semena
Наша кнопка. Обменяемся:?

Светодиодный светильник своими руками

Как самостоятельно сделать светодиодную подсветку для рассады и для растений вообще.

Важно.
Автор статьи — уважаемый Stas, большой специалист по светодиодной подсветке растений.

Вопросы по этой статье ему можно задать на форуме — здесь.

stas-av

Статья будет состоять из нескольких уроков, публикуемых по мере написания. А пока -

Урок 1. | Урок 2. | Урок 3. | Урок 4. | Урок 5. | Урок 6. | Урок 7. | Урок 8. | Урок 9. |

Немного теории.

 Я не собираюсь делать из Вас радиолюбителей. Но, некоторые моменты надо знать, что бы Вы сами могли понять, можно ли сделать Вашу задумку, или нет.

Итак, светодиод, – это полупроводник, т.е. проводит ток, только в одном направлении. Поэтому, важна полярность при его подключении. У него есть “-“ и “+”. Переполюсовка может вывести светодиод из строя. Внешний вид может отличаться. Разновидностей много, например:

svet-001 svet-002

Питание светодиодов.

  • Красные светодиоды питаются от 1,8 до 2,2 вольт.
  • Синие, белые, зеленые, от 3 до 3,5 вольт.

Для удобства будем считать, что на красный приходится 2 вольта, на синий, – 3 вольта (эти цифры очень близки к реальности, при “стандартном” токе).

Еще одно понятие, и прекращу Вас мучить. Это ток. Для большинства светиков (которые мы будем применять), стандартным током считается 350 мА (милиампер).

Для чего это нужно?

Дело в том, что напряжение (вольты) и ток (мА) тесно связаны друг с другом.

Например: если на синий светик подать 3 вольта, то на нем ток установится порядка 320 – 350 мА, а если 3,5 вольта, ток возрастет в 2 раза, – до 700 мА.

Т.е. повышение напряжения всего на пол вольта повышает ток (а соответственно и мощность) в 2 раза.

Поэтому, “простые” блоки питания применять не стоит, т.к. они могут спалить светики (от бросков напряжения в сети). Для питания светодиодов обычно применяют драйверы (импульсные блоки питания), у которых напряжение, и ток стабилизированы.

Например:

svet-003 svet-004

Если Вы поняли написанное, значит Вы усвоили более 50 % материала, который нам пригодится в дальнейшем. Это основное.


Урок 2.

О площади освещения.

Я обещаю, что давать буду то, что нужно, – воды не будет. Но, то что даю, это важные моменты, желательно, что бы это усвоилось.

Немного о “природе” светодиода. В большинстве случаев, светодиод светит в угле 120 – 140 градусов. (разновидностей много, но, мы будем говорить, о распространенных).

Это я к тому, что приподняв светильник, на определенную высоту, увеличится площадь освещения, и при этом уменьшится сила света. Это касательно не только светодиодов, это касается всех источников света. Увы, законы природы не обманешь, а они таковы…

Что при увеличении расстояния в 2 раза, сила света падает в 4 раза. Поэтому, светильник (любой) не стоит высоко поднимать, т.к. площадь осветится больше, но света растюшки, получат в разы меньше.

Это я написал для расчетов, которые мы будем делать в дальнейшем (не пугайтесь, они простейшие). И для того что бы не верили слепо рекламе.

Недавно, на одном из сайтов видел рекламу (они же и продают).

Растительная лампа (светодиодная) мощностью 24 ватта (на светики приходится около 20 ватт, остальное жрет блок питания) по их заверениям, рассчитана на подвес от 30 см до 2 метров (рекомендуемая высота подвеса 1 метр), при этой высоте, площадь досветки составляет 1 м2. Т.е. при высоте 2 метра (что указано на сайте) площадь досветки составит почти 4 м2 (чуть меньше, но я округлил, что бы проще было считать в дальнейшем). В итоге получаем около 5 ватт на м2. Для информации, – лампочка в холодильнике жрет 10 – 15 ватт. Светодиоды конечно “крутая” штука, но не на столько же. Кстати, с советских времен рекомендована досветка люмками до 200 ватт/м2 (“идеальная” досветка).

