Выходное напряжение светодиодной лампочки. Полезная информация о светодиодных приборах. Какие светодиоды лучше

В статье рассказывается об устройстве светодиодных ламп. Рассматриваются несколько разных по сложности схем и даются рекомендации по самостоятельному изготовлению светодиодных источников света, подключаемых к сети 220 В.

Преимущества энергосберегающих ламп

Преимущества энергосберегающих ламп широко известны. В первую очередь это собственно низкое потребление энергии, а кроме того высокая надежность. В настоящее время наиболее широко распространены люминесцентные лампы. Такая лампа, дает такую же освещенность как стоваттная лампа накаливания. Нетрудно подсчитать, что экономия электроэнергии получается в пять раз.

В последнее время в производстве осваиваются светодиодные лампы. Показатели экономичности и долговечности у них намного выше, чем у люминесцентных ламп. В этом случае электроэнергии потребляется в десять раз меньше, чем лампами накаливания. Долговечность же светодиодных ламп может достигать 50-ти и более тысяч часов.

Источники света нового поколения, конечно, стоят дороже простых ламп накаливания, но потребляют значительно меньшую мощность и обладают повышенной долговечностью. Два последних показателя призваны скомпенсировать дороговизну ламп новых типов.

Практические схемы светодиодных ламп

В качестве первого примера можно рассмотреть устройство светодиодной лампы разработанной фирмой «СЭА Электроникс» с применением специализированных микросхем. Электрическая схема такой лампы показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема светодиодной лампы фирмы «СЭА Электроникс»

Еще десять лет назад светодиоды можно было использовать только в качестве индикаторов: сила света составляла не более 1,5…2 микрокандел. Сейчас появились сверхяркие светодиоды, у которых сила излучения доходит до нескольких десятков кандел.

При использовании мощных светодиодов совместно с полупроводниковыми преобразователями появилась возможность создания источников света, выдерживающих конкуренцию с лампами накаливания. Подобный преобразователь и показан на рисунке 1. Схема достаточно проста и содержит небольшое количество деталей. Это достигнуто за счет применения специализированных микросхем.

Первая микросхема IC1 BP5041 - AC/DC преобразователь. Ее структурная схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема BP5041.

Микросхема выполнена в корпусе типа SIP показанный на рисунке 3.

Рисунок 3.

Все устройство защищено предохранителем F1, номинал которого не должен превышать указанный на схеме. Конденсатор C3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения преобразователя. Следует заметить, что выходное напряжение не имеет гальванической развязки от сети, что в данной схеме совсем не нужно, но требует особой внимательности и соблюдения правил техники безопасности при изготовлении и наладке.

Конденсаторы C3 и C2 должны быть на рабочее напряжение не менее 450 В. Конденсатор C2 должен быть пленочным или керамическим. Резистор R1 может иметь сопротивление в пределах 10…20 Ом, что достаточно для нормальной работы преобразователя.

Использование данного преобразователя позволяет отказаться от применения понижающего трансформатора, что значительно уменьшает габариты всего устройства в целом.

Отличительной особенностью микросхемы BP5041 является наличие встроенной катушки индуктивности как показано на рисунке 2, что позволяет уменьшить количество навесных деталей и в целом размеры монтажной платы.

В качестве диода D1 подойдет любой диод с обратным напряжением не менее 800 В и выпрямленным током не менее 500 мА. Таким условиям вполне удовлетворяет широко распространенный импортный диод 1N4007. на входе выпрямителя установлен варистор VAR1 типа FNR-10K391. Его назначение защита всего устройства от импульсных помех и статического электричества.

Вторая микросхема IC2 типа HV9910 представляет собой ШИМ стабилизатор тока для суперярких светодиодов. При помощи внешнего MOSFET транзистора ток может устанавливаться в пределах от нескольких миллиампер до 1А. Этот ток задается резистором R3 в цепи обратной связи. Микросхема выпускается в корпусах SO-8 (LG) и SO-16 (NG). Ее внешний вид показан на рисунке 4, а на рисунке 5 структурная схема.

Рисунок 4. Микросхема HV9910.

Рисунок 5. Структурная схема микросхемы HV9910.

С помощью резистора R2 частота внутреннего генератора может изменяться в диапазоне 20…120 КГц. При указанном на схеме сопротивлении резистора R2 она будет около 50 КГц.

