Уличный светодиодный прожектор: устройство и назначение

     Здравствуйте! Осветительная аппаратура, в которой используются светодиодные источники света, уверенно завоевывает лидирующие позиции. Особенно это заметно в таком энергоемком сегменте ее применения, как уличное освещение. Данная статья посвящена одному из таких устройств – уличному светодиодному прожектору.

Монохромные прожекторы белого света

     Основными деталями конструкции прожекторов являются светоизлучающие элементы. В этом качестве могут использоваться следующие устройства:

• Мощные одиночные светодиоды, изготовленные по традиционной технологии

• SMD светодиоды, при производстве которых используется более прогрессивный метод поверхностного монтажа (Surface Montage Details)

• Сверхмощные светодиодные матрицы, создаваемые с применением COB технологии

     Использование одиночных диодов в качестве источника света практически ушло в прошлое. Эти устройства очень дороги, мощность их ограничена.

    С появлением технологии SMD произошло заметное удешевление производства светодиодов. Продолжающиеся усовершенствования производственного процесса позволяют увеличивать светосилу источников освещения, изготовленных этим методом. Однако, мощность этих приборов все же остается ограниченной. В настоящее время эта технология наиболее широко используется при изготовлении гибких светодиодных лент, повсеместно используемых в рекламных и оформительских целях.

     Настоящий бум в производстве светодиодных источников света произвело создание СОВ – технологии (Chip On Board). Этот метод позволяет получать источники света с электрической мощностью 100 Ватт и более.

Фото 1. COB — матрица

     В уличных прожекторах, особенно нуждающихся в мощных источниках света, эта роль обычно отводится светодиодной матрице, представляющей собой набор определенного количества диодов, соединенных между собой.

     Матрицы, применяемые в современных уличных прожекторах, производятся по технологии СОВ. Суть технологии заключается в том, что на единой подложке располагается необходимое количество полупроводниковых кристаллов, в зависимости от требуемой мощности матрицы. Эта конструкция изготавливается в виде единого интегрального устройства. Подложкой обычно служит массивная медная или металлокерамическая пластина, обладающая хорошей теплопроводностью. Она выполняет две функции:

• Является несущей основой, обеспечивающей механическую прочность чипа

• Играет роль общего теплоотвода для диодов матрицы

     Эффективный отвод тепла от кристаллов является ключевым условием надежной работы матрицы, определяющим реальный срок ее службы. Это положение требует пояснения.

     Притом, что светодиоды превосходят все известные сегодня источники света по эффективности светоотдачи, работа светодиодного осветительного устройства все же сопровождается выделением большого количества тепла. Перегрев кристалла светодиода приводит к быстрой его деградации, поэтому конструкция прожектора предусматривает наличие радиатора, обеспечивающего интенсивное рассеивание тепловой энергии.

Фото 2. Охлаждающие радиаторы светодиодных прожекторов

     При сборке прожектора должен быть обеспечен хороший контакт подложки матрицы с радиатором, для этого используется специальная термопаста.

     Для формирования светового потока требуемой направленности и плотности излучения, в прожекторах применяются оптические приспособления – линзы и отражатели. Линзы изготавливаются из прочного стекла высокой прозрачности. Обычно кристалл, покрытый первичной оптикой, создает световой поток, имеющий форму конического сегмента с углом 120°. Такая характеристика излучения не всегда соответствует предназначению осветительного устройства. Для дальнейшей обработки светового потока часто используют коллиматорные и фокусирующие линзы.

     Коллиматорные линзы создают параллельный пучок света, фокусирующие линзы – пучок конической формы. Чаще всего коллиматорная оптика используется в прожекторах с мощными светодиодами. В качестве вторичной оптики COB – матриц применяются фокусирующие линзы.

Фото 3. Иллюстрация возможностей регулирования пучка света фокусирующей линзой

     Не менее значительную роль в придании необходимых качеств осветительным приборам играет отражатель. Наиболее распространенные отражатели, применяемые в прожекторах, относятся к следующим типам:

• Параболические кругло – симметричные

• Параболические диффузионные

     В уличных светодиодных прожекторах преимущественно используются отражатели второго типа.

Фото 4. Уличный прожектор с параболическим диффузионным отражателем

Следующей важной частью прожектора является драйвер. По своей сути это стабилизированный блок питания, на вход которого подается сетевое напряжение 220 Вольт. На выходе драйвера формируется постоянное стабилизированное напряжение. Характеристики драйвера должны строго соответствовать техническим параметрам применяемой матрицы. Дело в том, что напряжение и ток, необходимые для питания матрицы, зависят от ее мощности и фирмы – производителя.

Важно! Правильно выбранный драйвер наряду с эффективным отводом тепла является залогом длительной службы светодиодной матрицы прожектора.