В одном они правы, — “задрать” можно и на 3 метра, освещать будет еще больше около 8 м2, но только эффекта, увы не будет. А важно ли это, – товар то продан!

Я использую светики из расчета 50 – 60 ватт на м2. На другом, можно сказать техническом форуме, меня не многие поддерживают, считают что светиков надо больше, почти в 2 раза (до 100 ватт на м2). Сразу предупрежу речь идет о закрытых боксах, т.е. без естественного света.

Теперь можно сделать некоторые выводы, по поводу количества обещанных м2 досветки 24 (20) ваттной лампой… если она еще выдает…, заявленные 24 (20) ватт.

Последнее на сегодня. Большинство светильников, которые я делал, рассчитаны на низкий подвес (10 – 25 см, над уровнем верхних листочков). Для домашней рассады, я считаю оптимальным вариантом, но если требуется, что бы светильник был подвешен высоко, например, к потолку (в теплице), или дома (зимой) подсветить всю гвардию комнатных цветочков, и в добавок разного “калибра”?

Выход есть! Для светиков существует оптика, – которая может (с не большими потерями) преобразовать угол 120 градусов, в любой другой, мне встречалась от 6 до 100 градусов.

svet-005 svet-006 svet-007 svet-008

Что дает низко градусная оптика?

Оптика (линзочка) собирает лучи из 120 градусов (излучаемых светодиодом) и сжимает в угол на который рассчитана линза. Соответственно, площадь досветки уменьшается, но сила света (яркость) увеличивается!

Теперь, если приподнять светильник (в 2 – 3 – 4 раза выше, чем я упоминал раньше), то получим почти ту же интенсивность, и почти ту же площадь досветки, но светильник будет значительно выше, и не будет маячить перед глазами. При этом он будет чуть менее экономичен (потери до 10 – 20 % в оптике). У каждого способа есть свои достоинства и недостатки.


Урок 3.

КПД светодиодов и отвод тепла.

Ну, основные познания мы получили, есть еще немного, но это освоим по ходу. Понимаю, как всем не терпится узнать как сделать светильник своими руками. Чуточку терпения, – подходим…

Еще несколько слов о светодиоде. У современных светиков кпд достигает 50 – 60 %. Много это или мало? КПД обычной лампы накаливания 5 – 7 %, т.е. на свет тратится 5 %, а на “побочный продукт”, — тепло до 95 %. А ведь мы лампочку включаем не греться. И тем не менее, пользуемся.

Перейдем к светику, кпд его, можно сказать на порядок выше (в 10 раз), и при этом 50 % преобразуется в свет, а 50 % продолжает работать обогревателем.

10 “современных” белых светиков без труда заменят лампу накаливания (по светоотдачи) в 100 ватт, потребляя при этом, ватт 12 – 14 (есть такие светики, что и в 10 ватт можно уложиться, но они значительно дороже).

К чему я это? К тому, что лампа накаливания греет на 95 ватт, а 10 светиков, – 12 ватт, деленные пополам (кпд 50 %), – 6 ватт тепла. И это тепло надо отвести от светика, и рассеить. Поэтому, светикам требуется радиатор.

В большинстве случаев в роли радиатора используют алюминий. В промышленных вариантах это могут быть специально отлитые, или от фрезерованные радиаторы.

Мы будем использовать, то что попадется под руку (у кого что есть).

Это может быть и крышка от кастрюли, и кусок гардины, и сковорода, и разный алюминиевый “хлам” который найдется в доме.

Еще немного теории которая потребуется нам дальше…

Сколько алюминия потребуется?

Чем больше, тем лучше. Больше площадь рассеивания, –  лучше охлаждение, – дольше прослужат светики.

Но, почему то, я догадываюсь, что из присутствующих, не все алюминиевые олигархи…

Поэтому, попробую уточнить. Начнем с того, что алюминий – алюминию рознь. Очень много разнообразных сплавов, которые влияют на теплопроводность алюминия. А так как понять, что попалось алюминий, дюраль, или что то еще проблематично…, советую цифры изменять только в большую сторону.