Дроссель L1 предназначен для накопления энергии в то время, когда транзистор VT1 открыт. Когда транзистор закроется, то энергия, накопленная в дросселе, через высокоскоростной диод Шоттки D2 отдается светодиодам D3…D6.

Здесь самое время вспомнить о самоиндукции и правиле Ленца. Согласно этому правилу индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, которое (изменение) вызвало этот ток. Поэтому направление ЭДС самоиндукции имеет направление противоположное направлению ЭДС источника питания. Именно поэтому светодиоды включены в обратную сторону по отношению к питающему напряжению (вывод 1 микросхемы IC2, обозначенный на схеме как VIN). Таким образом светодиоды излучают свет за счет ЭДС самоиндукции катушки L1.

В данной конструкции применены 4 сверхярких светодиода типа TWW9600, хотя вполне возможно применение других типов светодиодов производства других фирм.

Для управления яркостью светодиодов в микросхеме имеется вход PWM_D, ШИМ - модуляция от внешнего генератора. В этой схеме такая функция не используется.

При самостоятельном изготовлении такой светодиодной лампы следует воспользоваться корпусом с винтовым цоколем размера E27 от негодной энергосберегающей лампы, мощностью не менее 20 Вт. Внешний вид конструкции показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Самодельная светодиодная лампа.

Хотя описанная схема достаточно проста, рекомендовать ее для самостоятельного изготовления можно не всегда: либо не удастся купить указанные на схеме детали, либо недостаточная квалификация сборщика. Некоторые просто могут испугаться: «А вдруг у меня не получится?». Для подобных ситуаций можно предложить еще несколько вариантов более простых как по схемотехнике, так и в вопросе приобретения деталей.

Более простая схема светодиодной лампы показана на рисунке 7.

Рисунок 7.

На этой схемы видно, что для питания светодиодов используется мостовой выпрямитель с емкостным балластом, который ограничивает выходной ток. Такие источники питания экономичны и просты, не боятся коротких замыканий, их выходной ток ограничивается емкостным сопротивлением конденсатора. Подобные выпрямители часто называют стабилизаторами тока.

Роль емкостного балласта на схеме выполняет конденсатор C1. При емкости 0,47 мкФ рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 630В. Емкость его рассчитана так, чтобы ток через светодиоды был около 20 мА, что является для светодиодов оптимальным значением.

Пульсации выпрямленного мостом напряжения сглаживаются электролитическим конденсатором C2. Для ограничения зарядного тока в момент включения служит резистор R1, который также выполняет функцию предохранителя в аварийных ситуациях. Резисторы R2 и R3 предназначены для разряда конденсаторов C1 и C2 после отключения устройства от сети.

Для уменьшения габаритов рабочее напряжение конденсатора C2 выбрано всего 100 В. В случае обрыва (перегорания) хотя бы одного из светодиодов конденсатор C2 зарядится до напряжения 310 В, что неизбежно приведет к его взрыву. Для защиты от подобной ситуации этот конденсатор зашунтирован стабилитронами VD2, VD3. Их напряжение стабилизации может быть определено следующим образом.

При номинальном токе через светодиод в 20 мА на нем создается падение напряжения в зависимости от типа в пределах 3,2…3,8 В. (Подобное свойство в некоторых случаях позволяет использовать светодиоды в качестве стабилитронов). Поэтому нетрудно подсчитать, что если в схеме используется 20 светодиодов, то падение напряжения на них составит 65…75 В. Именно на таком уровне будет ограничено напряжение на конденсаторе C2.

Стабилитроны следует выбрать так, чтобы суммарное напряжение стабилизации было несколько выше падения напряжения на светодиодах. В этом случае при нормальном режиме работы стабилитроны будут закрыты, и на работу схемы влиять не будут. Указанные на схеме стабилитроны 1N4754A имеют напряжение стабилизации 39 В, а включенные последовательно - 78 В.

При обрыве хотя бы одного из светодиодов стабилитроны откроются и напряжение на конденсаторе C2 будет стабилизировано на уровне 78 В, что явно ниже рабочего напряжения конденсатора С2, поэтому взрыва не произойдет.

Конструкция самодельной светодиодной лампы показана на рисунке 8. как видно из рисунка она собрана в корпусе от негодной энергосберегающей лампы с цоколем Е-27.

Рисунок 8.

