DIY reflektor: dizajn a princíp činnosti, výber LED diód

Vonkajšie osvetlenie v tme je nielen dôležitou súčasťou pohodlia rôznych domácností, ale aj nevyhnutným prvkom bezpečnostného systému. Na organizáciu vonkajšieho osvetlenia sa najčastejšie používajú reflektory, ktoré osvetľujú veľké plochy a podieľajú sa na osvetlení konštrukcií. Obchodné platformy ponúkajú širokú škálu takýchto produktov, ale nebude ťažké vyrobiť LED svetlomet vlastnými rukami.

Rozsah a zariadenie

Slovo "spotlight" bolo vypožičané z latinského jazyka. Doslova projektus znamená vrhnutý dopredu. Tento koncept sa týka zariadenia, ktoré vyžaruje svetlo prerozdeľovaním a zaostrovaním viditeľnej energie zdroja žiarenia, ktorý sa v ňom nachádza. Prvý prototyp takéhoto zariadenia vyvinul taliansky vynálezca Leonardo da Vinci a po prvýkrát ho vytvoril ruský mechanik-vynálezca Ivan Petrovič Kulibin.

Predmetné zariadenia sa pôvodne používali na inštaláciu na majákoch.

, chránených územiach a vo filmovom priemysle. Ako zdroj svetla použili vysokovýkonnú žiarovku. Dizajn sa vyznačoval: veľkými rozmermi, nízkou účinnosťou, zvýšeným ohrevom.

S vývojom polovodičových zariadení a príchodom vysokovýkonných LED diód sa začala nová éra reflektorov. Vďaka nenáročnému dizajnu a hospodárnemu využívaniu energie sa začali využívať nielen v priemyselných a komunálnych zariadeniach, ale aj v súkromných domácnostiach. Dnes ich možno nájsť na fasádach rôznych obytných a administratívnych budov., tunely, mosty. Osvetľujú pamätníky, transparenty, chodníky, vchody a východy.

Dizajn zariadenia

Svojím dizajnom nie je LED svetlomet zložitým zariadením. Môže využívať buď jednu výkonnú svetelnú diódu (LED), alebo ich skupinu. Na upevnenie zariadenia na rôzne povrchy slúži držiak, ktorý je vo väčšine prípadov neoddeliteľnou súčasťou zariadenia.

Je možné rozlíšiť nasledujúce hlavné prvky, ktoré tvoria dizajn LED svetlometu:

• rám;
• systém vyžarovania svetla;
• vodič.

Počas prevádzky zariadenia sa okrem vyžarovania svetelných kvánt uvoľňuje aj tepelná energia. Na ochranu žiariča a ovládacích prvkov svetlometu je preto telo výrobku vyrobené z teplovodivého ľahkého materiálu. V podstate sú puzdrá vyrobené z hliníka a duralu, ale pre zariadenia s nízkou spotrebou energie môžu byť vyrobené aj z plastu.

Svetelný modul je vyrábaný na báze COB (chip-on-board) alebo matice SMD LED. Prvý typ je najbežnejší, pretože bol špeciálne navrhnutý na vytvorenie smerové svetlo, zatiaľ čo druhé má podľa výrobcov dlhšiu výdrž práca.

Podstatou technológie COB je použitie keramického substrátu, na ktorom sú umiestnené bezrámové emitujúce kryštály. Na nich je nanesená fosforová vrstva. Tento prístup pri výrobe umožňuje znížiť náklady na produkt a získať jednotnú žiaru, v ktorej sú jednotlivé body kryštálov prakticky neviditeľné.

Výkon COB matrice môže dosiahnuť sto wattov a dobre prevedený chladič umožňuje dosiahnuť praktický svetelný výkon 100-150 lúmenov na watt. Životnosť takejto matrice je podľa výrobcov asi 30 000 hodín prevádzky. Technológia matrice COB je mladá, objavila sa až v roku 2010 a naďalej sa vyvíja rýchlym tempom.

SMD-matice sú sada LED diód umiestnených na hliníkovom substráte. Zvyčajne výkon jedného takéhoto prvku nepresahuje dva watty. Veľký počet LED umiestnených blízko seba umožňuje priemerné osvetlenie 110 lumenov na watt. Ich deklarovaná životnosť dosahuje 50 tisíc hodín. Vlastnosťou svetlometov s SMD maticou v porovnaní s jednomaticovými je vyšší svetelný tok. Je to spôsobené tým, že LED čipy s pomerom viac ako 1 W na 0,9 lm sa nepoužívajú v jednomaticových svetlometoch.

