Как сделать светодиодный светильник своими руками
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.
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.
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.
Светодиодные светильники своими руками. Выпуск 3
Подборка инструкций по изготовлению оригинальных светодиодных светильников своими руками.
В этой статье мы рассмотрим примеры изготовления самодельных светодиодных светильников для различных нужд.
1. Простейший светильник для бытовых нужд.
Теплопроводящий скотч может проводить тепло. Поэтому обычный двусторонний скотч из не подойдет. Отрезаем полоску скотча шириной 6-7 мм.
Наклеиваем скотч на радиатор. Затем размечаем радиатор, чтобы установить светодиоды ровно.
Соединяем светодиоды между собой. Для этого вполне достаточно жилки от любого многожильного провода.
Рекомендуется оставить включенным светильник на 2-3 часа, после чего приложить палец к задней стенке радиатора. Если он нагрелся не чрезмерно, все в порядке.
Простейшая модель светильника готова. Теперь Вы можете вставить его в любой подходящий корпус. Разумеется, можно сделать и более мощный светильник, только диодов нужно по больше и драйвер помощнее, а принцип останется тем же. Подобная методика подойдет как для изготовления одиночного светильника, так и для мелкосерийного производства.
2. Люстра на основе светодиодов.
Нам понадобятся:
1. Цоколь от сгоревшей энергосберегающей лампы.
2. Два захвата (чтобы подключиться к светодиоду);
3. Мощный десятиваттный светодиод, цвет по вашему выбору;
4. Два маленьких винта;
5. Один десяти ваттный светодиодный драйвер;
6. Термопаста;
7. Радиатор;
8. Термоусадочная трубка (или изолирующая лента);
9. провода сечением 2 мм.
Для начала необходимо разобрать старую или сгоревшую энергосберегающую лампу. Важно проявлять осторожность и не повредить стеклянную колбу. Иначе из нее выйдет очень вредный для здоровья ртутный газ.
Нам нужна только часть корпуса с цоколем. Обрежем повода от платы идущие к цоколю и припаяем свои, идущие от драйвера светодиода, изолируем термоусадочными трубками.
Паяльником проделаем пару отверстий для проволоки, которая будет удерживать всю конструкцию.
Далее в центре радиатора сверлим два отверстия для крепления светодиода и нарезаем резьбу. Сажаем светодиод. Для этого смазываем обе поверхности термопастой и плотно прикручиваем светодиод к радиатору.
3. Домашняя светодиодная лампа.
В качестве источника света используем светодиоды Cree MX6 Q5 мощностью 3 Вт и светоотдачей 278 лм. Светодиод будет размещен на радиаторе размером 5х5 см, снятом с процессора старой материнской платы.
Для простоты будем использовать импульсный источник вместе с электронным адаптером, который даст необходимое напряжение и ток для питания светодиодов. Для этой цели в нашем случае было выбрано зарядное устройства нерабочего мобильного телефона имеющее, по заявлению производителя, выходное напряжение 5 В и ток 420 мА.
В соответствии с указаниями производителя, светодиоды Cree MX6 Q5 могут работать на максимальном токе 1 А при напряжении 4,1 В. По логике, для нормальной работы нам понадобится резистор 1 Ом, чтобы понизить напряжение примерно на один вольт тех пяти, которые дает зарядное устройство, чтобы получить искомые 4,1 В и это только при том, если зарядка выдает ток максимальной силы в 1 А.Однако, как позже выяснилось, зарядное устройство с конструктивным ограничением по силе тока в 0,6 А без проблем работает. Тестируя таким же образом зарядки для других мобильных телефонов, было обнаружено, что все они имеют ограничение на питание током, сила которого на 20-50% выше той, что указана производителем.Смысл этого заключается в том, что любой производитель будет стремиться разработать блок питания так, чтобы он не перегревался, даже если питаемое устройство будет повреждено или произойдет короткое замыкание, и самый простой способ в этом случае — ограничение тока.
Таким образом, мы имеем источник постоянного тока ограниченный 0,6 А, питаемый от переменного тока 230 В, сделанный фабричным методом и имеющий небольшие размеры. При этом во время работы он лишь незначительно нагревается.
Для того, чтобы закрепить плату в корпусе лампы, в нашем случае использовался санитарный силикон. Силикон был выбран за его сопротивляемостью высоким температурам.
Перед тем, как закрыть лампу, крепим к крышке (используя болты) радиатор, к которому и был прикреплен светодиод.
Лампа готова. Потребляемая мощность составляет чуть менее 2,5 Вт, световой поток – 190 лм, что идеально подходит для экономичной, долговечной и прочной настольной лампы.
4. Светильник в коридоре.
Для освещения светодиодными светильниками прихожей мы использовал два светодиода Cree MX6 Q5, каждый из которых обладает мощностью 3 Вт и светоотдачей 278 лм и питается от старого блока питания от мобильного телефона Samsung. И хотя производителем в спецификации указана сила тока в 0,7 А, после замеров былоустановлена, что она ограничена 0,75 А.
Схема изготовления основы светильника аналогична предыдущему варианту. Вся внешняя конструкция собрана при помощи текстильной липучки, клея и пластиковых шайб от материнских плат.
Общее потребление этой конструкции составляет около 6 Вт при световом потоке 460 лм.
5. Светильник в ванной комнате.
Для ванной комнаты использовался светодиод Cree XM-L T6 с питанием от двух зарядок для телефонов LG.
Каждое из зарядных устройств может выдавать по заявлению производителя ток силой 0,9 А, но я обнаружил, что фактически сила тока равна 1 А. Оба источника питания соединены параллельно для получения тока силой 2 А.