Печатная плата, на которой размещаются все детали выполняется из фольгированного стеклотекстолита любым из доступных в домашних условиях способов. Для установки светодиодов на плате просверлены отверстия диаметром 0,8 мм, а для остальных деталей 1,0 мм. Чертеж печатной платы показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Печатная плата и расположение деталей на ней.

Расположение деталей на плате показано на рисунке 9в. Все детали, кроме светодиодов устанавливаются со стороны платы, где нет печатных дорожек. На этой же стороне устанавливается перемычка, также показанная на рисунке.

После установки всех деталей со стороны фольги устанавливаются светодиоды. Монтаж светодиодов следует начинать от средины платы, постепенно передвигаясь к периферии. Светодиоды должны быть запаяны последовательно, то есть плюсовой вывод одного светодиода соединяется с отрицательным выводом другого.

Диаметр светодиода может быть любым в пределах 3…10 мм. При этом следует выводы светодиодов оставлять длиной не менее 5 мм от платы. В противном случае светодиоды можно просто перегреть при пайке. Длительность пайки, как рекомендуют во всех руководствах, не должна превышать 3-х секунд.

После того, как плата будет собрана и налажена, ее выводы надо подпаять к цоколю, а саму плату вставить в корпус. Кроме указанного корпуса возможно применение более миниатюрного корпуса, однако при этом придется уменьшить размеры печатной платы, не забывая, однако, о габаритах конденсаторов С1 и С2.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Ошибки при организации системы освещения своими руками, в частности, это касается электропроводки: неверно подобранные по сечению провода, неправильно подключенные осветительные приборы и т. д.
5. 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.

Что такое светодиоды?

Светодиод (light emitting diode, LED) — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение и состоящий из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Какие преимущества светодиода?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. При должном теплоотводе светодиод мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК- излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый - смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4° до 140°. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача - величина светового потока на один ватт электрической мощности. Другой интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

В рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания - этого-то как раз делать нельзя, - а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20 - 50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо - доподлинно не известно, потому что, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют. Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально.

Где сегодня целесообразно применять светодиодные изделия?

Светодиодные находят применение практически во всех областях светотехники, незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

Какие светодиоды лучше?

Конечно, однозначного ответа на такой вопрос быть не может. В настоящее время производителей светодиодов можно сравнить с автопроизводителями. Ведь у всех них машины выпускаются на четырех колесах, оснащены двигателем, подушками безопасности и автомагнитолой! Но для их сравнения сопоставляют многочисленные технические характеристики, а не голословно утверждается, что BMW лучше Lexus или Audi лучше Volvo.

При выборе светодиодов необходимо обращать внимание на следующие характеристики, которые обычно бинуются (BIN) по группам:

• яркость (60-70 Lm, 70-80 Lm, 80-90 Lm);
• угол (80°-90°, 90°-100°, 100°-110°);
• цветовая температура (5000-5500K, 5000-6000K, 5000-7500K, 5000-10000K);
• напряжение (2,8-3V, 2,8-3,2V, 2,8-3,6V).

Чем лучше сбинованы светодиоды, тем более однородными характеристиками они будут обладать, а значить тем надежнее получится конечное изделие. И надо отметить, чем меньше диапазон BIN, тем дороже светодиод (ведь светодиоды в таком случае приходится сортировать).

Соответственно для ответа на вопрос какие светодиоды лучше, необходимо сравнить однотипные виды с похожими техническими характеристиками и их соответствие заявленным BIN от производителей.

Что такое IP? Как расшифровать степени пыле- и влаго- защиты (степени защиты IP)?

Можно ли своими руками от начала до конца сделать светодиодную лампу (LED), работающую от напряжения 220 вольт? Оказывается, можно. В этом увлекательном занятии вам помогут наши советы и инструкции.

Преимущества светодиодных ламп

Светодиодное освещение в доме - это не просто современно, но и стильно, и ярко. Консервативным любителям ламп накаливания остаются слабенькие «лампочки Ильича» – Федеральный закон «Об энергосбережении», принятый в 2009 году, с 1 января 2011 года запрещает производство, импорт и продажу ламп накаливания мощностью более 100 Вт. Продвинутые пользователи давно перешли на компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Но светодиоды обходят всех своих предшественников:

• энергопотребление светодиодной лампы меньше в 10 раз, чем у соответствующей лампы накаливания, и почти на 35% меньше, чем у КЛЛ;
• сила света LED лампы больше соответственно на 8 и на 36%;
• достижение полной мощности светового потока происходит мгновенно, в отличие от КЛЛ, которым для этого требуется около 2 минут;
• себестоимость - при условии изготовления лампы самостоятельно - стремится к нулю;
• светодиодные лампы экологичны, потому что не содержат ртути;
• срок службы светодиодов измеряется десятками тысяч часов. Поэтому LED лампы практически вечны.

