Светодиодный прожектор с регулировкой яркости и питанием от сети автомобиля

Как сделать светодиодный прожектор с регулировкой яркости

Не стоит выбрасывать неисправный светодиодный прожектор. При наличии определенных навыков, ему можно подарить вторую жизнь, дополнительно оснастив функцией регулировки яркости.

Для работы понадобится старый прожектор, светодиоды, диммер, блок питания от компьютера и, конечно же, паяльник. Готовую схему прожектора можно всегда найти на различных интернет-сайтах. В зависимости от ее типа приобретают нужные радиодетали.

Для регулировки яркости светодиодов лучше приобрести диммер заводского изготовления. В продаже представлено два вида подобных электронных устройств – поворотные и кнопочные. Первый тип диммера изменяет степень освещенности при помощи поворота круглой ручки потенциометра. Второй тип – многократным нажатием кнопок.

Следует обратить внимание, что приобретать нужно модель диммера, соответствующую мощности используемого в конструкции светодиода.

Работу начинают с разборки неисправного прожектора. Снимают переднюю панель, защитное стекло, резиновый уплотнитель и отражатель. Из корпуса полностью удаляют старый драйвер. Светодиод проверяют тестером на работоспособность. Если он вышел из строя приобретают новый, мощностью не менее 20 ватт.

Удалив неисправный светодиод, место его крепления к радиатору тщательно очищают от термопасты и обезжиривают. На обратную сторону нового светодиода наносят слой свежей термопасты и устанавливают деталь на радиатор, дополнительно фиксируя ее винтами.

Теперь собирают электрическую схему, аккуратно пропаивая детали на плате. Схему соединяют со светодиодом и диммером. Места соединения проводов изолируют термоусадочными трубками, во избежание короткого замыкания.

Внутри корпуса прожектора выбирают место и закрепляют плату и диммер, используя для этого винты или клей. В боковой, либо задней стенке прожектора сверлят отверстие, в которое выводят ось потенциометра диммера. Снаружи на нее устанавливают пластиковую рукоятку. Для соединения с блоком питания в корпус устанавливают разъем.

Готовый осветительный прибор перед сборкой обязательно проверяют на работоспособность. Его испытывают на всех режимах яркости, оставляя включенным на некоторое время. Если все работает исправно и не перегревается, в корпус устанавливаю отражатель, резиновый уплотнитель и переднюю панель, завершая сборку.

Готовый прожектор можно использовать для освещения приусадебного участка или от бортовой сети автомобиля, напряжением 12 В.

Выбор светодиодного прожектора

Традиционно прожекторы используют при необходимости освещения большой площади – складские помещения, автомобильные стоянки, территорию перед домом. Раньше прожекторы на основе ламп накаливания были очень мощными и громоздкими, что существенно ограничивало их сферу применения.

С появлением компактных галогенных и светодиодных источников света сфера применения значительно расширилась. На каком же типе остановить свой выбор?

Виды прожекторов по источнику света

• Галогенные;
• Металлогалогенные;
• Натриевые;
• Светодиодные

Галогенный

В качестве источников освещения используют галогенную лампу, это та же лампа накаливания, колба которой заполнена инертным газом что увеличивает ее яркость и срок службы.

Металлогалогенный

Построен на основе газоразрядной лампы. У них очень высокая яркость, но для их работы требуется специальный блок розжига лампы и особые условия эксплуатации.

Натриевый

Использует газоразрядную лампу, но колба заполнена парами натрия которые и излучают свет.

Светодиодный

Источником света служит матрица из ярких светодиодов. Эти приборы обладают наиболее компактными размерами и большим сроком службы.

Особенности эксплуатации разных типов прожекторов

Наиболее доступные по цене — галогенные, обладают сравнительно низкой энергоэффективностью – 10-15 люмен/вт. Срок службы такой лампы менее 1000 часов. Наиболее целесообразно применять их для периодического освещения небольших площадей, например, прожектор с датчиком движения перед воротами.

Натриевые и металлогалогенные лампы имеют высокую энергоэффективность – 80-120 люмен/вт. При этом они достаточно «капризны» к температуре окружающей среды, напряжению питания, требуют время на розжиг и отключение. Кратковременное отключение электричества и попытка повторного розжига неостывшей лампы может вывести ее из строя.

