Светодиодный прожектор: виды, классификация, устройство и рекомендации по выбору

Трудно переоценить значимость осветительных приборов в современном обществе. Они используются везде, где «ступает нога человека». Это обусловило широкое многообразие светильников разных категорий.

Светодиодный прожектор не является исключением: в магазинах электротехники, на страницах многочисленных интернет-магазинов можно обнаружить множество разновидностей этих изделий, отличающихся особенностями и технико-эксплуатационными характеристиками, которые влияют на условия работы и конечную стоимость прибора. Для правильного выбора прожектора важно разобраться во всех разновидностях, изучить отличия, преимущества и недостатки.

Виды прожекторов по источнику света

В зависимости от используемого источника света прожекторы делятся на четыре основных типа. Они бывают галогенными, натриевыми, светодиодными и металлогалогенными. Подробнее о каждом виде:

В первых в качестве источника света применяют галогенную лампу. По сути, речь идет об усовершенствованной лампе накаливания. Отличия связаны с внутренней полостью колбы, которая заполняется инертным газом, повышающим свечение и срок эксплуатации.
Натриевые прожекторы работают от газоразрядной лампы. В отличие от первого типа, колба содержит не инертные газы, а пары натрия, излучающие свет.

Металлогалогенные от галогенных отличаются применением газоразрядной лампы, более высокой яркостью и сложностью конструкции, дополненной блоком розжига. Нужно соблюдать особые правила эксплуатации.
Светодиодные прожекторы функционируют на матрице с led-диодами. В отличие от остальных, более компактны и долговечны.

Устройство светодиодного прожектора

В составе данного устройства можно выделить три основных элемента – корпус, матрица со светодиодами и драйвер для стабилизации тока. По набору компонентов прибор ничем не отличается от обычного светодиодного светильника уличного типа.

Светодиодная матрица спрятана под прозрачной защитной крышкой с установленными стеклом и отражателями. Открутив крепежные элементы, можно снять крышку и получить доступ к светодиодам.

Обычно корпус осветительного прибора производится литым из алюминия и других устойчивых к коррозии металлов. Выбор в пользу алюминия обусловлен прекрасными теплоотводящими свойствами. Матрица внутри корпуса крепится дополнительными винтами, которых может быть от двух до четырех штук. Для более надежной эксплуатации изделия производители качественной продукции исключают зазор между корпусом и матрицей и добавляют теплопроводящую пасту.

На задней части прожектора находится кабель для подключения к сети питания. Наличие резиновой шайбы, устанавливаемой в отверстие, защищает устройство от попадания влаги. Некоторые изделия выпускаются с вращающимися скобами, обеспечивающими хорошее крепление к вышкам и столбам. Вариант с ребристыми стенками корпуса еще лучше, поскольку обеспечивает максимальный отвод тепла.

Ниже задней крышки светодиодного прожектора устанавливают блок питания, используемый для трансформации тока промышленной сети с напряжением 220 вольт в постоянный ток, подходящий для работы устройства.

Электрическая схема светодиодного прожектора

На фотографии приведена типовая электрическая схема драйвера светодиодного прожектора. Принцип работы схемы любого драйвера прожектора одинаковый.

Напряжение из бытовой сети подается на вход драйвера через предохранитель F1, фильтруется с помощью LС элементов и выпрямляется диодным мостом. Далее сглаживается электролитическим конденсатором С13. На выводах конденсатора создается напряжение постоянного тока величиной около 280 В.

С конденсатора C13 напряжение подается через токоограничивающие резисторы на стабилитрон D12 и вывод 6 микросхемы. Стабилитрон обеспечивает питание микросхемы напряжением 9 В, которое является опорным для работы драйвера в целом. С конденсатора C13 напряжение поступает так же через обмотку трансформатора Т1.1 на вывод полевого транзистора Q1 работающего в ключевом режиме.

Работает драйвер следующим образом. С вывода 5 микросхемы на затвор транзистора Q1 поступают высокочастотные импульсы, благодаря которым сопротивление между его стоком и истоком становиться близким к нулю. В этот момент через первичную обмотку трансформатора проходит ток, благодаря которому на вторичной обмотке появляется напряжение. Оно выпрямляется быстродействующим диодом SF28 и сглаживается электролитическим конденсатором SC1. Величина тока, протекающего через LED матрицу, определяется величиной сопротивления резисторов, установленных с 3 вывода микросхемы на общий провод.