Сухие цифры подтверждают: за LED - будущее.

Конструкция современной заводской LED лампы

Светодиод здесь изначально собран из множества кристаллов. Поэтому для того, чтобы собрать такую лампу, не нужно припаивать многочисленные контакты, надо присоединить лишь одну пару.

Типы светодиодов

Светодиод - полупроводниковый многослойный кристалл с электронно-дырочным переходом. Пропуская через него постоянный ток, мы получаем световое излучение. От обычного диода светодиод отличается и тем, что при неправильном подключении он немедленно сгорает, так как имеет малое значение пробивного напряжения (несколько вольт). Если светодиод перегорает, его надо полностью менять, ремонт невозможен.

Есть четыре основных типа светодиодов:

Самодельная и правильно собранная LED лампа будет служить многие годы, при этом её можно будет ремонтировать.

Перед тем как приступить к самостоятельной сборке, нужно выбрать способ электропитания для нашей будущей лампы. Вариантов много: от батарейки до сети переменного тока на 220 вольт - через трансформатор или напрямую.

Проще всего собрать LED на 12 вольт из перегоревшей «галогенки». Но она потребует довольно массивного внешнего блока питания. Лампа же с обычным цоколем, рассчитанная на напряжение 220 вольт, подходит к любому патрону в доме.

Поэтому в нашем руководстве мы не будем рассматривать создание 12-вольтового LED источника света, а покажем пару вариантов конструирования лампы на 220 вольт.

Поскольку мы не знаем уровня вашей электротехнической подготовки, то не можем дать гарантии, что у вас на выходе получится правильно работающий прибор. Кроме того, вы будете работать с опасным для жизни напряжением, и если что-то будет сделано неточно и неправильно, возможны повреждения и ущерб, за что мы не будем нести ответственность. Поэтому будьте осторожны и внимательны. И у вас всё получится.

Драйверы для светодиодных ламп

Яркость свечения светодиодов прямо зависит от силы тока, проходящего через них. Для устойчивой работы они нуждаются в источнике постоянного напряжения и стабилизированном токе, не превышающем предельно допустимую для них величину.

Резисторами - ограничителями тока - можно обойтись лишь для маломощных светодиодов. Можно упростить несложный расчёт количества и характеристик резисторов, найдя в сети калькулятор светодиодов, в котором не только выдаются данные, но и создаётся готовая электрическая схема конструкции.

Для питания лампы от сети необходимо использовать специальный драйвер, преобразующий входное переменное напряжение в рабочее для светодиодов. Простейшие драйверы состоят из минимального количества деталей: входного конденсатора, нескольких резисторов и диодного моста.

В схеме простейшего драйвера через ограничительный конденсатор напряжение питания подаётся на выпрямительный мост, а затем на лампу

Подключение мощных светодиодов осуществляется через электронные драйверы, контролирующие и стабилизирующие ток и имеющие высокий КПД (90-95%). Они обеспечивают стабильный ток даже при резких изменениях напряжения питания в сети. Резисторы этого делать не умеют.

Рассмотрим самые простые и чаще всего используемые драйверы для светодиодных ламп:

• линейный драйвер совсем прост и применяется для малых (до 100 мА) рабочих токов или в случаях, когда напряжение источника равно падению напряжения на светодиоде;
• импульсный понижающий драйвер более сложен. Он разрешает запитывать мощные светодиоды источником намного более высокого напряжения, чем необходимо для их работы. Недостатки: большой размер и электромагнитные помехи, генерируемые дросселем;
• импульсный повышающий драйвер используется, когда рабочее напряжение светодиода больше, чем напряжение, получаемое от источника питания. Недостатки те же, что и у предыдущего драйвера.

В любую LED лампу на 220 вольт для обеспечения оптимального режима работы всегда встроен электронный драйвер.

Чаще всего несколько неисправных светодиодных ламп разбирают, удаляют перегоревшие светодиоды и радиодетали драйвера, а из целых монтируют одну новую конструкцию.

