Светильник трубчатый светодиодный своими руками

Экономные лампы освещения уже есть практически в каждом доме. Предлагаем рассмотреть, как сделать светодиодный светильник своими руками, какие материалы для этого потребуются, а так же советы о том, по каким критериям их необходимо выбирать.

Пошаговая разработка светодиодного светильника

Первоначально, перед нами стоит задача – проверить работоспособность светодиодов и измерить питающее напряжение сети. При настройке данного устройства для предотвращения поражения электрическим током мы предлагаем использовать разделительный трансформатор 220/220 В. Это так же обеспечит более безопасное проведение измерений при настройке нашего будущего светодиодного светильника.

Нужно учесть, что если какие-либо элементы схемы будут подключены неправильно, возможен взрыв, так что строго следуйте инструкции, приведенной ниже.

Чаще всего проблемы неправильной сборки заключается именно в некачественной спайке компонентов.

При расчетах для измерения падения напряжения тока потребления светодиодов нужно использовать универсальный измерительный мультиметр. В основном такие самодельные светодиодные светильники используются на напряжении 12 В, но наша конструкция будет рассчитана на сетевое напряжение 220 В переменного тока.

Видео: Светодиодный светильник в домашних условиях

Высокая светоотдача достигается на диодах при токе 20-25 мА. Но дешевые светодиоды могут давать неприятное голубоватое свечение, которое еще и очень вредно для глаз, поэтому мы советуем разбавлять самодельный светодиодный светильник небольшим количеством красных светодиодов. На 10 дешевых белых будет достаточно 4 светодиода красного свечение.

Схема довольно проста и разработана для питания светодиодов непосредственно от сети, без дополнительного блока питания.

Единственным недостатком такой схемы является то, что все ее компоненты не изолированы от питающей сети и светодиодный светильник не обеспечит защиту от возможного удара током.

Так что будьте осторожны при сборке и установке данного светильника. Хотя в дальнейшем схему можно будет модернизировать и изолировать от сети.

Упрощённая схема светильника

1. Резистор на 100 ОМ при включении защищает схему от бросков напряжения, если его нет, нужно использовать выпрямительный диодный мост большей мощности.
2. Конденсатор 400 нФ ограничивает силу тока, которая необходима для нормального свечения светодиодов. При необходимости можно добавить еще светодиодов, если их суммарное потребление тока не превышает предела, установленного конденсатором.
3. Убедитесь в том, что используемый конденсатор рассчитан на рабочее напряжение не менее 350 В, оно должно в полтора раза превышать напряжение сети.
4. Конденсатор 10 мкФ необходим, чтобы обеспечить стабильный источник света, без мерцаний. Его номинальное напряжение должно быть в два раза больше того, что измеряется на всех последовательно соединенных светодиодах во время работы.

На фото вы видите сгоревшую лампу, которая скоро будет разобрана для светодиодного светильника своими руками.

Перегоревшая лампочка

Лампу разбираем, но очень осторожно, чтобы не повредить цоколь, после этого очищаем его и обезжириваем спиртом или ацетоном . Особое внимание уделяем отверстию. Его очищаем от лишнего припоя и еще раз обрабатываем. Это необходимо для качественной пайки компонентов в цоколе.

патрон лампы

Вставляем в него резистор на 100 Oм и два конденсатора по 220 нФ напряжением 400 В.

резисторы и транзистор

Теперь нужно впаять крошечный выпрямитель, мы используем для этих целей обычный паяльник и уже заранее приготовлены диодный мост и обрабатываем поверхность, работаем очень аккуратно, чтобы не повредить ранее установленные детали.

пайка выпрямителя

В качестве изоляционного слоя модно использовать клей простого монтажного термопистолета. Подойдет так же ПВХ трубка, но желательно воспользоваться специально предназначенным для этого материалом, заполняющим все пространство между деталями и одновременно фиксируя их. У нас получилась готовая основа для будущего светильника.

клей и патрон

После этих манипуляций приступаем к самому интересному: установки светодиодов. Используем как основу специальную монтажную плату, её можно купить в любом магазине электронных компонентов или даже извлечь из какой-нибудь старой и ненужной техники, предварительно очистив плату от ненужных деталей.

светодиоды на доске

Очень важно проверить каждую из наших плат на работоспособность, ведь иначе весь труд зря. Особенное внимание уделяем контактам светодиодов, при необходимости их дополнительно очищаем и зауживаем.

Теперь собираем конструктор, нужно припаять все платы, у нас их четыре, к конденсатору. После этой операции снова все изолируем клеем, проверяем соединения диодов между собой. Располагаем платы на одинаковом расстоянии друг от друга, чтобы свет распространялся равномерно.

Соединение светодиодов

Также без дополнительных проводов подпаиваем конденсатор 10 мкФ, это хороший опыт пайки для будущих электриков.

Готовая мини лампа

Далее дело за малым: припаиваем резистор на 100 Ом, он может подсоединяться к любой из плат, и изолируем клеем контакты.

Резистор и лампа

Все готово. Мы советуем накрыть нашу лампу абажуром, т.к. светодиоды излучают чрезвычайно яркий свет, который очень бьет по глазам.

Если поместить наш самодельный светильник в «огранку» из бумаги, к примеру, или ткани, то получится очень мягкий свет, романтичный ночник или бра в детскую.

Поменяв мягкий абажур на стандартный стеклянный, мы получим достаточно яркое свечение, не раздражающее глаз. Это хороший и очень красивый вариант для дома или дачи.

Если вы хотите сделать питание лампы на батарейках или от USB, нужно исключить из схемы конденсатор на 400 нФ и выпрямитель, подключив схему непосредственно к источнику постоянного тока напряжением 5-12 В.

Это неплохой прибор для подсветки аквариума, но нужно подобрать специальную влагозащищенную лампу, ее можно найти посетив любой магазин электромеханических приборов, такие существуют в любом городе, будь-то Челябинск или Москва.

лампа в действии

Светильник в офис

Можно сделать креативный настенный, настольный светильник или напольный торшер в рабочий кабинет из нескольких десятков светодиодов. Но для этого будет поток света будет недостаточен для чтения, здесь нужен достаточный уровень освещенности рабочего места.

Для начала нужно определить количество светодиодов и номинальную мощность.

После выяснить нагрузочную способность выпрямительного диодного моста и конденсатора. Подключаем группу светодиодов на отрицательный контакт диодного моста. Подключаем все светодиоды, как показано на рисунке.

Схема: подключение ламп

Паяем все 60 светодиодов вместе. Если нужно подсоединять дополнительные светодиоды, просто продолжайте последовательную их спайку плюса к минус.

Используйте провода, чтобы соединить минус одной группы светодиодов с последующей, пока не завершится весь процесс сборки. Теперь добавьте диодный мост. Подключите его, как показано на рисунке ниже.

Положительный вывод к положительному проводу первый группы светодиодов, соедините отрицательный вывод к общему проводу последнего светодиода в группе.

Короткие провода светодиодов

Дальше нужно подготовить цоколь старой лампочки, отрезав провода от платы и припаять их к входам переменного напряжения на диодном мосте, отмеченные знаком ~.

Вы можете использовать пластиковые крепления, винты и гайки для соединения двух плат вместе, если все диоды размещены на отдельных платах. Не забываем залить платы клеем, изолируя их от короткого замыкание.

Это достаточно мощный сетевой светодиодный светильник, который прослужит до 100 000 часов непрерывной работы.

Добавляем конденсатор

Если увеличить напряжение питание на светодиодах, для того, чтобы свет был ярче, то светодиоды начнут нагреваться, из-за чего значительно понижается их долговечность.

Для того чтобы этого избежать, нужно соединить встраиваемый или настольный светильник на 10 Вт с дополнительным конденсатором.

Просто подключите одну сторону цоколя к минусовому выходу мостового выпрямителя а положительный, через дополнительный конденсатор, к плюсовому выводу выпрямителя. Вы можете использовать 40 светодиодов вместо предложенных 60, увеличив тем самым общую яркость лампы.

Видео: как правильно сделать светодиодный светильник своими руками

При желании аналогичный светильник можно сделать и на мощном светодиоде, просто тогда понадобится уже конденсаторы другого номинала.

Как видите, особой сложности сборка или ремонт обычного светодиодного светильника, сделанного своими руками, не представляет. И это не займет много времени и сил. Такая лампа подойдет и как дачный вариант, например для теплицы, ее свет абсолютно безвреден для растений.

Как сделать светодиодный светильник своими руками из светодиодной ленты: фото и видео-инструкция как переделать люминисцентную лампу в светодиодную

Популярность светодиодных светильников настолько высока, что мастера не обошли ее своим вниманием.

На просторах интернета сегодня можно найти огромное количество схем, с помощью которых можно ответить на вопрос, как сделать светодиодный светильник своими руками? И как показала практика, самый простой из всех вариант – это использование в светильнике светодиодной ленты.

Конечно, лента чаще всего используется для декоративной подсветки, но если правильно провести расчеты яркости освещения и количества светодиодов, то из нее можно сделать неплохой светильник для зонального освещения. К примеру, для рабочего стола. Поэтому рассмотрим один из вариантов, который нам показался не очень сложным.

Схема светодиодного светильника своими руками

Для этого вам потребуется неисправный люминесцентный светильник. Как показывает практика, у него чаще всего выходит из строя электронный пускорегулирующий аппарат, а короче ЭПРА. Так вот все время менять ЭПРА на новый – денег не оберешься. Поэтому из этого источника света легко можно сделать светильник на светодиодной ленте.

Выбор светодиодной ленты

Итак, длина люминесцентного светильника 30 см, потребляемая мощность 8 Вт. Для того чтобы яркость света была достаточной, чтобы нормально работать за письменным столом, необходимо правильно подобрать саму ленту.

