Доработка схем светодиодных ламп

Что это такое

Светодиоды уже давно стали популярными осветительными приборами. Это связано с их отличной энергоэффективностью и большим сроком службы (в сравнении с обычными лампочками). Кроме того, цены продолжают падать по мере увеличения производства данных изделий.

Основные преимущества:

• долговечность – до 10 лет непрерывного свечения;
• прочность – не боятся ударов и вибраций;
• разнообразие – множество типоразмеров и цветов свечения;
• низкое энергопотребление – экономичнее обычной лампочки примерно в 10 раз при схожих характеристиках;
• пожаробезопасность – из-за малого энергопотребления не перегреваются, поэтому не способны привести к пожару.

LED (light emitting diode) – это аббревиатура, обозначающая светоизлучающий диод. Из школьного курса физики известно, что он полярен. Поэтому светодиод не будет работать, если не соблюдается полярность, а также есть вероятность его сгорания(случится пробой). Обратное напряжение пробоя полупроводниковой структуры составляет 4-5 вольт. При этом он все равно может заработать при правильном подключении, однако в нем начнутся деструктивные процессы, что значительно снизит срок службы.

LED элемент крупным планом

Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) является полупроводниковым устройством, которое светится при прохождении через него электрического тока. Поскольку свет генерируется в твердом полупроводниковом материале, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин «твердотельное освещение» отличает эту технологию от других источников, которые используют подогреваемые нити (лампы накаливания и вольфрам-галогеновые), а также газоразрядные (флуоресцентные лампы).

Срок службы и замена

По сравнению с лампами накаливания или даже галогенными светодиоды служат намного дольше. К примеру, гарантия на изделия обычно составляет от 3 до 5 лет. Однако реальный срок жизни лампочки может достигать 15 и более лет. В связи с эти цена их становится вполне оправданной.

Светодиодные светильники просты в установке. Однако бывают ситуации, когда лампочка не горит или продолжает излучать свет после выключения. В таких случаях понадобится проверка качества подключения. Для этого следует вытащить лампочку и снова вкрутить ее на место. Если такие действия не дадут результата, рекомендуется обратиться за консультацией к продавцу или электрику.

Некоторые светодиодные лампочки заметно мерцают. Такой режим работы крайне раздражает не только нервную систему человека, но и его зрение. Мерцание — одна из наиболее распространенных проблем для диодных источников света. Причем обнаружить такой изъян при покупке лампы сложно, так как он вызван особенностями конструкции электрической сети конкретного дома, а также общим выходным напряжением.

Еще одна потенциальная проблема — недостаток нагрузки. В этом случае дистанционный контроль за светодиодными лампочками становится невозможен. Чаще всего в таких случаях производители советуют заменить блок питания.

Низкокачественные китайские лампочки

При разборе фирменной лампы можно обнаружить все необходимые для надежности и долговечности конструктивные элементы. Но если заглянуть под корпус дешевого китайского изделия, то первое, чего вы не обнаружите — радиатор и драйвер.

Драйвер обычно заменяют блоком питания с неполярным конденсатором, неспособным стабилизировать ток на выходе. Устанавливают такой блок в центр платы с диодами. Если взглянуть на нее сверху, то можно увидеть диодный мост с резисторами, снизу — два конденсатора. Это позволяет существенно уменьшить стоимость и качество изделия.

Для охлаждения прибора в корпусе проделывают небольшие отверстия. Эффективность низкая, кристаллы очень быстро перегорают. Плата установлена на пластиковом корпусе и закреплена защелками. Для соединения с цоколем используют два спаянных провода.

Что такое вечная светодиодная лампочка

Ни один из производителей не выпускает светодиодные лампы с громким названием «вечные». Качественные изделия могут работать до 50 000 часов, но только при отсутствии проблем с проводкой и надёжных элементах сборки, которые помогут преодолеть перегрев, если это произойдёт. Чтобы продлить срок службы, мастер может заменить комплектующие на более дорогие, что не позволит диодам перегореть даже через 5-6 лет.