При таких показателях светодиодный светильник будет вырабатывать световой поток в 700 лм при потребляемой мощности 6 Вт.
6. Светильник для кухни.
Если для прихожей и ванной комнаты не было необходимости для обеспечения определенного минимума освещенности, то на кухне это не так. Поэтому было решено использовать для кухни не один, а два последовательно соединенных светодиода Cree XM-L T6, каждый из которых имеет максимальную потребляемую мощность 9 Вт и максимальной световой поток 910 люменов.
Для эффективного охлаждения в нашем случае использовался радиатор, снятый со Slot 1 процессора Pentium 3, к которому были прикреплены оба светодиода при помощи термоклеяArcticAlumina. Хотя светодиоды Cree XM-L T6 могут потреблять ток силой 3 А, производитель для надежности работы рекомендует использовать ток силой 2 А, при котором они создают световой поток около 700 лм. В качестве источника питания использовался генерирующий 12В при токе 1.5A. После тестирования его при помощи резисторов, было обнаружено, что ток ограничен до значения в 1,8 А, что очень близко к искомому значению в 2 А.
Для предохранения радиатора и двух светодиодов использовались две пластиковых шайбы от материнской платы и два неодимовых магнита, снятых с поврежденного DVD-привода, закрепив их суперклеем и текстильной липучкой.
Ожидал, что такой светодиодный светильник будет выдавать 1200 лм, что сравнимо со световым потоком заменяемой люминесцентной лампой 23 Вт, однако было обнаружено, что на самом деле излучаемый свет даже более интенсивный, при потребляемой мощности около 12 Вт — почти половиной по сравнению со старой лампочкой.
7. Офисный светильник
Нам понадобится:
1. Светодиодные линейки 4 шт (на мощных Американских диодах CREE)
2. Подходящий драйвер (блок питания) 1 шт.
3. Металлический корпус будущего светильника.
4. Проводки, паяльник, ручной инструмент и крепеж.й светильник.
Можно использовать для изготовления корпус старого светильника
Либо использовать специальный алюминиевый профиль со стеклом. В этом случае драйвер устанавливается внутри профиля.
Устанавливаем диодные линейки 4 шт.
Делаем крепление к потолку (на тросиках) + ставим матовое стекло.
Вариант LED светильника в корпусе (от люминесцентного 2х36Вт)
Или можно все поставить в офисный светильник 600х600 мм.
Ну и в качестве бонуса рассмотрим несколько примеров декоративных светильников на основе светодиодов.
8. Декоративный настольный ночник.
Для декоративного светильника нам потребуются:
— 4 деревянных дощечки одинакового размера;
— дрель со сверлом 15 мм.;
— клей для дерева;
— морилка для дерева;
— кисть с карандашом;
— наждачная бумага;
— светодиодные свечи.
Прежде всего, необходимо дрелью проделать несколько отверстий в каждой дощечке, предварительно сделав разметку карандашом, – так мы получим своеобразный рисунок из кругов.
Наносим морилку на дерево.
С помощью клея соединяем 4 дощечки в светильник.
Проходимся наждачной бумагой по светильнику, чтобы придать ему винтажности.
Ставим внутрь светильника светодиодные свечи.
9. Светильник в восточном стиле.
В качестве плафонов для светильников, используем банки от клея пва.
Для начала надо разрезать салфетки на куски нужных размеров.
Далее острым ножом отрезать верхнюю часть банки с крышкой.
Затем при помощи горячего клеевого пистолета приклеиваем салфетки к банкам.
К пустым местам приклеиваем тесьму.
На этом этапе уже можно посмотреть, как будет светиться.
Осталось задекорировать на стыках тесьму деревянными бусинами.
В целях безопасности нужно насверлить отверстий для вентиляции. Можно побольше, их все равно не будет видно.
Вот и все, светильник готов.
10. Необычный декоративный светильник.
Изготовление светильника своими руками, было начато с нанесения предварительных эскизов на бумагу. Было желание, чтобы светильник не только был изогнут в плоскости, но и в пространстве, и имел причудливую форму 3d волны.
После того как эскиз на бумаге готов, приступаем к изготовлению светильника. Была измерена каждая труба на рисунке, и по этим размерам производилась резка труб. Чтобы получить необходимые углы, из бумаги вырезались шаблоны и крепились скотчем на трубе.
Все трубы были выложены на столе, и сделана подгонка относительно формы волны
Пропилы делались на стационарной циркулярной пиле. Таким образом получается ровные пропилы без задиров шириной 2 мм.
Теперь нужно соединить все трубы в одно целое. Главная задача сделать плавные изгибы, для этого не помешает применить шаблон (лист ДВП) на столе.
Поскольку трубы картонные, то соответственно соединять их можно при помощи клея ПВА, но я бы рекомендовал использовать клеи которые по крепче и быстрее застывают (момент, суперклей).
Окраска труб производилась обычной краской в баллончике. Использовался красный цвет, поскольку стена, на которой должен быть расположен светильник, была белой, то хотелось получить некий контраст.
Краска высыхает очень быстро, по этому можно приступать к монтажу светодиодов. Главное запомните, что разрезать светодиодную ленту можно только в специально отмеченных местах. Ленту заранее необходимо разметить, чтобы ее хватило на все 12 труб.
Припаиваем к “+” контакту красные провода, а к “-” черные, чтобы в последствии не перепутать полярность.
Светодиодные полоски размещаем внутри труб и фиксируем клейкой стороной к стенке трубы, а провода выводим через заранее проделанные отверстия. Остается только параллельно соединить все провода (красные соединить с красными, а черные с черными) и подключить к блоку питания.