Reflektor DIY: konstrukcja i zasada działania, wybór diod LED

Oświetlenie zewnętrzne w ciemności to nie tylko ważny element komfortu różnych gospodarstw domowych, ale także niezbędny element systemu bezpieczeństwa. Do organizacji oświetlenia zewnętrznego najczęściej stosuje się naświetlacze, oświetlające duże obszary i uczestniczące w iluminacji konstrukcji. Platformy handlowe oferują szeroką gamę takich produktów, ale wykonanie naświetlacza LED własnymi rękami nie będzie trudne.

Zakres i urządzenie

Słowo „reflektor” zostało zapożyczone z języka łacińskiego. Dosłownie Projectus oznacza rzucony do przodu. Pod pojęciem tym rozumie się urządzenie, które emituje światło poprzez redystrybucję i skupienie widzialnej energii znajdującego się w nim źródła promieniowania. Pierwszy prototyp takiego urządzenia został opracowany przez włoskiego wynalazcę Leonardo da Vinci, a po raz pierwszy został stworzony przez rosyjskiego wynalazcę mechanika Iwana Pietrowicza Kulibina.

Przedmiotowe urządzenia były pierwotnie używane do instalacji na latarniach morskich., obszary chronione oraz w przemyśle filmowym. Jako źródło światła użyli lampy żarowej o dużej mocy. Projekty wyróżniały: duże gabaryty, niska wydajność, zwiększone ogrzewanie.

Wraz z rozwojem urządzeń półprzewodnikowych i pojawieniem się diod LED o dużej mocy rozpoczęła się nowa era naświetlaczy. Ze względu na bezpretensjonalny design i ekonomiczne wykorzystanie energii zaczęto je stosować nie tylko w obiektach przemysłowych i komunalnych, ale także w prywatnych gospodarstwach domowych. Dziś można je znaleźć na fasadach różnych budynków mieszkalnych i administracyjnych., tunele, mosty. Oświetlają pomniki, banery, chodniki, wejścia i wyjścia.

Projekt urządzenia

Ze względu na swoją konstrukcję naświetlacz LED nie jest skomplikowanym urządzeniem. Może wykorzystywać jedną mocną diodę elektroluminescencyjną (LED) lub ich grupę. Do mocowania urządzenia na różnych powierzchniach służy wspornik, który w większości przypadków jest integralną częścią urządzenia.

Można wyróżnić następujące główne elementy składające się na konstrukcję naświetlacza LED:

• rama;
• system emisji światła;
• kierowca.

Podczas pracy urządzenia oprócz emisji kwantów światła uwalniana jest również energia cieplna. Dlatego, aby chronić emiter i elementy sterujące szperacza, korpus produktu wykonany jest z lekkiego materiału przewodzącego ciepło. W zasadzie obudowy są wykonane z aluminium i duraluminium, ale w przypadku urządzeń o niskim poborze mocy mogą być również wykonane z tworzywa sztucznego.

Moduł świetlny produkowany jest na bazie COB (chip-on-board) lub matrycy diod SMD. Pierwszy typ jest najczęstszy, ponieważ został specjalnie zaprojektowany do tworzenia światło kierunkowe, natomiast drugie, według producentów, ma dłuższy czas trwania Praca.

Istotą technologii COB jest zastosowanie ceramicznego podłoża, na którym umieszczone są bezramowe kryształy emitujące. Na nich nakładana jest warstwa luminoforu. Takie podejście podczas produkcji pozwala obniżyć koszt produktu i uzyskać jednolity blask, w którym poszczególne punkty kryształów są praktycznie niewidoczne.

Moc matrycy COB może sięgać stu watów, a dobrze wykonany radiator pozwala osiągnąć praktyczną moc świetlną rzędu 100-150 lumenów na wat. Żywotność takiej matrycy, według producentów, wynosi około 30 tysięcy godzin pracy. Technologia matryc COB jest młoda, pojawiła się dopiero w 2010 roku i nadal rozwija się w szybkim tempie.

Matryce SMD to zestaw diod LED umieszczonych na aluminiowym podłożu. Zazwyczaj moc jednego takiego elementu nie przekracza dwóch watów. Duża liczba diod LED umieszczonych blisko siebie pozwala na średnie oświetlenie 110 lumenów na wat. Ich deklarowana żywotność sięga 50 tysięcy godzin. Cechą naświetlaczy z matrycą SMD w porównaniu z pojedynczą matrycą jest wyższy strumień świetlny. Wynika to z faktu, że w naświetlaczach jednomatrycowych nie stosuje się chipów LED o współczynniku powyżej 1 W na 0,9 lm.