Чтобы получилась вечная ЛЕД-лампа, в первую очередь следует заняться системой охлаждения. Именно на ней многие производители экономят, из-за чего нарушается температурный режим и светодиоды перегорают. Также нередко страдает электронная начинка устройства. Конструкция может выглядеть как на картинке ниже.

Конструкция самодельного светильника.

Чтобы собрать этот светильник, понадобится опыт. Поэтому начинающему мастеру лучше подойдёт переделка приобретённой светодиодной лампы. Вечным светильником можно считать изделие с элементами, замененными на более мощные и эффективные.

Как правильно рассчитать требуемый параметр

Чтобы определить, сколько ампер или какой ток будет потреблять led на 12 или 24 вольт, нужно просто выяснить тип приобретенной продукции и по таблице, приведенной выше, выяснить искомый параметр.
Из таблицы мы получим уже готовые значения для изделий с длиной до пяти метров. При этом, если длина подсветки будет превышать 5 метров, к конечному значению таблицы нужно просто приплюсовать необходимую длину. Гораздо проблематичнее дела обстоят при вычислении нужного параметрам в ситуации, когда длина подсветки составляет, например, 2,4 м. В таком случае необходимо вычислить, сколько светодиодов приходиться на кусочек (в данном случае 0,4 м). Это можно выяснить, подсчитав количество диодов вручную. После этого, используя метод пропорций, можно легко вычислить, сколько тока будут потреблять конкретное количество источников света.

Расположение диодов

Как видим, каждая осветительная установка будет носить исключительно индивидуальный характер. Поэтому расчет нужно проводить для каждой отдельной подсветки. Это позволит избежать ситуации преждевременного выхода из рабочего состояния источников света вследствие нарушения условий эксплуатации.
После этого можно спокойно подбирать блок питания. Поскольку вычисленное количество потребляемого тока это и будет тот параметр, по которому необходимо подбирать преобразователь. От блока питания можно запитать led с напряжением в 12, 18 и 24 вольт.
Вычислив, какую мощность имеет 1 м изделия, можно легко вычислить данный параметр для всей длины подсветки

Для этого полученное значение просто умножает на общую длину осветительного прибора.
Обратите внимание! Осуществляя расчеты для подбора оптимального блока питания, обязательно необходимо закладывать в них 20-30 % от полученного конечного результата, формируя тем самым запас прочности покупаемого преобразователя.
Такой объем запаса необходимо делать из-за того, что в сети напряжения иногда встречаются скачки. Они, в ситуации, когда блок питания был выбран без хотя бы минимального запаса в 20%, могут вывести его из строя

Это означает, что преобразователь может просто перегореть. В результате вы не сможете пользоваться свой подсветкой, пока его не замените. Но бывают ситуации, когда от перенапряжения из строя выходят и сами диоды.

Светодиодная подсветка в комнате

Чтобы вычислить энергопотребление подсветки, необходимо потребляемую мощность всей подсветки (с учетом 20-30 % запаса) нужно просто умножить на то количество времени, сколько она будет включена в день. К примеру, предполагается, что работать светодиодное изделие будет в течение четырех часов. Но здесь в расчетах необходимо учитывать цвет светодиодов.

Проблемы при подключении

Принципиальная схема подключения светодиодов.

Принципиальная схема подключения светодиодов:

1. Не использовать токоограничивающий резистор. Поскольку через светодиод будет проходить слишком большой ток, он вскоре выйдет из строя.
2. Последовательное включение без резистора. Даже если вам кажется, что запитать четыре 3-вольтовых резистора к 12-вольтовой сети – это хорошая идея, вы заблуждаетесь. Из-за слабого контроля силы тока элементы быстро разрушаются.
3. Использование одного резистора при параллельном подключении диодов. Из-за отличий в характеристиках диоды будут светить с разной интенсивностью. Увеличивается скорость разрушения.

Филаментные лампы

Филаментный источник света внешне напоминает лампу накаливания, но конструктивно остается светодиодным изделием. В таком случае пропадает необходимость в отводе тепла, но применение устройств в бытовой сфере связано с исключительно эстетическими соображениями.

