Светодиодный прожектор 50 ватт своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 18.09.2024

Светодиодные приборы стремительно завоевывают рынок осветительной техники. Их преимущества – низкое энергопотребление при повышенной световой отдаче, возможность выбора светового спектра по личным предпочтениям, долгий срок службы. На рынке предлагается большое количество LED-светильников, но иногда возникает необходимость сделать подобный прибор своими руками.

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.

Важно! Светодиоды могут быть запитаны как от переменного, так и от постоянного напряжения, но если в схеме применен драйвер, а не резистор , то в этом случае напряжение должно быть постоянным.

Подбор корпуса

Существует два подхода к выбору корпуса:

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.
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:

Каким бы путем не был бы выбран корпус, надо иметь в виду, что он одновременно должен служить радиатором для отвода тепла от излучающих элементов. Чем более мощный осветитель предполагается построить, тем важней это требование. Поэтому для прожекторов 50+ Вт оболочку лучше сделать из алюминия (его теплопроводность выше) или предусмотреть установку светодиодного блока на отдельный радиатор и отвод тепла от него.

Выбор лампы

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.
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).

Видео: Переделка прожектора. Ставим 50 Вт светодиод.

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.

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

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

Как можно использовать прожектор

Самое логичное применение светодиодному прожектору, сделанному своими руками - это освещение территории придомового участка, гаража и т.д. Но фантазия умелого мастера этим не ограничится. Можно придумать конструкцию переносного осветительного прибора и использовать его для студийной съемки фото и видео.

Небольшой светильник на напряжение 24 В может добавить эффективности штатному освещению автомобиля при поездках во внедорожных условиях (но применять самодельные устройства при движении по дорогам общего пользования запрещено!). Также можно применить подобный прожектор (или несколько) в эстетических целях – для акцентированной подсветки зданий. Все ограничено только фантазией мастера и умением его рук.

Пока светодиодная продукция не вошла в нашу жизнь окончательно и производство полноценно не стало на рельсы, цена на светотехнику LED продолжит кусаться. Но зачем ждать или, того хуже, переплачивать, если можно собрать своими руками прожектор нужной мощности по нашей инструкции.

Электротехнические особенности работы со светодиодами

Если вы намерены использовать светодиодную технику , вам не помешает узнать о некоторых тонкостях работы с ней, которые отчасти можно назвать недостатками. С одной стороны, светодиоды — компактные, экономные и долговечные источники света, а с другой?

Твердотельные полупроводниковые элементы критически чувствительны к высоким температурам в активной зоне. Явление, называемое деградацией, заключается в потере полупроводником легирующих добавок, что выражается в снижении светового потока или окончательном выходе из строя.

а) конструкция обычного светодиода: 1 — анод; 2 — катод; 3 — проводник; 4 — кристалл; 5 — пластиковая линза б) конструкция мощного светодиода: 1 — корпус; 2 — проводник; 3 — теплоотвод; 4 — кристалл; 5 — линза; 6 — катод

При температуре от 60 °С светодиод деградирует очень быстро и заявленные производителем 50 тысяч часов в итоге оборачиваются в 3–5 тысяч. И чем мощнее одиночный светодиод, тем выше вероятность его быстрого старения из-за перегрева. Поэтому при разработке осветительных приборов во главу угла ставится качественная система отвода тепла, а также разбиение излучателя на несколько точек и их правильная компоновка.

Другая особенность светодиодов — они могут пропускать только ограниченное число электронов в единицу времени. Сеть, питающая светодиод, должна быть стабилизирована по току, иначе возникает сильный перегрев и связанные с ним негативные последствия. Ток в цепи питания регулируется приложенным напряжением и ограничивается резистором на каждом из светодиодов. При разработке схемы соединения нужен тщательный расчёт: завысите напряжение и светодиоды быстро выйдут из строя, а сделаете слишком низким — будут светить вполсилы.

Наиболее простые прожекторы имеют только один светоизлучающий элемент, в приборах же высокой мощности рекомендуется распределять нагрузку для более эффективного отвода тепла. В таких случаях соединение может быть последовательным, параллельным или смешанным. Первое не совсем безопасно: если один из светодиодов перегорит, он может либо разорвать цепь, либо шунтировать её. При параллельном (и особенно смешанном) соединении велик риск, что после выключения из цепи одного потребителя ток в питающей сети возрастёт до неприемлемых величин.

Точечные источники и матрицы: выбор, закупка

Есть три типа светодиодов, которые разумно использовать в изготовлении прожекторов. Учтите, что при сборке светового прибора из нескольких светодиодов, они должны быть идентичны как по типу, так и по вольт-амперным характеристикам. Также рекомендуется приобрести до десятка запасных диодов в качестве ремкомплекта и на случай повреждения при монтаже.

Светодиоды в виде пластиковой капсулы со штыревыми выводами пригодны для изготовления небольших прожекторов и фонариков. Это наиболее дешёвый тип продукции, а конечное изделие в итоге будет относительно легко отремонтировать.

Второй тип — сверхяркие белые светодиоды на металлической подложке. Их стоит использовать в высокомощных осветительных приборах, отводить тепло от них достаточно просто.

Ещё одной разновидностью LED служат светодиодные матрицы высокой мощности. Не рекомендуется самостоятельно изготавливать прожекторы с мощностью матриц 20 Вт и выше: эффективно отвести тепло простыми мерами не удастся.

Детали корпуса и рефлектора

Есть ряд решений для корпуса самодельного прожектора. Если требуется высокая степень пыле-влагозащиты для уличного фонаря, то подойдёт автомобильная фара. Ободок цоколя лампы нужно будет вырезать и закрепить поверх панели со светодиодной матрицей. Недостаток метода — ограниченная мощность прожектора при том, что матрица в нём поместится только одна.

Когда выкройка будет готова, отшлифуйте края, согните корпус и соедините швы заклёпками. Внутреннюю поверхность прогрунтуйте, вскройте белой аэрозольной краской без глянца и оставьте сохнуть на 2–3 суток. С передней стороны корпуса заведите по диагонали квадратный отрезок стекла подходящих размеров и прислоните его к загнутым полочкам изнутри. По контуру стекла обильно пройдитесь белым силиконом, им же промажьте швы корпуса.

Крепление монтажной панели или платы выполните на восьми болтах по 4 мм, предварительно просверлив отверстия по краям каждой полочки на узкой стороне корпуса. Чтобы пластина прилегала плотно, используйте уплотнитель для дверей из вспененного ПВХ. Обтянуть болты будет непросто, их головки недоступны, поэтому используйте пару законтренных гаек на конце.

Монтаж радиоэлементов

Его расчёт прост: из напряжения питающей сети вычитаем напряжение светодиода и делим на предельно допустимый ток. Чтобы перестраховаться на случай колебаний напряжения источника, допустимый ток светодиода можно заведомо занизить до 90–95% паспортного значения.

Ориентировочное напряжение питания для одного светодиода составляет 4 В. Если источник выдаёт больше, целесообразно включать диоды по смешанной схеме, где параллельно соединены гирлянды, в каждой из которых по одному светодиоду на каждые 4–5 В напряжения. Допустимый ток для такой последовательной сборки определяется как сумма допустимых токов каждого, а прямое напряжение остаётся тем же, при условии что у каждого светодиода этот параметр одинаков.

Разместив элементы и нарисовав дорожки, протравите пластину текстолита в растворе лимонной кислоты (30–50 г), 3-х процентной перекиси водорода (100 мл) и поваренной соли (2 чайные ложки), периодически проверяя степень растворения незащищённых участков. Просверлите отверстия под штыревые выводы сверлом на 1,5–2 мм, просверлите восемь отверстий для крепления платы к корпусу, а затем тщательно пролудите токоведущие части припоем с канифолью.

Для крепления используйте короткие саморезы 3,5х11 мм для металлических профилей, но без бура на конце. Перед закреплением диода нанесите на подложку небольшое количество термопасты КПТ-8.

Катод (-) и анод (+) у светодиодов с подложкой маркированы, схема подключения и расчёт защитных резисторов одинаковы для всех типов. Соединять элементы между собой следует посредством отрезка телефонного провода. Чтобы не выполнять лишнюю работу, аноды можно сразу припаивать короткими перемычками к корпусу алюминиевого радиатора.

Вопрос об источнике питания

После сборки светодиодов у вас останется два вывода, на которые было бы неплохо подать напряжение, но откуда его взять? Бытовые источники питания здесь мало применимы, для питания светодиодов нужен LED-драйвер, выдающий пульсирующий постоянный ток стабильного значения.

Для большинства изделий подойдёт драйвер систем интерьерного освещения или для LED-лент. Лучше приобрести источник питания заранее, чтобы по нему рассчитать количество и схему соединения диодов согласно напряжению на выходе и общему току стабилизации.

