Напряжение на светодиодах в светодиодной лампе – устройство, как подключить, сделать, отремонтировать
Схема светодиодной лампы на 220 в
Для многих многоквартирных домов актуальна проблема освещения лестничных площадок: хорошую лампу туда ставить жалко, а дешевые быстро выходят из строя.
С другой стороны качество освещения в данном случае не является критичным, так как люди находятся там очень недолго, то вполне можно поставить туда лапочки с повышенными пульсациями. А раз так, то схема светодиодной лампы на 220 В получиться совсем простой:
Список номиналов:
- C1 – значение емкости по таблице, 275 В или больше
- C2 – 100 мкФ (напряжение должно быть больше чем падает на диодах
- R1 – 100 Ом
- R2 – 1 MОм (для разряда конденсатора C1)
- VD1 .. VD4 – 1N4007
Я уже приводил схему подключение светодиодной ленты к сети 220В так вот её можно упростить выкинуть стабилизатор тока. Упрощенная схема не будет работать в широком диапазоне напряжений, это плата за упрощение.
Конденсатор C1 является тем компонентом, который ограничивает ток. И выбор его значения очень важен, его величина зависит от напряжения питания, напряжения на последовательно включенных светодиодах и требуемого тока через светодиоды.
| количество светодиодов последовательно, шт | 1 | 10 | 20 | 30 | 50 | 70 |
| напряжение на сборке из светодиодов, В | 3,5 | 35 | 70 | 105 | 165 | 230 |
| ток через светодиоды, мА (С1=1000нФ) | 64 | 57 | 49 | 42 | 32 | 20 |
| ток через светодиоды, мА (С1=680нФ) | 44 | 39 | 34 | 29 | 22 | 14 |
| ток через светодиоды, мА (С1=470нФ) | 30 | 27 | 24 | 20 | 15 | — |
| ток через светодиоды, мА (С1=330нФ) | 21 | 19 | 17 | 14 | — | — |
| ток через светодиоды, мА (С1=220нФ) | 14 | 13 | 11 | — | — | — |
Для 1 светодиода в сборке фильтрующий конденсатор C2 следует увеличить до 1000мкФ, а для 10 светодиодов, до 470мкФ.
По таблице можно понять, что для получения максимальной мощности (чуть более 4 Вт) нужен конденсатор на 1мкФ и 70 последовательно включенных светодиодов на 20мА. Для более мощных источников света лучше подойдет схема светодиодной лампы на 220 в использующая широтноимпульсную модуляцию для преобразования и стабилизации тока через светодиоды.
Схемы на основе широтноимпульсной более сложные, но зато обладают преимуществами: им не требуется большой ограничивающий конденсатор, эти схемы обладают высоким КПД и широким диапазоном работы.
Я заказал несколько светодиодных светильников в Китае. В основе преобразователей этих ламп лежат микросхемы драйверов разработанных в том же Китае, конечно качество работы этих схем ещё не дотягивает до западных стандартов, но вот стоимость более чем демократичная.
Итак, конкретно в последних светодиодных лампах была установлена микросхема WS3413D7P, являющаяся светодиодным драйвером с активным корректором коэффициента мощности.
Что же мы видим на схеме? Все тот же диодный мост VD1 — VD4, сглаживающий конденсатор С1. Остальные же компоненты работают нужны для работы микросхемы D1. Резистор R1 нужен для питания самой микросхемы в начальный момент времени, а после запуска микросхема начинает питаться со своего выхода через цепочку R5, VD5. Конденсатор С2 фильтрует питания собственных нужд. Конденсатор С3 служит для задания частоты преобразования. Резистор R2 нужен для измерения тока через светодиоды. Делитель на резисторах R3, R4 позволяет микросхеме получать информацию о напряжении на светодиодной сборке. Катушка индуктивности L1 и конденсатор C4 нужны для преобразования импульсной энергии в постоянную.
Существует куча других разновидностей микросхем, но основных типов высоковольтных драйверов светодиодов всего три: на основе емкостного гасящего сопротивления, активный гасящий стабилизатор тока и импульсный стабилизатор тока.
hardelectronics.ru
Напряжение на светодиоде
В сети «гуляют» таблицы со следующими величинами рабочего напряжения светодиодов:
белые 3-3,7 v
синие 2,5-3,7 v
зеленые 2,2-3,5 v
желтые 2,1-2,2 v
красные 1,6-2,03 v
В то же время производители конкретных SMD светодиодов дают следующие напряжение питания светодиодов:
Напряжение красного светодиода самое низкое, а белого – самое высокое.
На цвет свечения светодиода влияют добавки в полупроводнике. Корректировать цвет удается нанесением люминофора, так, например, получают из голубого свечения белый свет.
Падение напряжения на светодиоде зависит не только от цвета свечения, но и от конкретного типа, протекающего тока, температуры и старения. Отвод тепла в лампах, светильниках и прожекторах является очень важной задачей, т.к. сильно влияет на степень деградации светодиодов. .
На практике самым важным параметром светодиода, от которого зависит срок его службы, является номинальный ток. Для светодиодов увеличение тока на 20% выше номинального сокращает срок их службы в несколько раз. Поэтому для светодиодов стабилизатор напряжения не обязателен, важнее поддерживать заданный ток с помощью специальных драйверов, которые автоматически поддерживают ток в широком диапазоне колебаний напряжения питания. «Правильные» драйверы обеспечивают нормальную работу светодиодной лампы в диапазоне питающего напряжения 60-260 вольт.
В случае использования токограничивающих резисторов, напряжение желательно стабилизировать. КПД при таком включении складывается из КПД стабилизатора напряжения и потерь на резисторе и не превышает 80%, в то время как КПД современных драйверов-стабилизаторов тока не ниже 95%.