Светодиодные прожекторы наиболее удобны и практичны как для промышленного, так и для бытового использования. Энергоэфективность на уровне газоразрядных ламп, мгновенный розжиг и очень высокий срок службы делает их наиболее привлекательными. Идеально подходят для освещения участка.

Классификация светодиодных прожекторов

Выбор светодиодного прожектора делают исходя из поставленных задач перед освещением. Существуют следующие классификации:

Мощность: от 10 до 500 Вт.

Яркость: от 700 до 34000 люмен.

Класс защиты IP (Internal Protection):

IP20 — для внутреннего освещения. Нет защиты от влаги и пыли.

IP21 / IP22 — возможно применение в неотапливаемых помещениях. Имеет защиту от образования конденсата.

IP23 — возможно применение в неотапливаемых помещениях и на улице. Имеет защиту от образования конденсата.

IP50 — пылезащищенный корпус. Применяется в промышленных объекта. Нет гидроизоляции.

IP54 — водонепроницаемый корпус. Используют в условиях с высокой влажностью.

IP67 / IP68 — Полная гидроизоляция вплоть до возможности погружения в воду.

По спектру:

3700-4300 – теплый белый;

4500-5500 – нейтральный белый;

6000 – холодный белый;

Подбор мощности прожектора

На какое расстояние светит светодиодный прожектор зависит от мощности матрицы. Уровень освещённости снижается в геометрической прогрессии. Поэтому площадь освещения светодиодных прожекторов не увеличивается пропорционально приросту мощности.

Для передвижения в темное время суток достаточно освещение на уровне 10-15 люкс/метр, для технического освещения – 75 люкс/метр, для точных работ – 100 люкс/метр.

Тест-обзор прожекторов

Матрица

При изготовлении матрицы прожектора могут использовать кластерные сверхъяркие диоды либо большую матрицу с обычными СОД диодами высокой яркости. Какой светодиодный прожектор лучше видно из их технических особенностей.

Это прожектор с СОД матрицей, на ней установлено несколько сотен светодиодов. Такие матрицы стоят дешевле чем кластер сверхъярких светодиодов, но при большом количестве светоизлучающих элементов неизбежен разброс их параметров. Выход из стоя одного из светодиодов увеличивает нагрузку на другие. При сопоставимой яркости матричных и кластерных приборов, цена у первых на 30-40% меньше, но и срок службы в 3-4 раза ниже.

В кластерных прожекторах матрица изготовлена из сверхъярких светодиодов серии 5050, 5630 с максимально идентичными параметрами. Небольшая площадь излучаемой поверхности обеспечивает мощный равномерный поток света. Срок эффективной достигает 30000 часов.

Цветовая температура матрицы

Чем выше цветовая температура светодиода, тем выше светоотдача. При температуре 6500К и мощности 40 Вт световой поток будет около 4000 люмен, при температуре 5000К – около 3600 люмен, при 3500К – 3000 люмен. Поэтому для освещения территорий холодный свет более эффективен, хотя он имеет голубой оттенок. Но для освещения рабочей поверхности и чтения они хуже, чем вариант на 5000К, дающий чистый белый свет.

Галогенный или светодиодный прожектор?

Какой прожектор лучше светодиодный или галогенный сегодня очень актуальный вопрос. Часто рассматривают галогенки как альтернативу светодиодам. На 25-30% более низкая стоимость, дешёвые лампы – основные мотивирующие факторы. Но в итоге галогенные прожекторы значительно проигрывают светодиодным. У них энергопотребление в пять раз выше, а срок службы светоизлучающего элемента в десять-двадцать раз меньше.

Уже в течении года регулярной эксплуатации затраты на галогенку в разы превысят эксплуатационные расходы светодиодного, делая его покупку нерентабельной.

Как выбрать бюджетный светодиодный прожектор

На рынке присутствует продукция нескольких сотен производителей. Цена на их продукцию может на порядок отличаться от изделий от брендов Philips, Osram, Hyunday. Безусловно такие гиганты делают самые лучшие светодиодные прожекторы, но неплохо себя зарекомендовали марки Feron, Luna, Jazzway.

Немного дороже китайских можно найти изделия отечественного производства. При сравнении у «китайцев» — практически всегда немного завышенные данные по световому потоку.

