Самодельный светодиодный прожектор в домашних условиях

Устраняем мигание LED-прожектора

С проблемой мигания рано или поздно сталкивается каждый владелец светодиодного прожектора. Причиной такого поведения может быть неправильная работа электронных компонентов или потеря работоспособности светодиодов. В данном разделе мы рассматриваем, каким образом отремонтировать светодиодный прожектор с мощностью в 10 Вт. Такая мощность встречается чаще всего, а общая конструкция приборов схожа, поэтому решение проблемы универсально.

Светодиод представляет собой матрицу из 9 кристаллов, каждый из которых имеет мощность в 1 Вт. Эти кристаллы соединены в три последовательные схемы и залиты люминофором – веществом, преобразующим получаемую энергию в свет. Светодиод на 10 Вт состоит из трёх линеек кристаллов, которые параллельно подключаются к питанию, идущему от драйвера.

Перегорание одного из кристаллов в светодиоде приведёт к миганию во время работы. Характер мигания может быть как периодическим, с равными паузами, так и хаотическим. По разным причинам сгорание матрицы может вести к полному отключению светодиодного элемента, либо к отказу одной-двух линеек кристаллов.

Почему матрица мигает или не светится при перегорании

Кристаллы, залитые люминофором, соединяются между собой подводами, которые в случае с продукцией высокого качества делаются из золота, а в бюджетных приборах – из меди. Слишком сильное нагревание матрицы и соединительных контактов приводит к тому, что эти нити отслаиваются от кристаллов. Поэтому вся матрица или часть её отключается. После остывания нить возвращается в исходное положение и работа возобновляется. После повторного нагрева до критической отметки контакт снова прерывается и матрица гаснет. Этот цикл в процессе работы продолжается бесконечно, а для наблюдателя выглядит как мигание лампы. Полный выход светодиода из строя происходит, когда одна из нитей перегревается настолько, что отпадает от кристалла.

Зная о таком поведении, можно проверять состояние матрицы диодных прожекторов своими руками. Для этого нужно вооружиться не слишком острым предметом и нажать на те места матрицы, в которых проходят соединительные нити. Конечно, прожектор в это время должен быть включённым. Если при надавливании на один из путей прибор загорается, проблема найдена. В данном случае остаётся правильно заменить испорченный чип.

Это происходит, потому что кристаллы соединяются в матрице параллельно-последовательно, а питание от драйвера подаётся в виде постоянного тока. Поэтому после выгорания одной линейки, две оставшиеся получают силу тока в 1,5 раза больше номинальной. Работа под повышенной нагрузкой приводит к ещё большему нагреванию матрицы и быстрому сгоранию других нитей.

Ремонтируем матрицу

Замена светодиода при перегорании кристаллов на матрице не является чрезмерно сложной процедурой. После приобретения аналогичного по характеристикам компонента и специальной термопасты, необходимой для монтажа, нужно:

1. Разобрать корпус прожектора, открутив крепёжные болты на корпусе.
2. Снять линзу или стекло.
3. Демонтировать рассеиватель.
4. Открутить крепёжные винтики матрицы и аккуратно отпаять токопроводящие выводы. Для этого лучше всего подойдёт бесконтактная паяльная станция с термофеном.
5. Смазать новый светодиод термопастой.
6. Припаять контактные выводы светодиода и закрутить обратно крепёж.

При подключении светодиода крайне важно соблюсти полярность выводов. Опытные монтажники также рекомендуют при замене светодиода в недорогих китайских прожекторах заменить проводки. Производители, как правило, используют материал с минимальным сечением, что не совсем надёжно

При этом лучше использовать термоусадочные трубки. Они сохраняют изоляционные свойства даже под действием тепла, исходящего от диода

Производители, как правило, используют материал с минимальным сечением, что не совсем надёжно. При этом лучше использовать термоусадочные трубки. Они сохраняют изоляционные свойства даже под действием тепла, исходящего от диода.

Стоит ли делать самостоятельно: все за и против

Сборка самодельного прожектора является одним из вариантов досуга, возможностью проявить свои конструкторские и технические способности. Это основной аргумент, говорящий в пользу самостоятельного изготовления подобных устройств. Необходимо признать, что большинство людей не обладают должными навыками в электротехнике или не имеют необходимого инструмента и материалов.

