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.
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.
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.
Устройство и принцип работы светодиодных ламп . Основные части осветительного прибора:
Светодиоды;
- драйвер;
- цоколь;
- корпус.
Принцип его работы полностью повторяет процессы, происходящие в обыкновенном полупроводниковом диоде с p-n переходом из кремния или германия: при подаче положительного потенциала к аноду, а отрицательного к катоду в материалах начинается движение отрицательно заряженных электронов к аноду, а дырок к катоду. В итоге, диод пропускает электрический ток только одного прямого направления.
Однако, светодиод выполнен из других полупроводниковых материалов, которые при бомбардировке в прямом направлении носителями зарядов (электронами и дырками) осуществляют их рекомбинацию с переводом на другой энергетический уровень. В итоге происходит выделение фотонов - элементарных частиц электромагнитного излучения светового диапазона.
Даже в электрических схемах в качестве их обозначений используются обозначения обычных диодов, только с добавлением двух стрелочек, обозначающих излучение света.
Полупроводниковые материалы обладают разными свойствами выделения фотонов. Такие вещества, как арсенид галия (GaAs) и нитрид галлия (GaN), являясь прямозонными полупроводниками, одновременно прозрачны для видимого спектра световых волн. При замене ими слоев p-n перехода происходит выделение света.
Расположение слоев, используемых в светодиоде, показано на рисунке ниже. Их маленькая толщина порядка 10÷15 нм (наномикрон) создается специальными методами химического осаждения из газовой фазы. В слоях размещены контактные площадки для анода и катода.
Как при любом физическом процессе, во время преобразования электронов в фотоны существуют потери энергии, обусловленные следующими причинами:
Часть световых частиц просто теряется внутри даже такого тонкого слоя;
- при выходе из полупроводника возникает оптическое преломление световых волн на границах кристалл/воздух, искажающее длину волны.
Применение специальных мер, например, использование сапфировой подложки, позволяет создать бо́льший световой поток. Такие конструкции применяются для установки в лампы освещения, но не для обычных светодиодов, используемых в качестве индикаторов, показанных на рисунке ниже.
Они имеют линзу, выполненную из эпоксидной смолы и рефлектор для направления света. В зависимости от назначения свет может распространяться в широких диапазонах угла 5-160°.
Дорогие светодиоды, выпускаемые для ламп освещения, производители изготавливают с ламбертовской диаграммой. Это означает, что их яркость постоянна в пространстве, не зависит от направления излучения и угла наблюдения.
Габариты кристалла весьма маленькие и от одного источника можно получить небольшой поток света. Поэтому для ламп освещения такие светодиоды объединяют довольно большими группами. При этом, создать от них равномерное освещение во все стороны весьма проблематично: каждый светодиод является точечным источником.
Частотный спектр световых волн от полупроводниковых материалов значительно уже, чем от обычных ламп накаливания или солнца, что утомляет глаза человека, создает определенный дискомфорт. С целью исправления этого недостатка в отдельные конструкции светодиодов для освещения вводится слой люминофора.
Величина излучаемого светового потока полупроводниковых материалов зависит от тока, проходящего через p-n переход. Чем больше ток, тем выше излучение, но до определенного значения.
Маленькие габариты, как правило, не позволяют использовать токи, превышающие 20 миллиампер для индикаторных конструкций. У мощных осветительных ламп применяется теплоотвод и дополнительные меры защиты, использование которых, однако, строго ограничено.
При запуске световой поток лампы пропорционально возрастает с увеличением тока, но затем из-за образования тепловых потерь начинает снижаться. Следует понимать, что процесс выделения фотонов из проводника не связан с тепловой энергией, светодиоды относятся к источникам холодного света.
Однако, проходящий через светодиод ток в местах контактов различных слоев и электродов преодолевает переходное сопротивление этих участков, вызывающее нагрев материалов. Выделяемое тепло вначале только создает потери энергии, но при увеличении тока может повредить конструкцию.
Количество светодиодных кристаллов, установленных в одну лампу, может превышать сотню работающих элементов. На каждый из них необходимо подвести оптимальный ток. Для этого создают стеклотекстолитовые платы с токопроводящими дорожками. Они могут иметь самую различную конструкцию.
К контактным площадкам плат припаиваются светодиодные кристаллы. Чаще всего их формируют в определенные группы и запитывают последовательно друг с другом. Через каждую созданную цепочку пропускают один и тот же ток.
Такую схему проще реализовать технически, но она обладает одним главным недостатком - при нарушении одного любого контакта вся группа перестает светить, что является основной причиной поломки лампы.
Драйверы . Подвод постоянного напряжения к каждой группе светодиодов выполняется от специального устройства, которое раньше называли блоком питания, а сейчас - термином “драйвер”.
Данное устройство несет функции преобразования входного напряжения сети, например, ~220 Вольт квартирной или 12 Вольт автомобильной сети в оптимальную величину питания каждой последовательной группы.
Подвод одного стабилизированного тока к каждому кристаллу по параллельной схеме технически сложен и применяется в редких случаях. Работа драйвера может проводиться на основе трансформаторной или иной схемы. Среди них распространены следующие варианты. В зависимости от конфигурации и количества примененных элементов они могут быть разными:
Самые простые и дешевые драйверы рассчитаны на питание от стабилизированного напряжения, сеть которого защищена от бросков и импульсов перенапряжений. У них даже может отсутствовать токоограничивающий резистор в выходной цепи питания, что характерно для аккумуляторных фонариков, светодиоды которых зачастую подключены непосредственно к выходу АКБ .
В результате, пиолучается, что они питаются завышенным током и хотя светят довольно ярко, очень часто перегорают. При использовании дешевых ламп с драйверами без защиты от перенапряжений осветительной сети светодиоды тоже часто выгорают, не выработав заявленного ресурса.
Качественно сконструированные блоки питания практически не выделяют тепло при работе, а у дешевых или перегруженных драйверов часть электроэнергии расходуется на нагрев. Причем, такие бесполезные потери электрической мощности могут быть сопоставимы, а в отдельных случаях превышать энергию, расходуемую на выделение фотонов.
