Меню

Простейшая подсветка из светодиодов

Как сделать подсветку из светодиодов?

Все прочнее укрепляются позиции диодного освещения на рынке электротехники. И это не случайно, ведь на сегодняшний день это самый энергосберегающий и экологически чистый вид освещения. К тому же подобные элементы на кристаллах дают большой размах фантазии в оформлении интерьера за счет ассортимента, представленного на прилавках, как в разновидностях светодиодных приборов, так и в цветовой гамме.

А как сделать светодиодную подсветку своими руками? Или все же придется обратиться за помощью к специалисту для решения данного вопроса? В этом нужно попробовать разобраться.

Основная экономия при производстве ремонта как раз и состоит в том, чтобы не переплачивать наемным рабочим, а постараться сделать ту работу, которую возможно, самому.

Итак, перед тем как сделать подсветку, требуется понять, как же разделяются светодиодные приборы освещения и какие их виды бывают.

Разновидности светодиодных осветительных приборов

Приборы, изготовленные на основе светодиодов, могут быть как в форме привычного настольного светильника или обычной лампочки, так и в виде светящейся гибкой ленты или прозрачной цветной трубки, внутри которой находится цепь элементов. Такая трубка называется «дюралайт» и имеет мало отличий от светодиодной полосы. Целесообразным будет остановиться на каждом из вариантов их исполнения.

Разновидности светодиодов

  • Обычные светодиоды – имеют вытянутую цилиндрическую форму и маркируются как DIP. Это первый появившийся в продаже элемент, в основе которого лежит полупроводник. Закругленный край эпоксидного корпуса выступает в роли линзы, служащей в качестве направляющей свет детали. Кристаллов в таком приборе может быть от одного до трех, при этом подобный светодиод, равно как и другие его виды, может светиться как одним цветом, так и двумя или тремя соответственно.
  • Светодиодная лента – более высокотехнологичный продукт, в основе которого лежат элементы поверхностного монтажа – SMD. Они имеют меньший размер, и в отличие от DIP-компонентов, монтирующихся на ножках, крепятся снаружи печатной платы, что дает возможность сборки двухсторонних схем. При помощи прослойки люминофора светодиоду можно придать нужный цвет.
  • Дюралайт – гибкая трубка, внутри которой параллельно подключены последовательные цепочки светодиодов. Чаще всего такая подсветка используется при освещении витрин, в роли гирлянд, но возможно ее применение и в оформлении многоуровневых потолков.

Также основой для кристаллов может служить алюминиевая основа. Такие светодиоды маркируются как СОВ (Chip-On-Board) и являются новейшим достижением в этой сфере. По причине конструктивной особенности подобных чипов свет распределяется более равномерно.

Существующие конструкции светодиодов

Основа работы всех светодиодов, независимо от их вида, – это принцип излучения, вырабатываемого элементом. Электроэнергия, проходя через состоящий из разных типов полупроводников кристалл, преобразовывается в видимый световой поток. Свечение, по сути, создается за счет разницы в направленности проводимости полупроводников.

По этой же причине светодиод работает лишь в одном положении полярностей подаваемого напряжения. И если лампу накаливания можно подключить, подав питание «фаза-ноль» в любом положении, то при подаче плюсового заряда на «-» чипа не будет никакого свечения. LED- компонент просто не будет работать.

Монтаж подсветки на светодиодах

Разобравшись с видами светодиодов и определившись с тем, какой из них наиболее подходит для подсветки, можно приступать непосредственно к выполнению установки. Для обычных квартир и собственных домов оптимальным будет выбор светодиодной ленты, т. к. она достаточно проста в установке и в то же время отвечает всем требованиям, предъявляемым многоуровневому освещению.

Если помещение имеет большую площадь, то длина одного отрезка ленты не должна превышать 15 м. При большем размере основание может не выдержать температуры нагрева соединяющих проводов в результате превышения потребляемой мощности. Вообще наилучшим вариантом будет подготовка частей LED-ленты по 10 метров, которые в последующем будут соединены с диммером или контроллером (при использовании многоцветного варианта) параллельно.

