Светодиодные лампы конструкция схемы. Драйверы для светодиодных ламп. Как проверить и заменить блок питания светодиодных светильников

На наших с вами глазах происходит настоящая революция в освещении: мир стремительно переходит на светодиоды. Всего пять лет назад светодиодные лампы ещё были технической новинкой, а сейчас светодиодное освещение используется во всех сферах жизни: светодиодные фонари можно встретить даже в деревнях, многие офисы, отели и общественные здания освещаются светодиодными светильниками, подавляющая часть концертного и театрального освещения стала светодиодной. Лампы этого типа появляются и во многих квартирах, ведь их можно купить даже в продовольственных магазинах, а в товарах для дома их ассортимент шире, чем ламп других типов.

Светодиодная лампа — это достаточно сложное электронное устройство с несколькими десятками деталей, от которых зависит качество света, безопасность его для здоровья и долговечность лампы.

⇡ Плюсы и минусы

У светодиодных ламп много плюсов по сравнению с обычными лампами накаливания:

Экономичность — при том же количестве света современная светодиодная лампа потребляет в 7-10 раз меньше электричества.
Долговечность — светодиодная лампа служит в 15-50 раз дольше обычной.
Небольшой нагрев — ребёнок не обожжётся о светодиодную лампу в настольной лампе.
Одинаковая яркость при разном напряжении сети — в отличие от ламп накаливания, светодиодные лампы светят так же ярко при пониженном напряжении в сети.
Возможность установить светодиодную лампу, гораздо более яркую, чем лампа накаливания, в светильник, имеющий ограничение по мощности.
Свет хороших ламп визуально неотличим от света ламп накаливания.

Плюсы есть и при сравнении с компактными люминесцентными (энергосберегающими) лампами (КЛЛ):

Экологичность — отсутствие опасных веществ (в колбе любой КЛЛ содержится ртуть).
Экономичность — лампа потребляет меньше энергии при том же световом потоке.
Светодиодная лампа мгновенно зажигается на полную яркость, а КЛЛ плавно набирает яркость от 20% до 100% за минуту при комнатной температуре и гораздо медленнее при низких температурах.
У КЛЛ плохой спектр, состоящий из пиков нескольких цветов. Спектр светодиодной лампы гораздо ближе к естественному освещению и свету лампы накаливания.

Но, конечно, есть и минусы:

Высокая цена.
Присутствие на рынке ламп с плохим качеством света (пульсация, плохие цветовые характеристики, некомфортная цветовая температура, несоответствие светового потока и эквивалента лампы накаливания заявленным).
Проблемы у некоторых ламп с выключателями, имеющими индикатор.
Регулировку яркости (диммирование) поддерживают только некоторые дорогие модели.

Разберёмся с экономией

Главное преимущество светодиодных ламп — экономия электричества. При том же количестве света, излучаемого лампой, светодиодная лампа потребляет в 7-10 раз меньше электроэнергии, чем обычная лампа накаливания. Уже сейчас можно купить 6-ваттные светодиодные лампы-«груши» и 4-ваттные лампы-«свечки», которые дают столько же света, сколько 60- и 40-ваттная лампа накаливания соответственно.

Я посчитал, какими будут расходы на электроэнергию при освещении двухкомнатной квартиры обычными и светодиодными лампами. Конечно, это приблизительный расчёт, но он позволяет составить представление о порядке цифр возможной экономии.

На упаковке любой лампы накаливания указан срок службы 1 000 часов. Если лампы действительно проработают 1 000 часов (к сожалению, часто они перегорают гораздо раньше), в коридоре и комнате лампы придётся поменять дважды в год, а на кухне и в спальне один раз. При стоимости лампы 30 рублей на покупку новых ламп уйдёт 690 рублей. Светодиодные лампы не придётся менять каждые полгода, ведь срок их службы составляет 15-50 тысяч часов. Это от 7 до 22 лет при использовании по 6 часов в день.

На покупку ламп для этой квартиры уйдёт 4 045 рублей (7 ламп E27 6 Вт по 240 руб., 11 "свечек" 4 Вт по 215 руб.), и окупятся они менее, чем за год.

Светодиодные и энергосберегающие лампы

Светодиодные лампы, несомненно, являются энергосберегающими, но слово "энергосберегающие" закрепилось за компактными люминесцентными лампами (КЛЛ), а КЛЛ и светодиодные лампы — совсем разные вещи.

КЛЛ появились в широкой продаже лет десять назад, и ожидалось, что они заменят лампы накаливания. Однако КЛЛ оказались тупиковой ветвью эволюции. У этих ламп много недостатков: в трубке лампы содержится ртуть, лампа медленно разгорается и совсем не светит на морозе, у КЛЛ плохой спектр, состоящий из пиков нескольких цветов.

С 1 июля 2016 года в соответствии с Постановлением Правительства РФ №898 от 28.08.2015 всем государственным и муниципальным предприятиям и учреждениям будет запрещено покупать через систему госзакупок любые лампы, содержащие ртуть (в том числе КЛЛ). Уже сейчас количество КЛЛ в магазинах постоянно снижается, и скоро они исчезнут совсем.

Сравним спектр света лампы накаливания, люминесцентной лампы и светодиодной лампы.

Спектр светодиодной лампы гораздо ближе к естественному освещению и свету лампы накаливания.

Немного истории

Впервые свечение полупроводникового перехода обнаружил в 1923 году советский физик Олег Лосев. Первые светодиоды называли "Losev Light" (свет Лосева). Сначала появился красный светодиод, затем в начале 70-х годов появились жёлтые и зеленые светодиоды. Cиний светодиод был создан в 1971-м Яковом Панчечниковым, но он был очень дорог. В 1990 году японец Суджи Накамура создал дешёвый и яркий синий светодиод.

