Lampa LED zrób to sam: schemat, niuanse konstrukcyjne, samodzielny montaż

Oprawy LED znajdują szerokie zastosowanie w organizacji oświetlenia domowego, ulicznego i przemysłowego. Ich ważnymi zaletami są ekonomiczność, ekologiczność i bezpretensjonalność w obsłudze.

Wykonana własnoręcznie lampa LED z pewnością znajdzie zastosowanie w Twoim domu. Szczegółową instrukcję wykonania oraz schematy montażu znajdziesz w przedstawionym artykule.

Zasada działania urządzenia LED

Podstawą lampy LED jest jednostronny półprzewodnik, którego wielkość wynosi kilka milimetrów. Zachodzi w nim jednokierunkowy ruch elektronów, co pozwala na przekształcanie prądu zmiennego w stały.

Kryształ diody LED, składający się z kilku warstw, charakteryzuje się dwoma rodzajami przewodności elektrycznej: dodatnio i ujemnie naładowanych cząstek.

Strona zawierająca minimalną liczbę elektronów została nazwana dziurową (typ p), podczas gdy druga, z większą liczbą tych cząstek, nazywana jest elektronową (typ n).

Pomiędzy dwiema stronami elementu LED znajduje się umowna granica – złącze elektronowo-dziurowe (p-n). Tutaj cząstki zderzają się ze sobą, w wyniku czego obserwuje się świecenie.

Podczas zderzenia elementów na złączu p-n generują one cząstki światła – fotony. Jeśli w tym czasie utrzymuje się system pod stałym napięciem, dioda LED będzie emitować stabilny strumień światła. Efekt ten jest wykorzystywany we wszystkich konstrukcjach lamp LED.

Cztery odmiany urządzeń LED

W zależności od rozmieszczenia diod LED podobne modele można podzielić na następujące kategorie:

1. DIP. Kryształ jest połączony z dwoma przewodnikami, nad którymi znajduje się powiększalnik. Modyfikacja ta zyskała szerokie zastosowanie przy produkcji szyldów i lampek ozdobnych.
2. „Piranha”. Urządzenia montuje się podobnie jak w poprzednim wariancie, ale przewidują cztery wyprowadzenia. Niezawodne i trwałe konstrukcje najczęściej stosuje się do wyposażenia samochodów.
3. SMD. Kryształ umieszcza się na górze, co znacznie poprawia odprowadzanie ciepła, a także pomaga zmniejszyć wymiary urządzeń.
4. COB. W tym przypadku dioda LED jest wlutowywana bezpośrednio w płytkę, co przyczynia się do zwiększenia intensywności świecenia i ochrony przed przegrzaniem.

Istotną wadą urządzeń COB jest niemożliwość wymiany poszczególnych elementów, przez co trzeba nabyć nowy mechanizm z powodu jednego uszkodzonego chipa.

W żyrandolach i innych domowych urządzeniach oświetleniowych zazwyczaj stosuje się konstrukcję SMD.

Budowa lamp LED

Lampa LED składa się z następujących sześciu części:

• dioda LED;
• trzonek;
• sterownik;
• dyfuzor;
• radiator.

Elementem czynnym takiego urządzenia jest dioda LED, generująca strumień fal świetlnych.

Urządzenia LED mogą być projektowane na różne napięcie. Najbardziej poszukiwane są małe urządzenia o mocy 12-15 W oraz większe oprawy o mocy 50 watów.

Trzonek, który może mieć różny wygląd i rozmiar, jest stosowany również w innych typach lamp – fluorescencyjnych, halogenowych, żarowych. Jednocześnie niektóre urządzenia LED, na przykład taśmy LED, mogą obejść się bez tego elementu.

Ważnym elementem konstrukcji jest sterownik, przekształcający napięcie sieciowe na prąd, przy którym pracuje kryształ.

Od tego elementu w dużej mierze zależy efektywna praca lampy, ponadto wysokiej jakości sterownik, mający dobrą izolację galwaniczną, zapewnia jasny stały strumień świetlny bez śladu migotania.