• Во-первых, необходимо отметить, что светодиодная лента – это, по сути, плато гибкого типа, на котором установлены светодиоды и резисторы (токоограничивающие).
• Во-вторых, обратите внимание на ее технические характеристики, особенно это касается яркости горения диодов. Оптимальный вариант: 780-900 Lm/м.
• В-третьих, подогнать под размер светильника саму ленту не проблема. Она подрезается по участкам, которые на ней обозначены. В других местах резать нельзя.
• В-четвертых, на обратной стороне ленты нанесен клеящийся слой, так что закрепить ее на поверхности светильника будет просто.

Место для отрезания светодиодной ленты

Сборка светильника

В первую очередь необходимо из светильника удалить плато ЭПРА. Затем на него наклеиваются отрезки светодиодной ленты. В данном случае количество наклеиваемых рядов может быть разным, к примеру, шесть рядов по три диода в каждом с поперечной установкой. Вариации установки могут быть разными, главное – точно соблюсти мощность необходимого свечения.

  Как выбрать блок питания для светодиодной ленты 12В

Блок питания

На этом элементе нового светильника необходимо остановиться более подробно, потому что светодиодная лента на блоке питания люминесцентной лампы работать не будет. Все дело в том, что для светодиодной ленты необходима стабилизация напряжения и тока. Если этого не сделать, то диоды будут перегреваться, и в конечном итоге просто перегорят.

В нашем случае оптимальный вариант – это блок питания без трансформатора, но с балластным конденсатором. Вот схема блока питания снизу.

Блок питания с балластным конденсатором

В этой схеме C1 – это тот самый балластный конденсатор, который гасит сетевое напряжение 220 вольт. После него ток подается на диодный выпрямитель VD1-VD4. После этого постоянное напряжение подается на фильтр C2.

Чтобы конденсаторы быстро разряжались, в схему установлено два резистора R2 для C1, R3 для C2.

Резистор R1 – это своеобразный ограничитель сетевого напряжения, а диод VD5 – это защита от перенапряжения выходного тока, которое составляет максимум 12 вольт (это на случай, если произошел обрыв светодиодной ленты).

Самый главный элемент в этой электрической сети – конденсатор C1. Здесь важно точно подобрать его по необходимым параметрам емкости. Не стоит для этого пользоваться сложными формулами.

Просто найдите в интернете калькулятор, с помощью которого вы точно проведете расчет. Правда, для этого понадобится одна вводная информация: сила тока на отрезке светодиодной ленты.

Обычно это указывается в паспорте изделия.

Но учитывайте тот момент, что в сопроводительных документах указывается максимальный параметр тока, поэтому не стоит его принимать, как основной. К примеру, ток в 150 мА будет нормальным для нового светильника длиною 30 см. При этом светодиоды нагреваться не будут, а яркость свечения будет достаточной.

Блок питания для светодиодной ленты

Попробуйте ввести в калькулятор наши данные, вы получите показатель емкости конденсатора – 2,08 мкФ. Округляем его до стандартного – 2,2 мкФ, который будет выдерживать напряжение до 400 вольт.

Внимание! Собранный по этой схеме блок питания является бестрансформаторным. Поэтому всю схему надо установить в специальный корпус, который не пропускает электрического тока, к примеру, в пластмассовый. Плюс ко всему рекомендуется придерживаться строго всех правил техники безопасности. Нельзя соприкасаться во время работы светильника с токоведущими частями блока.

ЭПРА

Постоянно выходящий из строя ЭПРА выбрасывать не надо. Его необходимо проверить на исправность. Здесь важно, чтобы был цел диодный мост, все остальные детали можно убрать.

А вот теперь необходимо проверить блок питание и плато на предмет корректной работы. Просто к блоку надо подсоединить светодиодную ленту, включить его в розетку и проверить, как работают светодиоды. Если вас все устраивает, то можно устанавливать блок питание в корпус светильника и делать капитальное соединение всех его частей между собой.

Заключение по теме

Как видите, собрать светодиодный светильник своими руками не проблема, если вы немного разбираетесь в электрических элементах и владеете навыками работы с паяльником. Конечно, это не единственная схема.

Можно сделать светильник из обычной энергосберегающей лампы, или люстры, где использовались лампы накаливания.

Главное – правильно собрать блок питания, подгоняя его под напряжение 12 вольт и силу тока отрезка светодиодной ленты.

Как своими руками сделать светодиодный светильник

Led-освещение распространено и в частных. и в общественных помещения.

Однако покупка и установка оборудования для него обходится достаточно дорого.

Поэтому рассмотрим, как сделать светильник из светодиодов и подручных материалов своими руками, какие устройства, расходники, инструменты для этого потребуются, и какие варианты приборов могут при этом получиться.