После появления синего светодиода стало возможным делать белые источники света с тремя кристаллами (RGB). Такие источники до сих пор используются в концертном и декоративном освещении.

В 1996 году появились первые белые светодиоды, использующие люминофор. В них свет синего или ультрафиолетового светодиода преобразуется в белый с помощью специального химического вещества, нанесённого поверх светоизлучающих кристаллов.

Люминофорный светодиод

В 2005 году эффективность таких светодиодов достигла 100 лм/Вт, что позволило начать использовать люминофорные светодиоды для освещения. Сейчас самые эффективные белые светодиоды дают уже 200 лм/Вт, серийные лампы со стандартными цоколями — до 125 лм/Вт.

Виды светодиодных лампы

Светодиодные лампы повторяют все возможные виды ламп накаливания, галогенных и люминесцентных ламп. Выпускаются обычные лампы-"груши", "свечки" и "шарики" с цоколями E27 и E14, "зеркальные" лампы R39, R50 с цоколями E14, и R63 с цоколем E27, споты с цоколями GU10 и GU5.3, капсульные микролампы с цоколями G4 и G9, лампы для потолков с цоколем GX53.

На фото можно увидеть множество светодиодных ламп. Они достались мне в подарок. Появилась возможность изучить устройство этих ламп, электрические схемы, а так же ремонтировать эти светильники. Самое главное — узнать причины выхода из строя, так как срок службы, указанный на коробке не всегда совпадает со сроком службы.

Лампы типа MR-16 разбираются без всяких усилий.

Судя по этикетке, лампа имеет модель MR-16-2835-F27. В ее корпусе расположено 27 SMD светодиодов. Они излучают 350 люмен. Эта лампа подходит для подключения в сеть переменного тока 220-240 В. Потребляемая мощность равна 3,5 Вт. Такая лампа светится белым цветом, температура которого 4100 градусов по Кельвину и создает узконаправленный поток за счет угла потока равного 120 градусам. Применяемый тип цоколя «GU5,3», имеющий 2 штырька, расстояние между которыми 5,3 мм. Корпус сделан из алюминия, лампа имеет съемный цоколь, который крепится при помощи двух винтов. Стекло, защищающее лампу от повреждений, посажено на клей в трех точках.

Как разобрать LED лампу MR-16

Чтоб выявить причину поломки, необходимо разобрать корпус лампы. Это делается без особых усилий.

Как видно на фото, на корпусе видна ребристая поверхность. Она выполнена для лучшего теплоотвода. Вставляем отвертку в одно из ребер и пытаемся приподнять стекло.

Получилось. Можно увидеть печатную плату, она приклеена к корпусу. Поддев ее отверткой, она отделяется.

Ремонт LED лампочки MR-16

В числе первых была разобрана лампа, внутри которой выгорел светодиод. Печатная плата, которая изготавливается из стеклотекстолита, прогорела насквозь.

Эта лампа подойдет в качестве «донора», из нее будут браться нужные запчасти для ремонта других ламп. На остальных 9 лампах так же погорели светодиоды. Так как драйвер цел, причиной поломки являются именно светодиоды.

Электрическая схема светодиодной лампы MR-16

Чтоб уменьшить время ремонта ламп, необходимо создать ее электрическую схему. Она довольно проста.

Внимание! Схема связана с фазой сети гальваническим способом. Применять ее для питания каких либо устройств запрещено.

Как же работает схема? На диодный мост VD1-VD4 через конденсатор C1 подается напряжение 220 В. Далее оно поступает на светодиоды HL1-HL27, которые включены в цепь последовательно. Число светодиодом может быть порядка 80 штук. Конденсатор С2 (чем больше емкость, тем лучше) — сглаживатель пульсаций выпрямленного напряжения. Он исключает мерцание света, имеющего частоту 100 Гц. Для разрядки C1 был установлен R1. Это нужно для того, чтоб исключить удар током при замене лампы. C2 защищен от пробоя R2 в случае, если появился обрыв цепи. R1, R2 как таковой работы в схеме не принимают.

C1- красный, C2- черный, диодный мост- корпус с четырьмя лапками.

Классическая схема драйвера светодиодных ламп мощностью до 5 Вт

Электросхема ламп не имеет элементов защиты. Понадобится резистор на 100-200 Ом, а лучше два. Один будет установлен в цепи подключения, второй будет служить защитой от перепадов тока.

Выше приведена схема с защитными резисторами. R3 защищает светодиоды и С2 конденсатор, R2 в свою очередь — диодный мост. Этот драйвер отлично подойдет для ламп, мощность которых меньше 5 Вт. Он легко запитает лампу, имеющую 80 светодиодов типа SMD3528. Если нужно уменьшить или увеличить ток, проводите манипуляции с конденсатором C1. Чтоб исключить мерцание, увеличьте емкость С2.

КПД такого драйвера менее 50 %. К примеру, для лампы MR-16-2835-F27 нужен резистор на 6,1 кОм и мощностью 4 Вт. Тогда драйвер будет расходовать мощность, превышающую мощность потребления светодиодов. Из-за большого выделения тепловой энергии поместить его в маленький корпус лампы не получится. В таком случае, можно отдельно сделать корпус под этот драйвер.

Следует помнить, что от количества светодиодов напрямую зависит КПД лампы.

Поиск неисправных светодиодов

После того, как защитное стекло было снято, можно осмотреть светодиоды. Если обнаружено малейшее черное пятнышко на поверхности светодиода, он вышел из строя. Проводите осмотр мест пайки, осмотрите качество выводов. В одной из ламп было обнаружено 4 плохо впаянных светодиода

Светодиоды, имеющие черные точки, были помечены крестиком. При внешнем осмотре светодиоды могут быть целые. Поэтому, нужно прозвонить их тестером. Для проверки понадобится напряжение чуть больше 3 В. Подойдет аккумулятор, батарейка, блок питания. За источником питания последовательно включается токоограничивающий резистор, имеющий номинал 1 кОм.

Щупами прикасаемся до светодиода. В одну сторону сопротивление должно быть малым (светодиод может светиться), в другую – быть равным десяткам мегаом.

Во время проверки необходимо зафиксировать лампу. На помощь может прийти банка.

Можно проверить светодиод без специальных приборов, если драйвер устройства цел. На цоколь лампы подается напряжение, выводы светодиодов закорачиваются пинцетом или отрезком провода.

Если видно свечение всех светодиодов, закороченный неисправен. Но такой метод подойдет, если в цепи вышел из строя 1 светодиод.

Если в цепи обнаружена поломка нескольких светодиодов, лампа будет гореть. Только ее световой поток уменьшиться. Просто закоротите места площадок, к которым были припаяны светодиоды.

Другие неисправности светодиодных ламп

Если при проверке оказалось, что светодиоды исправны, значит дело в драйвере или месте пайки.

В данной лампе обнаружилась холодная пайка проводника. Копоть, появившаяся из-за плохой пайки, оседала на дорожках платы. Для удаления копоти понадобилась тряпочка, смоченная спиртом. Провод выпаяли, залудили и припаяли. Эта лампа заработала.

Из всех ламп у одной была поломка драйвера. Диодный мост был заменен 4 диодами «IN4007», которые рассчитаны на ток 1 А и на обратное напряжение 1000 В.

Пайка SMD светодиодов

Чтоб произвести замену неисправного LED, необходимо выпаять его, не повредив печатные проводники. Обычным паяльником это можно сделать с трудом, лучше надеть на паяльник жало, изготовленное из медной проволоки.

При запайке светодиода необходимо следить за полярностью. Установите светодиод на место пайки, возьмите паяльник на 10-15 Вт и прогрейте его торцы.

Если светодиод обгорел, и при этом произошло обугливание платы, это место следует очистить. Так как оно является проводником. Если площадка расслоилась, светодиод моно припаять к «соседям». Это делается в том случае, если дорожки ведут именно к ним. Просто возьмите кусочек провода, сверните в два-три раза и подпаяйте.

Анализ причин отказа LED ламп MR-16-2835-F27

По данным таблицы можно сделать вывод, что поломки ламп зачастую происходят из-за выхода из строя светодиодов. Причиной тому является отсутствие защиты в схеме. Хотя место под варистор имеется на плате.

Ремонт светодиодной лампы серии «LL-CORN» (лампа-кукуруза) E27 4,6 Вт 36x5050SMD

Технология ремонта лампы-«кукурузы» отличается от ремонта выше показанной лампы.

Ремонт такой лампы прост, так как светодиоды располагаются на корпусе. И для прозвонки не требуется ни каких лишних действий. Эта лампа была разобрана исключительно из-за интереса.

Техника проверки «кукурузы» не отличается от вышеописанной. Только в корпусе этих ламп установлено 3 светодиода. При прозвонке все 3 должны засветиться.

Если обнаружена поломка одного из светодиодов, закоротите его или впаяйте новый. На сроке службы лампы это не отразиться. Драйвер лампы не имеет развязывающегося трансформатора. Поэтому, любое прикосновение к дорожкам светодиодов неприемлемо.

Если светодиоды целы, дело в драйвере. Для того, чтоб осмотреть его, необходимо разобрать корпус.

Чтоб добраться до драйвера, нужно снять ободок. Подденьте его отверткой в самом слабом месте, он должен отклеиться.

Драйвер имеет такую же схему, что и наша первая лампа с тем отличием, что С1-1µF, С2- 4,7 µF. Провода длинные, поэтому драйвер вытягивается без усилий. После работ по замене светодиода, ободок был посажен на клей «Момент».

Ремонт светодиодной лампы «LL-CORN» (лампа-кукуруза) E27 12 Вт 80x5050SMD

Ремонт лампы на 12 Вт делается по той же схеме. На корпусе не было обнаружено сгоревших светодиодов, поэтому пришлось вскрыть корпус, чтоб осмотреть драйвер.

С этой лампой возникли проблемы. Провода драйвера были слишком короткими, пришлось снять цоколь.

Цоколь выполнен из алюминия. Он крепился к корпусу с помощью закернения. Поэтому, нужно было высверлить места креплений сверлом, диаметр которого 1,5 мм. Далее цоколь был поддет ножом и снят. Провода, находящиеся внутри пришлось перекусить.

Внутри находились 2 одинаковых драйвера, каждый из которых запитывал 43 диода.

Драйвер окутан термоусаживающей трубочкой, ее пришлось разрезать.

После устранения неполадок, на драйвер насаживается эта же трубка и обжимается пластиковой стяжкой.

Схема драйвера подразумевает в себе защиту. С1 защищает от импульсных перепадов, R2, R3 от бросков тока. Во время проверочных работ были замечены обрывы R2. Скорее всего, на лампу было подано напряжение, превышающее норму. Резистора на 10 Ом не было, поэтому был впаян резистор на 5,1 Ом. Лампа засветилась. Далее нужно было подключить драйвер к цоколю.

Первым делом короткие провода были заменены более длинными. Драйверы были соединены по питающему напряжению. Чтоб прикрепить провода к резьбовой части цоколя, необходимо зажать их между пластиковым корпусом и цоколем.

А как подключиться к центральному контакту? Алюминий не паяется, поэтому провод был припаян к латуневой пластинке, в которой было высверлено отверстие под М 2,5. Подобное отверстие было высверлено в контакте. Все это было скручено винтом. Далее был одет цоколь и накерниванием закреплен к корпусу лампы. Лампа была пригодна к работе.

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.

Ремонт светодиодной лампы серии «LLB» LR-EW5N-5

На внешний вид лампа сделана качественно. Корпус алюминиевый, дизайн выполнен красиво.

Лампа собрана надежно. Поэтому, чтоб ее разобрать, нужно снять защитное стекло. Для этого конец отвертки всовываем между радиатором. Стекло здесь фиксируется без клея, буртиком. Нужно опереться отверткой на торец радиатора и приподнять стекло вверх, используя отвертку как рычаг.

Тестер не показал поломку светодиодов. Значит, все дело в драйвере. Чтоб добраться до него, нужно открутить 4 винта.

Но меня настигла неудача. За платой была расположена плоскость радиатора. Она смазана пастой, которая проводит тепло. Пришлось собрать все, что я раскрутил. Я решил разобрать лампу со стороны цоколя.

Для того, чтоб снять цоколь, пришлось высверливать места кернения. Но он не снимался. Как оказалось, он был скреплен с пластмассой резьбовым соединением.

Радиатор нужно было отделить от пластикового переходника. Для этого, я произвел запил ножовкой по металлу в том месте, где пластмасса крепилась к радиатору. Далее поворотом отвертки детали отделились одна от другой.

Была произведена отпайка выводов от платы светодиодов, что позволило работать с драйвером. Его схема была более сложной по сравнению с другими драйверами. При осмотре был найден вздутый конденсатор 400 V 4,7 µF. Он был заменен.

Диод Шоттки «D4» типа SS110 оказался поврежденным. Он находится внизу слева на фото. Он был заменен аналогом «10 BQ100», имеющим 1 А и 100В. Лампочка засветилась.

Ремонт светодиодной лампы серии «LLB» LR-EW5N-3

Лампа похожа на «LLB» LR-EW5N-5, но ее конструкция изменена.

Защитное стекло крепится с помощью кольца. Если подцепить место стыка кольца и стекла, оно легко снимется.

Печатная плата выполнена из алюминия. На ней расположены девяти кристальные LED светодиоды количеством 3 штуки. Плата крепится 3 винтами к радиатору. Проверка не выявила проблем с светодиодами. Значит дело в драйвере. Опыт ремонта похожей лампы показал, что лучше сразу отпаять провода, которые идут от драйвера. Разборка лампы производилась со стороны цоколя.

Кольцо, соединяющее цоколь и радиатор, снялось с большим усилием. При этом кусочек откололся. А все из-за того, что оно было прикручено 3 саморезами. Драйвер был извлечен.

Саморезы располагаются под драйвером, добраться до них можно крестообразной отверткой.

Этот драйвер выполнен на основе трансформаторной схеме. Проверка показала исправность всех частей, кроме микросхемы. Данных о ней я не нашел. Лампа было отложена в качестве донора.

Ремонт светодиодной лампы серии «LLC» E14 3W1 M1

Эта лампа похожа на лампу накаливания. Первое, что можно заметить- широкое металлическое кольцо.

Я приступил к разборке лампы. Первым делом нужно было снять плафон. Как оказалось, он был посажен на основание эластичным компаундом. После того, как я снял его, понял, что это было напрасно.

В лампе находился 1 светодиод, мощность которого была равна 3,3 Вт. Его можно было проверить со стороны цоколя.

В лампах применяются светодиоды в качестве источника света. Лампы на светодиодах используются для освещения улиц, в промышленности и в быту. Это самые чистые с экологической точки зрения источники освещения.

Их безопасность основана на применении в изготовлении компонентов, не имеющих вредности. Не используется ртуть, поэтому в случае перегорания или разрушения лампы на светодиодах не опасны.

Устройство, принцип действия

Основными составляющими светодиодной лампы являются:

Корпус.
Цоколь.
Драйвер.
Светодиоды.

Обозначают светоизлучающий диод буквенным сокращением СИД или СД. На английском языке его обозначение LED. Он является в составе светодиодной лампы источником света.

Схема его принципа работы совпадает с процессом любого полупроводникового диода из германия или кремния с р-n переходом. При подаче к аноду положительной разницы потенциалов, а к катоду отрицательной, происходит движение электронов к аноду, движение дырок к катоду. Ток идет по диоду в одном направлении прямо.

Но, в составе другие материалы из полупроводников, при бомбардировке которых в прямом направлении дырками и электронами осуществляют рекомбинацию, переводят их на следующий энергетический уровень. В результате выделяются фотоны, которые являются элементарными частицами излучения волн светового диапазона.

В электросхемах светодиоды обозначают как обычные диоды, добавляют к ним стрелки (излучение света).

Полупроводники имеют различные свойства излучения фотонов. Прямозонные проводники – вещества нитрид галлия и арсенид галлия прозрачны для световых волн видимого спектра. Выделение света происходит в результате замены слоев р-n перехода.

В светодиоде слои располагаются:

1 — Анод
2 — Катод
3 — Активный слой на основе In-GaN
4 — Буферный слой на основе GaN
5 — Сапфировая подложка
6 — Токопроводящий слой n-GaN
7 — Токопроводящий слой p-GaN

Имеются площадки контактов в слоях для катода и анода.

При переходе электронов в фотоны теряется энергия по следующим причинам:

Световые волны преломляются на выходе из полупроводника в месте кристалл – воздух, длина волны искажается.
Внутри слоя часть частиц света теряется, хотя слой очень тонкий.

Световой поток может повыситься, если использовать подложку из сапфира. В лампах такие конструкции нашли применение. В обычных светодиодах для индикаторов подложка не применяется.

Такие диоды имеют линзу из рефлектора, направляющего свет и эпоксидной смолы. Соответственно назначению лампы угол распространения света имеет широкий интервал от 5 до 160 градусов.

Дорогостоящие диоды для ламп производят с ламбертовой диаграммой, то есть в пространстве яркость светодиода постоянная, независимо от угла, направления света.

Размеры кристалла малы, от одного кристалла будет мало света. В лампах содержится группа светодиодов. Сделать освещение равномерным сложно, так как каждый диод – это точечный источник света.

1 — Вывод 1
2 — Корпус
3 — ЧИП
4 — Слой люминофора
5 — Проводник
6 — Рефлектор
7 — Вывод 2
8 — Теплоотвод
9 — Изолятор
10 — Печатная плата

Узкий спектр волн света от полупроводниковых диодов приводит к утомляемости глаз, дискомфорту, в отличие от солнца или ламп накаливания. Чтобы как-то исправить этот недостаток, в конструкцию светодиодов ввели слой люминофора.

Размер потока света, излучаемого полупроводниковым диодом, зависит от силы тока р-п перехода. При большем токе излучение выше, до определенного порога.

Габариты светодиодов малы, поэтому применять большие токи не получается. Ток для индикаторных диодов не превышает 20 мА. Для более мощных ламп освещения делается отвод тепла и защитные меры, которые имеют ограничения.

Поток света в лампе возрастает по мере увеличения тока, затем снижается из-за потери тепла. Выделение тепла не происходит при свечении светодиодной лампы, они считаются холодным светом.

Но, это не значит, что лампа не нагревается. Ток, проходящий через светодиод, в различных контактах проходит через сопротивления участков, что вызывает нагревание лампы. Энергия теряется из-за тепла, при повышении тока тепло может вывести из строя конструкцию лампы на светодиодах.

Кристаллы светодиодов в лампах могут достигать большого количества (более 100). Для подведения тока оптимальной величины сделаны платы из стеклотекстолита с дорожками, проводящими ток, и имеющими разную конфигурацию.

Кристаллы светодиодов припаивают к контактным площадкам по группам, последовательно подают питание, одинаковый ток пропускают по каждой цепочке. Эта схема простая в техническом плане, но имеет серьезный недостаток. Если нарушится какой-либо контакт, то перестают светить все звенья цепи, лампа выходит из строя.

К каждой группе диодов подводится напряжение постоянной величины от устройства – драйвера. Раньше он назывался источником питания. Драйвер преобразовывает напряжение входа сети в питающее напряжение светодиодов. Входное напряжение может быть как 220 В (в квартире), так и 12 В (в автомобиле).

Подключение стабилизированного постоянного тока к каждому светодиоду параллельно выполнить трудно, редко применяется. Драйверы имеют различные схемы: трансформаторная и т.д. Распространенные варианты схем зависят от конфигурации.

Драйверы имеют низкую стоимость при условии, если они подключаются к постоянному напряжению, защищенному от скачков, перепадов и импульсов, не имеют резистора, ограничивающего ток, в цепи выхода питания. Это используется в фонариках на аккумуляторах, в них светодиоды соединены с аккумуляторами.

Они запитаны повышенным током, ярко светят, перегорают довольно часто. Если в драйверах нет защиты от скачков напряжения, то дешевые лампы быстро выгорают, не отработав ресурса по гарантии.

Блоки питания качественного изготовления не нагреваются, перегруженные драйверы нагреваются, энергия расходуется на потерю тепла. Эти потери довольно значительные, они могут превышать энергию выделяемых фотонов (света).

Квартирные лампы на светодиодах имеют цоколь Е27. Он дает возможность применять лампы в обычных патронах. Импортные лампы снабжены другими цоколями, для которых нужны соответствующие патроны, с отличием в шаге резьбы и диаметре. Напряжение питания может быть 110 В. Лампы для автомобилей тоже бывают разными по конструкции цоколей.

Чтобы защитить светодиоды, не нужны герметичные колбы, не требуется выкачивать из них воздух или создавать среду газа. Светодиоды закрыты материалами из пластика, пропускающего свет.

Размещение частей на светодиодах отличается у производителей, для различных целей. Последовательность монтажа у них одинаковая: от драйвера к светодиодной плате, закрывается защитным стеклом. Могут устанавливаться экраны защиты от нагрева, и т.д.

Устройство и конструктивные особенности разных производителей может значительно отличаться в аналогичных лампах, но принципы конструирования у них общие.

Виды и применение лампы на светодиодах

По применяемости лампы на светодиодах делятся:

Для дома и офиса.
Уличные.
Прожекторы.
Автомобильные.
Лампы на светодиодах для растений (ультрафиолетовые).
Светильники для зданий.

По конструкции и световому потоку лампы на светодиодах делятся:

Общего назначения, для офисов и жилых помещений, похожи на лампы накаливания, свечи, «кукурузы».
Направленного света – для подсветки витрин, площадей.
Линейные, в виде трубки, похожи на люминесцентные лампы. Применяются для торговых залов и офисов.

По используемым типам светодиодов на:

Индикаторных диодах. К ним относятся лампы на диодах 3 мм и на «Пираньях». Качество света от таких ламп низкое.
SMD диодах, распространенные, имеют малый размер, не греются, широкое применение.
Диодах 1, 3, 5 Вт, нагрев значительный.
СОВ диодах, по новой технологии, преимущество перед другими: более надежны за счет монтажа диодов сразу на плату, равномерный световой поток, разные исполнения формы ламп.
Филаментных диодах, освещение на 360 градусов, малая цена, теплоотвод.

Разделение по типу цоколей

Широко распространены цоколи «Эдисона» с резьбой и обозначением буковой Е с цифрой. Цифра – это диаметр цоколя в мм (Е27, Е14, Е40). Цоколь G – штыревое соединение. Цифра указывает расстояние между штырями (выводами). Такие лампы подключаются только через блок питания. Цоколь Т используется для замены ламп люминесцентных, измеряется в дюймах.

Достоинства, недостатки, особенности

К достоинствам относятся:

Экономия электроэнергии, энергоэффективность, потребляют в 5 раз меньше энергии.
Срок эксплуатации, составляет для разных типов 30-50 тысяч часов работы.
Механическая прочность.
Безопасность, не содержат вредных веществ, нет сильного нагрева, применяют в любых светильниках, для натяжных потолков.
Широкий интервал температуры использования, работают до -60 градусов мороза.
Быстрый запуск, сразу светят ярко.
Надежность при частых выключениях и включениях.
Экологически безопасны, можно утилизировать с обычным мусором.

К недостаткам относится:

Большие размеры из-за технической стороны устройства.
Боятся перегрева, эффективность уменьшается, тускнеют.
Не в любую люстру могут поместиться из-за увеличенного размера.
Световой поток направленный, по бокам и сзади светит хуже.
Стоимость выше других типов ламп, с каждым годом цена снижается.

Особенности

Лампы на светодиодах состоят из платы со светодиодами, цоколя, корпуса, блока питания, колбы матовой. Ток сразу преобразуется в свет, минуя стадию нагрева, как в лампах накаливания. Потери на нагрев наименьшие, светодиоды экономичны, безопасны.

Светодиоды придуманы еще в 70-х годах, но использовались лишь в приборах, индикаторах, экранах. Светодиоды голубого цвета высокояркие изготовлены в 1993 году, белые в 1996 году. Современные светодиоды имеют отдачу света до 170 лм / Вт.

В отличие от прозрачных ламп накаливания, основное устройство светодиодной лампы скрыто под непрозрачным корпусом. Чтобы узнать, что скрывается внутри экономичного осветительного прибора, его потребуется разобрать, приложив небольшие усилия.

Эксперименты показали, что устройства светодиодных лампочек на 220 В от разных производителей имеют незначительные отличия. Поэтому весь ассортимент LED-ламп с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три группы: фирменные, низкокачественные китайские и филаментные.

Фирменные изделия

Конструкция LED-лампы на 220 В от производителей светодиодной продукции с мировым именем аналогична ниже представленному фото. Среди огромной массы лампочек на российском рынке внешне такой образец имеет одно явное отличие – объемный радиатор. Он может быть с ребристой или гладкой поверхностью; металлического цвета или покрыт белым полимером. Но в любом случае такая лампа имеет больший вес в сравнении с дешёвым, некачественным аналогом.

Верхняя часть изделия (рассеиватель) выполняется из стекла или матового пластика в форме полусферы. Как правило, он закреплен на радиатор при помощи специальных защелок или герметика. Под рассеивателем находится печатная плата с SMD-светодиодами, которая надёжно закреплена на радиаторе. Ниже размещается ещё одна плата с радиоэлементами драйвера. Надёжный драйвер – это блок с гальванической развязкой и функцией стабилизации выходного тока. Вся схема драйвера имеет высокую плотность монтажа и состоит из импульсного трансформатор, микросхем, нескольких полярных конденсаторов и множества планарных элементов.
Блок драйвера расположен внутри корпуса, который, в свою очередь, соединяет цоколь и радиатор. Электрический контакт между блоком драйвера и платой со светодиодами может быть обеспечен с помощью пайки или коннектора.

Низкокачественные китайские лампочки

Ниже представлена светодиодная лампа в разобранном виде от неизвестного китайского изготовителя.
В отличие от предыдущего образца, в данном устройстве отсутствует радиатор и драйвер. Вместо драйвера установлен простой блок питания на основе неполярного конденсатора, который не способен надежно стабилизировать выходной ток. Размещается блок питания в центре платы со светодиодами. С одной стороны – это диодный мост с резисторами.
С другой – два конденсатора.
В результате простоты такой конструкции стоимость изделия имеет гораздо меньшую стоимость.

Функцию охлаждения в таких лампочках выполняют небольшие отверстия в корпусе. Их эффективность крайне мала, что подтверждено перегоранием кристаллов светоизлучающих диодов. Плата крепится к пластиковому корпусу при помощи защелок. Электрически плата соединяется с цоколем двумя запаянными проводами. Простота такой конструкции не надежна и не способна обеспечить долгосрочную работоспособность устройства.

Filament лампы

Разнообразие лампочек на светодиодах с цоколем Е14 и Е27 не перестаёт расширяться. Очередным ноу-хау стали, так светодиодные лампы филамент (от англ. filament – нить), которые внешне очень схожи с лампами накаливания. Ученым удалось на практике реализовать светодиодный конструктив, визуально напоминающий нить накала и не требующий дополнительного теплоотвода. Использование филамент лампы (ФЛ) в быту, как правило, основывается на эстетических соображениях.
В устройстве светодиодной лампы filament основным элементом являются светодиодные нити, от количества которых зависит суммарная мощность изделия. Каждый отдельный филамент – это тонкий стеклянный стержень, поверхность которого равномерно покрыта электрически связанными SMD-светодиодами. Сверху по всей длине нанесён слой люминофора, что придаёт нити жёлтый оттенок. Отвод тепла в ФЛ происходит через тонкую стеклянную колбу, внутренний объём которой заполнен газовой смесью.

Зачастую нехватка места для драйвера вынуждает производителей устанавливать модуль питания низкого качества непосредственно в цоколе осветительного прибора. Результат такого подхода – чрезмерно высокий , негативно воздействующий на зрение. Чтобы избавиться от вредного мерцания и составить конкуренцию обычным LED лампам, фирмы-изготовители модернизировали конструкцию ФЛ. Между цоколем и колбой стали делать вставку в виде пластикового кольца, за которым скрывается высококачественный драйвер.

Каждый из рассмотренных образцов пользуется спросом на потребительском рынке, а значит, будет развиваться дальше. Возможно, вскоре в устройстве светодиодной лампы на 220В появятся новые функциональные блоки, о назначении которых мы обязательно расскажем в своих статьях.

Читайте так же

В статье рассказывается об устройстве светодиодных ламп. Рассматриваются несколько разных по сложности схем и даются рекомендации по самостоятельному изготовлению светодиодных источников света, подключаемых к сети 220 В.

Преимущества энергосберегающих ламп

Преимущества энергосберегающих ламп широко известны. В первую очередь это собственно низкое потребление энергии, а кроме того высокая надежность. В настоящее время наиболее широко распространены люминесцентные лампы. Такая лампа, дает такую же освещенность как стоваттная лампа накаливания. Нетрудно подсчитать, что экономия электроэнергии получается в пять раз.

В последнее время в производстве осваиваются светодиодные лампы. Показатели экономичности и долговечности у них намного выше, чем у люминесцентных ламп. В этом случае электроэнергии потребляется в десять раз меньше, чем лампами накаливания. Долговечность же светодиодных ламп может достигать 50-ти и более тысяч часов.

Источники света нового поколения, конечно, стоят дороже простых ламп накаливания, но потребляют значительно меньшую мощность и обладают повышенной долговечностью. Два последних показателя призваны скомпенсировать дороговизну ламп новых типов.

Практические схемы светодиодных ламп

В качестве первого примера можно рассмотреть устройство светодиодной лампы разработанной фирмой «СЭА Электроникс» с применением специализированных микросхем. Электрическая схема такой лампы показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема светодиодной лампы фирмы «СЭА Электроникс»

Еще десять лет назад светодиоды можно было использовать только в качестве индикаторов: сила света составляла не более 1,5…2 микрокандел. Сейчас появились сверхяркие светодиоды, у которых сила излучения доходит до нескольких десятков кандел.

При использовании мощных светодиодов совместно с полупроводниковыми преобразователями появилась возможность создания источников света, выдерживающих конкуренцию с лампами накаливания. Подобный преобразователь и показан на рисунке 1. Схема достаточно проста и содержит небольшое количество деталей. Это достигнуто за счет применения специализированных микросхем.

Первая микросхема IC1 BP5041 - AC/DC преобразователь. Ее структурная схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема BP5041.

Микросхема выполнена в корпусе типа SIP показанный на рисунке 3.

Рисунок 3.

Все устройство защищено предохранителем F1, номинал которого не должен превышать указанный на схеме. Конденсатор C3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения преобразователя. Следует заметить, что выходное напряжение не имеет гальванической развязки от сети, что в данной схеме совсем не нужно, но требует особой внимательности и соблюдения правил техники безопасности при изготовлении и наладке.

Конденсаторы C3 и C2 должны быть на рабочее напряжение не менее 450 В. Конденсатор C2 должен быть пленочным или керамическим. Резистор R1 может иметь сопротивление в пределах 10…20 Ом, что достаточно для нормальной работы преобразователя.

Использование данного преобразователя позволяет отказаться от применения понижающего трансформатора, что значительно уменьшает габариты всего устройства в целом.

Отличительной особенностью микросхемы BP5041 является наличие встроенной катушки индуктивности как показано на рисунке 2, что позволяет уменьшить количество навесных деталей и в целом размеры монтажной платы.

В качестве диода D1 подойдет любой диод с обратным напряжением не менее 800 В и выпрямленным током не менее 500 мА. Таким условиям вполне удовлетворяет широко распространенный импортный диод 1N4007. на входе выпрямителя установлен варистор VAR1 типа FNR-10K391. Его назначение защита всего устройства от импульсных помех и статического электричества.

Вторая микросхема IC2 типа HV9910 представляет собой ШИМ стабилизатор тока для суперярких светодиодов. При помощи внешнего MOSFET транзистора ток может устанавливаться в пределах от нескольких миллиампер до 1А. Этот ток задается резистором R3 в цепи обратной связи. Микросхема выпускается в корпусах SO-8 (LG) и SO-16 (NG). Ее внешний вид показан на рисунке 4, а на рисунке 5 структурная схема.

Рисунок 4. Микросхема HV9910.

Рисунок 5. Структурная схема микросхемы HV9910.

С помощью резистора R2 частота внутреннего генератора может изменяться в диапазоне 20…120 КГц. При указанном на схеме сопротивлении резистора R2 она будет около 50 КГц.

Дроссель L1 предназначен для накопления энергии в то время, когда транзистор VT1 открыт. Когда транзистор закроется, то энергия, накопленная в дросселе, через высокоскоростной диод Шоттки D2 отдается светодиодам D3…D6.

Здесь самое время вспомнить о самоиндукции и правиле Ленца. Согласно этому правилу индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, которое (изменение) вызвало этот ток. Поэтому направление ЭДС самоиндукции имеет направление противоположное направлению ЭДС источника питания. Именно поэтому светодиоды включены в обратную сторону по отношению к питающему напряжению (вывод 1 микросхемы IC2, обозначенный на схеме как VIN). Таким образом светодиоды излучают свет за счет ЭДС самоиндукции катушки L1.

В данной конструкции применены 4 сверхярких светодиода типа TWW9600, хотя вполне возможно применение других типов светодиодов производства других фирм.

Для управления яркостью светодиодов в микросхеме имеется вход PWM_D, ШИМ - модуляция от внешнего генератора. В этой схеме такая функция не используется.

При самостоятельном изготовлении такой светодиодной лампы следует воспользоваться корпусом с винтовым цоколем размера E27 от негодной энергосберегающей лампы, мощностью не менее 20 Вт. Внешний вид конструкции показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Самодельная светодиодная лампа.

Хотя описанная схема достаточно проста, рекомендовать ее для самостоятельного изготовления можно не всегда: либо не удастся купить указанные на схеме детали, либо недостаточная квалификация сборщика. Некоторые просто могут испугаться: «А вдруг у меня не получится?». Для подобных ситуаций можно предложить еще несколько вариантов более простых как по схемотехнике, так и в вопросе приобретения деталей.

Более простая схема светодиодной лампы показана на рисунке 7.

Рисунок 7.

На этой схемы видно, что для питания светодиодов используется мостовой выпрямитель с емкостным балластом, который ограничивает выходной ток. Такие источники питания экономичны и просты, не боятся коротких замыканий, их выходной ток ограничивается емкостным сопротивлением конденсатора. Подобные выпрямители часто называют стабилизаторами тока.

Роль емкостного балласта на схеме выполняет конденсатор C1. При емкости 0,47 мкФ рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 630В. Емкость его рассчитана так, чтобы ток через светодиоды был около 20 мА, что является для светодиодов оптимальным значением.

Пульсации выпрямленного мостом напряжения сглаживаются электролитическим конденсатором C2. Для ограничения зарядного тока в момент включения служит резистор R1, который также выполняет функцию предохранителя в аварийных ситуациях. Резисторы R2 и R3 предназначены для разряда конденсаторов C1 и C2 после отключения устройства от сети.

Для уменьшения габаритов рабочее напряжение конденсатора C2 выбрано всего 100 В. В случае обрыва (перегорания) хотя бы одного из светодиодов конденсатор C2 зарядится до напряжения 310 В, что неизбежно приведет к его взрыву. Для защиты от подобной ситуации этот конденсатор зашунтирован стабилитронами VD2, VD3. Их напряжение стабилизации может быть определено следующим образом.

При номинальном токе через светодиод в 20 мА на нем создается падение напряжения в зависимости от типа в пределах 3,2…3,8 В. (Подобное свойство в некоторых случаях позволяет использовать светодиоды в качестве стабилитронов). Поэтому нетрудно подсчитать, что если в схеме используется 20 светодиодов, то падение напряжения на них составит 65…75 В. Именно на таком уровне будет ограничено напряжение на конденсаторе C2.

Стабилитроны следует выбрать так, чтобы суммарное напряжение стабилизации было несколько выше падения напряжения на светодиодах. В этом случае при нормальном режиме работы стабилитроны будут закрыты, и на работу схемы влиять не будут. Указанные на схеме стабилитроны 1N4754A имеют напряжение стабилизации 39 В, а включенные последовательно - 78 В.

При обрыве хотя бы одного из светодиодов стабилитроны откроются и напряжение на конденсаторе C2 будет стабилизировано на уровне 78 В, что явно ниже рабочего напряжения конденсатора С2, поэтому взрыва не произойдет.

Конструкция самодельной светодиодной лампы показана на рисунке 8. как видно из рисунка она собрана в корпусе от негодной энергосберегающей лампы с цоколем Е-27.

Рисунок 8.

Печатная плата, на которой размещаются все детали выполняется из фольгированного стеклотекстолита любым из доступных в домашних условиях способов. Для установки светодиодов на плате просверлены отверстия диаметром 0,8 мм, а для остальных деталей 1,0 мм. Чертеж печатной платы показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Печатная плата и расположение деталей на ней.

Расположение деталей на плате показано на рисунке 9в. Все детали, кроме светодиодов устанавливаются со стороны платы, где нет печатных дорожек. На этой же стороне устанавливается перемычка, также показанная на рисунке.

После установки всех деталей со стороны фольги устанавливаются светодиоды. Монтаж светодиодов следует начинать от средины платы, постепенно передвигаясь к периферии. Светодиоды должны быть запаяны последовательно, то есть плюсовой вывод одного светодиода соединяется с отрицательным выводом другого.

Диаметр светодиода может быть любым в пределах 3…10 мм. При этом следует выводы светодиодов оставлять длиной не менее 5 мм от платы. В противном случае светодиоды можно просто перегреть при пайке. Длительность пайки, как рекомендуют во всех руководствах, не должна превышать 3-х секунд.

После того, как плата будет собрана и налажена, ее выводы надо подпаять к цоколю, а саму плату вставить в корпус. Кроме указанного корпуса возможно применение более миниатюрного корпуса, однако при этом придется уменьшить размеры печатной платы, не забывая, однако, о габаритах конденсаторов С1 и С2.