Но можно сделать светодиодную лампу и из обычной КЛЛ. Это вполне себе привлекательная идея. Мы уверены, что у многих рачительных хозяев в ящиках с деталями и запчастями сохраняются неисправные «энергосберегайки». Выкинуть жалко, применить некуда. Сейчас мы расскажем, как из энергосберегающей лампы (цоколь E27, 220 В) создать светодиодную лампу буквально за пару часов.

Неисправная КЛЛ всегда даёт нам качественный цоколь и корпус под светодиоды. Кроме того, из строя обычно выходит именно газоразрядная трубка, но не электронное устройство для её «поджига». Действующую электронику мы опять откладываем в загашник: её можно разобрать, а в умелых руках эти детали ещё послужат чему-нибудь хорошему.

Виды цоколей современных ламп

Цоколь - это резьбовая система для быстрого соединения и фиксации источника света и патрона, подачи питания источнику от электросети и обеспечения герметичности вакуумной колбы. Маркировка цоколей расшифровывается следующим образом:

1. Первая буква маркировки обозначает тип цоколя:
   • B - со штифтом;
   • Е - с резьбой (разработан ещё в 1909 году Эдисоном);
   • F - с одним штырём;
   • G - с двумя штырями;
   • H - для ксенона;
   • K и R - соответственно с кабельным и утопленным контактом;
   • P - фокусирующий цоколь (для прожекторов и фонарей);
   • S - софитный;
   • T - телефонный;
   • W - с контактными вводами в стекле колбы.
2. Вторая буква U, A или V показывает, в каких лампах применяется цоколь: в энергосберегающих, автомобильных или с коническим концом.
3. Следующие за буквами цифры обозначают диаметр цоколя в миллиметрах.

Самым распространённым цоколем с советских времён считается E27 - резьбовой цоколь диаметром 27 мм на напряжение 220 В.

Создание светодиодной лампы E27 из энергосберегающей с применением готового драйвера

Для самостоятельного изготовления светодиодной лампы нам понадобятся:

1. Вышедшая из строя лампа КЛЛ.
2. Пассатижи.
3. Паяльник.
4. Припой.
5. Картон.
6. Голова на плечах.
7. Умелые руки.

Мы будем переделывать под светодиодную неисправную КЛЛ марки «Космос».

Пошаговая инструкция изготовления светодиодной лампы

1. Находим неисправную энергосберегающую лампу, которая давно лежит у нас «на всякий случай». Наша лампа имеет мощность 20 Вт. Пока главный интересующий нас компонент - цоколь.
2. Аккуратно разбираем старую лампу и удаляем из неё все, кроме цоколя и идущих от него проводов, с которыми мы потом соединим пайкой готовый драйвер. Лампа собрана с помощью выступающих над корпусом защёлок. Нужно разглядеть их и чем-нибудь поддеть. Иногда цоколь крепится к корпусу сложнее - кернением точечных углублений по окружности. Тут придётся высверлить точки кернения или аккуратно пропилить их ножовкой. Один питающий провод припаян к центральному контакту цоколя, второй - к резьбе. Оба они очень короткие. Трубки при этих манипуляциях могут лопнуть, поэтому надо действовать осторожно.
3. Очищаем цоколь и обезжириваем его ацетоном или спиртом. Повышенное внимание стоит уделить отверстию, которое тоже тщательно очищаем от лишнего припоя. Это нужно для дальнейшей пайки в цоколе.
4. Крышечка цоколя имеет шесть отверстий - в них крепились газоразрядные трубки. Используем эти дырки для наших светодиодов. Подложим под верхнюю часть вырезанный маникюрными ножницами круг такого же диаметра из подходящего кусочка пластика. Сгодится и плотный картон. Он и зафиксирует контакты светодиодов.
5. У нас имеются многокристальные светодиоды HK6 (напряжение 3,3 В, мощность 0,33 Вт, ток 100-120 мА). Каждый диод собран из шести кристаллов (соединённых параллельно), поэтому светит ярко, хотя мощным и не называется. Учитывая мощность этих светодиодов, соединяем их по три штуки параллельно.

   Каждый светодиод светит довольно ярко сам по себе, поэтому шесть штук в составе лампы обеспечат хорошую силу света

6. Обе цепочки соединяем последовательно.

   Две цепочки из трёх параллельно включённых светодиодов каждая соединяются последовательно

В результате получаем довольно красивую конструкцию.