Светодиодный прожектор с регулировкой яркости

Светодиодные лампы (LED) с регулируемой яркостью повсеместно используют для освещения улиц, домов и предприятий. Такая популярность обусловлена уникальными характеристиками этих светильников:

• экономия электроэнергии — благодаря возможности отрегулировать интенсивность освещения;
• благоприятное влияние на экологию — снижение выбросов CO2 и отсутствие вредных веществ в составе;
• превосходная работа многие годы — без обслуживания и дополнительных вложений.

Недостатком такого способа освещения является высокая цена. Однако можно не тратить средства на покупку готового светильника, а сделать его самостоятельно. Для этого используют специальные светодиодные наборы или подбирают необходимые комплектующие.

Важно!При выборе LED светильников необходимо остановиться на тех моделях, что совместимы с устройством регулирования света (диммером).

Диммеры

Все представленные на рынке диммеры можно разделить на два вида: поворотные (роторные) и электронные (кнопочные). Наиболее распространен поворотный вид, контроль освещенности в котором регулируется с помощью поворота ручки в нужном направлении.

Подключение и эксплуатация:

• важно не перегревать устройство, температура воздуха в помещении не должна превышать 27 градусов;
• нагрузка, подключенная к регулятору должна быть не менее 40Вт. Более низкие значения неблагоприятно скажутся на сроке службы прожектора и диммера;
• использовать регулятор только в комплексе с осветительными приборами, указанными в техническом паспорте.

Важно! Для работы со светодиодными лампами нужно выбирать специально рассчитанную для этого модель регулятора.

Когда все элементы подобраны можно переходить к монтажу.

Сборка светодиодного прожектора

Этапы выполнения работы:

1. В качестве элемента питания можно использовать свинцово-кислотные аккумуляторы. Соединив их последовательно.
2. Светодиоды и резисторы монтируют на плате. После установки диоды соединяют параллельно. От их количества зависит яркость прожектора и срок работы без заряда.
3. Диоды соединяют с крайними контактами регулятора напряжения.
4. Собирают и устанавливают устройство регулирования света (диммер), в строгом соответствии со схемой производителя.
5. Монтируют гнездо зарядки и тумблер.
6. Закрепляют аккумуляторы и прочие компоненты лампы в корпусе.

Важно! В выборе осветительного элемента лучше отдать предпочтение точечным диодам, а не светодиодной матрице. Т.к. в случае выхода из строя легче заменить один диод, чем всю матрицу целиком.

Таким образом, чтобы собрать светодиодный прожектор своими руками – не потребуется много времени и специальных знаний. Использовать его можно в различных областях — эффектно выделитьособенности архитектуры или ландшафтного дизайна, осветить подходы к дому, автостоянку, промышленные помещенияи прочее. Прибор экономно потребляет электроэнергию, не загрязняет окружающую среду и прослужит достаточно долго.

Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

Регулировка яркости источников света применяется, для создания комфортной освещенности помещения или рабочего места. Регулировка яркости возможна устройство нескольких цепей, которые включаются отдельными выключателями. В таком случае вы получите ступенчатое изменение освещенности, а также отдельные светящиеся и выключенные лампы, что может вызвать неудобства.

Стильные и актуальные дизайнерские решения включают в себя плавную регулировку общей освещенности при условии свечения всех ламп. Это позволяет создать как интимную обстановку для отдыха, так и яркую для торжеств или работы с мелкими деталями.

Ранее, когда основными источниками света были лампы накаливания и точечные светильники с галогенными лампами проблем с регулировкой не возникало. Использовался обычный 220В диммер на симисторе (или тиристорах). Который обычно был в виде выключателя, с поворотной ручкой вместо клавиш.

С приходом энергосберегающих (компактных люминесцентных ламп), а потом и светодиодных такой подход стал невозможен. В последнее же время подавляющее большинство источников света – это светодиодные светильники и лампочки, а лампы накаливания запрещены для использования в осветительных целях во многих странах.

Занятно то, что на упаковке от отечественных ламп накаливания сейчас указывают что-то вроде: «Электрический теплоизлучатель».

В этой статье вы узнаете о принципе регулирования яркости светодиодов, а также о том, как это выглядит на практике.