Наличие технологического разброса прямого падения напряжения даже у диодов произведённых в одном технологическом цикле, делает нежелательным их параллельное включение. Проблема решается уменьшением тока через светодиоды с соответствующей потерей яркости свечения, либо установкой ограничительного резистора на каждый led.
При последовательном включении все светодиоды в гирлянде, должны быть одного типа или иметь одинаковый рабочий ток.
Следует помнить, что светодиод пропускает ток только при подаче на катод отрицательного напряжения, а на анод положительного. При обратном включении ток протекает при повышенном напряжении и следствием может стать пробой и выход из строя. Допустимое обратное напряжение, как правило, находится в пределах 5 вольт. При питании переменным током надо использовать встречно-параллельное включение диодов.
Зависимость интенсивности излучения светодиода от прямого тока нелинейная, при увеличении тока интенсивность излучения растет не пропорционально.
firstelectro.ru
Немного об основах схемотехники светодиодных ламп / Habr
Судя по комментариям, многих людей интересуют не только параметры светодиодных ламп, но и теория их внутреннего устройства. Потому я решил немного поговорить об основах схемотехнических решений, чаще всего применяемых в этой области.
Итак, ядром и главным компонентом светодиодной лампочки является светодиод. С точки зрения схемотехники светоизлучающие диоды ничем не отличаются от любых других, разве только тем, что в смысле применения их как собственно диодов они обладают ужасными параметрами – очень маленьким допустимым обратным напряжением, относительно большой емкостью перехода, огромным рабочим падением напряжения (порядка 3.5 В для белых светодиодов – например, для выпрямительного диода это был бы кошмар) и т.д.
Однако мы понимаем, что главная ценность светодиодов для человечества состоит в том, что они светятся, причем порой достаточно ярко. Чтобы светодиод светился долго и счастливо, ему необходимо два условия: стабильный ток через него и хороший теплоотвод от него. Качество теплоотвода обеспечивается различными конструкционными методами, потому сейчас мы не будем останавливаться на этом вопросе. Поговорим о том, зачем и как современное человечество достигает первой цели – стабильного тока.
К слову, о белых светодиодахПонятное дело, что для освещения более всего интересны белые светодиоды. Делаются они на основе кристалла, излучающего синий свет, залитого люминофором, переизлучающим часть энергии в желто-зеленой области. На заглавной картинке хорошо видно, что токоведущие проволочки уходят в нечто желтое — это и есть люминофор; кристалл расположен под ним. На типичном спектре белого светодиода хорошо виден синий пик:
Спектры светодиодов с разными цветовыми температурами: 5000K (синий), 3700K (зеленый), 2600K (красный). Подробнее тут.
Мы уже разобрались, что в схемотехническом смысле светодиод отличается от любого другого диода только значениями параметров. Здесь надо сказать, что прибор это принципиально нелинейный; то есть, знакомому со школы закону Ома он совершенно не подчиняется. Зависимость тока от приложенного напряжения на таких устройствах описывается т.н. вольт-амперной характеристикой (ВАХ), причем для диода она носит экспоненциальный характер. Из этого следует, что самое незначительное изменение приложенного напряжения приводит к огромному изменению тока, но и это еще не все – при изменении температуры (а также старении) ВАХ смещается. Кроме этого, положение ВАХ слегка разное для разных диодов. Оговорю отдельно – не только для каждого типа, но для каждого экземпляра, даже из одной партии. По этой причине распределение тока через диоды, включенные параллельно, обязательно будет неравномерным, что не может хорошо сказаться на долговечности конструкции. При изготовлении матриц стараются либо использовать последовательное включение, что решает проблему в корне, либо выбирать диоды с примерно одинаковым прямым падением напряжения. Чтобы облегчить задачу, производители обычно указывают так называемый «бин» — код выборки по параметрам (по напряжению в том числе), в которую попадает конкретный экземпляр.
ВАХ белого светодиода.
Соответственно, чтобы все работало хорошо, светодиод необходимо подключать к устройству, которое вне зависимости от внешних факторов будет с высокой точностью автоматически подбирать такое напряжение, при котором в цепи протекает заданный ток (например, 350 мА для одноваттных светодиодов), причем контролировать процесс непрерывно. Вообще, такое устройство называется источником тока, но в случае светодиодов в наши дни модно употреблять заморское слово «драйвер». В целом, драйвером часто называют решения, главным образом предназначенные для работы в конкретном применении – например, «драйвер MOSFET» — микросхема, предназначенная для управления конкретно мощными полевыми транзисторами, «драйвер семисегментного индикатора» — решение для управления конкретно семисегментниками, и т.д. То есть, называя источник тока драйвером светодиодов, люди намекают, что этот источник тока по задумке предназначен именно для работы со светодиодами. Например, он может иметь специфичные функции – что-нибудь в духе наличия светового интерфейса DMX-512, определения обрыва и короткого замыкания на выходе (а обычный источник тока, вообще, должен без проблем работать и на короткое замыкание), и т.п. Тем не менее, понятия часто путают, и, например, называют драйвером самый обычный адаптер (источник напряжения!) для светодиодных лент.
Кроме того, устройства, предназначенные для задания режима осветительного прибора, часто называют балластом.
Итак, источники тока. Самым простым источником тока может быть сопротивление, включенное последовательно со светодиодом. Так делают при малых мощностях (где-то до полуватта), например, в тех же светодиодных лентах. С увеличением мощности потери на резисторе становятся слишком велики, а требования к стабильности тока повышаются, и потому возникает необходимость в более продвинутых устройствах, поэтичный образ которых я нарисовал выше. Все они строятся по одинаковой идеологии – в них имеется регулирующий элемент, контролируемый обратной связью по току.