Zwykła dioda LED wytwarza skierowaną wiązkę światła. Aby zmienić kąt jej rozsyłu i zapewnić wysokiej jakości oświetlenie, stosuje się dyfuzor. Kolejną funkcją tego komponentu jest ochrona układu przed mechanicznymi i środowiskowymi wpływami.

Radiator jest przeznaczony do odprowadzania ciepła, którego nadmiar może uszkodzić urządzenie. Niezawodna praca radiatora pozwala zoptymalizować działanie lampy i przedłużyć jej żywotność.

Im mniejszy ten element, tym większe obciążenie cieplne będzie musiała wytrzymać dioda LED, co wpłynie na szybkość jej wypalenia.

Zalety i wady samodzielnie wykonanej lampy

Specjalistyczne sklepy oferują duży wybór urządzeń LED. Jednak czasami w asortymencie nie można znaleźć urządzenia spełniającego wymagane parametry. Ponadto urządzenia LED tradycyjnie cechują się wysoką ceną.

Do wad wyrobów należy zaliczyć brak gwarancji producenta. Ponadto przy niedbałym montażu takie urządzenia mogą mieć nieatrakcyjny wygląd zewnętrzny.

Tymczasem całkiem możliwe jest zaoszczędzenie środków i uzyskanie idealnej lampy, wykonując montaż samodzielnie. Zrobić to nie jest trudno i wystarczą podstawowa wiedza techniczna oraz praktyczne umiejętności.

Wykonane własnoręcznie urządzenie LED ma szereg znaczących przewag nad analogiem kupionym w sklepie. Wyróżniają się ekonomicznością: przy starannym montażu i użyciu wysokiej jakości komponentów okres eksploatacji sięga 100 tysięcy godzin.

Takie urządzenia wykazują wysoki stopień efektywności energetycznej, który określa się stosunkiem pobieranej mocy do jasności wytworzonego światła. Wreszcie, ich koszt jest o rząd wielkości niższy niż fabrycznych odpowiedników.

Problemy samodzielnego wykonania

Głównymi kwestiami, które trzeba rozwiązać przy produkcji lamp LED, jest przekształcenie prądu zmiennego na pulsujący oraz jego wyrównanie do stałego. Ponadto należy ograniczyć natężenie prądu do 12 woltów, co jest niezbędne do zasilania diody.

Do samodzielnego stworzenia lampy LED można użyć części zakupionych w specjalistycznych sklepach lub elementów z przepalonych urządzeń.

Projektując urządzenie, należy również rozwiązać szereg zadań konstrukcyjnych, a mianowicie:

• jak rozmieścić obwód i diody LED;
• jak zaizolować system;
• jak zapewnić wymianę ciepła w urządzeniu.

Przed montażem warto przemyśleć wszystkie te problemy, biorąc pod uwagę wymagania stawiane domowemu źródłu światła.

Schematy lamp LED

Przede wszystkim należy opracować wariant montażu. Istnieją dwa główne sposoby, każdy z własnymi zaletami i wadami. Poniżej omówimy je szczegółowo.

Wariant z mostkiem diodowym

Schemat obejmuje cztery diody połączone w różnych kierunkach. Dzięki temu mostek zyskuje możliwość przekształcania prądu sieciowego 220 V w pulsujący.

Schemat mostka LED charakteryzuje się prostotą i logicznością. Może go wykonać nawet początkujący majster, który uczy się podstaw samodzielnej pracy.

Dzieje się to w następujący sposób: podczas przechodzenia przez dwie diody sinusoidalnych półfal, ulegają one zmianie, co powoduje utratę polaryzacji.

Podczas montażu do dodatniego wyjścia przed mostkiem podłączany jest kondensator; przed zaciskiem ujemnym – rezystor 100 omów. Kolejny kondensator montuje się za mostkiem: będzie potrzebny do wygładzania wahań napięcia.

Wykonanie elementu LED

Najprostszym sposobem stworzenia lampy LED jest wykonanie źródła światła na bazie uszkodzonej lampy. Należy sprawdzić działanie znalezionych elementów, co można zrobić za pomocą akumulatora 12 V.