Мощность.

Еще один момент. Хотя светики (которыми мы будем пользоваться) считаются одноваттными (1 W), это не очень соответствует действительности…

Почему?

Дело в том, что мощность зависит от произведения напряжения на ток.

Т.е. P (мощность) = U (напржение) * I (ток)

Соответственно, синий светик, имеет мощность (при стандартном включении)

3 (вольта) * 0,35 (А) = 1,05 ватта

Соответственно, красный светик, имеет мощность (при стандартном включении)

2 (вольта) * 0,35 (А) = 0,7 ватта

В формуле значение тока ставится не мА (милиамперах), а в А (амперах).

Из результатов видно, что красный светодиод потребляет примерно  на 30 % меньше, чем синий. И соответственно греться будет меньше, и площадь рассеивания тепла тоже потребуется меньше.

Мои рекомендации: Площадь радиатора должна быть не менее 30 см2 на 1 ватт рассеиваемой мощности, желательно 40 (с учетом неизвестности теплопроводящих свойств алюминия).

И конечно, не надо подгонять до каждого см2. Цифры даю все равно, — рекомендуемые.

Пример.

Допустим, Вы остановились на светильнике в 20 ватт. Рекомендуемая площадь радиатора 600 – 800 см2, будет она 500 см2, – ну, что ж, пойдет. Будет 1000 см2, – тоже пойдет, но тыща, – лучше!

Тут образцы, что у меня валялось, и что можно использовать в качестве “радиатора”. (нажмите фото для увеличения)

svet-009

Слева направо: кусок листового алюминия, профиль от шкафа – купе, стоительный профиль, не знаю от чего профиль, по моему, что то связанное с рекламой. Как раньше упомянул, подойдут кастрюли, сковородки, гардины, уголки, и т.п и т.д.


Урок 4.

Итак, с теорией более – менее определились.

Хочу добавить еще об одном (с моей точки зрения, самом главном преимуществе) светодиодного светитильничка, – это возможность попробовать его эффективность, не тратя больших денег.

«Это как это?» – удивятся многие.

Поясню: В далекие при далекие времена, в году этак 2009, я получил возможность начать эксперименты со светиками. Естественно, спросить у кого то, или почитать было не очень… Поэтому, я был вынужден сделать несколько боксов (изолированных) и ставить в них разные сочетания светиков. Боксы были из толстого пластика, в каждом боксе было 3 – 4 светика, и там все росло! Размеры каждого бокса были 25 х 25 х 25 см. Выбрав лучшие соотношения, я перешел на большее количество светиков (довел до 15 ! Штук), и бокс уже был 60 х 60 см. И т.д. и т. п. Т.е. можно начать с малого, попробовать, если понравилось, тогда уже тратить деньги с серьезным подходом!

Сейчас, минимальный комплект может обойтись (4 ватта), в рублей 400 – 450.

О чем я ниже расскажу…

А пока все по порядку.

Начнем с образцов, которые можно сделать дома, – “на коленках”.

1.

Сперва более “сложный” вариант, т.е. требующий навыка пайки, хотя и не “суперской”, но аккуратность нужна! Но, ведь можно найти знакомого, который спаяет несколько концов. Зато этот вариант самый дешевый, ну и выглядит ничего.

Верхняя сторона:

svet-010

Обратная сторона:

svet-011

2.

Более простой, но подороже, из за плат, зато паять вообще мало!

svet-012

Угадайте, в чем это…

Правильно, – в сковородке!

svet-013

Отличный радиатор! И чай, если не вскипит, то не остынет! (когда светильник будет работать).

svet-014

Вариантов изготовления много!

И если Вы думаете, что возможно сделать только “кухонные” варианты, – ошибаетесь, – возможны и такие, – они не сложнее!

svet-015 svet-016

Так что включаем фантазию!


Урок 5.

При большом разнообразии светодиодов, я расскажу о 2 основных (распространенных) типах (растительных) светиков.