Стабилизаторы тока разделяются на два типа – линейные и импульсные. Линейные схемы – родственники резистора (сам резистор и его аналоги также относятся к этому классу). Особого выигрыша в КПД они обычно не дают, зато повышают качество стабилизации тока. Импульсные схемы являют собой наилучшее решение, однако они сложнее и дороже.
Давайте теперь кратко пробежимся по тому, что в наши дни можно увидеть внутри светодиодных ламп или рядом с ними.
1. Конденсаторный балласт
Конденсаторный балласт являет собой развитие идеи насчет включения сопротивления последовательно со светодиодом. В принципе, светодиод можно подключить в розетку прямо так:
Встречновключенный диод необходим для того, чтобы не допустить пробоя светодиода в момент, когда сетевое напряжение сменит полярность – я уже упоминал, что светодиодов с допустимым обратным напряжением в сотни вольт не встречается. В принципе, вместо обратного диода можно поставить еще один светодиод.
Номинал резистора в схеме выше рассчитан для тока светодиода около 10 – 15 мА. Поскольку напряжение сети гораздо больше падения на диодах, последнее можно не учитывать и считать прямо по закону Ома: 220/20000 ~ 11 мА. Можно подставить пиковое значение (311 В) и убедиться, что даже в предельном случае ток диода не превысит 20 мА. Все выходит замечательно, кроме того, что на резисторе будет рассеиваться мощность около 2.5 Вт, а на светодиоде – около 40 мВт. Таким образом, КПД системы составляет порядка 1.5% (в случае одного светодиода будет еще меньше).
Идея рассматриваемого метода заключается в том, чтобы заменить резистор конденсатором, ведь известно, что в цепях переменного тока реактивные элементы обладают способностью ограничивать ток. Кстати, использовать дроссель тоже можно, более того, так делают в классических электромагнитных балластах для люминесцентных ламп.
Считая по формуле из учебника, легко получить, что в нашем случае требуется конденсатор емкостью 0.2 мкФ, либо катушка индуктивностью около 60 Гн. Здесь становится ясно, почему в подобных балластах светодиодных ламп никогда не встречаются дроссели – катушка такой индуктивности представляет собой серьезное и дорогое сооружение, а вот конденсатор на 0.2 мкФ добыть гораздо проще. Разумеется, он должен быть рассчитан на пиковое сетевое напряжение, причем лучше с запасом. На практике применяются конденсаторы с рабочим напряжением не менее 400 В. Немного дополнив схему, получаем то, что уже видели в предыдущей статье.
Итак, 1 Ф/F = 1000 мФ/mF = 1000000 мкФ/uF/μF, и никак иначе!
Кроме того, «Фарад» — мужского рода, так как назван в честь великого физика-мужчины. Так что, «четыре микрофарада», но не «четыре микрофарады»!
Как я уже говорил, преимущество у такого балласта только одно – простота и дешевизна. Подобно балласту с резистором, здесь обеспечивается не слишком хорошая стабилизация тока, и, что еще хуже, присутствует значительная реактивная составляющая, что не особо хорошо для сети (особенно при заметных мощностях). Кроме того, при увеличении желаемого тока будет расти необходимая емкость конденсатора. Например, если мы хотим включить одноваттный светодиод, работающий при токе 350 мА, нам потребуется конденсатор емкостью около 5 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В. Это уже дороже, больше по габаритам и сложнее в конструкционном плане. С подавлением пульсаций здесь тоже все непросто. В целом можно сказать, что конденсаторный балласт простителен только для небольших ламп-маячков, не более того.
2. Бестрансформаторная понижающая топология
Это схемотехническое решение относится к семейству бестрансформаторных преобразователей, включающему в себя понижающую, повышающую и инвертирующую топологии. Кроме того, к бестрансформаторным преобразователям также относится SEPIC, преобразователь Чука и другая экзотика, вроде переключаемых конденсаторов. В принципе, драйвер светодиодов можно построить на основе любой из них, однако на практике в этом качестве они встречаются гораздо реже (хотя повышающая топология применяется, например, во многих фонариках).
Один из вариантов драйвера на основе бестрансформаторной понижающей топологии приведен на рисунке ниже.
В живой природе такое включение можно наблюдать на примере ZXLD1474 или варианта включения ZXSC310 (которая в исходной схеме включения, кстати, как раз повышающий преобразователь).
Здесь светодиод включается последовательно с катушкой. Схема управления отслеживает ток с помошью измерительного резистора R1 и управляет ключом T1. Если ток через светодиод падает ниже заданного минимума, транзистор открывается, и катушка с включенным последовательно с ней светодиодом оказывается подключенной к источнику питания. Ток в катушке начинает линейно нарастать (красный участок на графике), диод D1 в это время заперт. Как только схема управления регистрирует достижение током заданного максимума, ключ закрывается. В соответствии с первым законом коммутации катушка стремится поддержать ток в цепи за счет энергии, накопленной в магнитном поле. В этот момент ток протекает через диод D1. Энергия поля катушки расходуется, сила тока линейно убывает (зеленый участок на графике). Когда ток падает ниже заданного минимума, схема управления регистрирует это и снова открывает транзистор, подкачивая энергию в систему – процесс повторяется. Таким образом, ток поддерживается в заданных пределах.
Отличительная особенность понижающей топологии – возможность сделать пульсации светового потока сколь угодно малыми, поскольку в таком включении ток через светодиод никогда не прерывается. Путь приближения к идеалу лежит через увеличение индуктивности и повышение частоты коммутации (сегодня существуют преобразователи с рабочими частотами до нескольких мегагерц).
На основе такой топологии был сделан драйвер лампы Gauss, рассмотренной в предыдущей статье.
Недостатком метода является отсутствие гальванической развязки – когда транзистор открыт, схема оказывается напрямую соединенной с источником напряжения, в случае сетевых светодиодных ламп – с сетью, что может быть небезопасно.
3. Обратноходовый преобразователь
Несмотря на то, что обратноходовый преобразователь содержит нечто, похожее на трансформатор, в данном случае эту деталь правильнее называть двухобмоточным дросселем, поскольку ток никогда не течет через обе обмотки одновременно. В действительности по принципу действия обратноходовый преобразователь похож на бестрансформаторные топологии. Когда T1 открыт, ток в первичной обмотке нарастает, энергия в запасается в магнитном поле; при этом полярность включения вторичной обмотки сознательно подбирается такой, чтобы диод D3 на этом этапе был закрыт и тока на вторичной стороне не текло. Ток нагрузки в этот момент поддерживает конденсатор С1. Когда T1 закрывается, полярность напряжения на вторичной обмотке становится обратной (поскольку производная тока в первичной обмотке меняет знак), D3 открывается и накопленная энергия передается на вторичную сторону. В смысле стабилизации тока все то же самое – схема управления анализирует падение напряжения на резисторе R1 и подстраивает временные параметры так, чтобы ток через светодиоды оставался постоянным. Чаще всего обратноходовый преобразователь применяется при мощностях не более 50 Вт; далее он перестает быть целесообразным из-за возрастающих потерь и необходимых габаритов трансформатора-дросселя.
Надо сказать, что существуют варианты обратноходовых драйверов без оптоизолятора (например). Они полагаются на тот факт, что токи первичной и вторичной обмоток связаны, и при определенных оговорках можно ограничиться анализом тока первичной обмотки (или, чаще, отдельной вспомогательной обмотки) – это позволяет сэкономить на деталях и, соответственно, удешевить решение.
Обратноходовый преобразователь хорош тем, что он, во-первых, обеспечивает изоляцию вторичной части от сети (выше безопасность), а, во-вторых, позволяет относительно легко и дешево изготавливать лампы, совместимые со стандартными диммерами для ламп накаливания, а также устраивать коррекцию коэффициента мощности.
Лирическое отступлениеОбратноходовый преобразователь называется так потому, что изначально подобный метод применялся для получения высокого напряжения в телевизорах на основе электронно-лучевых трубок. Источник высокого напряжения был схемотехнически объединен со схемой горизонтальной развертки, и импульс высокого напряжения получался во время обратного хода электронного луча.Немного о пульсациях
Как уже было упомянуто, импульсные источники работают на достаточно высоких частотах (на практике – от 30 кГц, чаще около 100 кГц). Потому ясно, что сам по себе исправный драйвер не может быть источником большого коэффициента пульсаций – прежде всего потому, что на частотах выше 300 Гц этот параметр просто не нормируется, ну и, кроме того, высокочастотные пульсации в любом случае достаточно легко отфильтровать. Проблема заключается в сетевом напряжении.
Дело в том, что, разумеется, все перечисленные выше схемы (кроме схемы с гасящим конденсатором) работают от постоянного напряжения. Потому на входе любого электронного балласта прежде всего стоит выпрямитель и накопительный конденсатор. Предназначением последнего является питать балласт в те моменты, когда сетевое напряжение уходит ниже порога работы схемы. И здесь, увы, необходим компромисс – высоковольтные электролитические конденсаторы большой емкости, во-первых, стоят денег, а, во-вторых, занимают драгоценное место в корпусе лампы. Здесь же коренится причина проблем с коэффициентом мощности. Описанная схема с выпрямителем имеет неравномерное потребление тока. Это приводит к возникновению высших гармоник оного, что и является причиной ухудшения интересующего нас параметра. Причем чем лучше мы будем пытаться отфильтровать напряжение на входе балласта, тем более низкий коэффициент мощности мы получим, если не предпринимать отдельных усилий. Этим объясняется тот факт, что почти все лампы с низким коэффициентом пульсаций, которые мы видели, показывают очень посредственный коэффициент мощности, и наоборот (разумеется, введение активного корректора коэффициента мощности скажется на цене, потому на нем пока что предпочитают экономить).
Пожалуй это все, что в первом приближении можно сказать на тему электроники светодиодных ламп. Надеюсь, что этой статьей я в какой-то мере ответил на все вопросы схемотехнического толка, которые были заданы мне в комментариях и личных сообщениях.
habr.com
Блок питания как «слабое звено» светодиодного светильника
При описании технических характеристик светодиодных светильников в рекламных материалах обычно особый упор делается на типы используемых в них светодиодов. Тем не менее, надежность современных светильников определяется уже не только и не столько светодиодами, сколько блоком питания. Но некоторые важные параметры данного узла не сообщаются производителями даже по запросу. Поэтому задача выбора осветительных приборов с качественными блоками питания является весьма сложной, тем не менее, она решаема.
Причины, по которым производители при продвижении светильников на рынок делают упор именно на параметры светодиодов, имеют исторические корни. Предыдущие источники света имели срок службы, значительно меньший, чем у пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). В итоге сложилось представление, что источник света — наименее долгоживущая часть устройства.
Светодиоды отличаются прежде всего большим сроком службы — в среднем около 50000 часов. Если светильник работает по 10 часов в сутки, то его срок службы, обусловленный параметрами светодиодов, составит более 13,5 лет. Этот промежуток времени уже сопоставим со сроком службы других узлов светильника или даже превышает его.
Особенности терминологии
Проблема выбора начинается с весьма запутанной терминологии.
Блоком питания (БП) принято называть источник питания для радиоэлектронной аппаратуры, преобразующий электрическую энергию от сети для согласования ее параметров с входными параметрами отдельных узлов аппаратуры.
Подавляющее большинство светодиодов питаются от постоянного тока и имеют напряжение питания менее 4 В. Если соединить светодиоды последовательно, то такая цепочка будет иметь большее напряжение питания. По ряду причин соединение светодиодов в цепочки длиной более 15 штук практикуется очень редко. То есть напряжение питания массива светодиодов в осветительном приборе обычно не превышает 60 В. В то же время, сети электропитания, в зависимости от страны, дают напряжение 100 – 240 В переменного тока. Для согласования параметров питания светодиодов и параметров сети электропитания обязательно требуется блок питания.
Следует отметить, что термин «блок питания» является устоявшимся понятием, широко используемым в инженерной практике. Тем не менее, он не закреплен официально ГОСТ Р 52907-2008, в котором присутствует только определение источника питания. В прежнем варианте ГОСТ официально также было закреплено понятие «вторичный источник питания», которое в ГОСТ Р 52907-2008 отсутствует. Использование термина «блок питания» позволяет дистанцироваться от автономных источников питания, т.е. гальванических элементов и аккумуляторов.
\Кроме этого, для обозначения БП часто жаргонно используется термин «драйвер». На самом деле, драйвер — это устройство, которое стабилизирует ток, питающий светодиоды. Также некоторые драйверы способны регулировать световой поток у светодиодов, т.е. диммировать их. Но драйвер не выполняет функций преобразования питающего напряжения и выпрямления тока. Поэтому узел, отвечающий за питание светодиодов в светильниках на напряжение 12 или 24 В — это драйвер. Но при питании от сети 220 В речь идет именно о БП. Тем не менее, на некоторых БП можно встретить слово driver, означающее в данном контексте стабилизацию выходного тока.
Диммируемый БП Helvar со стабилизацией выходного тока
В светотехнике устройства, осуществляющие согласование параметров питания источников света и электросети, исторически назывались балластами или ПРА. Специалисты по светотехнике при переходе на светодиоды не стали отказываться от привычного для них терминов и стали использовать их применительно к БП для светодиодов.
Еще одним термином, которым не всегда правильно обозначают блоки питания в светодиодных светильниках, является «электронный трансформатор». Данное устройство, на самом деле, только преобразует напряжение в более низкое и повышает частоту переменного тока с 50 (или 60, в зависимости от стандарта электросети, принятого в стране) до нескольких единиц или десятков килогерц. Питание светодиодов напрямую от электронного трансформатора применяется только в гирляндах и другой аналогичной декоративной светотехнической продукции.
Терминология для светодиодных светильников в части устройств электропитания пока не закреплена ГОСТ, в проектах стандартов используется термин «электронное управляющее устройство».
Справедливости ради следует заметить, что путаница с терминологией распространена и за рубежом. Термин power supply unit (блок питания) или просто power supply (источник питания) в светотехнике используется крайне редко. В рекламных материалах часто встречается обозначение блока питания как driver (драйвер), а вообще, широко распространено использование обозначение БП в светодиодных светильниках как ballast (балласт).
Классификация БП
По месту размещения БП делятся на внутренние (размещаются внутри корпуса светильника) и внешние (размещаются вне корпуса). При этом внешние БП могут идти в комплекте со светильником или приобретаться отдельно.
По своей конструкции БП можно разделить на две большие категории — изолированные и неизолированные. Особенностью изолированного БП является то, что его выход не имеет гальванической связи с входом. Благодаря этому достигается более высокий уровень электрической безопасности устройства. Электрический потенциал на выходе исправного БП изолированного типа ни при каких условиях не достигнет опасной величины. В принципе, БП изолированного типа — это и есть та самая классическая конструкция БП на основе трансформатора, используемая на протяжении многих десятилетий. К сети через преобразователь подключена первичная обмотка трансформатора, нагрузка через выпрямитель присоединяется ко вторичной обмотке. Отличия от классического варианта в том, что трансформатор работает не на частоте сети, а на более высокой частоте, а также в наличии гальванически развязанной обратной связи для стабилизации напряжения или тока. Изолированные БП стоят относительно дорого, но они хорошо справляются с бросками напряжения и импульсными помехами, которые есть в российских электрических сетях.
Пример принципиальной схемы изолированного БП. Источник: «Макро групп»
Неизолированные БП имеют гальваническую связь с выходом. Поэтому, хотя разница потенциалов между линиями на выходе такого БП представляет собой безопасную величину, не превышающую для светодиодных светильников значение 60 В постоянного тока, тем не менее, потенциал между одной из линий на выходе и землей может быть сопоставим с сетевым напряжением, т.е. принимать опасное значение. Преимуществами неизолированных БП являются компактность, низкая цена и немного больший КПД, чем у неизолированных БП. Поэтому неизолированные БП так любят производители очень дешевых светильников — помимо низкой стоимости БП, более высокий КПД позволяет использовать светодиоды с меньшей светоотдачей. Неизолированные БП также широко применяются в светодиодных лампах-ретрофитах, но здесь в ряде случаев без них обойтись нельзя из-за малых размеров.По причине низкой электробезопасности, неизолированные БП могут быть только внутренними. Недостатком неизолированных БП является проникновение на выход мощных импульсных помех, которые «гуляют» по сети. К тому же, при установке выключателя в разрыв нулевого провода (что бывает, когда светодиодные светильники устанавливают взамен существовавшего ранее освещения) светодиоды в светильнике, оснащенном таким БП, слабо светятся в выключенном состоянии. Все это приводит к преждевременному выходу светодиодов из строя.
Пример принципиальной схемы неизолированного БП типа PFC. Источник: «Макро групп»
Усовершенствованные неизолированные БП нередко жаргонно называют PFC от слов Power Factor Correction — корректировка коэффициента мощности. Они обладают большим значением коэффициента мощности по сравнению с обычными неизолированными БП — около 0,9 против 0,6. В таких БП частично решены проблемы, вызывающие преждевременный выход светодиодов из строя. Тем не менее, все равно, они проигрывают изолированным БП по части устойчивости к броскам напряжения.
Почему «слабое звено»?
Электронные компоненты БП работают под напряжением до 242 В переменного тока. При авариях на сетях электропитания напряжение может кратковременно возрастать до 456 В переменного тока. Удары молнии, коммутация мощного электрооборудования и некоторые другие факторы приводят к возникновению импульсных помех с амплитудой до 4000 В. Поэтому к качеству электронных компонентов БП предъявляются особые требования.
Срок службы светодиодов зависит от того, сколько времени они светили. В отличие от этого, срок службы БП связан не только со временем работы, но и со временем хранения. То есть, если вы не включали светильник, а только его хранили на складе, то через некоторое время его БП все равно выйдет из строя. Это связано с особенностями электролитических конденсаторов, используемых в БП — они постепенно деградируют из-за испарения электролита. В среднем электролитический конденсатор можно использовать на протяжении не более 10 лет с момента выпуска. В неправильно спроектированном БП электролитический конденсатор перегревается, что сокращает его срок службы. В некоторых современных дорогостоящих БП проблема решена полной заменой электролитических конденсаторов на керамические, которые являются практически «вечными» электронными компонентами.
Читаем между строк
Производители светодиодных светильников практически всегда публикуют информацию об используемых светодиодах, но редко когда раскрывают данные о БП. Тем не менее, можно составить свое представление о том, качественный или нет блок питания, по параметрам светильников, которые производитель открыто публикует.
В первую очередь, это коэффициент мощности λ (иногда его обозначают как cos φ, что для светодиодных светильников не совсем правильно). Чем больше этот параметр, тем лучше. Для качественного блока питания он должен быть не менее 0,85. Упрощенные БП, имеющие низкую надежность, обычно выдают себя низким значением λ.
БП от ведущих производителей характерно высокое значение коэффициента мощности, примером тому является данное устройство от Osram
Производители светильников, конечно, знают, что именно БП, а не светодиоды, ограничивает срок службы осветительного прибора. Поэтому, хотя и указывают «срок службы светодиодов 50000 ч», тем не менее, гарантийный срок устанавливают, исходя из цифр по всему светильнику. Обычно исходят из того, сколько лет проработает светильник, будучи включенным круглосуточно. Например, гарантийный срок на светодиодные светильники средней ценовой категории обычно составляет 3 года. Умножаем этот срок на 8760 ч в году, и получаем 26280 ч — именно столько гарантированно будет работать светильник. Обратите внимание, что этот показатель очень близок к сроку службы типичного БП средней ценовой категории — 30000 ч.
Но, самое главное — где расположен блок питания и как он выглядит. Если он внешний и подключается к светильнику через разъем, то однозначно является изолированным (на прямое нарушение правил электробезопасности производители обычно не идут). В том случае, если БП внутренний, но выполнен в виде отдельного унифицированного модуля от одного из ведущих производителей БП, то, скорее всего, тоже изолированный. Неизолированные БП обычно выполнены как неотъемлемая часть конструкции светильника.
Производители БП
Теоретически оптимальным выбором является БП, специально разработанный для определенной модели светильника. На практике это могут удачно реализовать либо компании, имеющие, помимо светотехнического, еще и мощный бизнес по производству электронных устройств (LG, Philips), либо светотехнические компании, чьи БП хорошо зарекомендовали себя на рынке (Osram).
В остальных случаях предпочтительным вариантом является использование в светильнике БП от ведущих фирм, специализирующихся на данном виде продукции (Meanwell, Helvar, Vossloh-Schwabe и некоторые другие). Использование унифицированного БП легко заменяемой конструкции важно еще и для возможного ремонта светильника, так как БП обычно выходит из строя быстрее, чем светодиоды.
Внешние блоки питания, не входящие в комплект поставки
На рынке встречаются светодиодные светильники, имеющие низкое напряжение питания (обычно 12 или 24 В). Они предназначены для питания от источника со стабилизированным выходным напряжением или от электронного трансформатора. Нередко БП в комплект поставки таких светильников не входит, что позволяет сэкономить средства, установив один БП на несколько светильников. Если светильник допускает питание как от переменного, так и от постоянного тока, то лучше использовать постоянный ток, т.е. устанавливать БП, а не электронный трансформатор.
Выбирая внешний БП, следует иметь в виду, что максимальный КПД достигается в том случае, если нагрузка равна приблизительно 80% от номинального значения. Соответственно, умножив мощность подключенных к БП светильников на коэффициент 1,25, мы получим оптимальное значение номинальной мощности БП. Иногда мощность БП выбирают «на вырост» с учетом, что к нему позже дополнительно подключат светильники. Тогда суммарная мощность светильников «первой очереди» подключения должна быть в 1,2 раза больше минимальной мощности нагрузки БП, иначе будет срабатывать защита от холостого хода.
Применение внешнего блока питания, не входящего в комплект поставки, дает возможность повысить надежность системы, так как в светильники встроены только драйверы. Электронные компоненты в них работают при низких напряжениях, так что их качество не так критично. А модель БП пользователь выбирает самостоятельно, исходя из своих потребностей, и может запросить на него всю необходимую информацию у поставщика.
Алексей Васильев
www.elec.ru
на сколько вольт один светодиод в светодиодных лампах
Фигася, есть на 3, есть на 6, есть на 9, их типов полно, замерять надо, все разные….
Светодиоды питаются током, а не напряжением. Это достаточно трудно объяснить человеку у которого нет понимания базовых законов электрики. 🙂
Лампы бывают разные. И светодиоды, соответственно.
3,3 В <a rel=»nofollow» href=»http://led-obzor.ru/harakteristiki-svetodiodov-smd-3528-5050-5630-5730″ target=»_blank»>http://led-obzor.ru/harakteristiki-svetodiodov-smd-3528-5050-5630-5730</a>
3,3 В с ограничением по току
Обычно поддерживается стабильный ток, а напряжение при этом зависит от типа диодов обычно выше 3 V в некоторых стоят наборные у них один диод 18 V и т. д.
порядка 3,2-3,6в зря ругаешься. Даже если падение на переходе у тебя на холостом около 3—3,2в, то под нминальным током оно приподнимется до 3,5-3,7в а как задать рабочий ток — тебе уже говорили. Подключив напрямую к источнику напряжения без стабилизации по току, хотя б через резистор, у тебя светодиод сдохнет! потому что его ток с ростом температуры резко возрастает (падает напряжение перехода)
В основном 3В (по крайней мере я с такими сталкивался в лампах).
От 3 до 11. В светодиодных лампах могут использоваться матрицы 2-3 кристалла в одном корпусе. Уточню — вывода у таких диодов два, в отличие от 3х кристальных 5050, у которых на каждый кристалл своя пара выводов. <img data-hsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/45000797_d98346eb05decb39d94d5639ca497498_800.jpg» src=»//otvet.imgsmail.ru/download/45000797_d98346eb05decb39d94d5639ca497498_120x120.jpg»><img data-hsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/45000797_4e065b7aef19727163b66ae6111cc960_800.jpg» src=»//otvet.imgsmail.ru/download/45000797_4e065b7aef19727163b66ae6111cc960_120x120.jpg»>
Рабочее напряжение одного кристалла 3,0..3,4 В — других не встречал. Если оно выше то речь уже идет о ДИОДНОЙ СБОРКЕ. Например 5050 можно включить на 9В 20мА. а можно и на 3,1В 60мА. Там их 3 по 20мА. 3,1В — самый простой пример.
3в чаще всего и при них тока больше он не возьмет
<a rel=»nofollow» href=»http://omlight.ru/product/luch-220-s-64-mvf/» target=»_blank»>http://omlight.ru/product/luch-220-s-64-mvf/</a> Технические характеристики Потребляемая мощность в режиме освещения, Вт — 6 Напряжение питания, В — 220 Степень защиты оболочки — 54 Вид климатического исполнения — УХЛ 2 Класс электробезопасности — II Класс энергоэффективности — A Количество источников света, шт. — 15 Световой поток, Лм — 800 Цветовая температура, К — 4000 Ресурс работы светодиодов, час., до — 100 000
touch.otvet.mail.ru
Устройство светодиодной лампы EKF на 220 (В)
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 (часть 1, часть 2) 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 причинах мигания энергосберегающих ламп.
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.
Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:
zametkielectrika.ru
Ремонт светодиодных ламп своими руками, устройство и схема
Длительность работы лампы определяется условиями эксплуатации. Каждый из видов источников света рекомендуется использовать в соответствии с некоторыми правилами и рекомендациями. Это позволит продлить срок службы лампочки. Диодные источники света плохо переносят значительные перепады напряжения источника питания, в таких ситуациях не избежать поломки. Не следует сразу выбрасывать лампочку, вполне реально отремонтировать ее своими руками.
Принцип работы и схема
Конструкция таких осветительных элементов сложнее, чем у аналогов (лампы накаливания, галогенные и др.). Ключевые узлы: цоколь, встроенный драйвер (стабилизатор тока), корпус+рассеиватель, непосредственно сами светоизлучающие диоды в определенном количестве.
Устройство диодной лампы
Основа функционирования такого источника света: преобразование электрической энергии в световую.
Простейшая схема светодиодной лампы:
При включении переменное напряжение питает диодный мост. Проходя по схеме, на вход блока светодиодов подается уже выпрямленное напряжение. В результате лампочку можно подключать к сети 220 вольт, так как встроенный драйвер стабилизирует электрические параметры до нужных величин.
Определение степени повреждения
Прежде чем разбирать лампу, нужно проверить, действительно ли в ней проблема. Случается, что в момент включения отсутствует напряжение (220 вольт) на самом выключателе. Значит, причина кроется в электропроводке. Но все же чаще выходит из строя именно лампа. В этом случае придется разобрать ее своими руками, аккуратно разъединив части корпуса.
Некоторые модели не предусматривают демонтаж, однако, умельцы нашли выход: можно разогреть корпус феном, чтобы клей рассохся. Теперь нужно оценить степень повреждения визуально: внешний вид элементов платы, качество пайки светодиодов, отсутствие нагара и расплавленных участков.
Если нет видимых деформаций, нужно искать причину неисправности посредством сопутствующего оборудования (тестер, мультиметр).
Какие элементы на плате вышли из строя?