Наиболее часто выходят из строя – электролитические конденсаторы (их легко определить по внешнему виду — вспучены), диоды мостового выпрямителя, полевой транзистор, высокочастотный диод и стабилитрон (в случае его обрыва выходит из строя микросхема).

Причина перегорания светодиодной матрицы в прожекторе

Обычно светодиодные матрицы выходят из строя из-за перегрева. Решил разобраться, почему в данном прожекторе, не смотря на толстостенный дюралюминиевый корпус, являющийся одновременно и радиатором перегорела светодиодная матрица.

Первое, что бросилось в глаза, это крепление матрицы с помощью двух винтов, а не четырех, что предусмотрено ее конструкцией. Головки винтов были конической формы, что могло привести при сильном закручивании винтов к деформации подложки матрицы.

После отпайки токоподводящих проводников и откручивания винтов матрица легко отделилась от корпуса прожектора. На снимке внешний вид. Выборки в углах подложки вместо отверстий снижают вероятность равномерного прижима ее к радиатору.

Причина выгорания светодиодной матрицы стала очевидной после осмотра ее обратной стороны. Участок подложки, противоположный прогоревшему участку со светодиодами не был покрыт теплопроводящей пастой, хотя паста на корпусе прожектора была нанесена равномерно.

Обычно участок радиатора, к которому прижимается тепловыделяющий элемент, шлифуется. В прожекторе это правило нарушено вдвойне, так как площадь корпуса, к которой прижимается светодиодная матрица, не шлифована, и еще окрашена краской типа шагрень, что существенно снижает отвод тепла с матрицы.

Исходя из выше сказанного, можно сделать заключение, что светодиодная матрица вышла из строя из-за перегрева по причине плохого ее прижима к корпусу прожектора при сборке.

Перед установкой матрицы в корпус прожектора, место ее контакта было обработано наждачной бумагой до блеска алюминия и нанесена свежая термопаста.

Преимущества и недостатки

Выделяют как положительные, так и отрицательные моменты при эксплуатации данных приборов. Для начала перечислим достоинства светодиодных прожекторов:

минимальное потребление электроэнергии – в 8-10 раз ниже, чем при эксплуатации обычных ламп накаливания, и в 3-4 раза меньше по сравнению с энергосберегающими изделиями;
продолжительный срок службы – не менее 10 лет;
при изготовлении используются экологически чистые материалы, не представляющие угрозы для человека и окружающей среды.

Что касается недостатков, то здесь можно отметить следующие:

дороговизна – причем в случае с прожекторами на led-диодах заявленный срок эксплуатации не всегда соответствует действительности, поэтому приборы в большинстве своем себя не окупают (впрочем, при соблюдении технических норм и наличии дополнительной перестраховки изделие будет работать не менее 7-8 лет);
беспрерывная эксплуатация приводит к выходу из строя светодиодов – постепенно снижается яркость, впоследствии компоненты полностью перегорают;
для повышения долговечности желательно использовать дополнительные источники охлаждения и блок питания, что вновь приводит к финансовым тратам.

Классификация светодиодных прожекторов

При выборе устройства ориентируются на различные параметры, позволяющие их классифицировать. По мощности прожекторы бывают разными, причем данный параметр может варьироваться в пределах 10-1000 Вт. Аналогичная ситуация с яркостью, которая может составлять 700 или свыше 30000 лм.

Класс защиты IP

Намного интереснее дела обстоят со степенью защиты (Internal Protection). Маркировка IP XY указывает, насколько хорошо устройство противостоит пыли и влаги, где X и Y выражаются в цифровых значениях. Чем они выше, тем лучше защита.

Вот примеры:

IP20 – такие осветительные приборы могут использоваться для внутренних систем освещения, поскольку не имеют защиты от пыли и влаги.
IP21-22 – более совершенные изделия, которые эксплуатируются в неотапливаемых комнатах (защищены от образования конденсата).
IP23 – эти устройства практически ничем не отличаются от предыдущих, за исключением того, что допустима установка на улице.
IP50 – корпус прожекторов защищен от попадания пыли, что позволяет применять их на промышленных объектах. В то же время отсутствует защита от влаги.
IP54 – улучшенная версия предыдущих приборов с дополнительной защитой от влаги. Допустима эксплуатация в комнатах с повышенным уровнем влажности.
IP67-68 – высокий уровень изоляции, что позволяет использовать устройства под водой.

