Конструкция светодиодной лампы включает в себя несколько элементов, совместная работа которых обеспечивает энергоэффективность, экономичность и безопасность. Устройство LED источников света сложнее, чем обычных ламп накаливания.
Как устроена светодиодная лампа?
Светодиодная лампа потребляет намного меньше электроэнергии, чем лампочка накаливания. Относится к экономичным приборам, имеющим долгий срок службы.
Принцип действия светодиодной лампы (СЛ) основан на понижении напряжения входящего тока с помощью драйвера.
Сколько Вольт поступает на диоды? В зависимости от схемы светодиодной лампы на 220 В это значение может колебаться от 1,8 до 4В.
Выпускают большое количество модификаций таких ламп, которые отличаются размером, конструкцией и формой:
- груши;
- свечи;
- ленты;
- софиты;
- капсулы;
- шары.
Единственной одинаковый элемент в конструкции светодиодной лампы 220 В с лампой накаливания – цоколь. Он необходим для вкручивания осветительного прибора в патрон.
Устройство светодиодной лампы на 220 вольт:
- основание цоколя;
- драйвер для питания светодиодов;
- радиатор;
- печатная плата;
- светодиоды;
- рассеиватель.
Через цоколь с помощью двух контактов напряжение поступает на драйвер. Он питает последовательно соединенные диоды. Его функция – понизить входящее напряжение и выпрямить ток. В дешевых лампах ток не стабилизируется и напрямую подается к диодам. В дорогих вариантах стабилизация происходит через полупроводники. Такие лампы надежнее в использовании и прослужат дольше.
Роль теплоотвода может выполнять корпус, выполненный из ребристого металла. В СЛ с пластиковым корпусом радиатор может быть выполнен отдельно и располагаться внутри конструкции.
Рассеиватель одновременно выполняет функцию защитного колпачка. Он может быть глянцевым или матовым, белым или цветным.
После включения СЛ начинается нагрев кристаллов диодов и их термическое расширение. Из тонких нитей золота делают токопроводящие выводы от светодиодов. Это пластичный металл, мало подверженный деформациям.
Типы светодиодов
Все светодиоды для лампы можно разделить на 2 группы:
- индикаторные;
- осветительные.
Индикаторные светодиоды называются DIP. Они используются в панелях приборов, елочных гирляндах, световых табло. Выпускаются разными по форме и цвету, потребляют очень мало электричества и имеют долгий срок службы.
Самые распространенные виды осветительных светодиодов в лампах на 220 В:
- СОВ;
- SMD;
- PCB Star;
- Filament.
Диоды СОВ имеют большое количество миниатюрных кристаллов на одной подложке. Соединяются кристаллы с помощью последовательно-параллельной схемы, сверху покрываются люминофором. Применяются для получения яркого света в фонарях и других осветительных приборах. Сильно нагреваются при длительном использовании, поэтому в качестве защиты используется силикон.
Имеют следующие преимущества:
- хороший поток света;
- легкий монтаж;
- разная форма сборки.
Недостатки:
- высокая стоимость;
- гарантированный срок службы меньше, чем у SMD.
SMD-светодиоды самые распространенные. Широко используются в светодиодных лампочках 220В и светильниках. Полупроводниковый чип или кристалл располагается на подложке, к которой присоединены контакты подключения.
Линейка SMD отличается широким спектром мощности и напряжения.
Преимущества:
- надежность;
- маленькая стоимость;
- долгий срок службы;
- высокая светоотдача.
Диоды PCB Star состоят из одного кристалла большой площади. Он монтируется на алюминиевую подложку в форме звездочки. Используется при производстве ярких фонарей и мощных прожекторов. PCB Star имеют самый большой световой поток.
Светодиоды Filament – это наклеенные на стеклянные полоски кристаллы. С обеих сторон полосы металлизируют. Корпус конструкции – стеклянная колба, как в лампе накаливания. Внутри находится гелий, он используется для охлаждения. Используются при производстве светотехнического оборудования, их недостаток – менее долгий срок службы, чем у SMD.
Разновидности схем и их особенности
Существует 3 схемы драйверов светодиодных ламп, это варианты создания оптимального напряжения в устройствах на светодиодах. Они отличаются сборкой драйвера. Он может быть собран на основе схемы с понижающим трансформатором, такой вариант применяется в мощных и ярких лампах.
Более дешевый вид – сборка по схеме с конденсатором.
А третий вариант используется для схем с большим количеством диодов или при сборке диммируемых ламп. Их называют инверторные схемы.
Вариант N1 — с конденсаторами для снижения напряжения
Это самый распространенный тип сборки, который используется в бытовых лампочках. Основными элементами для снижения напряжения выступают конденсаторы С2, С3 и резистор R1. Во время включения лампы резисторы R2 и R3 предохраняют прибор от короткого замыкания и ограничивают ток. Встроенный защитный диод VD1 нужен для преобразования напряжения.
Резистор R4 разряжает прибор, когда ток перестает поступать. В некоторых конструкциях для светодиодных ламп используются не все 4 резистора, а других их комбинации. Такую схему можно сделать и своими руками, используя новые и старые детали.
Проверить работоспособность конденсатора можно с помощью мультиметра или LC-метра.
Преимущества схемы светодиодных ламп с конденсатором:
- невысокая стоимость;
- разнообразные значения напряжения на выходе;
- простая сборка.
Недостатки:
- Поскольку гальваническая развязка отсутствует, есть вероятность удара током. Поэтому во время ремонта ламп запрещено прикасаться к токоведущим частям, находящимся под фазой.
- Напряжение на нагрузке диодов зависит от напряжения входящего тока. Светодиоды могут перегореть, потому что нет стабильной величины подачи электричества.
- Из-за достаточно малой емкости конденсаторов не получится достичь большого светового потока.
Вариант N2 — с импульсным драйвером
Импульсный драйвер гарантированно защищает диоды от помех в подаче тока и перепадов напряжения. Это его главное отличие от драйвера с конденсатором. В данной схеме используются конденсаторы, резисторы и мостовой выпрямитель.
Практически у каждого производителя светотехнического оборудования существует своя схема устройства. Рассмотрим для примера микросхему СРС9909 компании Clare. Она используется для энергосберегающих и экономичных приборов, эффективность применения составляет 98%.
Для сборки своими руками такая схема может использоваться при мощности светильников не более 25В. Широко применяется в электросетях резервного и аварийного освещения.
Преимущества:
- Питание схемы может происходить напрямую от 550В.
- Драйвер комплектуется встроенным стабилизатором.
- Возможность работы в сети с переменным напряжением. Входной диапазон в зависимости от типа модели может быть от 5 до 65В.
- Широкий температурный диапазон применения: от -55°С до +85°С.
- Компактность.
- Высокий КПД в сочетании с низким уровнем пульсации.
Недостатки:
- Более сложная схема, чем с применением линейной конструкции.
- Более высокая стоимость по сравнению с вариантом с конденсатором.
- Нагревается при работе, значительные длительные перегревы могут приводить к уменьшению срока эксплуатации.
- Для предотвращения электромагнитных помех, источником которых является импульсный драйвер, необходимо устанавливать дополнительный фильтр. В дешевых вариантах он не используется.
- Образует нелинейную нагрузку на сеть.
Вариант N3 — с диммируемым драйвером
Схема подключения светодиодной лампы с диммируемым драйвером позволяет регулировать яркость свечения. С помощью ламп с использованием такой схемы можно варьировать степень освещенности помещения или рабочей зоны. Такие схемы широко используются в интерьерном освещении.
Помимо удобства настройки лампы позволяют также экономить потребление электроэнергии, они отличаются и увеличенным сроком службы.
Различают 2 основных варианта диммируемых драйверов. Первый работает с ШИМ-управлением. Он монтируется между блоком питания и лампой. В этом случае электричество подается в виде разных по длительности импульсов. Часто такие схемы используются в бегущих строках.
Второй вариант используется для приборов со стабилизированным током, в этом случае драйвер воздействует напрямую на источник тока. Изменение цвета свечения происходит при регулировании подаваемого тока. При увеличении подачи электричества белые диоды начинают светиться синеватым, а при уменьшении излучают желтоватый свет.
По виду управления устройства с диммером могут быть:
- кнопочные;
- механические;
- дистанционные.
Преимущества:
- Простота реализации.
- Возможность регулирования освещения.
- Приемлемая стоимость.
Недостатки:
- Некоторые диммеры с ШИМ-управлением имеют стробоскопические эффекты, которые могут быть очень опасными в промышленности.
- Высокий уровень излучаемых помех.
- Повышенная утомляемость зрения.
Основные неисправности светодиодных ламп
Средняя продолжительность гарантированной работы светодиодной лампы составляет 15 000-20 000 часов. Причинами того, что лампочка не зажигается, чаще всего бывают следующие:
- Производственный брак. Особенно актуален этот вариант для ламп производителей низкой ценовой категории.
- Ошибки в эксплуатации. В данном случае причиной может быть постоянный перегрев лампы в закрытом светильнике, влажность, пыль и грязь, выключатель с подсветкой.
- Проблемы с питанием. Скачки напряжения, завышенные показатели напряжения или же его регулярные выбросы не лучшим образом воздействуют на работоспособность приборов.
- Светодиоды вышли из строя. Диоды в конструкции подключены последовательно, если возникает поломка в одном из них, образуется обрыв цепи и лампа перестает работать. Можно починить такую неисправность самостоятельно. Найти поврежденный диод с помощью мультиметра. Этим устройством проверяют все диоды по очереди, подавая «-» на катод, «+» на анод. Сгоревшие диоды можно определить визуально, на них появляется темное пятно.
- Диодный мост вышел из строя. В данном случае виноват заводской брак. С помощью мультиметра также можно проверить диодный мост и заменить его самостоятельно. При замене моста требуется также проверить работоспособность всех диодов.
- Выводные концы плохо запаяны. Такая проблема характерна для дешевых лампочек. Если вы планируете исправить ее самостоятельно, потребуется пропаять все компоненты и детали паяльником.