Основной элемент филаментного прибора — светодиодная нить. В зависимости от количества таких нитей производят изделия разной мощности. Филамент — тонкий стержень из стекла, на поверхности которого имеются SMD-диоды. Верхняя часть покрывается люминофором, дающим желтый оттенок. Для отвода тепла применяют стеклянную колбу, внутренняя часть которой заполняется газом.

Из-за отсутствия места для драйвера внутри производители размещают низкокачественный модуль питания. Это повышает пульсацию, негативно сказывающуюся на зрительных органах. Для избавления от мерцания между цоколем и колбой добавляется пластиковое кольцо с качественным драйвером.

Виды светодиодов

Диоды различают по форм-фактору, яркости свечения, типу луча света, мощности, габаритам. Но классифицировать их по таким признакам неудобно, поскольку модификаций может быть множество. Поэтому светодиоды подразделяют на классы:

1. Индикаторные;
2. Осветительные.

Индикаторные используются для цветовой подсветки, акцентирования и индикации. Светодиоды этой группы отличаются умеренной яркостью свечения, незначительной мощностью — не более 0,2 Вт. Применяются для подсветки приборных панелей, дисплеев, электроприборов.

Индикаторный тип светодиодов.

Осветительные LED-источники служат для производства светодиодных лампочек, работающих от сети 220 В. Они подходят для потолочных и настенных светильников, автомобильных фар, настольных ламп и фонарей. Их отличительная особенность — внушительная мощность (до десятков ватт). Мощный световой поток позволяет использовать такие изделия при освещении внутренних помещений, территорий.

Именно осветительные светодиоды ставят в лампочки на 220 В. Их выпускают в двух цветовых температурах (преимущественно) — холодный и теплый белый. Дополняют ударостойким корпусом для поверхностного монтажа, а также делят на подвиды.

Типы осветительных светодиодов 

К основным типам относят:

• слаботочные повышенной яркости SMD-диоды (модули или кластеры могут дополняться линзой для увеличения угла рассеивания) — характеристики светового потока зависят от количества использованных в модуле светодиодов;
• COB-кластеры (линейное, круглое или квадратное исполнение, отличаются большим количеством кристаллов) — широко применяются для производства уличных осветительных приборов: фонарей, прожекторов;
• Filаmеnt (стержень из большого числа LED-кристаллов, в длину может достигать 20 см) — используются для изготовления лампочек, имитирующих лампы накаливания, подходят для производственных помещений;
• OLED-светодиоды (имеют дисплейный тип, органическое тонкопленочное строение) — инновационные источники света, используются в дизайнерских люстрах, декоративных светильниках.

Органические OLED-светодиоды

Несмотря на технологические различия между типами светодиодов, их функционирование основывается на общем принципе работы излучающего кристалла — преобразование электрической энергии в световой поток. Сами кристаллы изготавливают из полупроводников с заданными параметрами проводимости.

Преимущества светодиодных ламп

В настоящее время большое значение придается экономичной и долговечной работе осветительных приборов. Поэтому на первый план выходят светильники, создающие яркое освещение с выделением минимального количества тепла и небольшим энергопотреблением.  Они обладают низкой чувствительностью к перепадам тока и напряжения, могут выдерживать большое количество включений и выключений.

Всеми этими качествами в полной мере обладают светодиодные лампы. Они имеют несколько разновидностей, отличающихся по конструктивным и техническим характеристикам, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант. Все лампы отличаются наличием или отсутствием мерцания, степенью экологической безопасности, необходимостью в использовании выпрямителей тока и других дополнительных приборов.

Схема светодиодной лампы

Ремонт светодиодных ламп

Моргает светодиодная лампа

Схема светодиодной лампы на 220В

Светодиодные лампы нового поколения

Сравнение светодиодных ламп и ламп накаливания

Назначение драйверов для светодиодов

Яркость светодиодной лампы зависит от 2 параметров: тока, проходящего через нее, и идентичности характеристик полупроводников, т. к. любое несоответствие выведет детали из строя. Но современное производство не в состоянии обеспечить полностью одинаковые параметры кристаллов.

