luminoso è realizzato sulla base di COB (chip-on-board) o di una matrice di LED SMD. Il primo tipo è il più comune, in quanto è stato appositamente progettato per creare luce direzionale, mentre la seconda, secondo i produttori, ha una durata maggiore opera.

L'essenza della tecnologia COB è l'uso di un substrato ceramico su cui sono posizionati cristalli emettitori senza cornice. Uno strato di fosforo viene applicato sopra di loro. Questo approccio durante la produzione consente di ridurre il costo del prodotto e ottenere un bagliore uniforme, in cui i singoli punti dei cristalli sono praticamente invisibili.

La potenza della matrice COB può raggiungere i cento watt e un dissipatore di calore ben eseguito consente di ottenere un'emissione luminosa pratica di 100-150 lumen per watt. La durata di una tale matrice, secondo i produttori, è di circa 30 mila ore di funzionamento. La tecnologia a matrice COB è giovane, è apparsa solo nel 2010 e continua a svilupparsi rapidamente.

Le matrici SMD sono un insieme di LED posizionati su un substrato di alluminio. In genere, la potenza di uno di questi elementi non supera i due watt. L'elevato numero di LED posizionati uno vicino all'altro consente un'illuminazione media di 110 lumen per watt. La loro durata dichiarata raggiunge le 50 mila ore. Una caratteristica dei proiettori con matrice SMD rispetto alla matrice singola è un flusso luminoso più elevato. Ciò è dovuto al fatto che i chip LED con un rapporto superiore a 1 W per 0,9 lm non vengono utilizzati nei proiettori a matrice singola.

Principio operativo

Il lavoro del proiettore si basa sulla proprietà della giunzione p-n di emettere luce nello spettro visibile all'occhio umano. Quando viene applicata una tensione a un radioelemento, i portatori di carica passano attraverso la zona di contatto di due materiali con diversa conduttività al suo interno. Di conseguenza, le cariche si scontrano e si verifica un processo, accompagnato dall'emissione di quanti di luce.

Il parametro principale dell'emettitore è la sua corrente operativa. Cioè, questa è la sua forza in cui avviene il processo di ricombinazione. La modalità di temperatura del dispositivo dipende dal suo valore. L'elevato riscaldamento del radioelemento porta al suo degrado e guasto. Pertanto, è importante limitare la quantità di corrente fornita al dispositivo luminoso, in altre parole, la tensione di alimentazione. Per questo viene utilizzata una scheda elettronica: un driver.

Quando il proiettore viene acceso su una rete alternata a 220 volt, la tensione attraverso i terminali di contatto viene fornita al driver del dispositivo, nel quale viene rettificata e ridotta al valore desiderato. Quindi, da esso, il segnale arriva alla sorgente luminosa. La focalizzazione del flusso di radiazione viene effettuata da una lente di Fresnel o da un riflettore. Per evitare che umidità e polvere entrino all'interno del modulo, la custodia è trattata con sigillanti siliconici. Il raffreddamento dei radioelementi avviene naturalmente a causa dei fori e del design del dissipatore di calore.

Caratteristiche dei proiettori

I vantaggi dei proiettori a LED sono la facilità di installazione, l'assenza di sostanze nocive, le dimensioni e il peso ridotti. Il flusso luminoso è caratterizzato da uniformità e uniformità del bagliore. Questo tipo di illuminatore non ha pulsazioni o sfarfallio. I dispositivi sono resistenti alle vibrazioni e possono funzionare a temperature comprese tra meno 70 e più 45 gradi.

Non importa se compri un faretto in un negozio o lo costruisci da solo, le sue caratteristiche principali includono:

1. Potenza del flusso luminoso. Questo parametro definisce la luce massima che il dispositivo può dare.
2. Mettere a fuoco il bagliore. Indica l'angolo di diffusione della luce. Se l'angolo di divergenza della luce è grande, viene illuminata più area, ma la quantità di luce sarà inferiore.
3. Sicurezza. Poiché il dispositivo viene utilizzato all'aperto, è costantemente esposto all'ambiente. Pertanto, è molto importante proteggere il proiettore da polvere, umidità o altre sostanze e oggetti che entrano al suo interno.
4. Resa cromatica. Questo parametro dipende dal tipo di emettitori utilizzati. Descrive l'aspetto degli oggetti naturali alla luce del dispositivo.
5. Temperatura del colore. Dipende dal tipo di led utilizzati. Si ritiene che il colore più confortevole per l'occhio umano risieda nell'intervallo 2200-3000 K.
6. Nutrizione. L'illuminatore richiede energia elettrica per funzionare. Pertanto, i più comuni sono i dispositivi che funzionano su una rete di tensione alternata a 220 volt. Ma di recente, i dispositivi che utilizzano l'energia accumulata dai pannelli solari per il loro lavoro sono diventati popolari.
7. Funzioni aggiuntive. I produttori spesso equipaggiano i loro proiettori con diversi sensori che reagiscono a diversi cambiamenti. Ad esempio, possono essere sensori di luce o di movimento.

Autoproduzione

Non è un problema acquistare un faretto a LED in un negozio, ma sarà molto più economico e piacevole assemblarlo con le proprie mani. In effetti, con il giusto approccio, realizzare da soli questo tipo di illuminatore non è particolarmente difficile, dato che puoi acquistare tutto il necessario per questo nei negozi. Ecco un elenco di ciò di cui hai bisogno per costruire un riflettore:

• riflettore;
• corpo ed elementi per la sua connessione;
• matrice di emissione luminosa;
• autista;
• fili;
• sigillante o colla.

Alcuni materiali dovranno essere acquistati, mentre altri possono essere realizzati con mezzi improvvisati o addirittura rimossi da vecchi dispositivi non necessari.

Array di emettitori e driver

Esistono tre tipi di LED. Per il proiettore vengono utilizzati LED bianchi super luminosi su un substrato metallico o LED. Gli emettitori realizzati in contenitori cilindrici di plastica con tipi di pin non sono adatti per la produzione di potenti proiettori.

Non appena viene acquistato il numero richiesto di LED o gruppi diodi per ottenere la potenza richiesta, inizia la loro installazione sul substrato. Poiché gli emettitori diventano molto caldi durante il funzionamento, sarà necessario montarli sul radiatore. Puoi prendere qualsiasi piastra di alluminio o rame come tale. e ritaglia da esso la dimensione richiesta, oppure puoi utilizzare un radiatore già pronto da un computer o altre apparecchiature.

Per i LED SMD, i fori di montaggio di solito non sono forniti, quindi sono incollati al radiatore utilizzando una colla termoconduttrice. Una volta incollati tutti gli elementi, sarà necessario stabilire un contatto elettrico tra di loro. Per fare ciò, utilizzando pezzi di filo, tutti gli emettitori sono collegati in parallelo o in serie tra loro mediante saldatura.

Se viene utilizzato un numero elevato di LED, ha senso utilizzare la connessione in serie-parallelo. Per questo vengono creati rami, costituiti da un numero uguale di LED con un resistore di limitazione installato in serie. Il suo calcolo è semplice: la tensione del LED viene sottratta dalla tensione di alimentazione e divisa per la corrente massima consentita.

L'ultimo valore è definito come la somma delle correnti di ogni elemento del ramo. Non appena viene effettuato il collegamento degli elementi radio, viene praticato un foro in un punto conveniente sul radiatore attraverso il quale viene fatta passare una coppia di fili. Un filo è saldato al più comune dei LED e l'altro al meno. Sul retro viene realizzato un margine di circa quattro centimetri, che consente di saldare liberamente il driver.

A seconda del numero di LED, sarà necessario realizzare o acquistare un alimentatore con la tensione necessaria per accenderli. Per fare ciò, è necessario conoscere le caratteristiche dei LED utilizzati.

Per un proiettore di media potenza, è possibile utilizzare alimentatori generici con una corrente di ripple di uscita fino a due ampere e una tensione di 3-5 volt superiore alla tensione diretta dei diodi. Per evitare picchi di tensione che possono portare all'esaurimento del LED, il driver deve essere stabilizzato. Può essere fatto utilizzando circuiti integrati: LM317, LM350 e LM338.

Assemblare gli elementi insieme

Non appena il driver con la matrice è pronto, dovrai decidere il caso in cui tutti gli elementi possono adattarsi liberamente. Pertanto, puoi utilizzare qualsiasi dispositivo non necessario di dimensioni adeguate. Ad esempio, un alimentatore per computer, un vecchio faretto con una lampadina. E puoi farlo da solo, ma ciò richiederà abilità di fabbro.

In questo caso, dovresti immediatamente prevedere la possibilità di attaccare la custodia alle pareti o al soffitto. La normale pellicola per alimenti è adatta come riflettore e, invece del vetro protettivo, è possibile utilizzare plastica trasparente, ad esempio, da una scatola di CD.

Tutti gli elementi sono ordinatamente posizionati nel mezzo. Per fissarli, è più semplice utilizzare elementi di fissaggio non filettati, ma, ad esempio, massetti o colla. Ma nel caso di riparazioni quando gli elementi sono incollati al corpo, lo smontaggio del dispositivo sarà notevolmente complicato. Il più dei LED è saldato al più del driver e il meno al filo comune. Sulla custodia è visualizzato un connettore per il collegamento a una rete a 220 volt o solo una coppia di fili.

Viene effettuato un interruttore di prova. Se il proiettore ha funzionato per circa un'ora e la sua temperatura di riscaldamento non ha superato i 50-60 gradi, allora puoi chiudere con sicurezza il caso e iniziare a rallegrarti di ciò che hai fatto da solo dispositivo.