Спектр

Спектр приборов выражается в температуре цвета и может составлять от 3500 до 6500 К. С ростом цветовой температуры повышается световая отдача, но оттенок становится более бледным и холодным. Что касается зависимости светового потока от мощности и температуры, то в качестве примера можно привести следующее:

прожекторы 40 Вт с температурой цвета 6500 К характеризуются потоком в 4000 лм;
при снижении температуры до 5000 К данный параметр будет равен 3600 лм;
3500 К – 3000 лм и т.д.

Прожекторы с температурой 3700-4300 К излучают теплые, 4500-5500 К – нейтральные, 6000 К и выше – холодные белые лучи.

Холодные цвета считаются более эффективными при освещении обширных территорий, при этом имеют голубой оттенок. Если собираетесь осветить область чтения или рабочую зону, то цветовая температура не должна превышать 5000 К.

Примечание. Нередко можно встретить разноцветные led-прожекторы, работающие по RGB-технологии.

Матрица

Матрица для светодиодных прожекторов может состоять из диодов двух разновидностей – кластерных и СОД. Матрицы с многочисленными СОД-диодами стоят дешевле изделий с кластерными компонентами. С другой стороны, наличие большого числа светоизлучающих элементов приводит к разбросу параметров. При выходе из строя одного-двух возрастает нагрузка на все остальные. Срок эксплуатации кластерных устройств в 3-4 раза продолжительнее (но и стоимость на 30-40 % выше).

Кластерные прожекторы содержат матрицу со сверхяркими светодиодами серий 5050, 5630 и идентичными параметрами. Малая площадь поверхности, излучающей свет, приводит к формированию равномерного потока, а срок эксплуатации достигает 30000 часов без снижения эффективности.

Из чего устроен светодиодный прожектор

Это очень простое устройство для конечного потребителя. Простота достигнута за счет того, что при производстве составных частей прожектора применены высокие технологии, о которых ещё лет десять назад писали только в научных журналах.

Однажды, в далёком детстве, я купил красный светодиод в Культспорттоварах за 40 копеек. Мне завидовал весь радиокружок…

В прожекторе – две составные части: Светодиод и Драйвер. Напряжение 220В поступает на вход Драйвера, а с него – на питание Светодиода. Это если очень коротко и упрощённо.

Прожектор 20 Вт фото. Установлен под козырьком подъезда, который выходит в Удельный парк, С-Петербург.

Итак, как устроен светодиодный прожектор? Рассмотрим подробнее каждую часть, попутно буду давать фотографии и ссылки.

Основной параметр прожектора – мощность, которая бывает в основном 10, 20, 30, 50, 100 Вт. Другой параметр – цвет свечения. В основном в продаже два цвета – холодный белый (он ярче) и теплый белый (приятнее для глаз). По влагозащищенности – встречается один вид – уличный.

Прожекторный светодиод (светодиодная матрица)

Другие варианты названия – светодиодная матрица (их часто путают с матрицами, на которых сделаны “бегущие строки”), светодиодный чип, светодиодная сборка или модуль. По-английски – LED Chip.

Терминология тут окончательно не устоялось, но могу сказать, что под словами “светодиодный модуль”, как правило, подразумевают светоизлучающее устройство на дискретных светодиодах, которые напаяны на одну теплопроводящую подложку. В конце статьи будет фото.

Такая матрица, как правило, состоит из нескольких светодиодов (до 100 штук), соединенных последовательно-параллельно. Светодиоды в матрице изготовлены по особой технологии, которая позволяет получать кристаллы с идентичными характеристиками.

Светодиодный модуль (сборка). Видите в желтом квадрате два горизонтальных ряда точек по 10 шт? Это светодиоды.

Стоит сказать, что обычные светодиоды подключать параллельно нельзя из-за того, что у них всегда есть разброс параметров. В результате одни будут перегреваться, другие – гореть “вполнакала”, и вся конструкция быстро выгорит.

Матрица имеет два вывода для питания, плюс и минус. Их путать нельзя. Впрочем, если перепутать – ничего страшного не случится – просто не будет света.

Очень важно обеспечить хороший теплоотвод от светодиодной матрицы, я писал об этом в своих статьях не раз. Перегрев светодиодов выше 50 градусов понижает ресурс их работы – яркость со временем падает. Совершенно точно можно сказать, что срок службы светодиодного чипа однозначно зависит от температуры работы.

Например, при прочих равных условиях работа двух матриц при температуре +10 и +50 приведет к тому, что вторая матрица через год будет светить в 2 раза тусклее, чем первая.

