Ремонт светодиодных led ламп, устройство, электрические схемы. Лампы на светодиодах

Мы привыкли, что лампы накаливания работают от сети с переменным напряжением 220 вольт. Есть, конечно, и другие лампы накаливания, работающие от меньшего напряжения, но и свечение там тоже намного меньше. Здесь можно наблюдать зависимость — чем меньше напряжение светодиодного освещения, тем меньше света получаем от лампы. Но светодиодные лампы работают совсем по-другому. Для светодиода неважно напряжение, сила свечения зависит только от тока, проходящего через диод. В этой статье мы рассмотрим на каком напряжении могут работать светодиодные лампы, а также затронем ток светодиодных ламп.

Я думаю что большинство людей давно закончивших школу и не имеющих дела с электричеством еще тогда забыли чем принципиально отличается ток от напряжения. А это желательно понимать.

Во многих книгах для пояснения разницы между током и напряжением проводится аналогия с водопроводной трубой. Но мне не очень нравится это сравнение. Любой предмет, брошенный из определенной высоты будет падать и в определенный момент достигнет поверхности земли. Его притягивает гравитация. Так вот напряжение — это сила, которая заставляет двигаться ток, как и гравитация притягивает предметы. А вот сила тока, если продолжить аналогию, это размер предмета, чем больше, тем сильнее ударит. Гравитация, как и напряжение не убьет если кто-то не будет предмета (тока).

А теперь вернемся к светодиодным лампам. Один светодиод или светодиодный чип, это вид полупроводника, который может пропускать ток только в одном направлении. Светодиоды могут работать от напряжения 4-12 Вольт. И даже больше, светодиодам нужно постоянное напряжение для нормальной работы. Но в стандартной электрической сети совсем другие условия.

В светодиодных лампах несколько светодиодов объединяются последовательно в один массив, и все они получают ток светодиодной лампы от общего блока питания. У многих светодиодных ламп, работающих от напряжения сети внутри есть специальное устройство, драйвер, который включает выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный, трансформатор, чтобы снизить очень высокое входящее напряжение, а также, возможно, стабилизационный компонент, чтобы уменьшить колебания тока.

Большинство современных светодиодных ламп, которые предназначены для домашнего использования и промышленности предназначены для напряжения питания 110-220 Вольт. Это достигается путем объединения нескольких чипов, как сказано выше. За остальное понижение напряжения и получение постоянного тока отвечает драйвер, встроенный в каждую лампу.

Но если у такой лампочки нет встроенного драйвера, а вы хотите запустить ее от обычной сети, вам потребуется внешнее устройство, которое будет выполнять те же функции, обеспечит нужное напряжение светодиодных ламп и выпрямит ток светодиодной лампы.

Стандартные настенные адаптеры, рассчитанные для другого оборудования, не подойдут, они не спалят светодиоды, но использовать их не рекомендуется. Они могут вызвать мерцание из-за неправильной светодиодной нагрузки, а также сокращают срок службы лампы. Поэтому нужно использовать драйверы, разработанные только для вашего вида ламп.

В последнее время появились светодиоды, работающие от переменного напряжения. Но так как светодиоды пропускают ток только в одну сторону, по своей природе они все равно остались устройствами, работающими на постоянном токе. В них одна честь диода светится при положительном токе, вторая при отрицательном цикле. Таким образом, мы получаем однородное свечение. Но для таких ламп тоже нужен драйвер, если они не приспособлены для работы от 220 вольт.

Ток светодиодных ламп

Яркость свечения светодиодных ламп зависит от тока, который будет проходить через сам диод. Это позволяет очень легко управлять яркостью таких ламп. Здесь подходит тот же принцип регулировки яркости что и для обычных ламп накаливания, изменяем силу тока — изменяется яркость. Но тут возникает одна проблема, в каждой лампе, которая будет работать от сети переменного напряжения встроен драйвер, который будет препятствовать изменению яркости. Поэтому если драйвер не поддерживает такую опцию регулировать яркость нельзя.

Потребление лампой электричества тоже зависит от тока и пропускаемого напряжения. Сила тока, с которой может работать лампа обычно указана на упаковке. Это может быть от 10-100 мА. Если же не указано и вам нужно знать этот параметр, его очень просто рассчитать по формуле:

I=(Р/U)*1000

Здесь I — это сила тока, P — потребляемая мощность и напряжение. Например, лампа на 220 вольт с потребляемой мощностью 12 Ватт будет иметь силу тока 54 мА. Рассчитанная сила тока может быть ниже, чем указанная на упаковке, потому что некоторые производители указывают на упаковке потребляемую мощность не самой лампы, а светодиода. Кроме светодиода, там есть еще резистор и другие компоненты, которым тоже нужно питание.

Светодиодные лампы – самые дорогие осветительные приборы. Но их качество и долговечность не всегда соответствуют параметрам, указанным на упаковке. Досадно выбрасывать лампу, не отслужившую положенного срока, вложив в нее ощутимые для бюджета средства.

Если у вас есть мультиметр и навыки работы паяльником, то неисправную светодиодную лампу можно отремонтировать, сэкономив на этом средства.

Конструкция светодиодных ламп

Устройство светодиодной лампы немногим отличается от конструкции КЛЛ. На рисунке показаны узлы, входящие в состав лампы.

1. Рассеиватель. Предназначен для равномерного распределения светового потока в пространстве и исключения ослепления при взгляде на светодиоды.
2. Светодиоды.
3. Основание светодиодов с печатными проводниками для их последовательного соединения.
4. Радиатор охлаждения. Необходим для отвода тепла, выделяющегося при работе светодиодов.
5. Драйвер. Формирует напряжение, требующееся для работы светодиодов.
6. Корпус драйвера (лампы).
7. Цоколь.

В пояснении нуждается только функциональное назначение драйвера . Светодиод – полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него тока. Как и обычный диод, он проводит его только в одном направлении. При изменении полярности ток через него равен нулю. Как и у обычного диода, напряжение на выводах светодиода имеет величину, не превышающую нескольких вольт, и не изменяющуюся при повышении напряжения.

Поэтому при последовательном соединении светодиодов необходимая для работы величина напряжения подсчитывается умножением количества изделий на падение напряжения в прямом направлении тока через них. Его можно узнать из справочника или измерить. При подключении требуемого количества светодиодов к сети 220 В переменного тока нужно:

• понизить напряжение до требуемой величины;
• преобразовать из переменного в постоянное;
• сгладить пульсации;
• защитить драйвер и его нагрузку от замыканий;
• защитить сеть от помех, образующихся при работе устройства.

Для понижения напряжения используются:

• схемы с конденсатором;
• схемы с понижающим трансформатором;
• инверторные схемы.

Схемы с конденсатором используются в большинстве драйверов светодиодных ламп бытового применения. Они простые и дешевые, но это – их единственное достоинство. Функционально они похожи на схему с включением гасящего резистора последовательно с нагрузкой, на котором «падает» лишнее напряжение. Применение резистора нецелесообразно, так как на нем выделяется мощность, соизмеримая или большая, чем на самих светодиодах.

Конденсатор же на переменном токе выполняет ту же самую функцию – он тоже гасит напряжение. На схеме элементы C2 , C3 и R1 предназначены для понижения напряжения до требуемой величины.

Недостаток такой схемы – зависимость напряжения на нагрузке от напряжения питающей сети. Ток через светодиоды нестабилен и иногда превышает допустимые значения. В этот момент возможен выход из строя диодов.

Второй недостаток — нет гальванической развязки с сетью . При ремонте ламп не прикасайтесь к токоведущим частям . Хоть напряжение на них и не опасное, но «фаза» питающей сети может приходить напрямую.

Трансформаторные схемы применяются в мощных светодиодных лампах, инверторные – при большом количестве светодиодов или при необходимости регулировки яркости (диммируемые лампы).

Для выпрямления переменного напряжения используется диодный мост VD1 , а для сглаживания пульсаций – электролитический конденсатор С4 .

Резисторы R2 и R3 необходимы для ограничения тока в момент подачи напряжения на схему. Разряженный электролитический конденсатор имеет малое сопротивление и в первый момент времени ток через него большой. Он может вывести из строя полупроводниковые диоды выпрямителя. Дополнительно эти резисторы при коротких замыканиях играют роль предохранителей. Резистор R4 разряжает конденсатор после отключения от сети для скорейшего погасания лампы.

Детали R2 , R3 и R4 некоторые производители не устанавливают. Конденсатор С1 нужен для предотвращения проникновения помех от работы лампы в питающую сеть.

Диагностика и замена светодиодов

Прежде, чем приступить к ремонту, снимают рассеиватель. Способы демонтажа различаются в зависимости от конструкции лампы. Большая часть рассеивателей снимается отверткой, для чего ею нужно его поддеть в нескольких местах, найдя слабое место.

Светодиоды нужно осматривают: черные точки на некоторых элементах говорят об их выходе из строя. Осматривается и качество пайки – оборвавшийся контакт в последовательной цепочке светодиодов прерывает цепь их питания. То же происходит и при выходе из строя любого из диодов.

Исправность светодиодов проверяется мультиметром. Измеряется их сопротивление в прямом направлении. Оно должно быть небольшим, величина для сравнения определяется на исправных элементах. При проверке работоспособные диоды тускло светятся. Можно поверить светодиоды, подав на них напряжение от батарейки с напряжением 9 В через резистор сопротивлением 1 кОм.

Обнаруженные неисправные элементы выпаиваются из платы, и на месте их установки впаивается перемычка. При наличии лампы-донора светодиоды заменяют, или используют детали от светодиодной ленты с похожей конструкцией и характеристиками.

Выпаивают светодиоды аккуратно. Для этого сначала разогревают припой с одной стороны и удаляют его с помощью отсасывающих устройств. При их отсутствии после полного расплавления припоя на одном из выводов он удаляется путем энергичного встряхивания платы. Остатки удаляются чистым жалом (можно тоже предварительно его встряхнуть) с обильным количеством канифоли. Второй вывод отпаять уже проще.

После установки перемычки вместо диода вся лампа будет светиться тусклее. Это связано с тем, что общее сопротивление цепи хоть и незначительно, но уменьшится. Ток через лампу увеличится, в итоге на конденсаторе будет оставаться большее напряжение. При удалении одного-трех диодов это не скажется на работе лампы. Но когда их останется мало, то увеличение тока станет настолько ощутимым, что оставшиеся детали будут перегреваться, процесс выхода из строя приобретет лавинообразный характер. Поэтому при массовом характере поломки светодиодов оставьте лампу в качестве донора деталей, заменив ее новой.

Ремонт драйвера

Слабым местом драйверов являются токоограничивающие резисторы . Их проверяют в первую очередь. Заменить сгоревшие элементы можно такими же или ближайшими по величине сопротивления.

Проверка полупроводниковых диодов выпрямителя и конденсатора производится мультиметром в режиме проверки сопротивления. Однако есть более быстрый способ проверить исправность этого участка схемы. Для этого измеряется напряжение на конденсаторе фильтра. Ожидаемая величина подсчитывается путем умножения паспортного напряжения на одном диоде на их количество. Если измеренное напряжение не соответствует требуемому или равно нулю, поиск продолжается: проверяется конденсатор и диоды. Если напряжение в норме – ищите обрыв между светодиодами и драйвером.

Проверку диодов мультиметром можно провести, не выпаивая их из платы. Короткое замыкание в диоде или его обрыв будут видны. При замыкании прибор в обоих направлениях покажет ноль, при обрыве сопротивление в прямом направлении будет не соответствовать сопротивлению открытого p-n-перехода. Его вы узнаете на исправных элементах. Короткое замыкание в диодах дополнительно приводит к выходу из строя ограничительного резистора.

Ремонт трансформаторного драйвера немногим сложнее обычного. А вот с инверторным придется повозиться. Деталей в нем больше, а главное – в его состав всегда входит микросхема. Для того, чтобы сделать заключение о ее неисправности, понадобится либо изучит в деталях принцип работы драйвера, либо убедиться в исправности всех окружающих ее деталей.

Задача снижения количества потребляемой энергии перестала быть только технической проблемой и перешла в область стратегического направления политики государств. Для рядового потребителя эта титаническая борьба выливается в то, что его просто насильно заставляют переходить от привычной и простой как яйцо лампы накаливания к другим источникам света. Например, к светодиодным лампам. Для большинства людей вопрос о том, как устроена светодиодная лампа сводится только к возможности ее практического применения – можно ли ее вкрутить в стандартный патрон и подключить к бытовой сети 220 вольт. Небольшой экскурс по принципам ее действия и устройству поможет сделать вам осознанный выбор.

Принцип работы светодиодной лампы основан на гораздо более сложных физических процессах, чем той, которая испускает свет посредством раскаленной металлической нити. Он настолько интересен, что есть смысл познакомиться с ним поближе. В его основе феномен испускания света, возникающем в точке соприкосновения двух разнородных веществ при прохождении через них электрического тока.

Самое парадоксальное в этом то, что материалы, используемые для провокации эффекта излучения света, вообще не проводят электрического тока. Один из них, например, кремний – вещество вездесущее и перманентно попираемое нашими ногами. Эти материалы пропустят ток, да и то в одну сторону (потому они и названы полупроводниками), только если их соединить вместе. Для этого в одном из них должны преобладать положительно заряженные ионы (дырки), а в другом – отрицательные (электроны). Их наличие или отсутствие зависит от внутренней (атомной) структуры вещества и неспециалисту не стоит заморачиваться вопросом разгадывания их природы.
Возникновение электрического тока в соединении веществ с преобладанием дырок или электронов – только половина дела. Процесс перехода одного в другое сопровождается выделением энергии в виде тепла. Но в середине прошлого века были найдены такие механические соединения веществ, у которых выделение энергии сопровождалось еще и свечением. В электронике устройство, которое пропускает ток в одном направлении, принято называть диодом. Полупроводниковые приборы, созданные на основе материалов, которые умеют испускать свет, названы светодиодами.

Первоначально эффект испускания фотонов из соединения полупроводников был возможен лишь в узкой части спектра. Они светились красным, зеленым или желтым. Сила этого свечения была чрезвычайно мала. Светодиод использовался лишь как индикаторная лампа очень долго. Но сейчас найдены материалы, соединение которых излучает свет гораздо большей силы и в широком диапазоне, почти полном видимом спектре. Почти, потому что какая-то длина волны в их свечении преобладает. Поэтому есть лампы с преобладанием синего (холодного) и желтого или красного (теплого) свечения.

Теперь, когда вам в общих чертах понятен принцип работы светодиодной лампы, можно перейти к ответу на вопрос про устройство светодиодных ламп на 220 В.

Конструкция ламп на светодиодах

Внешне источники света, использующие эффект испускания фотонов при прохождении электрического тока через полупроводник, почти не отличаются от ламп накаливания. Главное то, что у них есть привычный металлический цоколь с резьбой, который в точности повторяет все типоразмеры ламп накаливания. Это позволяет ничего не менять в электрооборудовании помещения для их подключения.
Однако внутреннее устройство светодиодной лампы 220 вольт очень сложное. Она состоит из следующих элементов:

1) контактного цоколя;

2) корпуса, одновременно играющего роль радиатора;

3) платы питания и управления;

4) платы со светодиодами;

5) прозрачного колпака.

Плата питания и управления

Разбираясь как устроены светодиодные лампы 220 вольт, в первую очередь стоит понять, что полупроводниковые элементы не могут быть запитаны от переменного тока и напряжения такой величины. Иначе они попросту сгорят. Поэтому в корпусе этого источника света обязательно находится плата, которая снижает напряжение и выпрямляет ток.

От устройства этой платы во многом зависит долговечность лампы. Точнее, какие элементы стоят на ее входе. В дешевых, кроме резистора перед выпрямляющим диодным мостом, ничего нет. Нередко случаются чудеса (обычно в лампах из Поднебесной), когда нет даже этого резистора и диодный мост напрямую подключен к цоколю. Такие лампы светят очень ярко, но срок их службы чрезвычайно низок, если они не подключены через стабилизирующие устройства. Для этого можно использовать, например, балластные трансформаторы.

Наиболее распространены схемы, в которых в цепи питания управляющей схемы лампы создан сглаживающий фильтр из резистора и конденсатора. В самых дорогих светодиодных лампах блок питания и управления построен на микросхемах. Они хорошо сглаживают броски напряжений, но их рабочий ресурс не слишком высок. В основном, из-за невозможности наладить эффективное охлаждение.

Плата светодиодов

Как бы ученые ни старались, изобретая все новые вещества с высокой эффективностью излучения в видимой части спектра, принцип работы светодиодной лампы остается прежним, и каждый её отдельный светящийся элемент очень слаб. Чтобы достичь требуемого эффекта, их группируют по несколько десятков, а иногда и сотен штук. Для этого используется плата из диэлектрика, на которую нанесены металлические токопроводящие дорожки. Она очень похожа на те, что используются в телевизорах, материнских платах компьютеров и других радиотехнических устройствах.
Плата светодиодов выполняет еще одну важную функцию. Как вы уже заметили, в блоке управления нет понижающего трансформатора. Поставить его, конечно, можно, но это приведет к увеличению габаритов лампы и ее стоимости. Проблема понижения питающего напряжения до номинала, являющегося безопасным для светодиода, решается просто, но экстенсивно. Все светящиеся элементы включены последовательно, как в елочной гирлянде. Например, если в цепь 220 вольт включить последовательно 10 светодиодов, то каждому достанется 22 V (правда, величина тока при этом останется прежней).
Недостатком этой схемы является то, что перегоревший элемент обрывает всю цепь и лампа перестает светить. У нерабочей лампы из десятка светодиодов могут быть неисправными лишь один или два. Есть умельцы, которые перепаивают их и живут спокойно дальше, но большинство неискушенных пользователей выбрасывают всё устройство на помойку.

Кстати, утилизация светодиодных ламп – отдельная головная боль, поскольку смешивать их с обычным бытовым мусором нельзя.

Прозрачный колпак

В основном этот элемент играет роль защиты от пыли, влаги и шаловливых ручек. Однако есть у него и утилитарная функция. Большинство колпаков светодиодных ламп выглядят матовыми. Это решение могло бы показаться странным, ведь сила излучения светодиода ослабляется. Но его полезность для специалистов очевидна.

Колпак матовый потому, что на его внутреннюю стороны нанесен слой люминофора – вещества, начинающего светиться под воздействием квантов энергии. Казалось бы, тут, что называется, масло масляное. Но люминофор имеет спектр излучения в несколько раз более широкий, чем у светодиода. Он приближен к естественному солнечному. Если оставить светодиоды без такой «прокладки», то от их свечения глаза начинают уставать и болеть.

В чем выгода таких ламп

Теперь, когда вы уже многое знаете о том, как работает светодиодная лампа, стоит остановиться и на ее преимуществах. Главное и бесспорное – низкое энергопотребление. Десяток светодиодов дает излучение той же силы, что и традиционная лампа накаливания, но при этом полупроводниковые приборы потребляют в несколько раз меньше электричества. Есть и еще одно преимущество, но оно не столь очевидно. Лампы с таким принципом работы более долговечны. Правда, при условии, что питающее напряжение будет максимально стабильно.

Нельзя не упомянуть и о недостатках таких ламп. В первую очередь это касается спектра их излучения. Он значительно отличается от солнечного – того, что человеческий глаз привык воспринимать тысячелетиями. Поэтому для дома выбирайте те лампы, которые светят желтым или красноватым (теплым) и имеют матовые колпаки.

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

Сегодня я решил рассказать Вам об устройстве светодиодной лампы EKF серии FLL-A мощностью 9 (Вт).

Эту лампу я сравнивал в своих экспериментах ( , ) с лампой накаливания и компактной люминесцентной лампой (КЛЛ), и по многим показателям она имела явные преимущества.

А теперь давайте разберем ее и посмотрим, что же находится внутри. Думаю, что Вам будет не менее интересно, чем мне.

Итак, устройство современных светодиодных ламп состоит из следующих компонентов:

• рассеиватель
• плата со светодиодами (кластер)
• радиатор (в зависимости от модели и мощности лампы)
• источник питания светодиодов (драйвер)
• цоколь

А теперь рассмотрим каждый компонент в отдельности по мере разбора лампы EKF.

У рассматриваемой лампы используется стандартный цоколь Е27. Он крепится к корпусу лампы с помощью точечных углублений (кернений) по окружности. Чтобы снять цоколь, нужно высверлить места кернения или сделать пропил ножовкой.