Одна из наиболее частых проблем – токоограничивающий конденсатор, который вышел из строя. Для проверки его придется выпаивать с платы своими руками. Но мультиметр может выдать ошибку при измерении тока утечки. А значит, проще сразу поменять этот элемент на рабочий аналог. Важно, чтобы напряжение токоограничивающего конденсатора было выше 400 вольт.
Работоспособность диодов (на пробой) также проверяется при помощи мальтиметра. Для этого необходимо установить соответствующий режим и «прозвонить» все элементы. Если проблема не выявлена, значит, нужно продолжить поиск причины неисправности, проверив токоограничивающий резисторы. Если внешние изменения отсутствуют, велика вероятность, что произошел обрыв токопроводящей дорожки.
Почему светодиодные лампы «моргают»?
Причина этого явления кроется в токоограничивающем конденсаторе с недостаточным рабочим напряжением. Чтобы отремонтировать лампу своими руками, нужно выпаять некачественный элемент с платы и установить вместо него аналог с напряжением не менее 400 вольт.
Есть и другой выход из этой ситуации. Он заключается в параллельном подключении еще одного конденсатора наряду с тем, что уже установлен (с небольшим рабочим напряжением). В результате совокупная емкость двух элементов обеспечит равномерное свечение без мерцания.
Как проверить диоды
Еще одна причина поломки источника света – сгоревший излучатель. Определить его можно по черному нагару. Но не все диоды проявляют внешние признаки неисправности, а значит, придется проверять каждый из элементов. Устройство разных ламп на напряжение 220 вольт заметно отличается: в некоторых используется минимальное количество диодов, а в других, наоборот, установлено довольно много излучателей (до нескольких десятков единиц).
При поиске неисправного диода используется тестер. Цель проверки – сравнение уровня сопротивления перехода светодиодов в прямом включении. Ориентировочный уровень – 30 кОм. Есть и другой метод проверки.
Он подразумевает использование подручных средств: резистор 150-1 000 Ом (в зависимости от параметров источника питания), который соединяется последовательно с батарейкой (1,5-9 В).
Для проверки не требуется выпаивать излучатели. Достаточно подносить выводы с минимальным напряжением в прямом подключении к каждому диоду. В случае неисправности, элемент не будет светить.
Если сгорел один светодиод, вполне достаточно замкнуть его контакты, в ситуации, когда не работает некоторое количество излучателей, их можно заменить, используя диоды со светодиодной ленты. Ее несложное устройство позволяет выпаять излучатели.
Причины выхода из строя лампы
Срок службы таких источников света определяется в первую очередь условиями эксплуатации. Заявленный производителем период работы не всегда соответствует действительности по разным причинам: некачественные кристаллы, которые стремительно деградируют, оценка работоспособности на производстве в условиях, отличных от тех, при которых используются лампочки. Ремонт светодиодных ламп (220 вольт), сделанный своими руками, позволяет продлить срок службы изделия.
Основные причины выхода из строя осветительных элементов:
- Перепады напряжение. Несмотря на то, что диодные лампы не особо чувствительны к незначительным колебаниям электрических параметров, заметные изменения значения напряжения негативно повлияют на работу источника света. Для сравнения, все остальные виды ламп в еще большей мере подвержены колебаниям сетевого напряжения.
- Неправильно подобранный светильник, в частности, неподходящая конфигурация плафона. В этом случае увеличивается риск перегрева источника света. Несмотря на то, что светодиодные лампы в меньшей мере зависят от этого фактора, все равно очень рекомендуется правильно подбирать осветительный прибор, так как постоянное повышение температуры негативно сказывается на диодах.
- Некачественные элементы конструкции. В первую очередь это касается светоизлучающих элементов (кристаллов). Сегодня далеко не все производители используют комплектующие с отличными характеристиками, так как это позволяет снизить себестоимость изделия. А в результате лампы с некачественными кристаллами выходят из строя раньше положенного срока.
- Ошибки при организации системы освещения своими руками, в частности, это касается электропроводки: неверно подобранные по сечению провода, неправильно подключенные осветительные приборы и т. д.
- Внешние факторы. Сильные вибрации, постоянные удары могут сказаться на работе даже таких ламп, как светодиодные, которые характеризуются повышенными прочностными характеристиками благодаря пластиковой колбе.
Что можно сделать, чтобы повлиять на качество и продолжительность работы источника света? Прежде всего, необходимо исключить или максимально снизить влияние вышеназванных факторов на лампу. Это можно сделать, если прокладка электропроводки будет производиться мастерами, а при эксплуатации осветительного элемента следует создать допустимые условия (без сильных биений, вибраций и пр.).
Дополнительно к тому обращается внимание на устройство светодиодов. В первую очередь учитывается качество кристаллов, необходимо также оценить, насколько ровные края изделия.
Еще одна возможность предупредить поломку лампочки заключается в установке диммера (он же светорегулятор). При этом нужно использовать специальные источники света – диммируемые.Светорегуляторы позволяют снизить пусковые токи, а ведь известно, что эта характеристика способствует выходу лампы из строя.
Таким образом, приобретая светодиодные осветительные элементы на 220 вольт, необходимо обращать внимание не только на их основные параметры, но еще и на качество. Специалисты рекомендуют выбирать изделия проверенных марок. В этом случае производитель дорожит своей многолетней отличной репутацией и задействует при изготовлении кристаллы с отличными характеристиками.
Но все равно есть риск поломки (неидеальные условия эксплуатации). Если источник света не включается, скорее всего, потребуется его разборка. Это позволит определить проблему и починить лампу собственными силами. Как правило, ремонт обходится недорого.
Оценка статьи:
Загрузка…Поделиться с друзьями:
proosveschenie.ru