Светик в корпусе PLCC-2 (5,6х3 мм).

svet-017 svet-018

Заметьте, на сколько все миниатюрное, а квадратик, в центре второй фотки нужен для отвода тепла. Не пугайтесь, нам такое не придется паять, такое паяется не в ручную, а на специальных термостолах. В итоге получается готовая линейка.

Эта например, — 2 красных, и один синий.

svet-020

Внешний вид линеек, и количество светиков может отличаться.

Второй тип светиков, называется “эмиттер”

svet-019

Как видно из рисунка, этот светик крупнее, и подходит для ручной пайки. Для этого типа светиков, существует тоже большое количество разнообразных плат.

Под 1 светик:
svet-023 

Под 7 светиков.
svet-022

Универсальная плата на 4 светика, разных “типов”:
svet-021

Это далеко не полный перечень, выбор очень большой!

И если первый тип светиков (обзывается 5630) требует от нас, только соединить (спаять) платы в цепочку, то используя эмиттеры, можно купить как напаянные, так и по отдельности, и запаять самому.

Для чего паять самому?

Всякое может быть… ну, во первых, — это немного дешевле получится, во вторых, – может не будет платы, в продаже, с тем сочетанием светиков, которое надо Вам. Да мало ли еще причин…

Далее мы переходим к пайке, и соответственно, говорим только об “эмиттерах”.

На плате, есть контактные площадки, на среднюю (круглую) надо нанести очень немного термопроводящей пасты (для лучшей теплопередачи) подобная используется в компьютере, – между процессором и радиатором. Наш “аналог” КТП-8, – конечно это один из “дешевых” вариантов. Есть такие пасты, которые улучшают значительно теплопроводность (добавляют всякие добавки, вплоть до серебра). Поставить светик на “место”, и припаять 2 ножки.

svet-023

Но, думаю пока, даже светики не будем паять.

А просто будем использовать готовые “линейки”, и другие “пятаки”.

“Линейка” в большинстве случаев, алюминиевая, и используется для удобства монтажа. Раз алюминиевая, значит уже может отводить тепло. Увы, в большинстве случаев этого не хватает.

Допустим, есть линейка 1,5 см х 25 см, на ней 3 светика. Площадь с одной стороны составляет 37,5 см2, с двух сторон 75 см2

Если на этой линейке будет 3 красных светика, это 3 * 0,7 = 2,1 ватта, т.е. на 1 ватт рассеимового тепла, приходится чуть более тридцати см2. Приемлемо.

А если взять синие? Там надо будет уже более 3 ватт рассеять… А есть линейки, на этой же площади, — по 4 светика. Надо дополнительный радиатор!

Нашли пластинку (профиль) из алюминия. Как прикрепить грамотно?

Из доступных, — это два варианта:

Первый — термоклей.

Есть такой термоклей, намазываем (обязательно тонким слоем, чем тоньше, – тем лучше). Прижимаем, оставляем на сутки сохнуть. Все.

Второй вариант.

У абсолютного большинства плат, есть технологические отверстия (если нет, обычно можно найти места, где их можно просверлить). Затем, так же намазываем термопастой (она дешевле, чем термоклей), и склепываем (скручиваем болтиками) с предварительно просверленным алюминием. Все.

Не знаю, понятно ли написал… Но, обещаю, как появится возможность, весь этот процесс обрастет фотками. Лучше один раз увидеть.


Урок 6.

Соединяем светодиоды.

По стечению обстоятельств в соседней теме вот – вот назреет вопрос, — как соединять светодиоды. Для того что бы не наращивать объем информации, дублирующую друг друга, я решил сделать это здесь. Очередной урок.

Для того что бы задать вопрос, надо говорить на одном языке. Я покажу Вам некоторые общепринятые символы, используемые в схемах.

svet-027

На рисунке №1 нарисован драйвер (блок питания). В центре прямоугольника указаны характеристики (могут быть любыми, – в зависимости от выбора количества светодиодов, и способов их включения).

На рисунке №2 изображен светодиод, так как он изображается на принципиальных схемах.