В результате оказывается, что все комплектующие придется приобретать и проще сразу купить прожектор. Однако, люди, для которых техническое творчество является лучшим способом проводить время, находят в подобных занятиях большое удовольствие.

Подобные занятия можно назвать обычным развлечением, но в результате появляется нужное и полезное устройство.

Необходимые материалы и детали

Поэтапный процесс

Далее приведена пошаговая инструкция, как создать самодельный прожектор самостоятельно. Это несложно при наличии минимальных навыков и инструментов.

Чертеж и схема

Рассмотрим общую схему включения светодиодов для создания светильника. Так как один излучающий элемент имеет малую мощность, то для создания достаточного светового потока надо взять несколько светодиодов. Приведенная схема является типовой, по факту она может состоять из одной цепочки, цепочка может состоять из одного элемента, а вся схема может состоять из одного светодиода. Практические схемы также могут иметь некоторые отличия, но принципиально общее: светодиоды включаются в матрицу с токоограничивающим резистором. Расчет элементов прожектора будет дан ниже. Еще лучше вместо сопротивления использовать электронный стабилизатор тока – драйвер, но это тема для отдельной статьи.

Типовая схема включения светодиодов.

Подбор корпуса

Существует два подхода к выбору корпуса:

1. Найти корпус в первую очередь, а все остальное подобрать под размеры корпуса. Такой путь актуален, если требования габаритов, крепления и т.п. важнее остальных параметров.
2. Если самым важным критерием является мощность и световой поток, а все остальное можно сделать по месту, то корпус подбирается в последнюю очередь, когда все остальные составляющие будут в наличии, или их габариты станут известны.

Какой бы вариант не возобладал, оболочку прожектора можно подобрать одним из трех методов:

1. Взять старый прожектор (галогеновый или с лампой накаливания), аккуратно разобрать его и выбросить устаревшую начинку (или использовать ее для других целей).
2. Приобрести корпус в магазине светотехники. Этот способ может оказаться затратным в финансовом плане, но выигрышным в техническом и эстетическом.
3. Сделать корпус самостоятельно. При наличии умелых рук, материалов и инструментов оболочка самодельного фонаря может быть любой. Ее можно вписать в любую конструкцию.

Выбор лампы

«Лампу» будем выбирать исходя из двух параметров:

1. Мощность будущего прожектора. Делать ее меньше 30 Вт бессмысленно, на практике будут иметь применение приборы от 50 Вт, действительно яркий свет можно получить от источника не менее 100 Вт.
2. Напряжение. Для бытовых целей лучше задаться напряжением 220 В – не надо будет искать источник питания. Но можно рассчитать цепочку светодиодов на 12 В, если предполагается запитываться от бортовой сети автомобиля. Или на любое другое напряжение, если предстоит питать прожектор от имеющегося источника питания.

Дальше надо выбрать светодиоды, имеющиеся под рукой или предполагаемые к покупке. Два необходимых для расчета параметра:

• прямое напряжение светодиода;
• рабочий ток в нормальном режиме (80-90% от максимального тока).

Параметры типовых элементов приведены в таблице.

Типоразмер LED	Напряжение, В (U)	Ток, мА (I)
3 мм	2,1	20
5 мм	2,3	20
5 мм с повышенной яркостью	3,6	75
Cree XLamp MX3 (SMD)	3,7	350

Определяем схему исходя из количества светодиодов. Пусть имеется матрица из m цепочек светодиодов, соединенных параллельно, по n элементов в цепочке, соединенных последовательно. Вычисляем напряжение, прикладываемое к цепочке по формуле Uобщ=U*n и потребляемый ток по формуле Iобщ=I*m. Далее найдем номинал резистора R=(Uисточника-Uобщ)/Iобщ (в килоомах!), и его мощность P=(Uисточника-Uобщ)*Iобщ в милливаттах. Так как светодиоды имеют разброс параметров, после сборки схемы рекомендуется замерить фактический ток и уточнить номиналы резисторов.

Сбор прожектора

В первую очередь надо собрать матрицу из светодиодов, не забывая про резистор. Сделать это можно на плате из фольгированного текстолита или навесным способом. Но в каждом случае конструкция отведения тепла должна быть продумана заранее.