Теория

Любой полупроводниковый диод – это электронный прибор, который пропускает ток в одном направлении. При этом протекание тока не имеет линейно зависимости от приложенного напряжения, скорее она напоминает ветвь параболы. Это значит, что когда вы к светодиоду приложите малое напряжение – ток протекать не будет.

Ток через него протечет только в том случае, когда напряжение на диоде превысит пороговое значение. Для обычных выпрямительных диодов оно лежит в пределах от 0.3В до 0.8В в зависимости от материала из которого сделан диод. Кремниевые диоды берут на себя около 0.7В, германиевые 0.3В. Диоды Шоттки порядка 0.3В.

Светодиод не стал исключением. Пороговое напряжение белого светодиода около 3В, вообще оно зависит от полупроводника из которого он сделан, от этого зависит и цвет его свечения. Так, на красном светодиоде напряжение около 1.7 В. При достижении этого напряжения начнет протекать ток, и светодиод начнет светиться. Ниже вы видите вольтамперную характеристику светодиода.

Яркость свечения светодиода зависит от силы тока через него. Это отражено на графике ниже.

Яркость идеального теоретического светодиода линейно зависит от тока, но в реальности дела несколько отличаются. Это связано с дифференциальным сопротивлением диода и его тепловыми потерями.

Светодиод – прибор, который питается током, а не напряжением. Соответственно, для регулировки его яркости нужно изменять силу тока.

Разумеется, что сила тока зависит от приложенного напряжения, но как вы можете судить из первого графика, даже незначительное изменение напряжения влечет за собой несоизмеримое увеличение тока.

Поэтому регулирование яркости с помощью простого реостата – занятие бесполезное. В такой схеме, при уменьшении сопротивления реостата светодиод внезапно загорится, а после его яркость незначительно возрастет, далее, при чрезмерном приложенном напряжении, он начнет сильно греется и выйдет из строя.

Отсюда выходит задание: Регулировать ток при определенном значении напряжения с незначительным его изменением.

Способы регулирования яркости светодиодов: линейные «аналоговые» регуляторы

Первое что приходит в голову это использовать биполярный транзистор, ведь его выходной ток (коллектора) зависит от входного тока (базы), включенного по схеме общего коллектора. Мы уже рассматривали их работу в большой статье о биполярных транзисторах.

Вы изменяете ток базы изменяя падение напряжения на переходе эмиттер-база с помощью потенциометра R2, резисторы R1 и R3 нужны для ограничения тока при максимально открытом транзисторе рассчитываются исходя из формулы:

R=(Uпитания-Uпадения на светодиодах-Uпадения на транзисторе)/Iсвет.ном.

Эту схему я проверял, она неплохо регулирует ток через светодиоды и яркость свечения, но заметна некоторая ступенчатость на определенных положениях потенциометра, возможно это связано с тем, что потенциометр был логарифмическим, а возможно из-за того что любой pn-переход транзистора это тот же диод с такой же ВАХ.

Лучше для этой задачи подойдет схема стабилизатора тока на регулируемом стабилизаторе LM317, хотя её чаще применяют в роли стабилизатора напряжения.

Её можно и использовать для получения фиксированного тока при постоянном напряжении. Это особенно полезно при подключении светодиодов к бортовой сети автомобиля, где напряжение в сети при заглушенном двигателе около 11.7-12В, а при заведенном доходит до 14.7В, разница более чем в 10%. Также отлично работает и при питании от блока питания.

Расчёт выходного тока достаточно прост:

Получается достаточно компактное решение:

Этот способ не отличается высоким КПД, он зависит от разницы напряжений между входом стабилизатора и его выходом. Всё напряжение «сгорает» на LM-ке. Потери мощности здесь определяются по формуле:

Чтобы повысить эффективность работы регулятора, нужен кардинально другой подход – импульсный регулятор или ШИМ-регулятор.

Способы регулирования яркости: ШИМ-регулировка

ШИМ расшифровывается, как «широтно-импульсная модуляция». В её основе лежит включение и выключение питания нагрузки на высокой скорости. Таким образом, мы получаем изменение тока через светодиод, поскольку каждый раз на него подается полное напряжение, необходимое для его открытия. Он быстро включается и отключается на полную яркость, но из-за инерционности зрения мы этого не замечаем и это выглядит как снижение яркости.