Маркировка места возможной резки светодиодной ленты

Главное – световую полосу нельзя резать там, где придется. На ее полотне промаркированы места, где можно произвести подобное действие.

Светодиодная лента может быть с клеевой поверхностью, тогда для монтажа требуется лишь отклеить защитную пленку и прижать полосу к нужной поверхности. Если приобретено изделие без подобного элемента крепления, то необходимо использовать двухсторонний скотч.

Также подобные полосы могут быть разными по степени влагозащищенности (с силиконовым покрытием и без), по силе светового потока (оно зависит от температуры цвета и мощности), а также по плотности (30, 60, или 120 единиц на один метр).

Наиболее часто светодиодное освещение, сделанное своими руками, выполняется в виде контурной подсветки, хотя каких-либо ограничений в ее использовании нет. С помощью подобного продукта возможно не только выгодное разграничение помещений на световые зоны, но и подчеркивание цветовой гаммы комнаты.

Возможно нанесение световых рисунков на потолке или создание звездного неба над головой. К тому же, когда в одной комнате живут двое детей, интересным будет выполнить разграничение детской на две зоны в разных тонах, по цветам, которые нравятся одному или другому ребенку.

Многоцветная светодиодная лента требует для работы наличия не только стабилизирующего устройства, но и RGB-контроллера, который выполняет функцию «мозга», управляющего цветом свечения.

Читайте также:  Зеркальный шкаф с подсветкой sensation

Подключение RGB-ленты

При подключении светодиодной ленты не имеет значения, будет она однотонной или многоцветной, оно происходит по одинаковому принципу. Единственное отличие RGB-полосы – наличие в ее схеме питания контроллера и иногда усилителя. Вот на этих приспособлениях стоит остановиться подробнее.

При соединении блока питания с контроллером разницы в действиях с одноцветными лентами не наблюдается – контакты соединяются по маркировке полярности. Немного сложнее коннект контроллера и полосы. Три провода здесь отвечают за цвета, а четвертый – за питание:

  1. В – синие оттенки;
  2. R – красные;
  3. G – зеленые;
  4. V+ – подача питания.

В целом подключение будет выглядеть так:

Подключение RGB-контроллера

Так же, как и при монтаже однотонной LED-полосы, при выполнении такой работы, как установка светодиодной подсветки своими руками, потребуется разделение ленты на отрезки. Только в случае с RGB-лентой нужно понимать, что светодиоды в ней с большим потреблением электроэнергии, а потому необходимо включение в схему усилителя сигнала, регулирующего силу светового потока и позволяющего равномерно светиться чипам.

Подключается этот прибор к каждому дополнительному отрезку полосы, а питание подается с блока, причем стабилизирующий трансформатор на усилитель лучше установить отдельный, т. к. мощностного запаса основного блока питания может не хватить.

Преимущества и недостатки подсветки

Конечно, плюсов у подобной подсветки много. Она более экономична в плане расхода электроэнергии, чем другие существующие виды освещения, обладает намного большим сроком службы, хорошим теплообменом и коэффициентом полезного действия. К тому же довольно проста в монтаже, не требующем специальных навыков и больших знаний, и при этом подлежит ремонту при сгорании одного или нескольких чипов.

Но все же некоторые сетуют на высокую стоимость, которую имеют светодиоды для освещения и оборудование к ним. Хотя, если вдуматься, то сумма, уплаченная при приобретении, вполне окупится за небольшой срок использования, а сама подсветка будет радовать глаз, привнесет уют в помещение и сделает его неординарным.

Источник

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.

Читайте также:  Нет подсветки в телевизоре 32ln541u zb

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.

Читайте также:  Ваз 2114 лампочки подсветки задних номеров

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.

Источник