RSS
people

Как самостоятельно сделать светодиодный светильник

Вы когда-нибудь задумывались о том, как проверяют купюры? Имеется множество степеней защиты. Это и перфорация, и водяные знаки, но все было бы попусту, если бы не специальная краска, которую видно только при облучении определённой длиной волны.

Готовый светодиодный светильникИменно на этом принципе работают все кассовые аппараты. Считается, что если облучить купюры инфракрасным или ультрафиолетовым светом, то проявится картинка.

Все страны мира используют подобные технологии.

А теперь давайте поговорим о том, как сделать светодиодный светильник своими руками, и какое это имеет отношение к банкнотам.

Как работает светодиод

Отличие светодиодов в узком диапазоне излучения. Попробуйте проделать простой опыт. Возьмите настольную лампу и зажгите, удерживая рукой плафон.

Излучение быстро нагреет сталь. Можно даже почувствовать рукой излучение, если поставить её прямо перед лампочкой накала. Вы не удержите стекло уже через несколько десятков секунд работы. Но что это значит?

Заводской светодиодный светильникЛьвиная доля тепла переносится в инфракрасном диапазоне. Для Солнца это тоже справедливо, но лампочка, температура которой много ниже, проявляет эти свойство гораздо более красноречиво.

Никто не будет спорить, что дневной свет гораздо более яркий. В то же время не все понимают, что такое инфракрасный диапазон.

Это длины волн, которые лежат ниже видимого участка спектра, а именно – красного. Эти частоты достаточно высоки.

Участок инфракрасного диапазона намного более широкий у лампочек. Вот примерный расчёт: согласно Википедии ширина этой области составляет порядка 429 ТГц. Видимый свет занимает порядка 400 ТГц.

Для Солнца с его высокой температурой согласно закону Вина плотность излучения уходит далеко в ультрафиолетовый спектр (очень высокие частоты, простирающиеся почти до рентгеновских).

График накала светодиодной лампыОднако для лампочки играют роль две поправки:

  • Температура спирали сравнительно низкая.

Обычно это тёплые тона порядка 2700 – 2800 К. У Солнца температура поверхности доходит до 6000 К.

  • График, представленный на рисунке, даёт понять, что добрая часть спектра (ограничен кривой в виде колокола) приходится на инфракрасное излучение.

Итак, мы приходим к выводу, что лампочка является блеклым подобием Солнца. Вот почему так много энергии уходит впустую.

То есть КПД лампочки накала по определению не может быть высоким. В отличие от этого полоса излучения светодиода сравнительно узкая.

На их основе изготавливают даже лазеры одной частоты

В последнем случае вся мощность излучения сосредотачивается на очень узкой полоске спектра. В результате наш глаз ощущает достаточно большую яркость, но в реальности мощность излучения намного меньше.
Подключение светодиода к дешевой батарейкеЗа счёт этого светодиодные лампочки по освещённости аналогичные накальным остаются холодными, спустя часы работы.

Это и означает ту великолепную экономию.

Если сделать самому светильник из светодиодной ленты, то можно платить за свет намного меньше.

Но и это ещё не все! Большинство светодиодов имеют сравнительно низкое рабочее напряжение.

Посмотрите на фото: мы примотали скотчем ножки ультрафиолетового светодиода к батарейке на 3 В, и этого вполне достаточно.

Как сделать из светодиодов источник света

Светодиодный светильник своими рукамиОчень важно провести подключение правильно!

Светодиод легко пробивается обратным напряжением, которое может даже не дотягивать до прямого рабочего.

Вы никогда не ошибётесь, если будете более длинную ножку прикладывать к положительной полярности батарейки (плоская сторона, на которой стоит крест, и проведена маркировка).

Большинство светодиодов не допускает работы при напряжении выше 3 В. Чтобы сделать светильник из светодиодной матрицы на интерфейс USB, применяют ограничительные резисторы. В этом случае сразу же часть мощности теряется на активном сопротивлении.

Подбор ведётся, исходя из двух противоречий:

  • Если номинал сопротивления будет слишком мал, то может сгореть светодиод.

Самодельный светодиодный светильникВ силу законов физики напряжение будет делиться пропорционально.

Проще всего использовать переменный резистор и батарейку на 5 В, чтобы выбрать нужный номинал для шины USB.

Для любителей расчётов можем привести и пропорцию, согласно которой идёт деление напряжения: U1/U2 = R1/R.