Princíp fungovania

Práca svetlometu je založená na vlastnosti p-n prechodu vyžarovať ľudskému oku svetlo vo viditeľnom spektre. Keď sa na rádiový prvok aplikuje napätie, nosiče náboja prechádzajú cez kontaktnú zónu dvoch materiálov s rôznou vodivosťou vo vnútri. V dôsledku toho sa náboje zrážajú a vzniká proces sprevádzaný emisiou svetelných kvánt.

Hlavným parametrom žiariča je jeho prevádzkový prúd. To znamená, že toto je jeho sila, pri ktorej prebieha proces rekombinácie. Teplotný režim zariadenia závisí od jeho hodnoty. Vysoké zahrievanie rádioelementu vedie k jeho degradácii a poruche. Preto je dôležité obmedziť množstvo prúdu dodávaného do svetelného zariadenia, inými slovami napájacie napätie. Na tento účel sa používa elektronická doska - vodič.

Po zapnutí projektora na 220 voltovú striedavú sieť sa napätie cez kontaktné svorky privádza do ovládača zariadenia, v ktorom sa usmerní a zníži na požadovanú hodnotu. Potom sa z neho signál dostane do svetelného zdroja. Zaostrenie toku žiarenia sa vykonáva Fresnelovou šošovkou alebo reflektorom. Aby sa do vnútra modulu nedostala vlhkosť a prach, je puzdro ošetrené silikónovými tmelmi. K ochladzovaniu rádiových prvkov dochádza prirodzene vďaka otvorom a konštrukcii chladiča.

Charakteristika svetlometov

Výhodou LED reflektorov je ich jednoduchá inštalácia, absencia škodlivých látok, malé rozmery a hmotnosť. Svetelný tok sa vyznačuje rovnomernosťou a rovnomernosťou žiary. Tento typ iluminátora nemá žiadne pulzovanie ani blikanie. Zariadenia sú odolné voči vibráciám a môžu pracovať pri teplotách od mínus 70 do plus 45 stupňov.

Nezáleží na tom, či si reflektor kúpite v obchode alebo si ho postavíte sami, medzi jeho hlavné vlastnosti patrí:

1. Výkon svetelného toku. Tento parameter definuje maximálne svetlo, ktoré môže zariadenie poskytnúť.
2. Zameranie žiary. Označuje uhol rozptylu svetla. Ak je uhol divergencie svetla veľký, potom je osvetlená väčšia plocha, ale množstvo svetla bude menšie.
3. Bezpečnosť. Keďže je zariadenie prevádzkované vonku, je neustále vystavené okolitému prostrediu. Preto je veľmi dôležité chrániť svetlomet pred vniknutím prachu, vlhkosti alebo iných látok a predmetov.
4. Podanie farieb. Tento parameter závisí od typu použitých žiaričov. Popisuje, ako vyzerajú prírodné predmety pod svetlom zariadenia.
5. Teplota farby. Závisí od typu použitých LED diód. Predpokladá sa, že najpohodlnejšia farba pre ľudské oko leží v rozmedzí 2200-3000 K.
6. Výživa. Iluminátor potrebuje na svoju činnosť elektrickú energiu. Preto sú najčastejšie zariadenia, ktoré pracujú na 220 voltovej sieti striedavého napätia. V poslednej dobe sa však stali populárnymi zariadenia, ktoré na svoju prácu využívajú energiu nahromadenú solárnymi panelmi.
7. Doplnkové funkcie. Výrobcovia často vybavujú svoje svetlomety rôznymi senzormi, ktoré reagujú na rôzne zmeny. Napríklad to môžu byť svetelné alebo pohybové senzory.

Vlastná výroba

LED reflektor nie je problém kúpiť v obchode, no oveľa lacnejšie a príjemnejšie bude zostaviť ho vlastnými rukami. V skutočnosti pri správnom prístupe nie je výroba tohto typu iluminátora sama o sebe obzvlášť náročná, keďže všetko, čo na to potrebujete, si môžete kúpiť v obchodoch. Tu je zoznam toho, čo potrebujete na vytvorenie reflektora:

• reflektor;
• telo a prvky na jeho spojenie;
• matrica vyžarovania svetla;
• vodič;
• drôty;
• tmel alebo lepidlo.