7. Простой готовый драйвер можно взять из сломанной светодиодной лампы. Сейчас, чтобы подключить шесть белых одноваттных светодиодов, мы используем такой драйвер на 220 вольт, например, RLD2–1.

   Драйвер подключается к светодиодам по параллельной схеме

8. Вставляем драйвер в цоколь. Ещё один вырезанный круг пластика или картона помещаем между платой и драйвером, чтобы избежать замыкания между контактами светодиодов и деталями драйвера. Лампа не нагревается, поэтому прокладка годится любая.
9. Собираем нашу лампу и проверяем, работает ли она.

Мы создали источник с силой света примерно 150-200 лм и мощностью около 3 Вт, аналогичный 30-ваттной лампе накаливания. Но из-за того, что наша лампа имеет белый цвет свечения, она визуально выглядит ярче. Освещаемый ею участок комнаты можно увеличить, подогнув светодиодные выводы. К тому же мы получили замечательный бонус: трехваттную лампу можно даже не выключать - счётчик её практически не «видит».

Создание светодиодной лампы с применением самодельного драйвера

Гораздо интереснее не применять готовый драйвер, а сделать его самостоятельно. Конечно, если вы хорошо владеете паяльником и имеете базовые навыки чтения электрических схем.

Мы рассмотрим травление платы после рисования на ней схемы вручную. И, конечно, всем будет интересно возиться с химическими реакциями, применяя доступные химикалии. Как в детстве.

Нам понадобятся:

1. Кусок фольгированного медью с двух сторон стеклотекстолита.
2. Элементы нашей будущей лампы согласно сгенерированной схеме: резисторы, конденсатор, светодиоды.
3. Дрель или мини-дрель для сверления стеклотекстолита.
4. Пассатижи.
5. Паяльник.
6. Припой и канифоль.
7. Лак для ногтей или канцелярский корректирующий карандаш.
8. Поваренная соль, медный купорос или раствор хлорида железа.
9. Голова на плечах.
10. Умелые руки.
11. Аккуратность и внимательность.

Текстолит используется в случаях, когда нужны электроизоляционные свойства. Это многослойный пластик, слои которого состоят из ткани (в зависимости от вида волокон тканевого слоя бывают базальттекстолиты, углеродотекстолиты и прочие) и связующего вещества (полиэфирная смола, бакелит и прочее):

• стеклотекстолит - это стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой. Он отличается высоким удельным сопротивлением и термостойкостью - от 140 до 1800 o C;
• фольгированный стеклотекстолит - это материал, покрытый слоем гальванической медной фольги толщиной 35-50 мкм. Он используется для изготовления печатных плат. Толщина композита - от 0,5 до 3 мм, площадь листа - до 1 м 2 .

Схема драйвера для светодиодной лампы

Драйвер для LED лампы вполне можно сделать самостоятельно, например, опираясь на простейшую схему, которую мы рассмотрели в начале статьи. Туда необходимо лишь добавить несколько деталей:

1. Резистор R3, чтобы разряжать конденсатор при отключении питания.
2. Пару стабилитронов VD2 и VD3 для шунтирования конденсатора, если сгорит или оборвётся светодиодная цепь.

Если мы правильно подберём напряжение стабилизации, то сможем ограничиться и одним стабилитроном. Если же мы заложим напряжение больше 220 В, а под него выберем конденсатор, то обойдёмся вообще без дополнительных деталей. Но драйвер получится по размеру больше, и плата может не уместиться в цоколе.

Эту схему мы создали, чтобы сделать лампу из 20 светодиодов. Если их больше или меньше, нужно подобрать другую ёмкость конденсатора С1, чтобы через светодиоды по-прежнему проходил ток 20 мА.

Драйвер будет понижать напряжение сети и пытаться сгладить скачки напряжения. Через резистор и токоограничивающий конденсатор напряжение сети подаётся на мостовой выпрямитель на диодах. Через другой резистор подаётся постоянное напряжение на блок светодиодов, и они начинают светить. Пульсации этого выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором, а когда лампа от сети отключается, то первый конденсатор разряжается ещё одним резистором.

Будет удобнее, если конструкция драйвера смонтирована с помощью печатной платы, а не представляет собой некий ком в воздухе из проводов и деталей. Плату вполне можно сделать самому.