Матрица из планарных светодиодов.

Следующий шаг – сделать отражатель. Для этого можно оклеить отсек с излучающими элементами обычной фольгой.

Отражатель из фольги.

Далее надо закрепить матрицу в корпусе, припаять и вывести питающий провод. Если расчеты оказались верными, при включении осветительный прибор даст яркий свет.

Формы отражателей

Металлическому (алюминиевому) листу-заготовке можно придавать разные формы. От этого будет зависеть интенсивность и направленность светового пучка. В любом варианте исполнения отражатель будет максимально ориентирован на потребности человека в заданном объекте.

Формы отражателей

1 – в виде полукруга – это самая популярная версия, в этом случае свет округлым островком направляется вниз, прямо под консольный светильник; 2 – в виде треугольника — направляет свет строго вниз и в стороны, при этом достигается высокий уровень локальной освещённости; 3 – м-образный – равномерно распределяет лучи по всему объекту, при этом отсутствует слепящий эффект — идеальный вариант для использования в складах, теплицах или для наружного освещения; 4 – в виде трапеции, даёт схожий эффект, что и вариант 2, поскольку это тот же треугольник, только усечённый. Главное отличие – усиление освещённости на участке, ближе к центру светильника. 5 – в виде параллельных цилиндров – фокусирует свет на вытянутых в длину участках: трассах, дорожках, клумбах и т.д. 6 – в виде «галочки» — идеален для общей подсветки парковых зон, так как создаёт комфортный общий световой фон, не слепя при этом отдыхающих – т.к. свет рассеивается в стороны выше уровня глаз.

Понятно, что существует множество других конструкций отражателей, помимо указанных, и у каждой есть свои плюсы и минусы. Всё зависит от ваших потребностей и фантазии. Меняя формы рефлекторов можно регулировать угол рассеивания (или наоборот, фокусировки) потока светильника, концентрировать его луч на определённом участке или распространять свет по всему окружающему пространству.

Самостоятельное изготовление

Особенности светодиодной подсветки стеклянных полок

Нет ничего сложного, чтобы изготовить подсветку полок собственными руками – все процедуры можно выполнить своими силами, заранее подготовив материалы и инструменты. Рассмотрим основные особенности оформления декоративного освещения для стеклянной полки и внутри мебельных изделий.

Обработка наружной кромки

Стеклянные полки чаще всего декорируют светодиодной лентой с торца. При этом мощности лэд-элементов хватает настолько, что монтированная на заднюю кромку, led-полоска начинает светить через переднюю – противоположную ей сторону. Как правило, такой эффект сопряжен с негативным раздражением зрения. Устранить его можно только, несколько снизив прозрачность светопропускающей поверхности.

Монтаж светодиодной ленты

Установить светодиодную ленту для подсветки полочек из стекла можно несколькими способами:

1. На двухсторонюю липкую ленту к тыльному торцу полки.
2. На специальное крепление.
3. На обычный, подобранный по размеру дюралюминиевый П-профиль.

Первый вариант подсветки самый простой и надежный. Однако его применение допустимо, когда расположение лед-полоски не будет приводить к эффекту ослепления и избыточному освещению окружающего прострaнcтва. Более всего подходит для угловых, верхних и нижних полок в шкафу либо, когда ее основание не прозрачно и сама мебельная конструкция делает светодиодную ленту скрытной.

В магазинах можно приобрести специальное крепление для монтажа лэд-полоски для стеклянной полки. Если такой возможности нет, подойдет обычный П-профиль из алюминиевого сплава подходящей ширины. Сначала внутрь его крепится светодиодная лента, затем сама металлическая конструкция на торец стеклянной конструкции с помощью клея или шурупами с резиновыми уплотнителями.

Внутримебельная подсветка

Для монтажа подсветки полок внутри шкафа можно использовать ту же основу, что и для внешних конструкций – светодиодную ленту. Однако в целях удобства и экономии электроэнергии, включение освещения лучше сделать автоматическим. Для этого в торец дверцы нужно установить кнопку-выключатель размыкающего типа. Открывая ее, контакт будет соединяться и свет включаться, закрывая – разъединяться и светильник гаснуть.