Zasada działania

Praca szperacza opiera się na właściwości złącza p-n do emitowania do ludzkiego oka światła w zakresie widzialnym. Po przyłożeniu napięcia do elementu radiowego nośniki ładunku przechodzą przez strefę styku dwóch materiałów o różnej przewodności wewnątrz niej. W efekcie zderzają się ładunki i powstaje proces, któremu towarzyszy emisja kwantów światła.

Głównym parametrem emitera jest jego prąd roboczy. To znaczy, to jest jego siła, przy której zachodzi proces rekombinacji. Tryb temperatury urządzenia zależy od jego wartości. Wysokie nagrzewanie się radioelementu prowadzi do jego degradacji i awarii. Dlatego ważne jest, aby ograniczyć ilość prądu dostarczanego do urządzenia świetlnego, innymi słowy napięcie zasilania. W tym celu wykorzystywana jest tablica elektroniczna - sterownik.

Gdy projektor zostanie włączony do sieci przemiennej 220 V, napięcie przez zaciski stykowe jest dostarczane do sterownika urządzenia, w którym jest prostowane i redukowane do żądanej wartości. Następnie z niego sygnał trafia do źródła światła. Ogniskowanie strumienia promieniowania odbywa się za pomocą soczewki Fresnela lub reflektora. Aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci i kurzu do wnętrza modułu, obudowa została zabezpieczona silikonowymi uszczelniaczami. Chłodzenie radioelementów następuje naturalnie dzięki otworom i konstrukcji radiatora.

Charakterystyka naświetlaczy

Zaletami naświetlaczy LED są łatwość montażu, brak szkodliwych substancji, niewielkie wymiary i waga. Strumień świetlny charakteryzuje się równomiernością i równomiernością świecenia. Ten typ oświetlacza nie ma pulsacji ani migotania. Urządzenia są odporne na wibracje i mogą pracować w temperaturach od minus 70 do plus 45 stopni.

Nieważne, czy kupisz reflektor w sklepie, czy sam go zbudujesz, jego główne cechy to:

1. Moc strumienia świetlnego. Ten parametr określa maksymalne światło, jakie może dać urządzenie.
2. Skupienie blasku. Wskazuje kąt rozproszenia światła. Jeśli kąt rozbieżności światła jest duży, to oświetlana jest większa powierzchnia, ale ilość światła będzie mniejsza.
3. Bezpieczeństwo. Ponieważ urządzenie jest eksploatowane na zewnątrz, jest stale narażone na działanie środowiska. Dlatego bardzo ważne jest zabezpieczenie naświetlacza przed dostaniem się do jego wnętrza kurzu, wilgoci czy innych substancji i przedmiotów.
4. Renderowanie kolorów. Ten parametr zależy od rodzaju użytych emiterów. Opisuje, jak wyglądają naturalne obiekty w świetle urządzenia.
5. Temperatura barwowa. Zależy od rodzaju użytych diod LED. Uważa się, że kolor najbardziej komfortowy dla ludzkiego oka mieści się w zakresie 2200-3000 K.
6. Odżywianie. Do działania iluminator potrzebuje energii elektrycznej. Dlatego najczęściej spotykane są urządzenia działające w sieci o napięciu przemiennym 220 woltów. Jednak ostatnio popularne stały się urządzenia wykorzystujące energię zgromadzoną przez panele słoneczne do swojej pracy.
7. Dodatkowe funkcje. Producenci często wyposażają swoje naświetlacze w różne czujniki, które reagują na różne zmiany. Na przykład mogą to być czujniki światła lub ruchu.

Własna produkcja

Nie jest problemem kupić reflektor LED w sklepie, ale znacznie taniej i przyjemniej będzie go zmontować własnymi rękami. W rzeczywistości, przy odpowiednim podejściu, samodzielne wykonanie tego typu oświetlacza nie jest szczególnie trudne, biorąc pod uwagę, że wszystko, czego potrzebujesz, możesz kupić w sklepach. Oto lista tego, czego potrzebujesz, aby zbudować reflektor:

• reflektor;
• korpus i elementy do jego połączenia;
• matryca emisji światła;
• kierowca;
• przewody;
• uszczelniacz lub klej.