Он преобразует электроток:

• задает ему амплитуду;
• выпрямляет – делает его постоянным;
• подает на все элементы одинаковый ток (немного меньше максимального уровня) и не допускает их пробоя.

Ключевые особенности

Главное отличие драйвера в том, что при входном напряжении, на которое он рассчитан (например, 140-240 V), он устанавливает на светодиодах заданный уровень тока. При этом потенциал на выходе устройства может быть любым.

Основных характеристик у него 3:

1. Номинальный ток. Он не должен превышать паспортное значение светодиода, иначе диоды сгорят или будут гореть тускло.
2. Напряжение на выходе. Зависит от типа подключения полупроводников и их числа. Оно равно произведению падения потенциала 1 элемента на их количество и может меняться в широких пределах.
3. Мощность. От правильного расчета этой характеристики зависит вся работа устройства. Для этого суммируют мощности всех элементов и добавляют 20-25% (запас на перегрузку).

У светодиодной лампы из 10 элементов по 0,5 Вт этот параметр будет равен 5W. С учетом перегрузки следует выбрать драйвер на 6-7 W.

Но 2 последних параметра (мощность потребления и выходное напряжение) напрямую зависят от спектра излучения светодиода. Например, элементы ХР-Е (красные) при 1,9-2,5 V потребляют 0,75 W, а зеленые – 1,25 W при питании в 3,3-3,9 V. Получается, что драйвер в 10 W способен запитать 7 диодов одного цвета или 12 другого.

Теория питания светодиодных ламп от 220 в

Лед-лампа, лента под потолком или подсветка в современном телевизоре являются совокупностью нескольких мощных небольших светодиодов, размещенных в пространстве нужным образом.

Если каждый из них способен пропускать ток в 1 А при напряжении 3,3 V, то в осветительную сеть их включить нельзя – сразу сгорят. Можно воспользоваться делителем из резисторов, но на них будет рассеиваться большая мощность. Поэтому КПД светильника будет небольшим.

Для снижения напряжения и преобразования тока в постоянный применяют драйверы. Внутри этих устройств могут быть различные стабилизаторы тока, емкостно-резистивные делители и т. д.

В схему могут входить транзисторы, микросхемы, конденсаторы и т. д. Такие преобразователи меняют напряжение и обеспечивают подачу нужного количества тока каждому элементу.

Прочие неисправности

Кроме стандартного набора поломок, есть вероятность столкнуться с нестандартными неисправностями. Например, так называемый эффект холодной пайки. Это когда визуально все элементы запаяны, а на самом деле один из контактов на плате имеет микротрещину, возникшую от некачественной пайки или перегрева. Опытные мастера всегда пропаивают сомнительные контакты, а также выводы элементов, которые в процессе работы сильно нагреваются.

Стоит отметить, что китайские лампочки славятся некачественной сборкой. В результате все элементы схемы могут быть рабочими, но светодиоды не зажигаются. Как правило, в этом случае ремонт led лампы сводится к внимательному осмотру всей конструкции и поиску отпавшего провода. Иногда в процессе сборки под корпусом остаются кусочки проводов или выводов от резисторов, которые становятся причиной короткого замыкания.

Ремонт светодиодной лампы своими руками – занятие несложное и под силу даже начинающим радиолюбителям. Стоит учесть, что какова бы ни была причина поломки, ремонт обойдется намного дешевле, чем покупка новой лампочки.

Ремонт LED лампы серии «LLB» E27 6 Вт 128-1

Конструкция лампы идеально подходит для ремонта. Корпус легко разбирается.

Следует одной рукой держать цоколь, а второй повернуть защитный плафон против часовой стрелки.

Под корпусом расположено пять прямоугольных плат, на которые впаяны светодиоды. Прямоугольник припаян к круглой плате, на которой расположена схема драйвера.