При таком подходе источник света может выдавать пульсации, не рекомендуется использовать источники света с пульсациями более 10%. Подробные значения для каждого вида помещений описаны в СНИП-23-05-95 (или 2010).

Работа под пульсирующим светом вызывает повышенную утомляемость, головные боли, а также может вызвать стробоскопический эффект, когда вращающиеся детали кажутся неподвижными. Это недопустимо при работе на токарных станках, с дрелями и прочим.

Схем и вариантов исполнения ШИМ-регуляторов великое множество, поэтому все их перечислять бессмысленно. Простейший вариант – это собрать ШИМ-контроллер на базе микросхемы-таймера NE555. Это популярная микросхема. Ниже вы видите схему такого светодиодного диммера:

А вот фактически это одна и та же схема, разница в том, что здесь исключен силовой транзистор и она подходит для регулировки 1-2 маломощных светодиодов с током в пару десятков миллиампер. Также из неё исключен стабилизатор напряжения для 555-микросхемы.

Как регулировать яркость светодиодных ламп на 220В

Ответ на этот вопрос простой: обычные светодиодные лампы практически не регулируются – т.е. никак. Для этого продаются специальные диммируемые светодиодные лампы, об этом написано на упаковке или нарисован значок диммера.

Пожалуй, самый широкий модельный ряд диммируемых светодиодных ламп представлен у фирмы GAUSS – разных форм, исполнений и цоколей.

Почему нельзя диммировать светодиодные лампы 220В

Дело в том, что схема питания обычных светодиодных ламп построена либо на базе балластного (конденсаторного) блока питания. Либо на схеме простейшего импульсного понижающего преобразователя первого рода. 220В диммеры в свою очередь просто регулируют действующее значение напряжения.

Различают такие диммеры по фронту работы:

1. Диммеры срезающие передний фронт полуволны (leading edge). Именно такие схемы чаще всего встречаются в бытовых регуляторах. Вот график их выходного напряжения:

2. Диммеры срезающие задний фронт полуволны (Falling Edge). Различные источники утверждают, что такие регуляторы лучше работают как с обычными, так и с диммируемыми светодиодными лампами. Но встречаются они гораздо реже.

Обычные светодиодные лампы практически не будут изменять яркость с таким диммером, к тому же это может ускорить их выход из строя. Эффект такой же, как и в схеме с реостатом, приведенной в предыдущем разделе статьи.

Стоит отметить, что большинство дешевых регулируемых LED-ламп ведут себя точно также, как и обычные, а стоят дороже.

Регулировка яркости светодиодных ламп – рациональное решение 12В

Светодиодные лампы на 12В широко распространены в цоколях для точечных светильников, например G4, GX57, G5.3 и другие. Дело в том, что зачастую в этих лампах отсутствует схема питания как таковая. Хотя в некоторых установлен на входе диодный мост и фильтрующий конденсатор, но это не влияет на возможность регулирования.

Это значит, что можно регулировать такие лампочки с помощью ШИМ-регулятора.

Таким же образом, как и регулируют яркость LED-ленты. Простейший вариант регулятора, вот такой вот на проводках, в магазинах они обычно называются как: «12-24В диммер для светодиодной ленты».

Они выдерживают, в зависимости от модели, порядка 10 Ампер. Если вам нужно использовать в красивой форме, т.е. встроить вместо обычного выключателя, то в продаже можно найти такие сенсорные 12В диммеры, или варианты с вращающейся ручкой.

Вот пример использования такого решения:

Ранее применялись галогеновые лампы на 12В их питали от электронных трансформаторов, и это было отличным решением. 12 вольт – это безопасное напряжение. Чтобы запитать эти лампы на 12В электронный трансформатор не подойдет, нужен блок питания для светодиодных лент. В принципе, переделка освещения с галогеновых на светодиодные лампы в этом и заключается.

Заключение

Самым разумным решением регулирования яркости светодиодного освещения является использовании 12В ламп или светодиодных лент. При понижении яркости возможно мерцание света, для этого можно попробовать использовать другой драйвер, а если вы делаете шим-регулятор своими руками – увеличить частоту ШИМ.