LED светильники своими руками

Постепенно приборы освещения переходят на светодиодные лампы. Произошло это не сразу, был затяжной переходный период с применением так называемых экономок – компактных газоразрядных лампочек со встроенным блоком питания (драйвером) и стандартным патроном Е27 или Е14.

Такие лампы широко применяются и сегодня, поскольку их стоимость в сравнение с LED источниками света не такая «кусачая».

При неплохом балансе цены и экономичности (разница в цене с обычными лампами накаливания со временем окупается за счет экономии электроэнергии), газоразрядные источники света имеют ряд недостатков:

• Срок службы ниже, чем у ламп накаливания.
• Высокочастотные помехи от блока питания.
• Лампы, не любят частого включения – выключения.
• Постепенное снижение яркости.
• Влияние на расположенные рядом поверхности: на поверхности потолка (над лампой) со временем появляется темное пятно.
• Да и вообще, иметь в доме колбу с некоторым количеством ртути как-то не очень хочется.

  Прекрасная альтернатива – светодиодные светильники. Список достоинств весомый:

• Потрясающая экономичность (до 10 раз в сравнение с лампами накаливания).
• Огромный срок службы.
• Совершенные и безопасные блоки питания (драйверы).
• Абсолютно не зависят от количества включений.
• При нормальном охлаждении не теряют яркости практически весь период эксплуатации.
• Полная механическая безопасность (даже если разбить декоративный рассеиватель, никаких вредных веществ в помещение не попадет).

Недостатка два:

• Направленность светового потока предъявляет высокие требования при конструировании рассеивателя.
• Все-таки они дорого стоят (речь идет о качественных брендах, безымянные изделия среднего уровня вполне доступны).

Если ценовой вопрос регулируется подбором производителя, то конструктивные особенности не всегда позволяют просто заменить лампу в любимой люстре. Разумеется, есть богатый выбор классических грушевидных LED ламп, которые подходят под любой размер.

Но именно в этой конструкции кроется «засада».

Перед нами качественная (при этом относительно недорогая) лампа с яркостью свечения 1000 Lm (эквивалент 100 ваттной лампы накаливания), и потребляемой мощностью 13 Вт. У меня такие LED источники света работают по много лет, светят приятным теплым светом (температура 2700 K), и никакой деградации яркости со временем не наблюдается.

Но для мощного света, требуется серьезное охлаждение. Поэтому корпус у этой лампы на 2/3 состоит из радиатора. Он пластиковый, не портит внешний вид, и достаточно эффективен. Из конструкции следует главный недостаток – реальным источником света является полусфера в верхней части лампы. Это затрудняет подбор светильника – не в каждой рожковой люстре такая лампа будет выглядеть гармонично.

Есть лишь один выход – покупать готовые LED светильники, конфигурация которых изначально рассчитана под конкретные источники света.

Ключевое слово – покупать. А куда девать любимые торшеры, люстры и прочие светильники в квартире?

Поэтому было принято решение конструировать LED лампы самостоятельно

Основной критерий – минимизация стоимости.

Есть два основных направления при разработке светодиодных источников света:

1. Применение маломощных (до 0.5 Вт) светодиодов. Их требуется много, можно сконфигурировать любую форму. Не нужен мощный радиатор (мало греются). Существенный недостаток – более кропотливая сборка.

2. Использование мощных (1 Вт – 5 Вт) LED элементов. Эффективность высокая, трудозатраты в разы меньше. Но точечное излучение требует подбора рассеивателя, и для реализации проекта нужны хорошие радиаторы.

Для экспериментальных конструкций я выбрал первый вариант. Самое недорогое «сырье»: 5 мм светодиоды с рассеиванием 120° в прозрачном корпусе. Их называют «соломенная шляпа».

Характеристики следующие:

• прямой ток = 20 мА (0.02 А)
• падение напряжения на 1 диоде = 3,2-3,4 вольта
• цвет – теплый белый

Такое добро продается по 3 рубля пучок на любом радиорынке.

Я купил несколько упаковок по 100 шт. на aliexpress (ссылка на покупку). Обошлось чуть меньше, чем по 1 р. за штуку.

В качестве блоков питания (точнее сказать источников тока), я решил использовать проверенную схему с гасящим (балластным) конденсатором. Достоинства такого драйвера – экстремальная дешевизна, и минимальное потребление энергии. Поскольку нет ШИМ контроллера, или линейного стабилизатора тока – лишняя энергия в атмосферу не уходит: в этой схеме нет элементов с рассеивающим тепло радиатором.

Недостаток – отсутствие стабилизации тока. То есть, при нестабильном напряжении электросети, яркость свечения будет меняться. У меня в розетке ровно 220 (+/- 2 вольта), поэтому такая схема в самый раз.

Элементная база тоже не из дорогих.

• диодные мосты серии КЦ405А (можно любые диоды, хоть Шоттки)
• пленочные конденсаторы с напряжением 630 вольт (с запасом)
• 1-2 ваттные резисторы
• электролитические конденсаторы 47 mF на 400 вольт (можно взять емкость побольше, но это выходит за рамки экономности)
• такие мелочи, как макетная плата и предохранители, обычно есть в арсенале любого радиолюбителя

Чтобы не изобретать корпус с патроном Е27, используем сгоревшие (еще один повод от них отказаться) экономки.

После аккуратного (на улице!) извлечения колбы со ртутными парами, остается прекрасная заготовка для творчества.

Основа основ – расчет и принцип работы токового драйвера с гасящим конденсатором

Типовая схема изображена на иллюстрации:

Как работает схема:

Резистор R1 ограничивает скачок тока при подаче питания, пока схема не стабилизируется (около 1 секунды). Значение от 50 до 150 Ом. Мощность 2 Вт.

Резистор R2 обеспечивает работу балластного конденсатора. Во-первых, он его разряжает при отключении питания. Как минимум для того, чтобы вас не тряхнуло током при выкручивании лампочки. Вторая задача – не допустить токового броска в случае, когда полярность заряженного конденсатора и первой полуволны 220 вольт не совпадают.

Собственно, гасящий конденсатор С1 – основа схемы. Он является своеобразным фильтром тока. Подбирая емкость, можно установить любой ток в цепи. Для наших диодов он не должен превышать 20 мА в пиковых значениях напряжения сети.

Далее работает диодный мост (все-таки светодиоды – это элементы с полярностью).

Электролитический конденсатор C2 нужен для предотвращения мерцания лампы. Светодиоды не имеют инертности при включении-выключении. Поэтому глаз будет видеть мерцание с частотой 50 Гц. Кстати, этим грешат дешевые китайские лампы. Проверяется качество конденсатора с помощью любого цифрового фотоаппарата, хоть смартфона. Посмотрев на горящие диоды через цифровую матрицу, можно увидеть моргание, неразличимое для человеческого глаза.

Кроме того, этот электролит дает неожиданный бонус: светильники выключаются не сразу, а с благородным медленным затуханием, пока емкость не разрядится.

Расчет гасящего конденсатора производится по формуле:
I = 200*C*(1.41*U cети — U led)
I – полученный ток цепи в амперах

200 – это константа (частота сети 50Гц * 4)

1,41 – константа

С – емкость конденсатора С1 (гасящего) в фарадах

U сети – предполагаемое напряжение сети (в идеале – 220 вольт)
U led – суммарное падение напряжения на светодиодах (в нашем случае – 3,3 вольта, помноженное на количество LED элементов)

Подбирая количество светодиодов (с известным падением напряжения) и емкость гасящего конденсатора, надо добиться требуемого тока. Он должен быть не выше указанного в характеристиках светодиодов. Именно силой тока вы регулируете яркость свечения, и обратно пропорционально – срок жизни светодиодов.

Для удобства можно создать формулу в Exel.

Схема проверена неоднократно, первый экземпляр собран почти 3 года назад, трудится в светильнике на кухне, сбоев в работе не было.

Переходим к практической реализации проектов. Количество LED элементов и емкость конденсатора в отдельных схемах обсуждать нет смысла: проекты индивидуальные для каждого светильника. Рассчитывались строго по формуле. Приведенная выше схема на 60 светодиодов с конденсатором на 68 микрофарад – не просто пример, а реальный расчет для тока в цепи 15 мА (для продления жизни светикам).

LED лампа в рожковую люстру

Выпотрошенный патрон от экономки используем в качестве корпуса для схемы и несущей конструкции. В этом проекте я не использовал макетную плату, собрал драйвер на кругляше из ПВХ толщиной 1 мм. Получилось как раз в размер. Два конденсатора – по причине подбора емкости: не нашлось нужного количества микрофарад в одном элементе.

В качестве корпуса для размещения LED элементов использована баночка от йогурта. В конструкции также использовал обрезки листов вспененного ПВХ 3 мм.

После сборки получилось аккуратно и даже красиво. Такое расположение патрона связано с формой люстры: рожки направлены вверх, на потолок.

Далее размещаем светодиоды: по схеме 150 шт. Протыкаем пластик шилом, трудозатраты: один полноценный вечер.

Забегая вперед, скажу: материал корпуса себя не оправдал, слишком тонкий. Следующий светильник был изготовлен из листового ПВХ 1 мм. Для придания формы рассчитал развертку конуса на те же 150 диодов.

Получилось не так изящно, но надежно, и отлично держит форму. Лампа полностью скрыта в рожке люстры, поэтому внешность не столь важна.

Собственно, установка.

Светит равномерно, в глаза не бьёт.

Люмены не мерял, по ощущениям – ярче, чем лампа накаливания 40 Вт, немного слабее 60 Вт.

LED лампа в плоский потолочный светильник на кухню

Идеальный донор для подобного проекта. Все светодиоды буду расположены в одной плоскости.

Рисуем шаблон, вырезаем матрицу для размещения LED элементов. При таком диаметре плоский лист ПВХ будет деформироваться. Поэтому я использовал донышко от пластикового ведра из-под строительных смесей. По внешнему контуру есть ребро жесткости.

Диоды устанавливаются с помощью привычного шила: 2 дырки по разметке.

Светильник рассчитан на 120 LED элементов, разбитых на 2 группы по 60 шт., для надежности схемы. Изготавливаем 2 одинаковых драйвера.

Монтируем их на диэлектрических проставках с обратной стороны.

Для крепления диска, в центре устанавливаем подиум из ПВХ.

Вешаем светильник на потолок, включаем – все работает.

Для оценки яркости: по углам расположены 4 фирменных LED лампы от IKEA, со светоотдачей по 400 Lm.

LED светильник для санузла

Тоже легко реализуемый проект. Извлекаем содержимое светильника, устанавливаем матрицу на 30 светодиодов, и соответствующий драйвер.

Свет мягкий, равномерный, для данной «комнаты» более чем достаточно.

Настольная лампа

В качестве корпуса использован колпачок от дезодоранта.

Патрон Е27 традиционно от сгоревшей экономки.

В корпус вместилось 55 светодиодов.

Получилось компактно и аккуратно.

В настольной лампе «инсталляция» смотрится, как родная.

И светит вполне уверенно.

LED освещение компьютерного стола

Ребенок, вдохновленный успехами папы, попросил подсветку для компьютерного стола. Была найдена какая-то изящная коробочка, в которую поместился драйвер.

В качестве корпуса я применил короб для прокладки кабеля. Размер профиля: 10*10 мм.

Чтобы свет не бил в глаза, а был направлен сверху вниз, конструкция разместилась на уголке со стороной 25 мм, из белого ПВХ.

Итог:

Все работы выполнены из компонентов, которые практически ничего не стоят. Кроме того, это прекрасный повод попрактиковаться в радиоделе.