Рисунок №3 вообще то так изображается простой диод… Но, мы будем так отображать именно как светодиод (для упрощения рисования схем, – мне без разницы как рисовать, – Вам проще будет).

На рисунке №4 изображен выключатель.

На рисунке №5 изображена точка соединения.

Это большинство символов, которое нам потребуется.

Чуть вернемся, что бы пояснить что такое точка соединения.

svet-029

На всех 3 рисунках изображена одна и та же схема. Но…

Мало этого, схемы на рисунке 1 и 2 идентичны. У подготовленного человека, это не вызовет сомнений. У нас, чтобы исключить любые сомнения, мы будем использовать, соединения (точку), как показано на рисунке №2. Если смотреть на эту схему, видно, что светик 1, соединяется посредством “точки”, со светиком 2. Соответственно, они соединены последовательно. 3 светик независим от них.

Точка же поставленная чуть левее (на 3 рисунке) объединяет 3 светика вместе.

Переходим к составлению схемы.

Нам надо запитать 6 синих светодиодов. Схема будет выглядеть так:

svet-028

Эта схема последовательного соединения светодиодов. Есть и другие схемы. Но сейчас, пока этой схемы хватит, чтоб мозги не вскипели ;) .

Итог: Нарисована принципиальная схема, с сетевым выключателем, с драйвером (с указанием входного напряжения, и выходных характеристик драйвера), с цепочкой последовательно соединенных светодиодов.


Урок 7.

Начинаем собирать!

Наконец то дождались, кончилась скучная теория, начались “веселые картинки”. Итак, начинаем сборку светодиодного светильничка.

1. Берем кусочек алюминия.
svet-030

 

2. Делаем разметку.
svet-031

Можно прямо по линейке со светодиодами…
svet-032

3. Далее, — сверлим отверстия, загибаем отражатель.
svet-033

4. Следующим этапом, частично приклепываем.
svet-034

Вид сверху, после заклепки.
svet-035

Как видите, проклепано не все. К крайним отверстиям, мы приклепаем еще уголки для подвеса.
Это уголок выгнут из полоски тонкой оцинковки.
svet-036

5. Приклепываем “уши”.
svet-037

6. Припаеваем 2 проводка к линейкам, 2 проводка к выходу драйвера, 2 проводка к сетевому шнуру.
svet-039

7. Проверяем соединения, прячем драйвер в корпус.
svet-040

Да, забыл сказать, – это “клепальник”, это им все клепалось (цена от 250 рублей). Чуть ниже клепки.
svet-041

И наконец итог! Дождались!
svet-042

Это принципиальная схема этого светильничка.
svet-043


Урок 8.

Ну, сегодня посмотрим что то более презентабельное! Сразу оговорюсь, сделать что то очень практичное, и красивое, – проблематично… Это как в том анекдоте, про мартышку, которая металась, не зная куда встать, к умным, или к красивым.

Почему так получается? Ну естественно, всем охота получить светильник красивым, но хорошие корпуса и стоят хорошо. При этом, они имеют рассеиватели, которые “съедают” часть света. Зато красивые. Тот светильник, о котором рассказывал на прошлом уроке, самый эффективный, но внешний вид… ну, ничего… меня устраивает. Для меня приоритетнее КПД светильника.

Сегодня я представляю “золотую середину”. И эффективный, и можно сказать красивый.
Самое главное, – он самый дешевый! Но, правда его немного сложнее делать… Хотя и тут возможны варианты…

Итак, был куплен светильник за 100 рублей (2 года назад) производство Турция. Из него были демонтированы “потроха” (патрон, крепеж, провода).
svet-044

Далее приступаем к креплению светодиодов. Изначально у них ножки отформованы так. Для того, что бы ножки прилегали к контактным площадкам платы.
svet-045

Но, сейчас, я покажу способ монтажа светодиодов без плат (соответственно удешевление стоимости светильника). Этот способ называется навесным монтажем.