Пошаговая инструкция по изготовлению светодиодной лампы с самодельным драйвером

1. Генерируем с помощью компьютерной программы собственный рисунок для травления платы согласно задуманной конструкции драйвера. Очень удобна и популярна среди радиолюбителей бесплатная компьютерная программа Sprint Layout, позволяющая самостоятельно проектировать печатные платы невысокой сложности и получать изображение их разводки. Есть ещё одна прекрасная отечественная программа - DipTrace, рисующая не только платы, но и принципиальные схемы.
   

   Бесплатная компьютерная программа Sprint Layout генерирует подробную схему травления платы для драйвера

2. Вырезаем из стеклотекстолита круг диаметром 3 см. Это и будет наша плата.
3. Выбираем способ переноса схемы на плату. Все способы - страшно интересные. Можно:
   • нарисовать схему прямо на куске стеклотекстолита канцелярским корректирующим карандашом или специальным маркером для печатных плат, который продаётся в магазине радиодеталей. Тут есть тонкость: лишь этот маркер позволяет рисовать дорожки меньше или равные 1 мм. В остальных случаях ширина дорожки, как ни старайся, не будет меньше 2 мм. Да и медные пятачки для пайки выйдут неаккуратными. Поэтому нужно после нанесения рисунка подкорректировать его бритвой или скальпелем;
   • распечатать схему на струйном принтере на фотобумаге и припарить распечатку утюгом к стеклотекстолиту. Элементы схемы покроются краской;
   • нарисовать схему лаком для ногтей, который точно есть в любом доме, где живёт женщина. Это самый простой способ, им и воспользуемся. Старательно и аккуратно кисточкой от флакона рисуем дорожки на плате. Ждём, пока лак хорошо высохнет.
4. Разводим раствор: 1 столовую ложку медного купороса и 2 столовые ложки поваренной соли размешиваем в кипятке. Медный купорос используется в сельском хозяйстве, поэтому его можно купить в садоводческих и строительных магазинах.
5. Опускаем плату в раствор на полчаса. В результате останутся только медные дорожки, которые мы защитили лаком, остальная медь исчезнет во время реакции.
6. Ацетоном удаляем оставшийся лак со стеклотекстолита. Сразу же нужно залудить (покрыть припоем с помощью паяльника) края платы и места контактов, чтобы медь стремительно не окислилась.

   Места контактов пропаиваются слоем припоя, смешанного с канифолью, чтобы защитить медные дорожки от окисления

7. Согласно схеме делаем отверстия дрелью.
8. Пропаиваем на плате светодиоды и все детали самодельного драйвера со стороны печатных дорожек.
9. Устанавливаем плату в корпус лампы.

   После всех проведённых операций должна получиться светодиодная лампа, эквивалентная 100-ваттной лампе накаливания

Замечания по безопасности

1. Хотя самостоятельная сборка светодиодной лампы - не очень сложный процесс, к нему не стоит даже приступать, если вы не обладаете хотя бы начальными электротехническими знаниями. Иначе собранная вами лампа при внутреннем коротком замыкании может навредить всей электрической сети вашего дома, включая дорогие электроприборы. Специфика светодиодной техники в том, что если некоторые элементы её схемы подключить неправильно, то возможен даже взрыв. Так что надо быть предельно аккуратным.
2. Обычно светильники используются при напряжении 220 В переменного тока. Но конструкции, рассчитанные на напряжение в 12 В, подключать к обычной сети ни в коем случае нельзя, и вы должны об этом всегда помнить.
3. В процессе изготовления самодельной светодиодной лампы компоненты светильника часто не могут быть сразу полностью изолированы от питающей сети 220 В. Поэтому вас может серьёзно ударить током. Даже если конструкция подключена к сети через блок питания, то вполне возможно, что она имеет простую схему без трансформатора и гальванической развязки. Поэтому к конструкции нельзя прикасаться руками, пока конденсаторы не разрядятся.
4. Если лампа не заработала, то в большинстве случаев виновата некачественная спайка деталей. Вы были невнимательны или поспешно действовали паяльником. Но не отчаивайтесь. Пробуйте дальше!

Видео: учимся паять

Странное дело: в наш век, когда в магазинах есть абсолютно всё, как правило, недорогое и весьма разнообразное, после двадцатилетней эйфории люди всё чаще возвращаются к тому, чтобы делать домашние вещи своими руками. Немыслимо расцвело рукоделие, занятия столярным и слесарным мастерством. И в этот ряд уверенно возвращается простая прикладная электротехника.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ток светодиодных ламп

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

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

I=(Р/U)*1000

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