Uszkodzone elementy należy wymienić. W tym celu należy rozlutować styki, usunąć przepalone elementy i wstawić nowe na ich miejsce. Ważne jest przy tym zachowanie naprzemienności anod i katod, które mocuje się szeregowo.

Jeżeli trzeba wymienić tylko 2-3 sztuki chipu, wystarczy przylutować je w miejscach, gdzie wcześniej znajdowały się uszkodzone elementy.

Przy pełnym samodzielnym montażu należy połączyć szeregowo 10 diod, przestrzegając zasad polaryzacji. Kilka wykonanych obwodów przylutowuje się do przewodów.

Przy produkcji lampy można skorzystać z płytek z diodami LED, które można znaleźć w przepalonych urządzeniach. Ważne jest tylko sprawdzenie ich działania.

Podczas montażu układów ważne jest, aby zlutowane końce nie stykały się ze sobą, ponieważ może to doprowadzić do zwarcia urządzenia i awarii systemu.

Urządzenia do bardziej miękkiego światła

Aby uniknąć migotania charakterystycznego dla lamp LED, opisany powyżej układ można uzupełnić kilkoma elementami. Powinien on składać się z mostka diodowego, rezystorów 100 i 230 omów, kondensatorów 400 nF i 10 µF.

Aby chronić urządzenie przed skokami napięcia, na początku układu umieszcza się rezystor 100 omów, za którym wlutowuje się kondensator 400 nF, po nim instaluje się mostek diodowy i kolejny rezystor 230 omów, za którym znajduje się złożony łańcuch diod LED.

Urządzenia z rezystorem

Taki układ jest również łatwo dostępny dla początkującego majsterkowicza. Do jego wykonania potrzebne są dwa rezystory 12k i dwa łańcuchy z jednakową liczbą diod LED, które są przylutowane szeregowo z uwzględnieniem polaryzacji. Przy tym jeden pasek od strony R1 łączy się katodą, a drugi – od R2 – anodą.

Lampy wykonane według tego schematu mają bardziej miękkie światło, ponieważ elementy czynne zapalają się kolejno, dzięki czemu pulsacja błysków jest prawie niewidoczna gołym okiem.

Aby obliczyć moc lampy, należy znać wartość prądu przepływającego przez diody LED. Wartość tę można obliczyć za pomocą podanego wzoru. Należy przy tym uwzględnić, że spadek napięcia na 12 diodach połączonych szeregowo wynosi około 36 V.

Urządzenia są z powodzeniem stosowane jako lampa biurkowa i do innych celów. Aby uzyskać optymalne oświetlenie, specjaliści zalecają stosowanie pasków z 20-40 diodami. Mniejsza liczba daje niewielki strumień świetlny, a połączenie większej liczby elementów jest technicznie dość trudne do wykonania.

Ważny element: sterownik LED

Aby zapewnić prawidłowe działanie urządzenia LED wykonanego samodzielnie, należy rozwiązać kwestię sterownika. Schemat tego elementu jest dość prosty. Algorytm działania polega na przepływie prądu przemiennego 220V przez mostek diodowy przez kondensator C1.

Wyprostowany prąd przechodzi na połączone szeregowo diody LED HL1-HL27, których liczba może sięgać 80 sztuk.

Sterownik do samodzielnego urządzenia LED montuje się według przedstawionego schematu. Można również skorzystać z gotowych elementów bp 3122, bp 2832a lub bp 2831a

Aby uniknąć migotania i uzyskać stabilnie równomierny kolor, zaleca się zastosowanie kondensatora C2, który powinien mieć jak największą pojemność.

Obudowy do urządzeń LED

Przed montażem ważne jest ustalenie, gdzie będzie umieszczony zmontowany układ.

Istnieje kilka rozwiązań tego problemu – do umieszczenia urządzenia można użyć:

• trzonki żarówek żarowych;
• obudowy z przepalonych lamp energooszczędnych lub halogenowych;
• wykonane własnoręcznie przyrządy.

Pierwsza opcja ma ważną zaletę. Przy jej użyciu łatwo wkręcić zmontowane urządzenie LED w oprawkę, zapewniając w ten sposób wymianę ciepła.