Размещать лэд-полоску внутри шкафа лучше всего на верхней части полки, так как именно эта область меньше всего подвержена контакту. Здесь светильник будет в максимальной безопасности от механического повреждения. Кроме того, световой поток при таком расположении более равномерен и не вызывает ослепления.

Плюсы светодиодного прожектора, особенность конструкции и несколько дополнительных моментов

Итак, почему же следует использовать светодиодные прожекторы.

Скорее всего, вы знаете, что устройства с LED-матрицами весьма экономичны – расход электроэнергии у них в разы меньше, чем у стандартных, а сами матрицы могут работать, по заявлениям производителя, до 50-90 тысяч часов (этого хватит примерно на 8 лет беспрерывной работы).

При этом подобные приборы хорошо защищены – пыль, грязь и другое им не страшны.

Светодиодные прожекторы подготовлены к работе на улице, также они не портятся от каких-либо погодных условий.

А качество свечения прожекторов выше обычных – некоторые модели данных прожекторов могут обеспечить хорошее свечение на расстоянии до 800 метров.

Состоит сам светодиодный прожектор из следующих частей:

• Корпус. 
• Драйвер. 
• Светодиодная матрица. 
• И скобы для фиксации.

Сама светодиодная матрица устройства состоит из, как не трудно догадаться, диодов, которые прикреплены к плате матрицы и защищены от различных повреждений специальными соединениями из полимера.

Обычный светодиод имеет следующие составляющие:

• Анод. 
• Катод. 
• Линза. 
• Кристалл. 
• Проводник.

Однако мощный светодиод имеют немного другую конструкцию: теплоотвод, кристалл, лизну, катод, проводник.

Мощные светодиоды используют для изготовления высокомощных профессиональных прожекторов.

Если вы решили использовать их за основу для своего прожектора, то учитывайте, что чем выше мощность диода – тем больше шанс, что он преждевременно сломается (как правило, из-за перегрева).

Для решения этой проблемы вам необходимо будет сделать в прожекторы хорошую система теплоотвода, вентиляцию, разбить излучатель на части и правильно всё установить (есть два способа размещения – последовательный и параллельный).

Дополнительно при изготовлении самодельного прожектора учитывайте одну его особенность – твердотельные полупроводники крайне сильно чувствительны к перепадам температуры, это может привести к потере легирующих добавок, их деградации, что может привести к поломке оборудования.

Таким образом, если температура помещения, в котором работает прожектор будет +60 градусов цельсия, то это вызовет уменьшенную интенсивность освещения или полную поломку устройства.

Ещё один момент: если вы изготавливаете какое-либо LED-устройство, то в его схеме необходим строгий расчёт – если напряжение будет слишком высокое, то светодиоды испортятся в ближайшее время, а при низком напряжении интенсивность свечения также будет мала.

Крайне важно стабилизировать ток в сети, ибо в обратном случае может произойти перегрев оборудования.

Ток должен ограничиваться максимальным значением резисторов на диодах и регулироваться приложенным напряжением.

Необходимые материалы и детали

Чтобы собрать качественное устройство, надо заранее купить все нужные составляющие. Часть можно найти в гараже у автолюбителей, иные — раздобыть у знакомых.

Список:

1. Светодиодная матрица с драйвером. Такие есть на старых фонарных столбах, которые уже вышли из строя — их мощности будет вполне достаточно, но придется заменить перегоревшие лампы. Еще лучше купить новый элемент в специализированном магазине электроники.
2. Корпус. Его готовят своими руками из разных подручных материалов — металла, фанеры. Можно взять старый галогеновый фонарь или купить новый.
3. Соединительные провода. Потребуются для подсоединения готового устройства к сети питания.
4. Фольга. Нужна для создания отражателя. Купить ее можно в продуктовом магазине, главное, чтобы плотность была высокой.
5. Надежный клей и герметик либо средство 2 в 1.
6. Радиатор охлаждения. Будет нужен для изготовления мощного прожектора — на 100 Ватт и более.

Для работы потребуются такие инструменты:

• болгарка;
• аппарат для сварки;
• дрель со сверлом;
• паяльник с припоем.