Как подобрать светодиодные лампы для светильника

При создании светодиодных светильников применяют два вида led-лампочек по мощности:

1. До полуватта. Их главные особенности – минимальный нагрев и возможность задать осветительному прибору любую форму, благодаря большому количеству точек. Недостаток – их монтаж весьма трудоемок, если учесть, что паять и соединять нужно своими руками.
2. От 1 до 5 Вт. Большая мощность диодов позволяет существенно снизить их количество в устройстве, что уменьшает трудозатраты. Однако эффективная эксплуатация осветительного прибора на их основе невозможна без правильного подбора радиатора и рассеивателя света.

Изготовление led-светильников возможно также на основе светодиодных лент. Мощность освещения, цветовая подборка и плотность расположения лампочек в полосе определяется условиями эксплуатации и личными предпочтениями того, кто будет собирать их своими руками.

В ширину стандартно они достигают 8-10 мм, а в длину – до 5 метров (именно такую протяженность имеют в продаваемых катушках). Питание осуществляется от источника постоянного тока с напряжением около 12 вольт и выше. Для подключения их от бытовой сети потребуется соответствующий блок питания.

Также их можно собрать и на батарейках.

Расчет и принцип работы драйвера с гасящим конденсатором

Чтобы оснастить уже имеющиеся люстры и прочие светильники в квартире дешевым источником светодиодного света можно применить схему драйвера с гасящим конденсатором.

Главная его особенность – низкое потребление энергии. Собирая блок своими руками, каждый убедится, что он достаточно прост и в нем нет ничего лишнего, в том числе стабилизатора. Применяемые диоды не выделяют много тепла, поэтому в устройстве также отсутствует радиатор.

Единственный минус такой схемы – прямое подключение к сети 220В. Это значит, что если будут постоянные перебои напряжения, светильник станет постоянно мигать. Чтобы собрать подобный драйвер, потребуется подготовить исходные материалы:

1. Макетная плата.
2. Одно-двухваттные резисторы.
3. Предохранители.
4. Конденсаторы 47 mF на 500 В.
5. Диодные мосты типа КЦ405А.
6. Конденсаторы пленочные на 600 вольт (можно взять больше).

Если светодиодный светильник изготавливается для потолочной люстры под стандартный патрон, в качестве базы можно взять цоколь от перегоревшей экономной люминесцентной лампы. Для этого нужно своими руками, лучше вне помещения, аккуратно отсоединить лампу.

Схема

Работы схемы конденсатора, изготовленного своими руками, подчиняется следующему алгоритму:

1. Резистор (обозначаемый на схеме R1) снижает скачки в сети до момента стабилизации схемы. На это уходит порядка одной секунды. Его параметры – сопротивление 50-150 Ом, мощность – 2 Вт.
2. Резистор (на иллюстрации R2) поддерживает работу конденсатора-балласта – разряжает его, когда питание отключается. На практике это полезно для того, чтобы в случае необходимости проведения ремонта своими руками, мастер не подвергался действию электричества. Помимо этого, он препятствует образованию токового броска при не совмещении первой полуволны переменного сетевого тока с полярностью конденсатора.
3. С1 непосредственно гасящий конденсатор. Это главный элемент схемы светодиодного светильника на основе ленты или ламп. Его функция – фильтрация тока. С его помощью (варьируя параметр мощности) можно задать любое значение силы тока в цепи. Так, для диодов, приведенных в качестве основы (см. выше) его значение не долго превышать 20 мА при пиковом напряжении.
4. Дальше по схеме включается диодный мост.
5. С2 (конденсатор электролитического типа) предотвращает ламповое мерцание. Кроме того, благодаря медленному разряжению электролита светильник затухает не немедленно, а постепенно.

Важно! Led-элементы светодиодной ленты не обладают эффектом инертности. Поэтому при включении и выключении глаз человека может замечать изменение стабильности освещения только при частоте в 50 Гц. Однако если посмотреть на светильник через камеру смартфона, можно сразу обнаружить его качество. Как правило, дешевые китайские диоды сразу выдают себя мерцанием, незаметным невооруженным глазом.

Основы расчета

Чтобы правильно рассчитать конденсатор, необходимо воспользоваться следующей формулой: I = 200*C*(1.41*U cети – U led): I – ток цепи (А); цифра «200» – постоянная, полученная умножением частоты тока 50 Гц на «4»; значение «1.

41» – еще одна постоянная; С – емкость гасящего конденсатора, выраженная в фарадах; U cети – напряжение в используемой сети, обычно 220В; U led – общее падение напряжение на светодиодной полосе или отдельных диодов, например если каждый элемент имеет по 3,3В, то это значение нужно умножить на общее их количество и получится величина U led.

  Принцип работы и маркировка электровакуумного диода

Правило подбора тока цепи (I) достаточно просто. Необходимо подобрать емкость гасящего конденсатора и количество диодов с заданным напряжением так, чтобы искомое значение тока цепи не превышало указанно в параметрах led-элементов. Задавая величину I можно устанавливать яркость свечения. Период времени службы диодов находится от нее в обратной зависимости.

На изображении приведена иллюстрация схемы типичного драйвера с гасящим конденсатором.

Интересно! Как вариант в качестве источника питания может использоваться аккумулятор. Светильник на батарейках можно подключать без драйвера. При этом при расчете его мощности нужно учитывать суммарное падение напряжение всех светодиодных элементов.

Какие материалы можно использовать

В ходе изготовления самодельных светильников пригодны любые материалы, сочетающиеся со светодиодными лентами и лампочками. Корпус можно изготовить как своими руками, так и взять за основу ранее использовавшийся прибор. При этом обязательно нужно учесть теплоотдачу led-элементов. Без правильно подобранного радиатора они быстро испортятся.

Для диодов большой мощности потребуется теплопроводящий материал. Например, это может быть алюминиевый профиль, труба, конус и прочие металлические предметы. Для таких элементов, как светодиоды 5 мм «соломенная шляпа» с углом распределения светового потока в сто двадцать градусов можно использовать любой материал – пластик, бумагу, дерево, картон – так как они не нагреваются.

Как сделать светильник своими руками: подробные инструкции

Теперь рассмотрим самые популярные варианты изготовления светильников на основе светодиодных элементов. Разберем подробно, как своими руками сделать их корпус, и какие материалы лучше использовать для настольных и настенных ламп, а также декоративных приборов освещения и некоторых других моделей.

Настольный

Для изготовления своими руками настольного светильника в первую очередь потребуется модернизировать уже имеющий прибор освещения. Для этого нужно:

1. Извлечь родной патрон.
2. В качестве базы взять цоколь от вышеописанной экономной лампочки и поместить в него, соединяя по схеме, драйвер с гасящим конденсатором.
3. В качестве корпуса для светодиодных элементов можно использовать, к примеру, колпачок от дезодоранта подходящего размера.
4. По всей его площади просверливаются/пробиваются отверстия подходящего диаметра под 5-миллиметровые диоды (всего около 50-60).
5. К остатку цоколя от экономной лампочки корпус прикрепляется на небольшие саморезы к круглому пластиковому основанию диаметром как у колпачка. При этом сама основа крепится на небольшие уголки-подиумы также на крепежные элементы.
6. После фиксации и сбора светильник просто вкручивается вместо обычной лампы накаливания в плафон для настольника.

Совет! Используя вышеприведенную технологию, можно своими руками изготовить светильники для обычных подвесных люстр, а также плафонов, вывешиваемых для освещения подсобных помещений, гаражах, бань, подвалов. Вместо обычных ламп накаливания или «экономок» в них будут применены светодиодные самоделки.

Настенный

Настенный светодиодный светильник может применяться в различных помещениях – ванной и санузле, на кухне и в детской, гостиной и прихожей, коридоре. Процедура изготовления его в форме круглого плафона своими руками выглядит следующим образом:

1. Прежде всего необходимо подобрать основание под монтаж диодов. Оно должно быть соразмерно рассеивателю. Например, можно вырезать дно от пластикового строительного ведра.
2. Рассчитав необходимое количество диодов (в среднем 100-120), необходимо строго по разметке равномерно проделать отверстия.
3. На обратной стороне основания закрепляется драйвер, при необходимости несколько штук.
4. Основание с диодами и драйверами обязательно фиксируется к базе плафона на саморезы. Для этого по середине необходимо установить пластиковый или металлический подиум.
5. Собранный прибор закрепляется на стену и закрывается рассеивателем.

Такой светильник с некоторой модернизацией можно приспособить не только для настенного, но и потолочного монтажа.

Декоративный

Светодиодные ленты представлены на рынке в достаточно широком разнообразии – по мощности, световой температуре, цветовым оттенкам и прочих параметрам. Самоделка на их основе не представляет ничего сложно, по крайней мере, сделать из них плафон для украшения намного проще, чем светильник с драйвером по вышеописанной схеме.

При этом оформление его корпуса и рассеивателя будет ограничиваться лишь рамками фантазии самого изготовителя. К светодиодной ленте потребуется блок питания, а также модуль управления, если планируется варьировать характеристики ее работы по цвету, световому потоку, интенсивности, времени.

Основные правила сборки самодельных led-светильников

Чтобы сделать рабочий светильник на основе светодиодов, необходимо убедиться как в грамотности его схемы, так и в правильности подбора его элементов:

1. Сборку диодов осуществлять строго по приведенной схеме. При неправильном подключении возможен взрыв!
2. Качество спайки компонентов должны быть на высоком уровне. В противном случае возможно разъединение контактов и поломка светильника.
3. Для точного расчета всех параметров, в том числе падения напряжения, необходимо проводить предварительные замеры точными приборами, мультиметром.
4. Чтобы устранить эффект голубоватой подсветки (раздражающих глаза) белых диодов, необходимо на каждые 10 led-элементов монтировать 3-4 красных.