Для того, что бы ножки не соприкасались с плоскостью, их надо переформовать. Делается это легко, пассатижами, в один – два нажатия. Ноги становятся горизонтально к плоскости.
svet-046

Далее, собратной стороны светика, есть площадка (подложка), через которую светик отводит тепло.
svet-047

Именно на это место наносится ма-а-а-ленькая капелька термоклея. Почему маленькая? Потому что, у термоклея (да и у термопасты) характеристики теплопроводности хуже чем у алюминия, и соответственно, чем тоньше слой клея, тем лучше! Ну и конечно дешевле, так как расход клея меньше.
svet-048

Затем, прижимаем светик к плоскости (на которой за раннее сделана разметка), и слегка пытаемся покрутить (относительно центра) чтобы выдавить избыток термоклея, и обеспечить минимальную толщину клеящего слоя.
svet-049

И так приклеиваются все светики. После полного высыхания (через сутки), Можно заняться пайкой. Нужно проводками соединить ножки светодиодов (согласно нарисованной схемы).
svet-050

Т.к. провод используем не изолированный, не плохо сбрызнуть каким ни будь лаком, при этом прикрывая линзу светика. Т.к. неизвестно какой лак может повредить линзу. В лучшем случае, она (линза) станет матовой. На работоспособность светика это не повлияет, но светоотдача упадет.

Затем, к спаянным светикам припаиваем драйвер, который закрепляем (я опять же приклеил на термоклей).
svet-051

Далее, производим сборку светильника.
svet-052

Ура, – заработало!
svet-053

Фотка не совсем правильно передает цвета. Здесь все цвета имеют белый ”пятак” по центру каждого светика, фактически, этого нет. Это настолько яркие, “чистые” цвета… В середине кстати, зеленый светик.


Урок 9.

Сегодня я представлю Вашему вниманию простой (по исполнению) светильничек полностью выполненный из готовых деталей, и не требующих дополнительного поиска алюминия, и обработки его.

Итак, для изготовления потребуется:

  • 4 модуля – Rubicon-F5630xx (фито-модуль для досветки растений) – http://alled.ru/rubicon-f5630x-fito.html
  • Драйвер – HG-PF2215 Светодиодный драйвер с корректором мощности 220 В, 9-15х1 Вт,310 мА, – http://alled.ru/hg-pf2215-220-9-151-310.html
  • Радиаторная пластина «7x-emitter» – http://alled.ru/7x-emitter-ru.html
  • Светодиод UVR 1 Вт светодиод сверхяркий мощный ультрафиолетового диапазона, подойдет, и более дешевый, – 3GR-B Светодиод сверхяркий мощный для растений.

Короче, есть из чего повыбирать на http://alled.ru.

Сразу хочу предупредить, тепловые, и электрические характеристики светильничка, рассчитаны именно на эти “железки”, потому как здесь применено минимальное количество алюминия, вполне достаточного для этого варианта, и возможно не очень, для другого драйвера.

Начнем… Все перечисленные “железки” выглядят так:
svet-054

Уже все (точнее, большинство) запаяно :)

Так как, в нашем варианте, платы пойдут в “нахлест”, надо позаботится о дополнительной изоляции, что бы исключить “пробой” тока. Для этого, надо приклеить кусочки “хорошего” скотча (диэлектрика). Я использую радиотехнический термоскотч.
Наклеиваем вот так:
svet-055

Теперь складываем “крестик” из линеек, так, что бы скотч на лицевой стороне линейки, совпал со скотчем на обратной стороне. Т.е. в это отверстие (заклеенное скотчем) будет производится заклепка (или, скручивание болтиками), через 2 слоя скотча.
svet-056

Дальше, скрепляем, удобным для Вас способом, – я предпочитаю клепать.
svet-057

Затем, спаиваем линейки, последовательно, пайки не много :) .
svet-058

Приклеиваем драйвер,  подпаиваем  сетевой шнур. Все :).
Вид сверху:
svet-059

Итог нашей работы, – красяво :) .
svet-060

Данный светильник получается мощностью около 15 ватт, эффективно  может досвечивать около 1/3 м2.




1 комментарий к статье Светодиодный светильник своими руками"