Как самому сделать качественный LED прожектор из COB светодиода

Из названия статьи вы уже поняли, что прожектор у нас будет реализован на COB светодиодной матрице. COB - это аббревиатура, расшифровывается как Chip On Board. Это технология изготовления светодиодных элементов, суть которой заключается в размещении большого количества отдельных кристаллов в едином корпусе. Такой подход позволяет многократно увеличить световой поток с условной единицы площади, но при этом идет резкое увеличение общей теплоотдачи. Для эффективного отвода выделяемого кристаллами тепла применяют печатную плату (Metal Core Printed Circuit Board, MCPCB) выполненную из трех слоев: металлизированное основание, диэлектрическая прослойка и токопроводящий слой.



Основание, как правило, изготавливается из аллюминия, но оно не заменяет радиатор, это всего лишь эффективный теплопроводник.

Благодаря данной технологии, появилась возможность делать световые элементы любой формы и размера.



Мы выстраиваем миниатюрные кристаллы на подложке в необходимой нам по форме и размеру области, соединяем в единую цепь и заливаем специальным компаундом с люминофором. 

Существуют также COB-светодиоды со встроенным драйвером (источником питания), которые можно сразу подключать к сети 220 или 110 Вольт.







В нашем случае мы будем использовать именно такую светодиодную матрицу. 

Когда то давно я заказал на Алиэкспресс две COB-матрицы со встроенным драйвером по 50Вт, одну с теплым свечением и одну с холодным. Стоимость каждой такой матрицы около 120 руб.






Для понимания, ниже показана цветовая шкала по которой можно приблизительно определить цветовую температуру светового потока любого источника света.



Подробнее о цветовой температуре в статье на Wikipedia - ссылка

Из моего личного опыта, могу посоветовать правильно подбирать цветовую температуру светодиодного освещения: 
- 2700-3200 Кельвинов используйте в месте где вы ужинаете вечером, например в дачной беседке, оно расслабляет и не нарушает отход ко сну.
- 4000 Кельвинов отлично подходит для всех комнат в доме и в рабочих помещениях, наиболее приятный и естественный свет.
- 6000-6500 Кельвинов лучше всего подходит для бассейнов и спортзалов, где необходимо взбодриться и быть в тонусе, крайне не рекомендуется для спальни, нарушает природные ритмы сна.

Для уличного прожектора лучше всего подходит цветовая температура 4000-6500 Кельвинов, так как при одной и тойже интенсивности светового потока источник света с цветовой температурой 3000 Кельвинов человеческий глаз будет воспринимать как менее яркий.

Светодиодные COB матрицы, которые я буду использовать при сборке прожектора, пригодны только для технического освещения из-за упрощенной схемы встроенного драйвера, который не способен в достаточной мере сглаживать пульсации переменного тока. Данный параметр называется коэффициэнт пульсации (К_п) и не должен в помещениях превышать 5%. В технических, нежилых и проходных помещениях данный коэффициэнт не ограничен, но может вызывать стробоскопический эффект при К_п >20%. Нужно понимать, что пульсации эффективно сглаживаются электролитическими конденсаторами большой ёмкости, но технологически их применение в схеме питания COB матриц не рационально, как с точки зрения конечной стоимости продукта, так и для сферы их применения. Качественные COB матрицы со встроенным дрйвером не дают стробоскопического эффекта при использовании, для наружного освещения их использовать вполне комфортно.

После всего вышесказанного, вернемся к самой конструкции самодельного прожектора. Основными компонентами любого светодиодного прожектора являются:
- источник света;
- источник питания (драйвер);
- отражатель;
- рассеиватель;
- система отведения выделяемого тепла (радиатор);
- корпус.

Чтобы упростить конструкцию, некоторые функциональные элементы можно объединить. Так, например, у нас драйвер будет интегрирован в источник света, а отражатель будет одновременно и корпусом и частично радиатором.

Для корпуса-отражателя я специально приобрел 2 большие миски из нержавейки (диаметр 28 см.) в интернет-магазине Wildberries по цене 281р за шт. У них внутренняя поверхность полированная (зеркальная), отлично подойдет для отражателя, а толщина стали достаточная для использования в качестве корпуса.




Радиатор я взял от какого-то очень старого процессора, у меня он долго валялся без дела и наконец пригодился.



В радиаторе я просверлил 4 отверстия диаметром 2мм, по размерам отверстий в LED-матрице.

Тоже самое я проделал и с миской.



На следующем этапе сборки я нанес термопроводящий клей (stars-922 c Aliexpress) на повехность светодиодной матрицы и радиатора.

 

Затем саморезами стянул все элементы конструкции между собой.

 

После того, как термоклей схватился, я подключил будущий прожектор к сети, чтобы проверить работоспособность конструкции. Результат меня вполне удовлетворил. Радиатор нагревался медленно, а вся конструкция после 15 минут работы имела вполне допустимую температуру. Для того, чтобы комфортно для глаз использовать прожектор, необходимо установить рассеиватель. У меня на этот случай лежал в запасе лист матового молочного рассеивателя от старого люминисцентного офисного светильника типа "Амстронг".


Благодаря широкому бортику миски можно легко зафиксировать рассеятель на винтовом соединении, предварительно просверлив отверстия по кругу. По контуру лучше всего промазать силиконовым герметиком, чтобы внутри не скапливался конденсат.

Под вывод кабеля необходимо просверлить отверстие в стенке миски и установить сальник. Я использовал сальник PG-7.