Należy pamiętać, że oprócz oczywistej zalety, ta metoda ma również wyraźne wady. Zmontowana konstrukcja nie ma zbyt estetycznego wyglądu, a ponadto w tym przypadku trudno jest zapewnić niezawodną izolację.

Aby wykorzystać przepaloną żarówkę żarową do stworzenia żarówki LED, należy najpierw ostrożnie oddzielić szklaną bańkę od trzonka, a następnie wyjąć spiralę. W powstałą przestrzeń ostrożnie umieszcza się zmontowany układ, a nad płytą mocuje się żarówkę.

Wygodną i praktyczną opcją jest umieszczenie własnoręcznie wykonanego urządzenia w obudowie lampy energooszczędnej. W tym celu należy najpierw rozebrać przepalone urządzenie, wyjmując z niego płytkę przetwornicy.

Zmontowany układ można wstawić na różne sposoby:

• Diody umieszcza się w otworach, które wykonuje się w pokrywie pod szklaną bańką.
• Układ można umieścić wewnątrz trzonka, co zapewnia wymianę ciepła. W tym przypadku elementy LED wstawia się i mocuje w już istniejących otworach.
• Płytkę można schować w trzonku. Do wykonania tego procesu wygodnie jest użyć zwykłej plastikowej zakrętki od butelki z wodą.

Do umieszczenia diod LED rzemieślnicy często używają własnoręcznie wykonanego krążka z plastiku lub tektury, w którym wierci się otwory pod diody. Przy starannie wykonanej pracy takie urządzenia wyglądają dość estetycznie.

Inną opcją jest zastosowanie obudowy lampy halogenowej. Nie zyskała ona szerokiego rozpowszechnienia, ponieważ w tym przypadku nie ma możliwości wkręcenia lampy w oprawkę. Niemniej jednak taka modyfikacja jest stosowana do wykonania własnoręcznych wskaźników i innych urządzeń.

Jeśli zdecydowałeś się użyć obudowy żarówki, polecamy przeczytanie innego naszego artykułu, w którym szczegółowo opisaliśmy sposoby demontażu różnych typów żarówek. Więcej szczegółów – prosimy przejść według linku.

Materiały do wykonania samodzielnego urządzenia

Oprócz obudowy, do stworzenia lampy potrzebne będą również inne elementy. Przede wszystkim diody LED, które można nabyć w postaci taśm LED lub pojedynczych elementów NK6. Natężenie prądu każdej części wynosi 100-120 mA; napięcie 3-3,3 V.

Montaż niektórych układów wymaga użycia dodatkowych elementów, na przykład sterownika (drivera), dlatego zestaw komponentów dla każdego konkretnego przypadku rozpatruje się oddzielnie.

Potrzebne są również diody prostownicze 1N4007 lub mostek prostowniczy, a także bezpieczniki, które można znaleźć w trzonku starego urządzenia.

Potrzebny będzie również kondensator, którego pojemność i napięcie muszą odpowiadać zastosowanemu schematowi elektrycznemu oraz liczbie użytych w nim elementów LED.

Jeśli nie używa się gotowej płytki, należy pomyśleć o ramie, do której mocowane są diody LED. Do jej wykonania nadaje się materiał odporny na ciepło, nie będący metalem i nieprzewodzący prądu elektrycznego.

Zazwyczaj taką część wykonuje się z wytrzymałych tworzyw sztucznych lub grubej tektury. Do mocowania diod LED do ramy potrzebne będą gwoździe w płynie lub superglue.

Montujemy prostą lampę LED

Rozpatrzymy wykonanie oprawy oświetleniowej w standardowym trzonku z lampy fluorescencyjnej. W tym celu będziemy musieli nieco zmodyfikować powyższą listę materiałów.

W tym przypadku używamy:

• stary trzonek E27;
• diody LED NK6;
• sterownik (driver) RLD2-1;
• kawałek plastiku lub grubej tektury;
• superglue;
• przewody elektryczne;
• lutownica, szczypce, nożyczki.