Источники света

Светодиоды — главный элемент осветительного прибора, без них не будет выполняться основная функция устройства

Их качеству стоит уделить самое пристальное внимание при покупке. Все светодиоды в рамках одного прибора обязаны быть строго одинаковыми по типу, техническим параметрам (вольт-амперные характеристики)

Тип светодиодов

Рекомендуется сразу купить достаточное количество запасных диодов (до 10), которые заменят поврежденные при монтаже изделия. Неудачное монтирование — не редкость, и покупка с запасом избавит от неудобств.

Существует три основных типа светодиодов:

1. В форме пластиковой капсулы со штыревыми выводами. Годятся для создания прожекторов малой мощности, для фонарей, стоят дешево. Сила света от таких диодов невелика. У профессионалов есть специальные приборы для определения мощности светодиодов по размеру самих кристаллов, в противном случае придется довериться продавцу. Работать с такими светодиодами легко, ремонтировать — проще простого.
2. Сверхяркие белые светодиоды на металлической подложке. Их применяют для создания высокомощного осветительного оборудования, система отведения тепла эффективная и простая. Стоимость таких изделий невысока.
3. Светодиодные LED-матрицы. Это высокомощные светодиоды, работать с которыми рекомендуется только профессионалам. Обычным способом отводить тепло от них не получится, следовательно, прожектор быстро придет в негодность.

Материал корпуса

Чтобы разместить пару или больше светодиодов и матриц на одной плате, лучше сделать корпус из жести, тонколистовой стали. После сгибания коробки края шлифуют, швы соединяют заклепками. Сверху изделие грунтуют, наносят эмаль по металлу. Дальше работать с заготовкой можно только после полного высыхания.

Источник питания

После сбора диодов надо подумать о подаче напряжения. Бытовые источники тока не применяются, нужен специальный LED-драйвер, который подает пульсирующий стабильный ток.

LED-драйвер

Высокого напряжения (220 Вольт) светодиодам для питания не требуется, им достаточно 3,2 – 12 Вольт. Если подать к устройству большее напряжение, его можно попросту сжечь. Именно для исключения таких последствий любой прожектор должен иметь LED-драйвер. Его предназначение — стабилизация постоянного тока.

Практически для всех самодельных светодиодных прожекторов годится драйвер LED-лент или систем интерьерного освещения. Его покупают заранее в готовом виде, согласно техническим параметрам рассчитывают количество диодов и разрабатывают схему их соединения. Она будет зависеть от напряжения на выходе и тока стабилизации.

Блоки питания

Такие приборы применяются на прожекторах, которые построены на LED-матрицах. Для малых устройств небольшой мощности можно применять блоки питания общебытового значения с выходным пульсирующим током 0,5 – 1,5 А, напряжением на несколько вольт больше, чем прямое напряжение светодиодов. Для стабилизации тока используются микросхемы LM317, а для приборов более высокой мощности — LM350, LM338.

Электрическая схема светодиодного прожектора

На фотографии приведена типовая электрическая схема драйвера светодиодного прожектора. Принцип работы схемы любого драйвера прожектора одинаковый.

Напряжение из бытовой сети подается на вход драйвера через предохранитель F1, фильтруется с помощью LС элементов и выпрямляется диодным мостом. Далее сглаживается электролитическим конденсатором С13. На выводах конденсатора создается напряжение постоянного тока величиной около 280 В.

С конденсатора C13 напряжение подается через токоограничивающие резисторы на стабилитрон D12 и вывод 6 микросхемы. Стабилитрон обеспечивает питание микросхемы напряжением 9 В, которое является опорным для работы драйвера в целом. С конденсатора C13 напряжение поступает также через обмотку трансформатора Т1.1 на вывод полевого транзистора Q1 работающего в ключевом режиме.

Работает драйвер следующим образом. С вывода 5 микросхемы на затвор транзистора Q1 поступают высокочастотные импульсы, благодаря которым сопротивление между его стоком и истоком становиться близким к нулю. В этот момент через первичную обмотку трансформатора проходит ток, благодаря которому на вторичной обмотке появляется напряжение. Оно выпрямляется быстродействующим диодом SF28 и сглаживается электролитическим конденсатором SC1. Величина тока, протекающего через LED матрицу, определяется величиной сопротивления резисторов, установленных с 3 вывода микросхемы на общий провод.