Niektoré materiály bude potrebné kúpiť, zatiaľ čo iné môžu byť vyrobené z improvizovaných prostriedkov alebo dokonca odstránené zo starých nepotrebných zariadení.

Pole žiaričov a ovládač

Existujú tri typy LED diód. Pre svetlomet sa používajú supersvietivé biele LED diódy na kovovom substráte alebo LED. Žiariče vyrobené v plastových valcových puzdrách s kolíkovými typmi sú nevhodné na výrobu výkonných svetlometov.

Akonáhle je zakúpený potrebný počet LED alebo diódových zostáv na získanie požadovaného výkonu, začína sa ich inštalácia na substrát. Keďže sa žiariče počas prevádzky veľmi zahrievajú, budete ich musieť namontovať na radiátor. Môžete si vziať akýkoľvek hliníkový alebo medený plech. a vystrihnite z neho požadovanú veľkosť, alebo môžete použiť hotový radiátor z počítača alebo iného zariadenia.

Pre LED diódy SMD sa montážne otvory zvyčajne neposkytujú, preto sa lepia na radiátor pomocou teplovodivého lepidla. Po prilepení všetkých prvkov medzi nimi bude potrebné vytvoriť elektrický kontakt. Na tento účel sú pomocou kúskov drôtu všetky žiariče spojené paralelne alebo sériovo navzájom spájkovaním.

Ak sa použije veľké množstvo LED, potom má zmysel použiť sériovo-paralelné pripojenie. Na tento účel sú vytvorené vetvy pozostávajúce z rovnakého počtu LED diód so sériovo inštalovaným obmedzovacím odporom. Jeho výpočet je jednoduchý: napätie LED sa odpočíta od napájacieho napätia a vydelí sa maximálnym prípustným prúdom.

Posledná hodnota je definovaná ako súčet prúdov každého prvku vo vetve. Hneď po pripojení rádiových prvkov sa na vhodnom mieste na radiátore vyvŕta otvor, cez ktorý prechádza dvojica drôtov. Jeden drôt je prispájkovaný k spoločnému plusu LED a druhý k mínusu. Na zadnej strane je vytvorený okraj asi štyri centimetre, čo umožňuje voľne spájkovať ovládač.

V závislosti od počtu LED diód si budete musieť vyrobiť alebo zakúpiť napájací zdroj s požadovaným napätím na ich zapálenie. Aby ste to dosiahli, musíte poznať vlastnosti použitých LED diód.

Pre stredný výkon svetlometov môžete použiť napájacie zdroje na všeobecné použitie s výstupným zvlneným prúdom do dvoch ampérov a napätím o 3 až 5 voltov vyšším ako je priepustné napätie diód. Aby sa predišlo napäťovým rázom, ktoré môžu viesť k vyhoreniu LED, vodič musí byť stabilizovaný. Dá sa to urobiť pomocou integrovaných obvodov: LM317, LM350 a LM338.

Skladanie prvkov dohromady

Hneď ako bude ovládač s maticou pripravený, budete sa musieť rozhodnúť pre prípad, do ktorého sa môžu všetky prvky voľne zmestiť. Ako to, môžete použiť akékoľvek zbytočné zariadenie vhodné vo veľkosti. Napríklad napájací zdroj počítača, starý reflektor so žiarovkou. A môžete to urobiť sami, ale bude to vyžadovať zámočnícke zručnosti.

V takom prípade by ste mali okamžite zabezpečiť možnosť pripevnenia puzdra na steny alebo strop. Ako odrazka sa hodí obyčajná potravinová fólia a namiesto ochranného skla môžete použiť priehľadný plast napríklad z CD boxu.

Všetky prvky sú úhľadne umiestnené v strede. Na ich upevnenie je najjednoduchšie použiť nie závitové spojovacie prvky, ale napríklad potery alebo lepidlo. Ale v prípade opráv, keď sú prvky nalepené na telo, bude demontáž zariadenia výrazne komplikovaná. Plus z LED je prispájkovaný k plusu vodiča a mínus k spoločnému drôtu. Na puzdre je zobrazený konektor na pripojenie k 220 V sieti alebo len páru vodičov.

Vykoná sa skúšobný spínač. Ak svetlomet pracoval asi hodinu a jeho teplota ohrevu nepresiahla 50-60 stupňov, potom môžete s istotou zapečatiť prípad a začať sa radovať z toho, čo ste sami urobili zariadenie.