Интересно! Приведенная выше схема изготовления светильника своими руками достаточно проста, эффективна и экономна. Однако она подключена напрямую к сети с напряжением в 220В, что не исключает поражения электрическим током, и потому требует соблюдения правил безопасности как с любым другим бытовым электроприбором.

Основные выводы

Изготовить светильник своими руками можно с применением подручных средств и недорогих радиотоваров. Также для этого потребуется непосредственно светодиодные элементы – лампы или ленты.

Они могут быть как маломощными, так и сильными. При выборе материала для корпуса нужно исходить из параметров их теплоотдачи.

Чтобы подключить такой прибор в сеть без блока питания, потребуется изготовить драйвер с гасящим конденсатором, предварительно рассчитав его по формуле.

С помощью предложенной технологии можно изготовить светильники любой формы и параметров для установки их в качестве основного или декоративного источника освещения. Монтировать своими руками их можно на потолок и стены в плафоны, в люстры и настольные лампы, а также в любую другую специально изготовленную художественную конструкцию.

ПредыдущаяСледующая

Хотите вечных светодиодов? Расчехляйте паяльники и напильники. Или домашнее освещение самодельщика

Когда-то давным давно, когда я еще учился в школе, а на дворе был конец перестройки, мой дядя (заронивший в меня интерес к электронике) припер домой сумку вынесенного через проходную завода добра. Собственно, такие сумки он приносил домой вполне регулярно, пополняя запасы, хранившиеся в диване. Диван этот, как вы догадываетесь, манил, и иногда в отсутствии дяди я в него заглядывал с восторгом. Но кое-что из этой сумки в диван не попало, а попало в мои руки. Дядя мне вручил пачку — штук десять — макетных плат, и новенькую нераспечатанную коробку дефицитных, да и не дешевых в то время светодиодов. Причем светодиоды были не простые: вместо привычной маркировки АЛ-что-то там на коробке стоял код из четырех цифр, как я понял — они были экспериментальные. И они были яркие. По сравнению с привычными АЛ307 или АЛ310 — просто ослепительные. И их к тому же было много — штук 50.

Идея «куда это богатство применить» возникла моментально: светодиоды были распаяны на одной из макетниц — сколько влезло (влезли не все), и из них вышел великолепный красный фонарь для печати фотографий, который абсолютно не засвечивал фотобумагу даже в упор. Правда, тут же я узнал о том, что «светодиоды не греются» — это вранье, так что ток пришлось снизить вдвое, с 10 мА на светодиод до 5. А еще через полгода успешной эксплуатации узнал и о том, что «светодиоды не перегорают» — это тоже неправда: первый светодиод в сборке погас, оказался пробит. А со временем и весь фонарь пришел в негодность. И вот сейчас я снова слышу из каждого утюга про «вечные» светодиодные лампочки, а дома за неполный год перехода на светодиодные лампы перегорела уже третья по счету.

Почему светодиодные лампочки не вечны?

Да потому что ничего нет вечного. Светодиод, к тому же — штука тонкая. Буквально. В его структуре имеются слои толщиной в считанные нанометры, образующие квантовые ямы.

Диффузия и электромиграция к таким слоям безжалостны — они размывают их, создают дефекты, постепенно снижая световыход и увеличивая вероятность катастрофы в масштабах крохотного кристалла, в котором, к слову, выделяется световая и тепловая энергия, удельное значение которой в расчете на кубический сантиметр p-n перехода можно сравнить разве что с ядерным взрывом (немного утрировано, но сами прикиньте плотность энерговыделения). Чем светодиод горячее, тем все эти негативные процессы будут идти быстрее. А он, как мы уже в курсе, греется. Греется даже тогда, когда через него идет ток в 10 миллиампер. А тем более — когда это мощный прибор, ток через который как минимум 100 мА, а бывает — и ампер, и даже три ампера. И в тепло, не смотря на всю энергетическую эффективность светодиодов, переходит значительная доля от подведенной к светодиоду электроэнергии. От двух третей до трех четвертей. А куда охлаждаться светодиодам в светодиодной лампочке? А некуда, по большому счету. Светодиод сам по себе спроектирован, чтобы его можно было охлаждать. Кристалл припаян к массивному основанию из меди или высокотеплопроводной керамики, у этого основания есть специальная площадка для пайки к внешнему теплоотводу, в роли которой — плата с алюминиевой или медной подложкой. А подложка эта, по идее, должна быть через термопасту прикручена к хорошему радиатору с большой площадью. А прикручена она в лучшем случае к металлическому корпусу светодиодной лампы, площадь которого совершенно недостаточна для рассеивания более чем нескольких ватт тепла, да еще и в закрытом плафоне. В худшем — корпус вообще пластмассовый, и в этот корпус еще попадает тепло от драйвера и от не вышедшего наружу и потерявшегося в недрах лампочки света. Вот и жарятся светодиоды при температуре, превышающей 100, а то и 130°С. И, кстати, не только светодиоды, но и драйвер, который тоже нередко выходит из строя.

