Я сам дома электрик – популярно об электротехнике

Как отремонтировать светодиодный прожектор
увеличив мощность в три раза

Светодиодные матрицы с каждым годом совершенствуются и недавно производители освоили новый вид матриц для прожекторов, которые можно подключать непосредственно к питающей сети переменного тока 220 В.

Схема подключения LED матрицы в прожекторе 220 В

Простота подключения, не нужен дорогой драйвер, ряд матриц представлен мощностью от 10 до 50 Вт. Решил изучить достоинства и недостатки этого вида LED матриц на практике.

Лет пять назад пришлось ремонтировать два светодиодных прожектора. В одном из них сгорела матрица и драйвер, а во втором только драйвер. Из двух удалось починить один. Второй с перегоревшей матрицей и драйвером с тех пор пылился на полке. Решил его отремонтировать с использованием современной LED матрицы.

Светодиодная матрица для прожектора на 220 В

На Алиэкспресс было куплено две матрицы RoHS F4054 мощностью 10 Вт за два доллара, одна про запас, мало ли что произойдет при испытаниях. Кстати, числа в маркировке после буквы F обозначают ширину и длину матрицы в миллиметрах. Приобретенная матрица имела размер 40×50 мм.

Проверка и разработка схемы подключения LED матрицы

При подключении матрицы, установленной на массивный радиатор, к сети 220 В, она засветилась, ток потребления составил около 45 мА, что соответствовало заявленной мощности продавцом. Но пульсации света с частотой 100 Гц были большими. Ведь в матрице не было электролитического конденсатора.

Для уличного освещения такой прожектор подойдет, но я планировал использовать его для освещения предметов при фотографировании, где нужен минимальный коэффициент пульсации светового потока.

Как известно, светодиоды работают от постоянного напряжения, и при подключении к переменному напряжению в электрической схеме любого драйвера на входе устанавливается выпрямительный мост.

Светодиодная матрица подключенная к сети через самодельный драйвер

Исходя из этого, решил попробовать запитать светодиодную матрицу постоянным напряжением. Для этого был использован драйвер на токоограничивающем конденсаторе (он был выпаян, а контактные площадки замкнуты) светодиодной лампы и конденсатор емкостью 150 мкФ на напряжение 400 В.

Работа светодиодной матрицы подключенной к сети через самодельный драйвер

Испытания подтвердили правильность идеи. Матрица засветила ярким ровным светом. Проверка светового потока на мерцание показала полное его отсутствие. Осталось только все детали разместить в корпус прожектора.

Электрическая схема подключения
LED матрицы со встроенным драйвером

В результате проведенных экспериментов получилась, показанная на чертеже, электрическая схема подключения матрицы со встроенным драйвером к питающей сети переменного тока 220 В.

Напряжение переменного тока поступает через предохранитель F1 на ток защиты 2 А и токоограничивающий резистор R1 номиналом 4,7 Ом на выпрямительный мост VD1-VD4, собранный на диодах 1N4004. К выводам моста подключен электролитический конденсатор С1 и параллельно ему светодиодная матрица.

Электрическая схема нестандартного включения светодиодной матрицы с встроинным драйвером

В момент включения прожектора конденсатор С1 разряжен, и поэтому его сопротивление равно нулю. Для защиты диодов моста от больших токов служит R1. Предохранитель служит для защиты электропроводки в случае пробоя диодов или конденсатора.

К выпрямителю можно подключать светодиодные матрицы, рассчитанные на 220 В переменного тока мощностью от 10 до 50 Вт. Но тут есть некоторые особенности, о которых будет рассказано ниже. Полярность подключения матрицы значения не имеет.

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.

Светодиодный прожектор с сгоревшей матрицей

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.

Место установки матрицы в прожекторе

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.

Разметка и нарезка резьбы в корпусе прожектора

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

Примерка матрицы после нарезки резьбы в корпусе прожектора

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.

Наждачная бумага для шлифовки поверхности в корпусе прожектора

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

Поверхность под установку матриц в корпусе прожектора отшлифована

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.

Термопаста нанесена на поверхность матрицы

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 винтами в корпусе прожектора

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.

Разметка рефлектора прожектора

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

Резка рефлектора прожектора

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

Рефлектор прожектора установлен в корпус

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.

Монтаж в корпусе прожектора

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.

Изоляция печатной платы от корпуса прожектора

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

Внешний вид LED прожектора со стороны сетевого провода и включателя

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.

Проверка работы прожектора после ремонта

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.

Измерение мощности матрицы с встроенным драйвером

При прогоне прожектора показалось, что он светит намного ярче, чем десятиватный. Решил сравнить его с таким же, но со штатной матрицей и драйвером. Подозрение подтвердилось.

Ток потребления прожектором после ремонта

Измеренный ток потребления составил 132 мА, вместо положенных 45 мА. При проверке матрицы перед установкой без выпрямительного моста ток составлял около 45 мА. Следовательно, при питании матрицы постоянным током ее мощность увеличилась с 10 Вт до 29 Вт, что в результате и вызвало увеличение светового потока. Это стало приятной неожиданностью, хотя вполне объяснимой. Для определения мощности нужно величину напряжения умножить на величину тока.

На светодиодах падает напряжение и при включении их последовательно суммарное может составлять 100 и более вольт. Поэтому при питании от переменного тока светодиоды светят только во время, когда размах синусоиды превысит этот порог. При питании матрицы постоянным напряжением светодиоды светят непрерывно. Поэтому и увеличилась мощность светового потока.

Измерение температурного режима работы светодиодов

Хотя на ощупь корпус прожектора нагревался незначительно, но напрашивался вопрос о возможном перегреве LED матрицы в связи с увеличением подаваемой на нее мощности в три раза. Поэтому решил измерять температуру ее подложки.

Установка термопары в корпус прожектора

Для этого в оставшееся в корпусе прожектора отверстие от провода, ведущее к подложке матрицы была вставлена термопара мультиметра.

Измерение температуры нагрева установленной матрицы в прожектор

Задняя крышка была закреплена на корпусе. Прожектор во включенном состоянии в самом плохообтекаемом воздушным потоком положении, излучающей стороной свет положен на горизонтальную плоскость. За полчаса работы прожектора температура прекратила увеличиваться и при температуре окружающей среды 21°C достигла 60°C. Перегрев матрицы составил 39° градусов.

Согласно технической документации срок службы светодиодных матриц при нагреве подложки до 60°C, а кристаллов до 80°C составляет 50 000 часов.

Следовательно, можно сделать вывод, что конструкция исследуемой десяти ваттной светодиодной матрицы с встроенным драйвером и габаритные размеры корпуса прожектора позволяют при качественной установке матрицы обеспечить безопасный тепловой режим ее работы.

Заключение

Затратив 1,5$ и пару часов на самостоятельный ремонт старого светодиодного прожектора с неисправной матрицей и драйвером, удалось увеличить его мощность с 10 Вт до 29 Вт и практически исключить пульсации светового потока.

Пылится на полке у меня еще один подобный неисправный прожектор мощностью 50 Вт, матрица уже заказана. В ближайшее время планирую его отремонтировать по такой же технологии и результаты опубликовать в этой статье.