Температура матрицы зависит от нескольких факторов, вот они:

наличие радиатора (теплоотвод, отводящий тепло от прожектора в окружающую среду)
отвод тепла от сборки (правильный монтаж через термопасту, обеспечивающий минимальное тепловое сопротивление)
рабочий ток, который должен соответствовать номиналу (ток можно снизить, в результате увеличится срок службы, но упадет яркость)

Можно сказать, что значением тока светодиодного чипа выбирается компромисс между сроком службы и яркостью.

Параметры выбора

При выборе светодиодных прожекторов нужно учитывать множество факторов и параметров, перечисленных ниже. Также стоит обратить внимание на материал, из которого изготовлен корпус, толщину радиатора и степень защиты.

Материал корпуса

Некоторые устройства производятся из нержавеющей стали со светоотражателем из алюминиевого сплава. Это хороший вариант, если led-прожектор эксплуатируется внутри жилых комнат, но если необходимо применение на открытом воздухе, то подобной конструкции лучше избегать (начнутся коррозийные процессы на стыке двух металлов).

Толщина радиатора

Никогда не экономьте на радиаторе – наряду с драйвером он является самым важным компонентом, продлевающим долговечность устройства. Дело в том, что плохой радиатор не способен обеспечить нормальный отвод тепла от матрицы. Выбирая между двумя одинаковыми светодиодными прожекторами, остановитесь на приборе с наибольшим радиатором.

Класс защиты

Также не рекомендуем экономить средства, покупая прожекторы без защиты от пыли и влаги. Особенно актуально это для тех случаев, когда устройство будет эксплуатироваться за пределами здания. В идеале нужно искать корпус с защитой не ниже IP54.

Драйвер

Блок питания, преобразующий переменный ток в постоянный, имеет свой срок эксплуатации. Состоит такой электротехнический элемент из электролитических конденсаторов, которые со временем высыхают и теряют запас емкости. Обычный конденсатор предназначен для бесперебойной эксплуатации в течение 10000 часов, у хорошего устройства параметр может возрасти до 30000, у дорогого японского – до 50000.

Обращайте внимание на герметичность драйвера. Если на плате отсутствует герметик или компаунд, то вскоре она выйдет из строя при попадании малейшей влаги.

О технологии CoB

Как правило, светодиоды с первичной оптикой имеют угол излучения порядка 120 градусов. При создании других углов используются элементы вторичной оптики. В основном это разные коллиматорные, фокусирующие линзы, параболические, эллиптические отражения.

Благодаря технологии Chip on Board можно создавать мощные точечные источники света в виде массива светодиодных кристаллов, которые установлены в одну плату, способную обеспечить отвод тепла от покрытых люминофором кристаллов.

В виде платы при монтаже кристаллов применяется сплав из меди, а также материал с высокой теплопроводностью, что дает возможность получать очень низкое тепловое сопротивление, обеспечивать эффективный теплоотвод.

Ремонт прожектора

Ремонт заключался в демонтаже перегоревшей матрицы и неисправного драйвера и установки современной светодиодной матрицы с встроенным драйвером, и дополнительной схемы выпрямительного моста с электролитическим конденсатором в корпус прожектора.

Установка LED матрицы

Для того чтобы добраться до матрицы необходимо снять защитное стекло и рефлектор, для чего понадобилось открутить четыре винта.

Для удаления матрицы нужно отпаять или откусить бокорезами провода и открутить еще четыре винта. Кода матрица была снята, то стало ясно, почему она сгорела. Теплопроводящая паста покрывала ее подложку не по всей поверхности.

В дополнение, место установки было окрашено, и еще вокруг крепежных резьбовых отверстий имелись выступающие площадки, как и вокруг непонятных прямоугольных углублений. Налицо конструкторская недоработка и небрежная сборка производителем прожектора.

Сгоревшая матрица имела размеры 20×20 мм, а устанавливаемая – 40×60 мм, поэтому пришлось делать новые крепежные отверстия. При разметке еще пришлось сдвинуть матрицу относительно центральной оси, чтобы крепежные отверстия не попали в теплоотводящие ребра корпуса. В дополнение также надо было оставить одно из двух отверстий для прокладки проводов. Сверлить новое отверстие для проводов не хотелось, так как штатное герметично соединялось с задней частью прожектора.

После разметки было просверлено четыре отверстия диаметром 2 мм и затем в них нарезана резьба метчиком М2,5.

Примерка показала, что все сделанные отверстия точно совпали с крепежными отверстиями матрицы. Если бы немного промахнулся, то отверстия в матрице можно пропилить с помощью надфиля. Рядом с ними нет токоведущих дорожек и элементов.

На следующем шаге с помощью наждачной бумаги средней зернистости необходимо подготовить теплоотводящую поверхность, сняв краску и удалив выступающие бугры.

После десяти минут работы поверхность стала идеально ровной и готовой для крепления матрицы. Оставшиеся крепежные отверстия имеют небольшую площадь и на отвод тепла влиять практически не будут.

Для хорошего теплового контакта подложки матрицы с алюминиевым корпусом прожектора, который одновременно является и радиатором, место их соединения необходимо покрыть тонким слоем специальной теплопроводящей пасты. Размазывать пасту удобно с помощью банковской карты или визитки. Паста продается в магазинах компьютерной техники, можно заказать на Алиэкспресс при покупке матрицы.

Матрица закреплена в корпусе с помощью винтов М2,5 с плоскими шайбами для увеличения площади прижатия. Залудить контактные площадки матрицы и припаять провода лучше перед установкой. Провода я использовал с двойной изоляцией, но для надежности целесообразно использовать специальный термостойкий провод. У меня такого достаточной длины под руками не оказалось.

Рефлектор прожектора имел отверстие для светового потока матрицы недостаточного размера, пришлось его после разметки дорабатывать.

Для этого с помощью мини дрели и наждачного диска рефлектор был пропилен по граням. Края загнуты плоскогубцами, и лишний металл отрезан ножницами.

На фотографии показан результат работы по установке LED матрицы с драйвером на подложке. Вся ее светоизлучающая поверхность открыта для светового потока.

Установка в прожектор диодного моста и конденсатора

Печатную плату ради монтажа шести радиоэлементов изготавливать не стал, тем более, что в наличии была подходящая плата от драйвера светодиодной лампы. Выпаял из нее лишние элементы, впаял предохранитель и токоограничивающий резистор.

Провода, идущие от светодиодной матрицы, были припаяны непосредственно к выводам конденсатора, а его выводы уже к плате. Один из проводов сетевого шнура был припаян к плате, а второй на вывод включателя, а с него уже к плате.

Для изоляции печатной платы была использована укороченная упаковка от драже Тик-Так. Идеально подошла по размерам. Под сетевой шнур в упаковке была сделана прорезь.

Светодиодный прожектор отремонтирован без использования драйвера, и можно приступать к его испытаниям. При первом включении он не засветил. Оказалось, что установленный предохранитель на ток защиты 1 А не выдержал пускового тока зарядки конденсатора и перегорел.

Величину токоограничивающего сопротивления увеличивать не хотелось, поэтому пришлось установить предохранитель на 2 А. При многократном включении, выключении и длительной работе прожектор светил безотказно. Корпус нагревался незначительно.

Бюджетный вариант

Сегодня на рынке можно встретить продукцию нескольких брендовых производителей. Уже давно зарекомендовали себя фирмы Philips, Osram, Hyundai, но изделия Feron, Luna, Jazzway им практически не уступают.

Есть и отечественные варианты, которые куда лучше дешевых китайских изделий с завышенными параметрами по паспорту. Предлагаем вашему вниманию обзор недорогих прожекторов на 50 Вт трех разных производителей:

Наименование	Foton FL-LED MATRIX	FERON LL-133 1LED	IEK
Световой поток, лм	4000	4700	4000
Температура цвета, К	4200	4000	4200
Степень защиты (IP)	IP65	IP65	IP65

Степень защиты указывает на то, что такие варианты могут эксплуатироваться на открытом воздухе. Стоимость каждого из перечисленных прожекторов не превышает 2500 рублей. Реальная величина светового потока ниже, но не более чем на 5-10 %. Диапазон рабочей температуры везде составляет от -40 до +60 град. Цельсия. И все же стоит обратить внимание на радиатор – если он будет малым, то жарким летним днем включать устройство не рекомендуется.

Светодиодный прожектор – это универсальный осветительный прибор, использующийся во многих сферах жизнедеятельности. Более дорогостоящие модели могут эксплуатироваться практически в любых условиях. Характеризуются качественным световым потоком, минимальным потреблением электроэнергии и отсутствием необходимости в постоянном обслуживании в течение всего срока эксплуатации. По возможности нужно покупать устройства брендовых производителей. Но достойные варианты имеются и среди менее известных фирм!

Советы и рекомендации по выбору качественного светодиодного прожектора