Чтоб получить доступ к LED выводам, нужно снять одну из крышек. Для облегчения работы лучше снять плату, находящуюся в точках подачи напряжения драйвера. На фото видно, что эта стенка параллельна корпусу конденсатора и отдалена от него на максимальное расстояние.

Чтоб снять плату, необходимо прогреть места пайки паяльником. Затем, для ее снятия прогреваем пайку на круглой плате и она отсоединяется.

Доступ для проверки поломок открыт. Драйвер выполнен по простой схеме. Проверка его выпрямительных диодов, а так же всех светодиодов (в этой лампе их 128) не показала проблему.

Когда я осматривал места пайки, обнаружил, что они отсутствуют в некоторых точках. Эти места были пропаяны, кроме этого я соединил печатные дорожки плат по углам.

Когда вы смотрите на свет, то эти дорожки хорошо видны и можно легко определить, где какая дорожка.

Прежде чем собрать лампу, нужно было ее проверить. Для этого на плате была установлена перемычка, двумя временными проводами выпаянная часть лампы была подключена к источнику питания.

Лампа засветилась. Осталось впаять плату на прежнее место и собрать лампу.

Способы сборки

На сегодняшний день практикуется несколько способов сборки осветительных элементов, благодаря чему создана определенная классификация современных светодиодов.

DIP

Вариант Duаl In-line Расkаgе – интересный, с точки зрения конструкции, но устаревающий вид, характеризующийся следующими размерами светодиодов:

• 0,3 см;
• 0,5 см;
• 0,8 см;
• 1,0 см.

Помимо размеров колбы, полупроводники заметно отличаются цветом и материалами, которые используются для изготовления, а также формой чипа. К числу основных достоинств такого типа светодиодов относятся незначительный нагрев и достойная яркость свечения.

Duаl In-linе Расkаgе выпускаются как в одноцветном, так и в RGB-варианте, а также обладают чаще всего очень характерной цилиндрической формой, и имеют встроенную выпуклую линзу.

«Пиранья»

Светодиоды, относящиеся к этой группе, характеризуются наилучшими световыми качествами по показателям светового потока. Конструктивная особенность представлена прямоугольной формой и наличием четырёх специальных пин-выводов. Выпускаются в красном, зеленом, синем и белом цвете.

Одним из основных отличий является возможность более «жесткой» фиксации на плате, а очень высокая тепловая проводимость обусловлена свинцовой подложкой.

Светодиодная лампа Пиранья Хамелеон (RGB)

Наличие свинца ставит под сомнение безопасность эксплуатации, но широкий диапазон рабочего температурного режима позволяет использовать высокие входные мощности, чем и обуславливается широкая популярность.

SMD-технология

SMD-светодиоды, известные также под названием Surfасе Моunting Dеviсе или «устройство, фиксируемое на поверхности», обладают мощностью на уровне 0,01-0,2Вт.

Особенностью SMD-светодиодов является наличие одного, двух или трёх современных кристаллов на керамических прямоугольных основах.

SMD-светодиоды покрываются индивидуально качественным слоем люминофора. Площадки с контактами и основа монтажной платы напрямую соединяются при помощи стандартного припоя.

К недостаткам такой современной технологии можно отнести низкие показатели ремонтопригодности конструкции, а также необходимость выполнять полную замену платы со всеми светодиодами при выходе из строя одного из них.

COB-технология

Современная технология изготовления светодиодных ламп под названием Сhiр Оn Воаrd, характеризуется фиксацией кристаллов на плате без корпуса и керамической подложи, и покрытие общим люминофором. Главным достоинством любых COB-осветителей является минимальная площадь свечения при повышенных показателях мощности.

Светодиодная лампа типа COB

Большая плотность размещения и наличие общего покрытия слоем люминофора, гарантирует наиболее равномерное свечение осветительного прибора.

Как устроена светодиодная лампа

Близкое знакомство с конструкцией LED-светильника может потребоваться только в одном случае – если необходимо отремонтировать или усовершенствовать источник света.

Домашние умельцы, имея на руках комплект элементов, могут самостоятельно собрать лампу на светодиодах, но новичку это не по силам. Зато, изучив схему и имея элементарные навыки работы с электроникой, он может заменить сломанные детали и восстановить функциональность прибора.