Тут R1, например, может быть сопротивлением резистора, а R2 – сопротивление диода постоянному току. А U1 + U2 = 5 В.

Последняя величина переменная и может быть найдена из вольт-амперной характеристики. Для этого нужно в рабочей точке разделить напряжение на ток. Сама характеристика приближённо представляет собой ветвь параболы.

  • Слишком большой величины резистор провоцирует немалые активные потери.

Они прямо пропорциональны величине сопротивления. Вот почему чаще всего несколько светодиодов включается последовательно, а за ними уже следует резистор.

Суть здесь в том, что можно использовать меньший номинал. Сопротивления светодиодов складываются, и вместо U2 на них будет действовать уже сумма напряжений.

При этом короткое замыкание обычно исключено в каждом элементе по отдельности. Поэтому и нет опасности, что где-нибудь падёт больше напряжения, чем в начале эксплуатации. Если горит один светодиод, то гаснет вся ветка.

На лентах это чаще всего три штуки

Почему светодиоды редко замыкает? Дело в том, что горение получается на p-n-переходе.

Но если он находится в толще полупроводника, то никакого в этом смысла нет, потому что свечения никто не увидит. По этой причине полезной частью является лишь периметр.

В связи с этим каждый светодиод представляет собой следующее:

Разноцветные светодиоды для светильника

  • Внутри прозрачной колбы, которая обычно сплошь состоит из пластика или стекла, находится мост с разрывом.
  • Половинки неравноценны. Большая находится примерно по центру «пули» и является катодом. В то время как анод меньше и расположен на периферии.
  • Над пропастью перекинута тонкая нитка. Именно на её кончике, крепящемся к катоду, образуется сам по себе p-n-переход, который просматривается со всех направлений. В то же время тонкая жилка не мешает свободному прохождению света.

Именно в силу такого строения светодиоды плохо держат обратное напряжение. p-n-переход настолько мал, что легко пробивается.

Почему не сделать толще? Дело не столько в удорожании, сколько в том, что нет смысла. Плохие условия охлаждения просто не позволяют проходить здесь большому прямому току.

Читайте также: Как самостоятельно сделать мигающий светодиод

Если повысить длины полупроводника, это вызовет повышение активного сопротивления, что закономерно повысит выделение мощности в рабочем положении.

В то же время диаметр p-n-перехода увеличить нельзя потому, что резко падает КПД. Ну, а нить не может быть толстой, чтобы не загораживать часть света.

Какой светодиодный светильник лучшеВ общем и целом получается замкнутый круг.

Вот и выбирается золотая середина между эффективностью и рациональностью.

Если эксплуатировать светодиод при повышенном напряжении, то постепенно он станет тухнуть и сгорит.

Расплавится материал p-n-перехода из-за плохих условий охлаждения.

Обратите внимание, что по этой причине слой полупроводников и пытаются сделать тоньше.

Хотите, чтобы светодиод работал дольше? Сделайте электроды из платины! Дороговато и нерационально, но когда-то и лампочки накала с этого начинали (контакты из драгоценных металлов).

Расчёты светильника

Недорогой светодиодный светильникВ первую очередь нужно найти источник питания.

К примеру, это может быть USB разъем или даже специальная китайская розетка с преобразователем.

Но наш взгляд все это устарело и не может вызвать реального интереса.

Гораздо эффективнее найти преобразователь на 12 В и поставить его в распределительный щит на DIN-рейку. Почему именно такой вольтаж?

Мощность

Во-первых, в этом случае проще набрать нужную мощность. Из опыта скажем, что двухкомнатная квартира стандартной планировки может потреблять для нужд освещения порядка 100 Вт. Причём одновременно светильники все не включаются. Реально выйдет максимум 70 Вт.

Мощная светодиодная лампаНо даже при таком раскладе невозможно найти преобразователь с 220 В на 5 В постоянного тока.

Для 12 В все проще. Можно взять модуль мощностью на 120 Вт примерно за 4000 рублей, и мы уверены, что цена будет снижаться.

На первый взгляд это дорого, но если вспомнить о том, что за свет нужно будет платить примерно в 10 раз меньше, то выгода налицо.

Уже за первый год эксплуатации модуль окупится, а гарантия на него наверняка дольше.

Патроны, лампы и выгода

Другой вопрос, что вместо того, чтобы ломать голову над тем, как сделать светодиодный светильник своими руками, выгодней купить готовые патроны и лампочки.

Простая светодиодная лампаКстати, Е27 также вполне подходят, потому что в продаже можно найти цоколи на этот типоразмер.

В таком случае за каждую лампочку нужно платить порядка 150 рублей и более. Давайте подумаем, много это или мало.

Если брать светодиод на фото, то его светимость практически нулевая при розничной цене 5 рублей.

Из таких приборы освещения не собираются. При покупке от 200 штук магазины сбывают светодиоды BL-L413UWC по 10 рублей за штуку. Прямо скажем, это не очень дорого.

При прямом напряжении 2,7 В каждый такой светодиод даёт силу света в 10 Кд. Ниже мы проведём расчёт экономической целесообразности.

Экономическая целесообразность

Экономичная светодиодная лампаБольшой плюс в том, что при замене обычных лампочек на светодиодные нет надобности менять проводку.

Более того, активные потери в ней теперь снизятся пропорционально потреблению. То есть, примерно в 10 раз.

Простейший анализ показывает, что экономически выгодно самому сделать светодиодный светильник только в том случае, когда нет желания покупать адаптер на 12 В.

В этом случае внутри каждой лампочки есть небольшой блок питания, занимающийся преобразованием. С одной стороны это увеличивает вероятность выхода из строя, с другой – проще замена.

Смысл сделать точечные светодиодные светильники в том, что можно использовать светодиоды даже без ограничивающих резисторов (либо малым номиналом).

Магазинная светодиодная лампочкаЗдесь не все так просто. Например, некоторые магазины не дают возможности поиска по напряжению питания.

Светодиодные лампочки отпадают сразу же, потому что нет смысла покупать их за такую же цену, как на 220 В, когда у нас уже приобретён адаптер за солидную сумму.

Вы быстро обнаружите, что невыгодно брать матрицы по 550 рублей.

Итак, мы должны взять обычные дешёвые светодиоды и сделать из них приличный светильник. А теперь посмотрим, как это реализовать.

Инженерный расчёт

Дешевая светодиодная лампаХарактеризуется погрешностью до 30%. То есть любые самые точные формулы не позволяют получить однозначный результат.

Мы сегодня решили испробовать онлайн-калькулятор http://www.dled.ru/sections/ljumeny-v-kandely.

Почему? Он максимально просто позволяет осуществить перевод между кд, в которых даются технические характеристики светодиодов, к Лм.

Но при этом не объясняется отличие. Значит, это сделаем мы!

  • Канделы, грубо говоря, показывают, сколько всего лучистой энергии излучает источник.
  • А люмены дают поправку на угол в стерадианах.

То есть, например, понятно, что лампочка светит в основном вниз, поэтому её свойства характеризуются в Лм. Например, 850 Лм примерно эквивалентны 75 Вт лампочки накала.

Так вот! Пользуясь этим онлайн-калькулятором, мы можем найти, сколько нам потребуется элементов, чтобы сделать светильник из светодиодной ленты (маркировка включает тип светодиодов, а значит, можно найти и технические характеристики) или любого другого сырья.

Лампа Онлайт для светодиодного светильникаДопустим, показанная на фото, лампочка Онлайт имеет очень ограниченную область.

Разумеется, нет никаких шансов измерить точно, но по ощущениям угол половинной мощности (закладывается в калькулятор для расчёта) лежит где-то в районе 120 градусов (при светимости в 820 Лм).

Подставляем… получилось, что сила света выходит порядка 260 кд. Это значит, что потребуется порядка 25 светодиодов BL-L413UWC, чтобы обеспечить те же характеристики.

Причём нужно будет ещё потратиться на подложку и создание нужной диаграммы направленности.

Вышесказанное означает, что создание в промышленных масштабах светильников своими руками на сегодняшний день невыгодно. По той причине, что светодиоды больно дорогие. В результате приходим к тому, что выгодно брать лампочки на 220 В с привычным цоколем Е27.

Светодиодный светильник для аквариумаДругое дело, если требуется сделать светодиодный светильник для аквариума.

Вся прелесть в том, что нет надобности его помещать внутрь.

Просто возьмите отрез светодиодной ленты и наклейте обратной стороной на заднюю стенку.

Источник почти не греется, поэтому опасность возгорания нулевая.

А мы на этом прощаемся. Полагаем, бра сделать самому теперь под силу каждому читателю.

Оставить комментарий