Наиболее часто выходят из строя – электролитические конденсаторы (их легко определить по внешнему виду — вспучены), диоды мостового выпрямителя, полевой транзистор, высокочастотный диод и стабилитрон (в случае его обрыва выходит из строя микросхема).

Причина перегорания светодиодной матрицы в прожекторе

Обычно светодиодные матрицы выходят из строя из-за перегрева. Решил разобраться, почему в данном прожекторе, несмотря на толстостенный дюралюминиевый корпус, являющийся одновременно и радиатором перегорела светодиодная матрица.

Первое, что бросилось в глаза, это крепление матрицы с помощью двух винтов, а не четырех, что предусмотрено ее конструкцией. Головки винтов были конической формы, что могло привести при сильном закручивании винтов к деформации подложки матрицы.

После отпайки токоподводящих проводников и откручивания винтов матрица легко отделилась от корпуса прожектора. На снимке внешний вид. Выборки в углах подложки вместо отверстий снижают вероятность равномерного прижима ее к радиатору.

Причина выгорания светодиодной матрицы стала очевидной после осмотра ее обратной стороны. Участок подложки, противоположный прогоревшему участку со светодиодами не был покрыт теплопроводящей пастой, хотя паста на корпусе прожектора была нанесена равномерно.

Обычно участок радиатора, к которому прижимается тепловыделяющий элемент, шлифуется. В прожекторе это правило нарушено вдвойне, так как площадь корпуса, к которой прижимается светодиодная матрица, не шлифована, и еще окрашена краской типа шагрень, что существенно снижает отвод тепла с матрицы.

Исходя из вышесказанного, можно сделать заключение, что светодиодная матрица вышла из строя из-за перегрева по причине плохого ее прижима к корпусу прожектора при сборке.

Перед установкой матрицы в корпус прожектора, место ее контакта было обработано наждачной бумагой до блеска алюминия и нанесена свежая термопаста.

Собираем самодельный прожектор

Чтобы сделать себе качественный светодиодный прожектор, необходимо подходить к процессу сборки максимально серьёзно. Собрав все необходимые детали заранее вы проделали лишь малую часть работы.

Давайте подробно рассмотрим этапы сборки светодиодного прожектора на 220 вольт.

1. Если вы используете старый корпус, необходимо удалить из него все сторонние детали. У вас должен получиться полностью пустой корпус без лишних патронов, внутренних крепёжных элементов и прочего. Если будете устанавливать радиатор и кулер, тогда необходимо проделать отверстия в боковых стенках для создания вентиляции.
2. Следующим этапом будет сборка светодиодов на 220 вольт в единую конструкцию, и закрепление всего механизма на едином основании. Подключите к контактам провода необходимой длины, чтобы была возможность легко вывести их на наружную часть корпуса.
3. Устанавливаем получившуюся конструкцию в корпусе и закрепляем с помощью клея. Таким образом, можно сделать качественное крепление не повреждая корпус и значительно экономя время.
4. Выводим провода в соответствующее отверстие и закрепляем их в отверстии с помощью силиконового герметика. Герметик необходим чтобы сделать герметичную конструкцию, для предотвращения попадания влаги и возможности повредить механизм.

Подключаем светильник в сеть

Чтобы подключить наш прожектор к сети 220 вольт, необходимо произвести предварительную подготовку. Заранее продумайте место, куда будет устанавливаться прожектор и подведите туда провода передачи электричества.

Не жалейте и сделайте их с запасом, возможно, вы заходите немного передвинуть или подрегулировать высоту установки устройства, со временем.

Вам понадобится блок питания, который будет стабилизировать напряжение, и подавать не 220 вольт, а 12 или 24, в зависимости от используемых вами светодиодов.

При соединении проводов подачи электричества и выходящих контактов из устройства, не перепутайте полярность. Светодиоды не будут работать при неправильном подключении. В худшем случае, они вообще могут выйти из строя, и вся работу будет произведена напрасно. Тщательно заизолируйте место соединения и желательно закройте весь провод специальной гофрой или пластиковым чехлом. Лучше всего когда есть возможность спрятать место соединения в корпус устройства.

Если устанавливаете прожектор на улице, побеспокойтесь о качестве его закрепления. Необходимо закреплять прибор максимально качественно и крепко, чтобы место крепления могло выдержать порывы ветра, смену погодных условий, налипший снег и прочие.