Красный провод соединяется с центральным контактом цоколя, а черный — припаян к резьбе.

Питающие провода (черный и красный) очень короткие, и если Вы разбираете светодиодную лампу для ремонта, то это нужно учесть и запастись проводами для их дальнейшего наращивания.

Через открывшееся отверстие виден драйвер, который крепится с помощью силикона к корпусу лампы. Но извлечь его можно только со стороны рассеивателя.

Драйвер — это источник питания светодиодной платы (кластера). Он преобразовывает переменное напряжение сети 220 (В) в источник постоянного тока. Для драйверов свойственны параметры мощности и выходного тока.

Существует несколько разновидностей схем источников питания для светодиодов.

Самые простые схемы выполняются на резисторе, который ограничивает ток светодиода. В этом случае нужно лишь правильно выбрать сопротивление резистора. Такие схемы питания чаще всего встречаются в выключателях со светодиодной подсветкой. Это фото я взял из статьи, в которой рассказывал о .

Схемы чуть посложнее выполняются на диодном мосте (мостовая схема выпрямления), с выхода которого выпрямленное напряжение подается на последовательно-включенные светодиоды. На выходе диодного моста также установлен электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

В перечисленных выше схемах нет гальванической развязки с первичным напряжением сети, они обладают низким КПД и большим коэффициентом пульсаций. Их главное преимущество заключается в простоте ремонта, низкой стоимости и малых габаритах.

В современных светодиодных лампах чаще всего применяются драйверы, выполненные на основе импульсного преобразователя. Их главные достоинства — это высокий КПД и минимум пульсаций. Зато они по стоимости в несколько раз дороже предыдущих.

Кстати, в скором времени я планирую провести замеры коэффициентов пульсаций светодиодных и люминесцентных ламп различных производителей. Чтобы не пропустить выход новых статей — подписывайтесь на рассылку.

В рассматриваемой светодиодной лампе EKF установлен драйвер на микросхеме BP2832A.

Драйвер крепится к корпусу с помощью силиконовой пасты.

Чтобы добраться до драйвера, мне пришлось отпилить рассеиватель и вынуть плату со светодиодами.

Красный и черный провода — это питание 220 (В) с цоколя лампы, а бесцветные — это питание на плату светодиодов.

Вот типовая схема драйвера на микросхеме BP2832A, взятая из паспорта. Там же Вы можете ознакомиться с ее параметрами и техническими характеристиками.

Рабочий режим драйвера находится в пределах от 85 (В) до 265 (В) напряжения сети, в нем имеется защита от короткого замыкания, применяются электролитические конденсаторы, предназначенные для продолжительной работы при высоких температурах (до 105°С).

Корпус светодиодной лампы EKF выполнен из алюминия и теплорассеивающего пластика, который обеспечивает хороший отвод тепла, а значит увеличивает срок службы светодиодов и драйвера (по паспорту заявлено до 40000 часов).

Максимальная температура нагрева этой LED-лампы составляет 65°С. Об этом читайте в экспериментах (ссылки я указал в самом начале статьи).

У более мощных светодиодных ламп, для лучшего отвода тепла, имеется радиатор, который крепится к алюминиевой плате светодиодов через слой термопасты.

Рассеиватель выполнен из пластика (поликарбоната) и с помощью него достигается равномерное рассеивание светового потока.

А вот свечение без рассеивателя.

Ну вот мы добрались до платы светодиодов или другими словами, кластера.

На круглой алюминиевой пластине (для лучшего отвода тепла) через слой изоляции размещено 28 светодиодов типа SMD.

Светодиоды соединены в две параллельные ветви по 14 светодиодов в каждой ветви. Светодиоды в каждой ветви соединяются между собой последовательно. Если сгорит хоть один светодиод, то не будет гореть вся ветвь, но при этом вторая ветвь останется в работе.

А вот видео, снятое по материалам данной статьи:

P.S. В завершении статьи хочется отметить то, что конструкция LED-лампы EKF с точки зрения ремонта не очень удачная, лампу невозможно разобрать без отпиливания рассеивателя и высверливания цоколя.

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.