Имеет ли смысл ремонт LED-лампы? Безусловно. В отличие от аналогов с нитью накаливания по 10 рублей за штуку, светодиодные устройства стоят дорого.

Предположим, «груша» GAUSS – около 80 рублей, а более качественная альтернатива OSRAM – 120 рублей. Замена конденсатора, резистора или диода обойдется дешевле, да и срок службы лампы своевременной заменой можно продлить.

Существует множество модификаций LED-ламп: свечи, груши, шары, софиты, капсулы, ленты и др. Они отличаются формой, размером и конструкцией. Чтобы наглядно увидеть отличие от лампы накаливания, рассмотрим распространенную модель в форме груши.

Если отвлечься от привычной формы, можно заметить только один знакомый элемент – цоколь. Размерный ряд цоколей остался прежним, поэтому они подходят к традиционным патронам и не требуют смены электросистемы.

Но на этом сходство заканчивается: внутреннее устройство светодиодных приборов намного сложнее, чем у ламп накаливания.

LED-лампы не предназначены для работы напрямую от сети 220 В, поэтому внутри устройства заключен драйвер, являющийся одновременно блоком питания и управления. Он состоит из множества мелких элементов, основная задача которых – выпрямить ток и снизить напряжение.

Различие по типу используемого светодиода

При изготовлении светодиодных ламп могут использоваться различные типы светодиодов. В зависимости от используемого типа светодиода различаются технические параметры светодиодных ламп.

Лампы на основе светодиодов SMD

SMD — точечные светодиоды, представляют собой LED-излучатели, которые монтируются на поверхность подложки. Поверх подложки устанавливается линза. Такой тип светодиодов имеет широкое распространение благодаря возможности разместить на подложке от одного до трех кристаллов. В конструкции SMD-светодиодов предусмотрен хороший теплоотвод, что значительно продляет срок эксплуатации. В маркировке после букв SMD используются четыре цифры, которые указывают на размеры диода в миллиметрах.

SMD светодиод в увеличенном виде.

Лампы на основе светодиодов COB

COB – тип светодиодов с размещением кристаллов непосредственно на плате. Излучатели COB (Chip on Board) получили в последнее время широкое распространение в области бытового освещения. Они обладают повышенной долговечностью, надежностью и хорошим теплоотводом. Единая оптическая система обеспечивает равномерность светового потока. Новые технологии и уменьшение габаритов конструкции позволили значительно снизить себестоимость изделия.

Излучатель с COB светодиодами.

К отдельной разновидности COB относятся светодиодные нити (led filament). Из которых изготавливают так называемые филаментные лампы. В конструкции филаментных ламп предусмотрено размещение большого количества нитевидных светодиодов на полоске, покрытой люминофором. Полосы могут быть выполнены из металла, стекла или сапфира.

Основным отличием от обычных диодов, в которых кристаллы помещаются в отдельные корпуса, является последовательное соединение кристаллов. При этом они запаиваются в стеклянную или пластиковую трубку. Благодаря инновационной конструкции яркость свечения и угол рассеивания увеличиваются во много раз.

Филаментные светодиоды.

Технология изготовления филаментных ламп еще достаточно нова, но имеет широкие перспективы в применении. Равномерное рассеивание светового потока позволяет освещать помещение полностью, затененных участков не остается. Внешне филаментные светильники почти не имеют отличий от традиционных ламп накаливания, и многие пользователи считают это большим преимуществом.

Кроме того, популярности добавляет этим лампочкам высокая энергоэффективность. При одинаковой мощности с другими лампами COB, филаментные дают более высокую степень освещенности.

Филаментная лампа.

Еще одно новое решение в технологии изготовления светодиодов — светодиоды Crystal Ceramic MCOB. Большое количество кристаллов размещается на прозрачной керамической подложке. Люминофор наносится на обе стороны подложки, что обеспечивает равномерность освещения по всем сторонам.

Лампа с светодиодами MCOB.