Для небольших поделок можно использовать блоки питания общебытового назначения с выходным пульсирующим током в 0,5–1,5 А и напряжением на 3–5 В выше прямого напряжения диодов. Стабилизировать источник питания можно микросхемой LM317, для более мощных прожекторов используйте LM350 и LM338, соответственно, увеличивая мощность источника.

Ограничение тока микросхемой можно регулировать, меняя сопротивление резистора. Его номинал определяется как 1,25/I, где I — ток светодиода или сборки.

Устаревшие галогенные прожекторы в последнее время повсеместно заменяются системами освещения на светодиодах, которые имеют более высокую эффективность, но стоимость таких устройств на порядок выше.

Мастера знают, как собрать светодиодный прожектор своими руками. Для этого придется купить необходимые детали, подготовить инструменты и освоить простые навыки.

Особенности конструкции прожектора

Диодные прожекторы или LED-устройства весьма экономичны по расходу электроэнергии, требуют минимум обслуживания, их светящие элементы работают до 50 – 90 тыс. часов. Приборы приспособлены для эксплуатации на улице, не портятся от погодных условий, грязи, пыли. Качество излучаемого света очень высокое.

Можно ли сделать прожектор на светодиодах своими руками? Конструкция такого оборудования довольно проста, потому можно попробовать собрать его в домашних условиях. Серьезных поломок у самодельного прожектора обычно не возникает, а все, что сломается, можно отремонтировать самостоятельно.

Устройство будет состоять из таких частей:

корпус;
фиксирующие скобы;
светодиодная матрица;
драйвер.

Матрица прибора состоит из диодов, прикрепленных к плате и защищенных особыми полимерами от повреждения.

Электротехническая специфика прожектора

Перед началом сборки надо уточнить особенности электроники прожектора на основе светодиодов. Это поможет выполнить работу правильно и исключить воздействие высоких температур на активную зону прибора. Дело в том, что твердотельные полупроводники высокочувствительны к таким перепадам, что вызывает их деградацию и потерю легирующих добавок. В конечном счете критическое повышение температуры (от +60 градусов) вызывает уменьшение интенсивности освещения или полную поломку.

Конструкция простого светодиода предусматривает наличие таких составляющих:

анод;
катод;
линза и кристалл;
проводник.

Мощный светодиод включает проводник, теплоотвод, кристалл, линзу, катод. Надо помнить, что мощность диода повышает риск его преждевременного износа из-за перегрева. При создании самоделки важно обеспечить хорошую систему отведения тепла, правильно разбить излучатель на несколько частей и верно их установить (последовательно или параллельно). В простых прожекторах можно делать всего 1 излучающий элемент.

Не менее важно стабилизировать сеть по току, иначе перегрева не избежать. Ток должен регулироваться приложенным напряжением и ограничиваться резисторами на диодах. При создании схемы ЛЕД-устройства делается строгий расчет: при превышении напряжения светодиоды скоро испортятся, при недоборе — будут слабо светить.

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.

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.
Корпус. Его готовят своими руками из разных подручных материалов — металла, фанеры. Можно взять старый галогеновый фонарь или купить новый.
Соединительные провода. Потребуются для подсоединения готового устройства к сети питания.
Фольга. Нужна для создания отражателя. Купить ее можно в продуктовом магазине, главное, чтобы плотность была высокой.
Надежный клей и герметик либо средство 2 в 1.
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:

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.
Сверхяркие белые светодиоды на металлической подложке. Их применяют для создания высокомощного осветительного оборудования, система отведения тепла эффективная и простая. Стоимость таких изделий невысока.
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

Можно сделать корпус самостоятельно, но его эстетические свойства будут ниже. Для обеспечения высокой степени защиты от пыли, влаги стоит взять старую автомобильную фару. Для отличного отвода тепла применяют алюминиевые радиаторы — из них получаются качественные 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.

Этапы сборки прожектора

Порядок создания готового изделия следующий:

Подготовить корпус, из старых корпусов удалить все лишнее, чтобы получилась пустая коробка, заднюю часть отделать фольгой.
При необходимости высверлить в корпусе дырки для вентилирования (при установке радиатора или кулера).
Собрать все светодиоды вместе в одну конструкцию, закрепить их на основании (плате).
Подвести к контактам провода, вывести на наружную часть корпуса.
Установить готовую конструкцию внутри корпуса, закрепить клеем.
Для мощного прожектора поставить радиатор вместе со светодиодной платой (приклеить).
Вытащить провода наружу, закрепить герметиком (это позволит исключить попадание влаги и грязи внутрь).