Niektóre materiały trzeba będzie kupić, podczas gdy inne można wykonać improwizowanymi środkami lub nawet usunąć ze starych niepotrzebnych urządzeń.

Tablica emiterów i sterownik

Istnieją trzy rodzaje diod LED. W reflektorze zastosowano superjasne białe diody LED na metalowym podłożu lub diody LED. Emitery wykonane w plastikowych obudowach cylindrycznych z typami pinów nie nadają się do produkcji mocnych naświetlaczy.

Po zakupie wymaganej liczby diod lub zespołów diod do uzyskania wymaganej mocy rozpoczyna się ich instalacja na podłożu. Ponieważ emitery bardzo się nagrzewają podczas pracy, należy je zamontować na grzejniku. Możesz wziąć dowolną płytę aluminiową lub miedzianą. i wytnij z niego wymagany rozmiar lub możesz użyć gotowego grzejnika z komputera lub innego sprzętu.

W przypadku diod SMD zwykle nie przewiduje się otworów montażowych, dlatego przykleja się je do grzejnika za pomocą kleju przewodzącego ciepło. Po sklejeniu wszystkich elementów konieczne będzie połączenie elektryczne między nimi. Aby to zrobić, za pomocą kawałków drutu wszystkie emitery są połączone ze sobą równolegle lub szeregowo przez lutowanie.

Jeśli używana jest duża liczba diod LED, sensowne jest użycie połączenia szeregowo-równoległego. W tym celu tworzone są gałęzie składające się z równej liczby diod LED z montowanym szeregowo rezystorem ograniczającym. Jego obliczenie jest proste: napięcie LED jest odejmowane od napięcia zasilania i dzielone przez maksymalny dopuszczalny prąd.

Ostatnia wartość jest zdefiniowana jako suma prądów każdego elementu w gałęzi. Zaraz po podłączeniu elementów radiowych w dogodnym miejscu na grzejniku wierci się otwór, przez który przechodzi para przewodów. Jeden przewód jest przylutowany do wspólnego plusa diod, a drugi do minusa. Z tyłu wykonany jest margines około czterech centymetrów, co umożliwia swobodne lutowanie sterownika.

W zależności od ilości diod, do ich zapalenia konieczne będzie wykonanie lub zakup zasilacza o wymaganym napięciu. Aby to zrobić, musisz znać charakterystykę użytych diod LED.

W przypadku reflektora średniej mocy można użyć zasilaczy ogólnego przeznaczenia o wyjściowym prądzie tętnienia do dwóch amperów i napięciu o 3-5 woltów wyższym niż napięcie przewodzenia diod. Aby uniknąć skoków napięcia, które mogą prowadzić do przepalenia diody LED, sterownik musi być ustabilizowany. Można to zrobić za pomocą układów scalonych: LM317, LM350 i LM338.

Składanie elementów razem

Gdy tylko sterownik z matrycą będzie gotowy, trzeba będzie zdecydować się na obudowę, w której wszystkie elementy mogą się swobodnie zmieścić. W związku z tym możesz użyć dowolnego niepotrzebnego urządzenia o odpowiednim rozmiarze. Na przykład zasilacz komputerowy, stary reflektor z żarówką. I możesz to zrobić sam, ale będzie to wymagało umiejętności ślusarza.

W takim przypadku należy od razu przewidzieć możliwość mocowania etui do ścian lub sufitu. Jako odbłyśnik nadaje się zwykła folia spożywcza, a zamiast szkła ochronnego można użyć przezroczystego plastiku, np. z pudełka na płyty CD.

Wszystkie elementy są starannie umieszczone pośrodku. Aby je zabezpieczyć, najłatwiej jest użyć niegwintowanych łączników, ale na przykład jastrychów lub kleju. Ale w przypadku napraw, gdy elementy są przyklejone do karoserii, demontaż urządzenia będzie znacznie skomplikowany. Plus z diod LED jest przylutowany do plusa sterownika, a minus do wspólnego przewodu. Na obudowie wyświetlane jest złącze do podłączenia do sieci 220 woltów lub tylko para przewodów.

Wykonano przełącznik testowy. Jeśli reflektor pracował przez około godzinę, a jego temperatura ogrzewania nie przekroczyła 50-60 stopni, to możesz śmiało zapieczętować sprawę i zacząć się cieszyć z tego, co sam zrobiłeś urządzenie.