Na początku należy rozebrać oprawę oświetleniową. W urządzeniach fluorescencyjnych połączenie trzonka z płytką z rurami odbywa się za pomocą zatrzasków. Ważne jest, aby znaleźć miejsce mocowania i podważyć elementy śrubokrętem, co umożliwi łatwe odłączenie oprawki.

Proces montażu domowej roboty lampy LED jest prosty. W obudowę ze starego urządzenia wkłada się sterownik, na którym instaluje się płytkę z diodami LED.

Podczas demontażu urządzenia należy zachować szczególną ostrożność, aby nie uszkodzić rur, wewnątrz których znajduje się trująca substancja. Jednocześnie należy dbać o integralność przewodów elektrycznych podłączonych do trzonka oraz zachować elementy znajdujące się w nim.

Górną część z podłączonymi rurami wyładowczymi wykorzystujemy do wykonania płytki niezbędnej do podłączenia diod LED. Wystarczy usunąć elementy rurkowe, a w pozostałe okrągłe otwory zamocować elementy LED.

Dla ich pewnego zamocowania lepiej wykonać dodatkową plastikową lub tekturową osłonę, która posłuży do izolacji chipów.

W lampie zastosowane będą diody LED NK6, każda z nich składa się z 6 kryształów połączonych równolegle. Pozwalają one stworzyć dość jasne źródło światła przy minimalnym zużyciu energii elektrycznej.

Aby podłączyć każdą diodę LED do pokrywy, należy wykonać po dwa otwory. Należy je przekłuwać ostrożnie, ściśle według schematu.

Plastikowa część pozwala trwale zamocować elementy LED, podczas gdy użycie kartonu wymaga dodatkowego przymocowania diod do podstawy za pomocą kleju montażowego lub superglue.

Ponieważ urządzenie jest zaprojektowane do użycia sześciu diod LED o mocy 0,5 wata każda, w schemacie należy przewidzieć trzy równolegle połączone elementy.

Efektowną lampę można wykonać za pomocą taśmy LED. Element ten wkłada się do rurki używanej do oświetlenia fluorescencyjnego.

W konstrukcji, która będzie działać z sieci elektrycznej 220 V, należy przewidzieć driver RLD2-1, który należy kupić w sklepie lub wykonać samodzielnie.

Aby uniknąć zwarcia, przed rozpoczęciem montażu ważne jest odizolowanie drivera i płytki od siebie za pomocą plastiku lub kartonu. Ponieważ lampa prawie się nie nagrzewa, nie należy martwić się o przegrzanie.

Po dobraniu wszystkich komponentów można złożyć konstrukcję według schematu, a następnie podłączyć ją do sieci elektrycznej, aby sprawdzić świecenie.

Urządzenie zasilane z standardowej oprawy (220 V) ma niskie zużycie energii i moc równą 3 watom. Ten wskaźnik jest 2-3 razy mniejszy niż w przypadku urządzeń fluorescencyjnych i 10 razy mniejszy niż w przypadku żarówek.

Chociaż strumień świetlny wynosi tylko 100-120 lumenów, dzięki olśniewająco białej barwie lampa wydaje się znacznie jaśniejsza. Zmontowaną lampę można stosować jako lampkę biurkową lub do oświetlenia małego pomieszczenia, na przykład korytarza lub schowka.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

W poniższym filmie wideo możecie Państwo zobaczyć szczegółową relację specjalisty na temat samodzielnego montażu lampy LED:

Lampy LED wykonane samodzielnie charakteryzują się wysokimi parametrami technicznymi. Prawie nie ustępują modelom fabrycznym pod względem takich cech jak wytrzymałość, niezawodność, trwałość.

Montaż takich urządzeń jest dostępny praktycznie dla każdego: aby go pomyślnie wykonać, należy jedynie ściśle przestrzegać schematów i starannie wykonywać wszystkie zalecane czynności.

Być może mieliście Państwo już okazję złożyć samodzielnie lampę LED i możecie udzielić cennej rady odwiedzającym naszą stronę? A może po przeczytaniu artykułu pojawiły się pytania? Prosimy o pozostawienie komentarzy w poniższym bloku.