Для подключения в сеть надо заранее подвести провода электропередачи в нужное место. Важно не перепутать полярность проводов, иначе диоды могут сгореть или не будут работать. Обязательно устанавливается драйвер для стабилизации напряжения. Места стыков проводов изолируются гофрой или пластиковым чехлом. Готовую конструкцию закрепляют на улице.

Светодиодный прожектор своими руками

Отличный светодиодный прожектор можно сделать своими руками, потратив на начинку всего 257 рублей! Даже если вы не знакомы с электроникой и в жизни не спаяли ни одной печатной платы с радиодеталями!

Этот прожектор можно с успехом использовать для ландшафтной подсветки дачного участка, для акцентированной подсветки дома, для подсветки объекта на расстоянии 20 — 30 м при использовании камер наружного наблюдения… И много еще для чего!

Но, самое главное, ваш прожектор будет потреблять всего 6 Вт электрической мощности со стабильным световым потоком при питании в диапазоне напряжений 85 — 256 Вольт!

Перейдем к делу. Нам очень понравилась светодиодная лампа Kreonix STD-JCDR-6W-GU10-COB/WW, разработанная российскими инженерами и произведенная компанией Kreonix.

Мы ее протестировали и остались весьма довольны высокой яркостью светодиода, температурным режимом и работой драйвера (стабилизатора тока) при различных питающих напряжениях. После чего, рекомендовали эту лампу к реализации нашим партнерам.

Лампа получилась универсальная. Кроме использования новой светодиодной лампы Kreonix STD-JCDR-6W-GU10-COB/WW в точеных потолочных светильниках, в подсветке декоративных ниш и в акцентированной подсветке интерьеров, по нашему мнению, лампа подойдет и для уличного использования, при соответствующей защите ее от внешних воздействий.

Из этой лампы мы и будем делать светодиодный прожектор своими руками.

В отличие от готовых светодиодных прожекторов лампа Kreonix STD-JCDR-6W-GU10-COB/WW светит не на 180 градусов, рассеивая драгоценный свет по сторонам и в небо, а лучом с углом раскрытия 30 градусов. Это то что надо для прожектора! Ведь при той же мощности светодиода можно осветить объекты, расположенные в несколько раз дальше!

В качестве корпуса мы использовали корпус от старого прожектора под галогенную лампу накаливания 150 Вт. Но можно купить и новый. Стоит он очень дешево. Галогенный прожектор пришлось разобрать и удалить ненужный керамический патрон.

В центр корпуса, силиконовым герметиком, мы приклеили новый патрон под цоколь GU10. Клей мы использовали, чтобы не заморачиваться с изготовлением механического крепления патрона. Ведь никаких специальных станков и инструментов у нас под рукой не было.

В центре рефлектора из фольги, который стоял в прожекторе, мы вырезали маникюрными ножницами отверстие, в которое должен пройти цоколь светодиодной лампы Kreonix STD-JCDR-6W-GU10-COB/WW.

Сборку светодиодного прожектора мы начали не дожидаясь, пока схватится силиконовый герметик. Это сделано не только из-за нашей торопливости, но и для контроля направления светового потока от лампы. К тому же, светодиодная лампа Kreonix STD-JCDR-6W-GU10-COB/WW с патроном точно помещается в корпусе и при закрытом стекле, слегка прижимается им.

Это лучший способ фиксации лампы с патроном на время полимеризации клея-герметка!

Провода от патрона мы вывели в монтажную коробку на корпусе прожектора. А вот место прилегания стекла к съемной рамке пришлось дополнительно герметизировать силиконовым (прозрачным) герметиком. На всякий случай, мы загерметизировали и другие неплотности и зазоры.

После сборки мы включили лампу в сеть и порадовались — у нас получилось! Светодиодный прожектор с весьма замечательными характеристиками мы сделали своими руками! Кстати, места в корпусе хватит и на две светодиодные лампы, если установить их рядом. Но такая яркость нам сейчас не нужна.

Сразу после сборки, если погода не дождливая, мы закрепили наш новый светодиодный прожектор на столбе, подключили его к линии фотореле и с нетерпением ждали наступления ночи, чтобы сравнить свет самоделки с имеющимися на территории заводскими светодиодными прожекторами FL-10, мощностью 10 Вт…

…Мы не разочаровались! Узкий луч лампы Kreonix STD-JCDR-6W-GU10-COB/WW пробивал темноту примерно в 5 раз дальше, чем больший по мощности FL-10, подсвечивая то, что надо нам!

И, еще. Качество герметизации корпуса вы можете проверить после дождя: на внутренней стороне стекла не должно быть конденсата.

Читайте также: