назначение, принцип работы, схема и ремонт
Сейчас уже можно разделить светодиоды на два основных подтипа: индикаторные и осветительные. Осветительные светодиоды – относительно новые элементы светотехники. Первые модели применялись как индикаторы еще лет 30 назад. Но прогресс на месте не стоит. Инженерам удалось получить большую яркость при минимальном размере и потребляемом токе в сравнение с лампами. Кроме того, светодиоды имеют намного большую механическую прочность. Как лампочку их уже не разобьешь.
Светодиодная осветительная продукция серьезно потеснила практически все другие источники света. Светодиоды могут обеспечить освещение не хуже лампового. А их энергоэффективность намного выше. Обычно источники света на основе светодиодов окупаются в течение года. Сейчас их можно встретить в качестве домашнего освещения, уличных фонарей. Они устанавливаются в световое оборудование автомобилей. Даже в мониторах и телевизорах они заменили лампы подсветки.
Назначение.
Светодиод весьма чувствителен к качеству электропитания. Если пониженное напряжение ему не сделает ничего плохого, то повышенные напряжения и токи очень быстро снижают ресурс этих перспективных источников света. Многие видели, наверное, как на автомобилях хаотично моргают огни. Этот светодиод уже отслужил.
Для обеспечения стабильного электропитания (поддержания заданного напряжения и тока) необходима дополнительная электронная схема – блок питания или драйвер питания. Часто его называют led driver.
Принцип работы.
Электронная схема должна обеспечить строго стабилизированные напряжение и ток, подводимые к кристаллу. Небольшое превышение в цепи питания существенно снижает ресурс светоизлучателя.
В простейшем и самом дешевом случае просто ставят ограничительный резистор.
Питание диода через ограничивающий резистор.
Это простейшая линейная схема. Она не способна автоматически поддерживать ток. С ростом напряжения, он будет расти, при превышение допустимого значения произойдет разрушение кристалла от перегрева. В более сложном случае управление реализуется через транзистор. Недостаток линейной схемы – бесполезное рассеивание мощности. С ростом напряжения будут расти и потери. Если для маломощных LED-источников света такой подход еще допустим, то при использовании мощных светоизлучающих диодов такие схемы не используются. Из плюсов только простота реализации, низкая себестоимость, достаточная надежность схемы.
Можно применить импульсную стабилизацию. В простейшем случае схема будет выглядеть так:
Пример.Импульсная стабилизация (упрощенно)
При нажатии на кнопку происходит заряд конденсатора, при отпускании, он отдает накопленную энергию полупроводнику, а тот излучает свет. При росте напряжения время на зарядку сокращается, при падении – увеличивается. Вот так на кнопку и надо нажимать, поддерживая свечение. Естественно, сейчас это все делает электроника. В источниках питания роль кнопки выполняет транзистор, либо тиристор. Это – принцип ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Замыкание происходит десятки, а то и тысячи раз в секунду. КПД ШИМ может достигать 95%.
Категорически не стоит путать светодиодный драйвер и ПРА для люминесцентных ламп, у них разные принципы работы.
Характеристики драйверов, их отличия от блоков питания LED ленты.
Если сравнивать драйвер и блок питания, то у них есть различия в работе. Драйвер – это источник тока. Его задача поддерживать именно определенную силу тока через кристалл или светодиодную линейку.
Задача стабилизированного блока питания в выдаче именно стабильного напряжения. Хотя блок питания – понятие обобщенное.
Источник напряжения применяется в основном со светодиодной лентой, где диоды включены в параллель. Соответственно через них должен проходить равный ток, при неизменном напряжении. При использовании одного светодиода важно обеспечить определенную силу тока через него. Отличия есть, но оба выполняют одну и туже задачу – обеспечение стабильного питания.
Для подключения светодиодной ленты необходимы, как правило, блоки питания, выдающие 12, либо 24 В. Второй параметр – это мощность. Блок питания должен выдавать мощность не равную, а несколько большую, чем мощность подключаемой светодиодной линейки. В противном случае, яркость свечения будет недостаточна. Обычно запас по мощности рекомендуется в пределах 20-30 процентов от суммарной мощности.
При выборе драйвера нужно учесть:
- Мощность,
- Напряжение,
Кроме того, существуют и регулируемые источники питания. Их задача – регулировка яркости освещения. Но различаются принципы – регулировка напряжения, либо силы тока.
Для подключения led-линейки потребуется большая сила тока при неизменном напряжении.
Суммарная мощность будет рассчитываться по формуле P = P(led) × n, где Р – мощность, Р(led) – мощность единичного диода в линейке, n – их количество.
Сила тока через линейку будет рассчитываться по аналогичной формуле.
Если есть желание самостоятельно изготовить источник питания для светодиодов, то самый простой вариант – импульсный без гальванической развязки.
Схема простого led-драйвера без гальванической развязки.
Схема проста и надежна. Делитель основан на емкостном сопротивлении. Выпрямление производится при помощи диодного моста. Электролитический конденсатор (перед L7812) сглаживает пульсации после выпрямления. Конденсатор после L7812 сглаживает пульсации на светодиодах. На работу схемы он не влияет. L7812 – собственно сам стабилизатор. Это импортный аналог советских микросхем серии КРЕНхх. Та же самая схема включения. Характеристики несколько улучшены. Однако предельный ток составляет не более 1.2А. Это не позволит создать мощный светильник. Существуют неплохие варианты готовых источников питания.
Как выбрать драйвер для светодиодов.
От выбора драйвера зависит срок службы светодиодов. При этом светодиод достигает своих номинальных характеристик, так как получает необходимую ему мощность.
В зависимости от степени защиты драйвер можно применять либо дома, либо на улице. Внешне драйвер может быть открытым, в корпусе из перфорированного металла, либо – закрытый, размешенный в герметичной металлической коробке. Для дома достаточно негерметизированного пластикового корпуса, в котором расположен электронный блок.
Сразу стоит учесть, что ограничивающий резистор – это не самый лучший вариант. Он не избавит ни от скачков питающей сети, ни от импульсных помех. Любое изменение напряжения приведет в скачку тока. Линейные стабилизаторы также не являются достойным средством запитки светоизлучающих диодов. Его способности ограничиваются низкой эффективностью.
Выбор драйвера производится только после того, как известна суммарная мощность, схема подключения и количество светодиодов.
Сейчас много подделок и одни и те же по типоразмерам диоды могут обеспечивать разные мощности. Лучше использовать только известные марки электротехнической продукции.
На корпусе драйвера для подключения светодиодов, всегда размещена спецификация. Она включает:
- класс защищенности от пыли и жидкости,
- мощность,
- номинальный стабилизированный ток,
- рабочее входное напряжение,
Достаточно популярны бескорпусные led-драйверы. Плату потребуется разместить в корпусе. Это необходимо для безопасного использования. Платы больше подходят для радиолюбителей-энтузиастов. У них входное напряжение может быть либо 12 В, либо 220 В.
Также стоит продумать о размещении драйвера. Температура и влажность влияют на надежность системы освещения.
Не стоит пытаться выжать из источника тока максимум. Это приводит к работе на предельных режимах, соответственно возникает повышенный нагрев. Превышение может вывести стабилизатор из строя.
Виды драйверов.
По типу их можно подразделить на:
Линейные. Они наиболее подходящие, если входное напряжение не стабильно. Отличаются улучшенной стабилизацией. Распространены мало по причине низкого КПД. Выделяет большее количество тепла, подходит для маломощной нагрузки.
Внутреннее устройство драйвера
Внешний вид и схема драйвера LED 1338G7.
Импульсные. Основаны на микросхемах ШИМ. Обладают высоким КПД. Отличаются малым нагревом и длительным сроком службы.
ШИМ-драйвер Recom.
Микросхемы ШИМ создают значительный уровень электромагнитных помех. Людям с кардиостимуляторами не рекомендовано находится в помещениях, где применяются такие драйвера для питания светодиодов.
Драйвер, работающий с диммером. Принцип основан на использовании ШИМ-контроллера. Принцип состоит в том, что регулируется сила тока на светодиодах. Низкокачественные изделия дают эффект мерцания.
Драйвер с диммером.
LED драйвер на 220 В.
Существует немало уже готовых светодиодных драйверов промышленного производства. Естественно, они обладаю различными характеристиками. Их особенность в том, что они питаются от сети 220 В переменного напряжения и могут работать в широком диапазоне питающего напряжения. Задача, у них все та же. Выдать определенную силу тока. Многие промышленные изделия уже имеют гальваническую развязку. Гальваническая развязка предназначена для передачи электроэнергии без непосредственного соединения входной и выходной частей схемы. Это дополнительные очки в плане электробезопасности (простейшей и исторически первой гальванической развязкой считается обычный трансформатор). Обычно они имеют нестабильность не более 3 %. В подавляющем большинстве сохраняют работоспособность от 90-100 Вольт и до 260 Вольт. В магазинах очень часто их могут называть:
- блок питания (БП),
- источник тока,
- адаптер питания,
- источник питания.
Это все одно и тоже устройство. Продавцы не обязаны обладать техническим образованием.
Рекомендуемые производители светодиодных драйверов.
Многие светодиодные энергосберегающие лампы уже имеют встроенный драйвер. Тем не менее лучше не приобретать безымянную продукцию родом из Китая. Хотя временами и попадаются достойные внимания экземпляры, что в прочем явление редкое. Существует огромное количество поддельных осветителей. Многие модели не имеют гальванической развязки. Это представляет опасность для светодиодов. Такие источники тока при выходе из строя могут дать импульс и сжечь led-ленту.
Но тем не менее рынок в основном занят именно китайской продукцией. Российские поставщики известны не широко. Из них можно ответить продукцию фирм Аргос, Тритон ЛЕД, Arlight, Ирбис, Рубикон. Большинство моделей может работать и в экстремальных условиях.
Из иностранных можно смело выбрать источники тока от Helvar, Mean Well, DEUS, Moons, EVADA Electronics.
Led-драйвер Helvar.
Led-драйвер Mean Well.
Led-драйвер DEUS.
Led-драйвер «Ирбис».
Led-драйвер MOSO.
Из китайских можно доверять MOSO. Возможно появление новых брендов, которые производят конкурентоспособные устройства.
Хорошие рекомендации имеют Texas Instruments (США) и Rubicon (Япония, не путать с «Рубикон» Россия. Это разные марки). Но пока они дороги.
Схема подключения драйвера к светодиодам.
Перед подключением светодиодов к драйверу необходимо уметь определять его полярность, иными словами, распознавать, где анод (+), где катод (-). Без этого света не будет.
Индикаторные диоды, а также некоторые маломощные осветительные, имеют два вывода.
Выводы светодиода.
Светодиоды в исполнении SMD (поверхностный монтаж) имеют либо 2, либо 4 вывода. В любом случае это анод и катод.
Выводы светодиодов в SMD-исполнении.
В первом случае выводы 3 и 4 могут быть не задействованы. Во втором случае косой срез расположен ближе к катоду. Обратите внимание, единого стандарта нет и возможны различия в полярности.
Поэтому можно либо обратиться к datasheet, либо использовать низковольтный источник постоянного тока и резистор ограничитель. В случае неправильной полярности светодиод не может загореться.
При использовании источника тока схема драйвера для светодиодов будет следующая:
Схема подключения светодиода.
Если у нас источник напряжения, то подключение осуществляется через ограничивающий резистор.
Схема подключения светодиода к источнику
напряжения через ограничитель.
Классическая светодиодная лента построена по такой схеме:
Схема светодиодной линейки.
В этом случае расчет производится по формулам:
Формула связи тока, напряжения, сопротивления.
При подключении важно учитывать:
- При малой силе тока, мы теряем в яркости, при большой в сроке службы.
- Напряжение из datasheet указывает падение напряжения при прохождении номинального тока. Этот параметром не основной.
- Мощным светодиодам требуется и качественное питание, и хорошее охлаждение.
Схемы (микросхемы) светодиодных драйверов.
Как правило драйвера светодиодов строятся на интегральных стабилизаторах (КРЕНхх, либо импортные аналоги) или ШИМ. Схемы достаточно просты.
Использовании микросхем для стабилизации.
Принципиальные схемы светодиодных драйверов.
Существует схема самодельного источника тока на советской микросхеме К142ЕН12А. Резистор R2 позволяет менять яркость свечения.
Принципиальная схема на отечественных компонентах.
Линейный светодиодный драйвер своими руками.
Эта часть статьи посвящена радиолюбителям.
Оригинальный линейный источник тока на компараторе.
Это весьма интересная схема. В качестве ключевого элемента выступает униполярный (полевой) транзистор. Степенью его открытия управляет микросхема – квадрантный компаратор напряжения. Возможно, эта схема покажется сложной, но тем не менее ее можно смело отнести к линейным источникам тока, так как управление током осуществляется через соединение «исток-сток». Степень открытия зависит от приложенного к затвору напряжения. Регулировка достигается за счет связи одного из входов компаратора и напряжения со стока. VD1 выполняет функцию защиты.
Срок службы светодиодных драйверов.
Как такового определенного срока службы нет, но многие производители готовы дать гарантию сроком в пять лет на свою продукцию. Естественно, при согласовании мощностей. Для того, чтобы источник питания прослужил дольше не следует давать нагрузку, при которой он будет отдавать предельные токи. Если он собран из качественных комплектующих, то он будет стабильно работать достаточно долгое время. Но рабочие температуры могут быть близки к критическим (зависит от схемотехнических решений). Оптимально, если мощность потребителей будет меньше на 20-30 процентов.
Если говорим о самодельном изготовлении, то многое зависит от качества сборки, качества радиодеталей. Интегральные стабилизаторы желательно закреплять на радиатор для обеспечения теплового режима, не следует забывать о про теплопроводящую пасту между корпусом стабилизатора и теплоотводом.
Почему моргает свтеодиодная лампа
У светодиодных источников света много достоинств. Но есть и недостатки. Один из них – вероятное мигание и мерцание LED-ламп. Причины и варианты решения проблемы разберем в статье.
Краткая информация о принципе работы led-ламп.
Несовершенства в работе объясняются сложностью физических процессов, которые вызывают свечение. Светодиод – главный элемент источника света – состоит из двух полупроводников. В первом из них преобладают отрицательные электроны, а во втором – положительные ионы. Ток через них может протекать только в одном направлении. И когда он проходит через границу соприкосновения полупроводников, то электроны переходят на новый энергетический уровень. Выделяется энергия в виде фотонов – глаз видит свет.
Схема появления оптического излучения в LED-элементе
При работе лампы электрический ток до светодиодов проходит путь через цоколь и драйвер. Драйвер – конструктивный элемент, который обеспечивает стабильную работу источника света при перепадах в электрической сети. Стабилизация электрических параметров зависит от качества драйвера. Идеальный преобразователь должен стабилизировать любое скачущее напряжение и частотные помехи.
На непрерывность светового потока влияет также охлаждение светильника. Ведь при работе светодиоды нагреваются. А чем теплее LED-элемент, тем хуже он светит. Поэтому хороший радиатор у светодиодного источника света и естественная вентиляция светильника помогают стабилизировать свечение.
Подробнее про конструкцию можно прочитать в статье: «Светодиодные лампы: устройство, принцип работы, принципиальная схема, виды, характеристики».
Мигание светодиодной лампы при выключенном свете.
Мигание LED-источника света
Итак, светильник мигает при отключенной электроэнергии? Корень проблемы искать надо в проводке, лампе или выключателе .
Некачественная проводка.
Перед любыми работами с электрической сетью точно убедитесь, где фазовый провод, а где нулевой – это гарант вашей безопасности. Не забывайте, что для самостоятельного работ необходимо иметь минимальные знания об электротехнике и группу по электробезопасности.
При помощи индикаторной отвертки стоит выяснить, куда присоединен фазовый провод. Он может быть замкнут на контакты выключателя или на сам источник света. Правильный вариант только один – первый. Если же фазовый провод подключен к светильнику, то даже незначительный электрический импульс подзаряжает конденсатор драйвера, но полного включения не происходит – не хватает емкости. В результате – моргание. Поможет только переподключение проводов.
Если фазовый провод идет, куда нужно, то скорее всего проблема в наведенном напряжении. Потенциал на выключенном проводе может появляться, если рядом с ним идет силовой провод. Если вы используете выключатель без индикаторной подсветки, то избавиться от моргания поможет смена проводки.
Наличие выключателя с подсветкой.
Через выключатель с ночным индикатором даже в выключенном состоянии проходит ток, от которого питается подсветка. Этот же ток проходит и через драйвер, заряжая конденсатор. На включения светодиодов емкости не хватает, но происходит мигание.
Для устранения этой проблемы достаточно поставить простой выключатель. Или удалить из выключателя индикатор. Если же это неудобно, то стоит параллельно источнику света припаять резистор или конденсатор.
 Схема подключения резистора |  Схема подключения резистора и конденсатора. |
Встроенные радиоэлементы погасят случайные импульсы. Они монтируется напрямую в патрон или с обратной стороны выключателя. Для пожарной безопасности элементы необходимо изолировать термоусадочной трубкой.
Конденсатор требуется неполярный, емкостью от 0,1 до 1 мкФ, 630 В. Он не греется и нивелирует помехи от других приборов.
Резистор нужен мощностью 0,5-1 Вт, сопротивлением 1 МОм. Кстати, его габариты значительно меньше, чем у конденсатора. И он меньше стоит.
Для двухклавишного выключателя понадобится два отдельных радиоэлемента.
Если ваш светильник состоит из нескольких параллельных источников света, то для устранения мигания достаточно вкрутить одну лампу накаливания. Она заменит собой резистор, и проблема решится.
Некачественные светодиодные лампы.
Во многих недорогих источниках света вместо драйвера встроен простой блок питания. Его частью является конденсатор, который постоянно заряжается и разряжается: появляется мигание. Моргание устраняется вкручиванием в светильник качественной лампочки.
Мерцание светодиодных ламп при включенном свете.
Мерцание люстры.
Иногда LED-лампа мерцает при электрической нагрузке. Источник мигания кроется в низком напряжении сети, плохой сборке светильников, неверно подобранным диммере или некачественном источнике света.
Просадка напряжения в электросети.
Сетевое напряжение – параметр непостоянный. Часто он не соответствует номинальным 220 В. Светодиодный источник света тонко откликается на любые отклонения от номинала. Только качественный драйвер справится со скачками электричества. Кроме того в магазине стоит отдать предпочтения той лампочке, у которой шире диапазон рабочих напряжений. Этот параметр указывается на упаковке.
Проверяется параметры электросети простым мультиметром. О пониженном (ниже 200В) или повышенном (свыше 230 В) напряжении нужно заявить в ДУК или районные электросети. Специалисты должны отрегулировать работу своих коммуникаций. Если же этого не происходит, и уровень вольтажа в сети постоянно ниже номинального, то можно установить домашний стабилизатор. Он поможет продлить жизнь всей бытовой технике, не только лампочкам.
Этот фактор мешает работе двенадцативольтовых LED-ламп. Они монтируются в сеть через понижающий блок питания. Если его мощности недостаточно, то лампочки начнут мерцать. Выход простой – заменить блок питания на более мощный.
Некачественный монтаж элементов.
Для качественного светового потока важно надежно соединить все элементы электрической цепи друг с другом. При недостаточно сильной фиксации контактов появляется мерцание. Также при подключении важно соблюсти полярность элементов.
Неправильное применение диммера.
Правильно подключить светодиодный источник света через диммер достаточно трудно. Не все LED-лампы поддерживают светорегулировку. Это снова связано с качеством встроенного драйвера. Если функция диммирования не встроена, то при включении будет наблюдаться мерцание. При увеличении мощности до максимальной мигание исчезнет.
Подробнее об этом читайте статье: «Диммер для светодиодных ламп: что такое, какой выбрать, почему не работает.»
Некачественные светодиодные лампы.
LED-лампа может мерцать незаметно для зрения. Некачественный драйвер плохо стабилизирует электричество. В результате лампа мигает с маленькой амплитудой – пульсирует. Это наносит вред глазам и психике человека.
Безопасно для глаз применять светодиодные источники света с коэффициентом пульсации (мерцания) не выше 35%. Оптимальный вариант от 5 до 20%. Эти данные производитель прописывает на упаковке.
Впрочем, мерцание можно снизить и у уже приобретенной лампы. Для этого надо ее разобрать и заменить конденсатор в драйвере на более мощный аналог.
Почему гудят светодиодные лампочки.
Иногда LED-лампа мешает не зрению, а слуху. Порой она гудит. Звук назойливый и неприятный. Причин этому несколько: неверно подобранный диммер, некачественная лампа, плохой монтаж светильника.
Неправильное применение диммера.
Шум светодиодного источника света способен спровоцировать неверно подобранный диммер. Например, если применять неподходящий светорегулятор для ламп накаливания. Тогда LED-элемент будет гудеть. Для устранения дефекта следует заменить регулятор на LED-диммер.
Неверный монтаж светильников.
В принципе гул присущ всем диммируемым источникам света. В обычных условиях он не слышен. Однако гул может усиливаться деталями конструкции потолка. Например, если светильник вплотную прилегает к металлическому профилю, то возможен резонанс гула на всю комнату. Так что стоит проверить, не касаются ли ваши светильники конструктивных элементов. Если это так, то достаточно заменить их на модели с другими габаритами.
Некачественные светодиодные лампы.
Часто звук появляется из-за плохой герметичности конструкции светодиодной лампы. Или из-за использования некачественного драйвера: слишком большие частоты стабилизатора вызывают шум. В этом случае стоит заменить источник света.
Ремонт led-лампы: как ее разобрать и проверить
Разобранный источник света.
Из вышесказанного понятно, какое значение имеет качество при покупке светодиодного источника света. Если вы не уверены в качестве своей лампы или она уже сломалась, то попробуйте ее разобрать, проверить и отремонтировать.
Конструкция LED-лампы.
Для разборки понадобятся шило, шприц с иголкой и растворитель. Растворитель необходим для удаления герметика, который крепит рассеиватель к корпусу. По кромке рассеивателя надо осторожно провести шилом. А из шприца потихоньку вливать туда растворитель. Выждать 3-5 минут. Затем следует покрутить рассеиватель и снять его. Если рассеиватель не приклеен, то достаточно его аккуратно провернуть и снять.
После разборки внимательно осмотрите светодиод. Если увидите на каких-то из них черные точки, значит, он сгорел. Его можно выпаять и заменить на исправный. Как это сделать рассмотрим ниже.
Если с диодами все в порядке, то обращаем внимание на драйвер. Часто испорченные конденсаторы видно визуально – они лопаются или вздуваются. В ином случае для поверки работоспособности элементов схемы нужно их выпаять. Не стоит выпаивать все элементы сразу. Удобнее это делать по одному, чтобы избежать путаницы. При этом номинальное значение сопротивлений указывается на самой плате, а емкость конденсаторов – на корпусе детали.
Выпаянные элементы необходимо прозвонить мультиметром. Если есть отклонения от номиналов, значит, деталь подлежит замене. Радиоэлементы также подлежат замене – новые детали аккуратно впаиваются на место сгоревших.
Как паять светодиоды.
Удобнее всего это делать при наличии паяльной станции или фена. Но можно и паяльником, просто это потребует больших навыков поверхностного монтажа.
Итак, сгоревший элемент можно прогреть и удалить двойным жалом паяльной станции. Или прогреть феном и снять пинцетом. В случае использования простого паяльника нужно слегка его усовершенствовать. Накрутите медный провод диаметром 1-2 мм на жало. Концы проволоки заточите и залудите.
Модернизированный паяльник для пайки диодов.
После этого зачищаете контакты от остатков старого припоя. Затем наносите специальную паяльную пасту. После этого на это место располагается новый светодиод. Главное – монтировать LED-элемент с аналогичными характеристиками и соблюсти полярность. Прогреваете новый диод феном и прижимаете пинцетом.
При использовании паяльника после зачистки контактов стоит нанести на них флюс и паять новый элемент. Все – элемент припаян! Осталось проверить работоспособность источника света и пользоваться им дальше.
Выводы.
Таким образом, практически любое мерцание можно устранить. Хотя практичнее заранее не допускать его появление. Важным фактором при этом является выбор качественных источников света и регулирующей аппаратуры. В этом случае возможность гула и миганий минимальна.
Устройство и принцип работы светодиодной лампы.
Содержание:Вопросы снижения потребляемой электроэнергии решаются не только на государственном уровне. Эта проблема актуальна и для рядовых потребителей. В связи с этим, в квартирах, офисах и других учреждениях, начинают широко внедряться не только мощные, но и экономичные источники света. Среди них все более широкое распространение получают светодиодные лампы. Устройство и принцип работы светодиодной лампы позволяет использовать ее со стандартным патроном и подключать в электрическую сеть напряжением 220 В. Для того чтобы сделать правильный выбор, нужно знать основные преимущества и особенности современных источников света.
Принцип действия светодиодных ламп
В работе светодиодных ламп используются физические процессы, которые значительно сложнее тех, что применяются в обычных лампах накаливания с металлической нитью. Суть явления заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух веществ из разнородных материалов, после того как через них пропущен электрический ток.
Основной парадокс заключается в том, что каждый из используемых материалов, не является проводником электрического тока. Они относятся к категории полупроводников и способны пропускать ток лишь в одну сторону при условии их соединения между собой. В одном из них должны обязательно преобладать отрицательные заряды — электроны, а в другом — ионы с положительным зарядом.
Кроме движения электрического тока, в полупроводниках происходят и другие процессы. При переходе из одного состояния в другое происходит выделение тепловой энергии. Путем экспериментов удалось найти такие сочетания веществ, у которых наряду с выделением энергии появлялось световое излучение. В электронике все устройства, пропускающие ток лишь в одном направлении стали называться , а те из них, которые обладают способностью испускать свет, стали называться светодиодами.
Лучше всего изучать полезные качества, устройство и принцип действия светодиодных ламп на схемах при напряжении электрической сети 220 вольт. Чаще всего такие светильники применяются в промышленном и уличном освещении, а в бытовых условиях традиционные источники света заменяются светодиодными лампочками, работающими при низком напряжении, в основном от 12 вольт. Однако мощность лампы и ее светоотдача не имеют прямой зависимости между собой. Этот фактор следует учитывать при выборе светодиодных светильников.
В светодиодных лампах, рассчитанных на 220 вольт, в схеме отсутствует трансформатор. В связи с этим возникает дополнительная экономия при эксплуатации таких светильников. Данная особенность отличает их от светодиодных ламп с другими мощностями. Поэтому выбор светильников происходит не по мощности, а по степени освещенности, создаваемой ими.