Что делать-то?

Одно из трех. Либо мы, оставив на месте старую люстру, ставим в нее лампочки меньшей мощности. Они меньше будут греться и у них больше шансов прожить долго.

Разумеется, в комнате станет темно: мы вернемся во времена, когда в люстре из экономии и пожаробезопасности стояли лампочки по 25 ватт, от которых ушли, поставив на их место пятнадцативаттные энергосберегайки, сделавшие из темной берлоги светлое помещение, в котором приятно находиться. Либо мы покупаем новую люстру, в которую можно вкрутить больше лампочек.

Так мы останемся со светлой комнатой и получим (возможно) более долгую жизнь лампочек. Только на люстру, как и на лампочки, придется потратиться. И, наконец, третий вариант: мы забываем само понятие «светодиодная лампа», как страшный сон и ставим на место люстры специально спроектированный светодиодный светильник.

Продуманный и в плане хорошего использования светового потока (у светодиодных ламп типа «висит груша — нельзя скушать» с этим в приборах, рассчитанных на лампы накаливания, не всегда хорошо — они плоховато светят вбок и назад), и в плане качественного охлаждения.

Рынок

На рынке есть такие светильники. Но по большей части они во-первых, дорогие, а во вторых — страшные. Этакие промышленные штуковины, которые уместны в гараже, цеху, в торговом зале гипермаркета, в офисе, наконец — но не в квартире.

Нет, есть и красивые, и дизайнерские очень эффектно выглядящие светильники. Но — во-первых, опять же, цена, а во-вторых, в жертву дизайну принесено охлаждение.

Так, классическая китайская светодиодная люстра-блин — это пятьдесят ватт светодиодов, сидящих на алюминиевой плате в виде кольца диаметром 45 см и шириной сантиметров 8. И — все. Никакого тебе корпуса с оребрением, ничего. И опять-таки, плата в почти наглухо закрытом корпусе.

Ну хоть драйвер чуть наружу вынесен. Вердикт: жить будет, как светодиодная лампочка. Только когда сдохнет, менять придется не лампочку за 150 рублей, а люстру за пять-десять тысяч. В общем, выход, кажется, один: умелые руки.

Самодельный светильник: проектирование

Сразу скажу: светильник будет не на светодиодной ленте и без блютуса. Для начала, оценим, сколько нам нужно света. Тут дело вкуса, но я люблю, когда в жилище светло. Всякий интимный полумрак я люблю в особых случаях, в романтичной обстановке, но в обычной жизни он навевает тоску.

Считать можно по-всякому, но я воспользуюсь тем фактом, что с люстрой с пятью энергосберегайками по 15 ватт, дававшими каждая по 950 лм, в комнате было хорошо. То есть 5 килолюмен нам будет достаточно. Теперь идем на сайт Cree, находим там Datasheet на модули CXA2530.

Почему именно на них? Да потому что у меня есть несколько штук таких модулей, и с ними удобно работать: к ним просто припаиваются провода, а сами модули сажаются прямо на радиатор с помощью прилагающегося фланца. А еще их несложно купить — известный китайский интернет-магазин в помощь.

У имеющихся у меня модулей бин светового потока Т4, это соответствует номинальному световому потоку 3440-3680 лм. Сразу 20% от этой цифры отнимаем — они потеряются на рассеивателе.

Получаем световой поток 2750-2950 лм, а учитывая, что получается этот поток при мощности около 30 Вт, получаем потребную для освещения мощность (подведенную к светодиодам) около 50 Вт. Поскольку комната у нас длинная, мы уберем люстру из центра и сделаем два одинаковых светильника по 25 ватт.

Приняв КПД светодиодов за 25% (достаточно консервативная оценка — скорее всего, лучше, но уж точно не хуже), выясняем, что в каждом светильнике выделяется 18,75 Вт тепла. И наша задача — выбрать под это тепловыделение радиатор. Вот как мы это сделаем.

Будем исходить из максимальной температуры кристалла = 85°C и температуры окружающей среды = 35°C. То есть = 50°C. Перепад температуры пропорционален рассеиваемой мощности, а коэффициент пропорциональности называется тепловым сопротивлением: , и измеряется оно в кельвинах (или градусах цельсия) на ватт. В нашем случае тепловое сопротивление кристалл-окружающая среда должно быть равно 2 °С/Вт.

Из чего же состоит тепловое сопротивление? Первый его компонент — это тепловое сопротивление, присущее самому корпусу светодиода. Фирма Cree не дает эту величину в даташите напрямую, предлагая воспользоваться странным графиком, но в ранних публикациях в журналах о выпуске новых светодиодных матриц указывалось значение 0,8 °С/Вт.

