Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Jak zbudować oświetlacz LED dobrej jakości - najważniejsze parametry?

Od pewnego czasu na rynku dostępne są LED-owe źródła światła o wysokim współczynniku oddawania barw; tj. z CRI>90. Szerokie spektrum światła powstaje na bazie mieszaniny barw pochodzącej z wielu różnokolorowych diod lub częściej pochodzi z diod białych z zaawansowanym technologicznie luminoforem. Prezentowany oświetlacz opiera się na tej drugiej zasadzie. Wykorzystana została biała dioda znanego producenta Citizen Electronics. Materiały w EdW dotyczące wykorzystania diod LED były kolejnym argumentem do zbudowania oświetlacza LED dobrej jakości.
Article Image

Do budowy oświetlacza wykorzystane zostały gotowe komponenty widoczne na fotografii tytułowej, przez co pozostaje jedynie omówić montaż oświetlacza. Źródłem światła jest dioda Citizen CLU028-1203C4-303H7. Nie jest to pojedyncza dioda, tylko zestaw diod COB, a kartę katalogowa łatwo znaleźć, wpisując w wyszukiwarkę: Citizen CLU028-1203C4 pdf.

Najważniejsze parametry diod do dobrego oświetlacza

Dla nas najważniejsze parametry ukryte są w nazwie po drugim myślniku: „30” – to barwa produkowanego światła, 30 oznacza 3000K. Natomiast „H7” informuje o współczynniku oddawania barw, który dla tej diody wynosi aż 97. Taki zestaw diod COB będziemy zasilać tak, jak powinno zasilać się LED-y, dlatego też na środku fotografii tytułowej widzimy zasilacz stałoprądowy o wydajności 300mA. 300mA to nieco więcej niż nominalny prąd diody (270mA), ale i tak bezpieczny i daleki od maksymalnego prądu, który wynosi 690mA.

Ponieważ budujemy urządzenie zasilane wprost z sieci 230V, konieczne jest zastosowanie odpowiedniej obudowy. Mnie do tego celu posłużyła obudowa z taniej „żarówki” LED. Z obudowy należy usunąć wszystko, pozostawiając korpus oraz metalowy gwint. W przypadku tej „żarówki” w środku poprowadzone były przewody do górnej płytki, która zawierała elektronikę i jednocześnie była radiatorem. Fakt ten umożliwił wycięcie identycznego z oryginałem krążka aluminiowego, do którego przyklejona została dioda LED.

Jako sposób montażu nieprzypadkowo wybrany został silikonowy klej przewodzący ciepło. Wg specyfikacji jego przewodnictwo cieplne niewiele ustępuje dobrej paście termoprzewodzącej. Całość po niewielkim oszlifowaniu płytki zasilacza udało się zmieścić w korpusie po „żarówce”. Aluminiowy krążek został wklejony na tym samym kleju do korpusu, ponieważ jego ścianki okazały się zbudowane z materiału kompozytowego dobrze przewodzącego ciepło.

Fot.1 Światło z różnych źródeł

Porównanie jakości światła (diody Citizen) do innych źródeł

Podsumowanie budowy oświetlacza nie może obejść się bez porównania jakości światła do innych źródeł. W warunkach amatorskich jest to bardzo trudne, wręcz niemożliwe, jednak fotografia 1 jest próbą takiego porównania pięciu źródeł światła. Dokładne zobrazowanie różnic w druku na papierze jest absolutnie niemożliwe z kilku powodów, nieco lepsze porównanie daje obraz oryginalnych plików z aparatu na ekranie monitora, ale są to pliki JPG, więc też zostąły zniekształcone przez automatykę aparatu (najlepsze byłyby pliki RAW z wysokiej klasy aparatu).

Poniżej można znaleźć fotografie od 2 do 6, które pokazują tablicę testową oświetloną przez inne „żarówki” LED oraz halogen. Dla wszystkich zdjęć balans bieli w aparacie zablokowany został na 4000K. Jedyną korektą był czas ekspozycji dobierany tak, aby zdjęcia były właściwie naświetlone.

Fot.2 Citizen
Fot.3 Osram
Fot.4 Halogen
Fot.5 LED6060

Na fotografii 1 od dołu mamy: opisywany oświetlacz, następnie oświetlacz Osram z wyższej półki cenowej. Potem halogenowe źródło światła, które charakteryzuje się wysokim CRI. Następnie (spore zaskoczenie) tanią „żarówkę” LED, a u samej góry „mrygałkę” LED z supermarketu. Światło produkowane przez ostatnie dwie „żarówki” ma jeszcze jedną nieznośną wadę – migotanie spowodowa-ne najtańszym układem zasilania. Należy pokreślić, że fotografie są niedoskonałe i znacznie zmniejszają różnicę pomiędzy przetestowanymi oświetlaczami.

W grę wchodzą ograniczone możliwości rejestracji matrycy w aparacie, a potem możliwości reprodukcji kolorów przez monitor, nie mówiąc o druku na papierze. Drug i fakt wart zauważenia, a niewidoczny na zdjęciach, to wielkość strumienia świetlnego produkowany przez oświetlacze. Pośrednio możemy określić go na podstawie czasu przysłony. I tak dla opisywanego oświetlacza jest to ¼ sekundy. Dla Osram oraz halogena 1/1,6 sekundy, a dla „żarówek” LED ponad 1s. Wynika z tego że samodzielnie zbudowany oświetlacz produkuje dwukrotnie więcej światła a do tego wszystkie przedmioty oświetlone nim mają żywe i soczyste barwy.

Fot.7 Rozkład temperatury po kilku godzinach pracy oświetlacza

Temperatury i straty cieplne oświetlacza - porównanie

Ostatnim analizowanym parametrem oświetlacza są straty cieplne oraz rozkład temperatury. Jak możemy przeczytać w specyfikacji diody, temperatura jej obudowy nie może przekroczyć 120°C (a struktury 150°C). Fotografia 7 prezentuje rozkład temperatury po kilku godzinach pracy omawianego oświetlacza. Temperatura rzeczywiście jest wysoka. Przekracza 110°C w obszarze struktury diody. Ze zdjęć możemy próbować oszacować rezystancję termiczną. Dla zastosowanej diody COB LED dokumentacje podają 2,4K/W (starsza wersja) i 1,5K/W (nowsza).

Przyjmując mniej optymistyczną wersję pomiędzy strukturą diody a górnym krążkiem, mamy około 3,2K/W (32C/34V*300mA). Wartość ta zgadza się z oczekiwaniami: rezystancja diody 2,4K/W + 0,9K/W kleju. Natomiast rezystancja obudowy oświetlacza (temperatura na fotografii 7a, a temperatura otoczenia 26OC) wynosi 5,3K/W. Otrzymane wyniki możemy porównać do fotografii 8, zbudowany oświetlacz nie nagrzewa się bardziej niż komercyjnie oferowane źródła światła.

Fot.8 Nagrzewanie sie własnoręcznie zbudowanego oświetlacza

Z perspektywy dwóch lat eksploatacji oświetlacza nie zauważono utraty strumienia świetlnego czy zmiany barw, a biorąc pod uwagę że koszt części był porównywalny do ceny „żarówki” – dawczyni korpusu, nie powinien dziwić fakt, że jeszcze kilka innych uszkodzonych żarówek zostało uratowanych w opisywany sposób.

 

Galeria
Tematyka materiału: barwa światła, Citizen Electronics
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich październik 2020
Udostępnij
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"