Преимущества светодиодных ламп
В настоящее время большое значение придается экономичной и долговечной работе осветительных приборов. Поэтому на первый план выходят светильники, создающие яркое освещение с выделением минимального количества тепла и небольшим энергопотреблением. Они обладают низкой чувствительностью к перепадам тока и напряжения, могут выдерживать большое количество включений и выключений.
Всеми этими качествами в полной мере обладают светодиодные лампы. Они имеют несколько разновидностей, отличающихся по конструктивным и техническим характеристикам, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант. Все лампы отличаются наличием или отсутствием , степенью экологической безопасности, необходимостью в использовании выпрямителей тока и других дополнительных приборов.
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 светодиод
Принцип работы светодиодных ламп | Альтернативные источники энергии
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.
В результате мирового кризиса проблема энергосбережения стала во всем мире еще более актуальной. В связи с этим в 27 странах Евросоюза с 1 сентября 2009 года уже запретили продажу ламп накаливания мощностью 100 и более ватт. А уже в 2011 в странах Европы планируется ввести эмбарго на продажу наиболее популярных у покупателей 60-ти ваттных лампочек. К концу 2012 года планируется полный отказ от ламп накаливания.
Конгресс США принял закон об отказе от ламп накаливания в 2013 году. Согласно этим законам жители Евросоюза и США полностью перейдут на энергосберегающие источники света –люминесцентные и светодиодные лампы. В Украине, согласно постановлению правительства, прекращение выпуска и продажи ламп накаливания ожидается уже в 2013 году.
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, потребляющая мощность 20 Ватт, 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.
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.
Преобразователь, подключенный к осветительной сети 220В, обеспечивает на выходе напряжение 5В при токе около 100 миллиампер. Подключение к сети производится через выпрямитель, выполненный на диоде D1 (в принципе возможно использование мостовой схемы выпрямителя) и конденсаторе C3. Резистор R1 и конденсатор C2 устраняют импульсные помехи.
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.
Такая схема показана на рисунке 10.
Рисунок 10. Самая простая схема светодиодной лампы.
Схема содержит минимальное количество деталей: всего 2 светодиода и гасящий резистор. На схеме видно, что светодиоды включены встречно – параллельно. При таком включении каждый из них защищает другой от обратного напряжения, которое у светодиодов невелико, и напряжение сети явно не выдержит. Кроме того такое двойное включение увеличит частоту мерцания светодиодной лампы до 100 Гц, что будет не заметно на глаз и не будет утомлять зрение. Здесь достаточно вспомнить, как в целях экономии подключали через диод обычные лампы накаливания, например, в подъездах. На зрение они действовали весьма неприятно.
Если нет в наличии двух светодиодов, то один из них можно заменить обычным выпрямительном диодом, который защитит излучающий диод от обратного напряжения сети. Направление его включения должно быть тем же, что и у недостающего светодиода. При таком включении частота мерцания светодиода составит 25 Гц, что будет заметно на глаз, как уже было описано чуть выше.
Для ограничения тока через светодиоды на уровне 20 мА резистор R1 должен иметь сопротивление в пределах 10…11 КОм. При этом его мощность должна быть не менее 5 ватт. Для уменьшения нагрева его можно составить из нескольких, лучше всего трех, резисторов мощностью 2 Вт.
Светодиоды можно применить те же, что были упомянуты в предыдущих схемах или какие удастся приобрести. При покупке следует точно узнать марку светодиода, чтобы определить его номинальный прямой ток. Исходя из величины этого тока, и подбирается сопротивление резистора R1.
Конструкция лампы, собранная по этой схеме мало отличается от двух предыдущих: ее также можно изготовить в корпусе от негодной энергосберегающей люминесцентной лампы. Простота схемы даже не предполагает наличия печатной платы: детали могут быть соединены навесным монтажом, поэтому, как говорят в таких случаях, конструкция произвольная.
Источник: electrik.info
{social}