Второй компонент общей величины теплового сопротивления — это сопротивление, создаваемое слоем термопасты между корпусом и радиатором. В качестве термопасты мы возьмем старый-добрый Алсил-3, с теплопроводностью = 1,7-2 Вт/м*К. При слое пасты толщиной 50 мкм и площади теплорассеивающей поверхности 2,8 (площадь круга диаметром 19 мм под излучающей поверхностью матрицы) получаем = 0,105 °С/Вт.

Итак, на радиатор у нас остается 1,1 °С/Вт. Исходя из этой цифры, выбираем радиатор, накинув процентов 30 «на вранье», на растекание тепла от маленькой матрицы и на то, что радиатор будет неоптимально ориентирован в пространстве.

Например, нам подойдет профиль АВМ-076 размером сечения 176х40 мм с тепловым сопротивлением куска длиной 100 мм 0,5 °С/Вт. Нам хватит куска этого профиля длиной 80-100 мм. 100 мм — это стандартные куски, имеющиеся в продаже, 80 нужно заказывать у производителя (Виртуальная механика, virtumech.

ru), такой вариант выглядит несколько более эстетичным за счет меньшей ширины.

Осталось выбрать драйвер. Критерии для его выбора — это ток и рабочие пределы выходного напряжения. Мощность 25 Вт получается при токе около 0,7 А, напряжение на матрице при этом составит около 35-36 В.

Конструкция

Перебрав несколько вариантов конструкции светильника, я остановился на рассеивателе из матового полупрозрачного пластика, имеющем вид полуцилиндра. Форма эта получается простейшим способом — за счет крепления изогнутой пластины к боковым сторонам радиатора.

Способ крепления достаточно произволен — на винтах с прижимными пластинами, на клею — я воспользовался красным двусторонним скотчем «Момент». В качестве рассеивателя я применил рассеивающую пленку из подсветки разбитого ЖК монитора — она имеет очень хорошее светопропускание.

Можно также заматировать абразивом пленку для печати на лазерном принтере или любую другую плотную пластиковую пленку. Матрица с предварительно припаянными проводами устанавливается с помощью комплектного фланца в центре радиатора с помощью двух винтов М3 (гайки использовать неудобно, так что придется поработать метчиком).

Перед приклеиванием рассеивателя свободную от матрицы плоскую поверхность радиатора рекомендуется оклеить алюминиевым скотчем или окрасить белой краской — это снизит потери света. По поводу термопасты — хотелось бы заметить, что использование темной термопасты не рекомендуется: она процентов на 10 снизит световой поток. Я это хорошо заметил на двух экземплярах, один из которых я сделал с Алсилом-3, а на второй алсила не хватило и я воспользовался пастой из комплекта кулера фирмы Scythe, имевшей темно-серый цвет. Разница при измерении люксметром очевидна. Также нет смысла использовать более дорогие, чем алсил, термопасты с большей теплопроводностью: и на алсиле падает в худшем случае пара-тройка градусов, погоды они не сделают. После сборки первого светильника (в котором я использовал радиатор от процессора Pentium II и который поселился в кухне, у него чуть меньшая мощность в районе 15 Вт), я принял решение ставить в светильники для комнаты не одну матрицу, а две — это «размазало» пятно света на рассеивателе и сделало свет более комфортным. Более разумно было бы в таком случае ставить менее мощные модули, скажем, CXA1820. Модули соединил параллельно, нежелательных последствий в виде неравномерного распределения тока между ними это не вызвало — обе матрицы светятся на глаз одинаково. Но длину подводящих проводов я на всякий случай выровнял. Крепление к потолку у меня — с помощью коромысла из жесткой стальной проволоки диаметром 2 мм, концы которого продеты в отверстия в крайних ребрах радиатора и загнуты. За центр коромысла зацеплен крючок, прикрепленный к потолку — такой длины, чтобы между натяжным потолком и радиатором оказалось расстояние в пару сантиметров. Драйвер спрятан за натяжным потолком. Если бы светильники делались до потолка, можно было бы в него запрятать и радиаторы. Поверхность радиатора можно покрасить в черный цвет перманентным маркером или тонким слоем из баллончика (толстым не надо — теплоизоляция). А можно и не красить, глаза он особо не мозолит.

Результаты

Светло. Под лампами на высоте столешницы — 450 лк, в середине комнаты 380 лк. Свет комфортный, цветопередача — вполне (правда, на кухне оказалось, что сырое мясо под этим светом выглядит, как-будто его слегка подкрасили черничным соком). Радиаторы после многочасовой работы теплые, но не горячие. Мерцание равно нулю (заслуга качественных драйверов).

И по ценам: матрицы обошлись в 550 рублей каждая (курс с тех пор, конечно, поменялся), радиаторы — по 600 рублей, драйвера — по 250 рублей, пленка досталась бесплатно. Итого — 2200+1200+500 = 3900 рублей. Плюс два-три часа работы.