      Драйвер может размещаться в отдельном блоке, который крепится к корпусу прожектора снаружи. Такой вариант представлен на фото 4. Фото 5 демонстрирует прожектор, драйвер которого находится внутри корпуса.

Фото 5. Уличный прожектор с драйвером внутри корпуса

     Завершает обзор деталей прожектора корпус. Немаловажная деталь, особенно для устройства, предназначенного для работы на улице. Изготавливается корпус из алюминиевого сплава и состоит из двух частей. Лицевая часть – это крышка со стеклом, которая крепится к основной части четырьмя винтами. Место соединения герметизировано каучуковой прокладкой. В основной части корпуса располагаются светоизлучающая матрица, отражатель, и в некоторых конструкциях драйвер. Сам корпус чаще всего играет роль рассеивающего радиатора, поэтому имеет ребристую поверхность.

     Применяются уличные прожекторы белого света для освещения открытых пространств городских скверов, дворов, охраняемых территорий, подсветки фасадов зданий, памятников и т.п.

RGB и RGBW — прожекторы

     Это прожекторы, в которых светоизлучающим элементом служит трехцветная или четырехцветная светодиодная матрица. Она может быть набрана из отдельных мощных светодиодов, а может быть интегральной, созданной по современной COB – технологии. Об этой технологии было написано выше применительно к монохромным матрицам. RGB — матрица представляет собой три светодиода: красного, зеленого и синего свечения, которые интегрированы на одной подложке. Соединяются диоды не так, как в монохромной матрице, имеющей только два вывода. Варианты соединения трехцветных диодов следующие:

• С общим катодом. Матрица имеет 4 вывода – 3 анода и общий катод

• С общим анодом. Имеется 4 вывода – 3 катода и общий анод

• Без общих электродов. У сборки 6 выводов (3 анода и 3 катода).

      Эти схемы подразумевают раздельное управление каждым диодом. Идея создания таких осветительных приборов заключается в том, что смешивая три цвета, путем изменения интенсивности каждого из них, можно в итоге получить любой оттенок. Если интенсивность свечения всех трех диодов одинакова, в результате их смешивания, образуется белый цвет.

Фото 6. Уличный RGB – прожектор со встроенным контроллером и пультом дистанционного управления

     Для питания таких прожекторов, используются специально для этого созданные RGB – контроллеры. Это программируемые микропроцессорные устройства, в памяти которых могут храниться программы управления цветом. Сам контроллер обычно переключается посредством пульта дистанционного управления. Он имеет три выходных канала, отдельно для каждого из цветов. Управление осуществляется по принципу широтно – импульсной модуляции (ШИМ).

ШИМ – управление заключается в том, что на соответствующие электроды светодиодов подается последовательность прямоугольных импульсов. Импульсы имеют постоянную амплитуду. Для управления интенсивностью свечения диода меняется соотношение длительностей импульсов и промежутков между ними. Это соотношение называется скважностью импульсов.

      Используя запрограммированный контроллер, можно получить как монохромную подсветку любым оттенком, так и динамически изменяющуюся цветовую картину.

      Применение таких прожекторов для декоративной подсветки зданий, городских сооружений, памятников и фонтанов, оформления зрелищных мероприятий, способно создавать просто фантастические эффекты. Для подсветки фонтанов изнутри, прожекторы выпускаются в специальном подводном исполнении.

      RGBW – матрица состоит из четырех кристаллов: красного, зеленого, синего и белого цветов. Диод белого свечения добавлен для придания большей выразительности цветовоспроизведения за счет повышения качества белого цвета.

Фото 7. Мощная четырехцветная RGBW – матрица

     Для управления свечением четырехцветных матриц применяются RGBW – контроллеры. Работают они так же, как контроллеры RGB, но имеют четыре выхода.

     Развитие матричной COB – технологии сделало источники света более доступными по цене и позволило увеличить их единичную мощность. Это обстоятельство привело к вытеснению источников света другого типа в производстве монохромных прожекторов белого света. Что касается RGB и RGBW — прожекторов, то наряду с COB – матрицами, продолжается использование набора отдельных мощных светодиодов, имеющих разный цвет свечения.

Фото 8. RGBW — прожектор

     В прожекторе, изображенном на фото 8, использовано 54 светодиода четырех цветов свечения. Они объединены в группы по цветам и образуют цветные геометрические фигуры. Каждый светодиод оснащен индивидуальной рассеивающей линзой, улучшающей эффект смешения цветов.

     Из всего изложенного в этом обзоре следует, что светодиодные прожекторы уличного исполнения прочно заняли свою нишу в сегменте осветительных приборов. Динамика развития технологий в этой сфере говорит о том, что область применения этих устройств будет и дальше расширяться.


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *