Как защитить светодиоды от перегорания?

Защита светодиодных ламп от перегорания: схемы, причины, продлеваем жизнь

На рынке светодиодных ламп и светильников представлен широкий спектр продукции в разных ценовых диапазонах. Основное отличие приборов низкого и среднего ценовых сегментов заключается в большей степени не в используемых светодиодах, а в источниках питания для них.

Светодиоды работают от постоянного тока, а не от переменного, который протекает в бытовой электрической сети, а от качества преобразователя в большей степени зависит надежность ламп и режим работы светодиодов. В этой статье мы рассмотрим, как защитить светодиодные лампы и продлить жизнь дешевым моделям.

Всё описанное ниже справедливо и для светильников и для ламп.

Два основных вида источников питания для светодиодов: гасящий конденсатор и импульсный драйвер

В самой дешевой светодиодной продукции используется гасящий конденсатор в качестве источника питания. Принцип его работы основан на реактивном сопротивлении конденсатора. Отметим простыми словами, что в цепях переменного тока конденсатор представляет собой аналог резистора. Отсюда следуют такие же недостатки, что и при использовании резистора:

1. Отсутствие стабилизации по напряжению или току.

2. Соответственно при росте входного напряжения увеличивается и напряжение на светодиодах, соответственно растёт и ток.

Эти недостатки связаны между собой. В отечественных электросетях, особенно в отдаленных районах, дачных поселках, деревнях и частном секторе часто наблюдаются скачки напряжения. Если напряжение проседает ниже 220В это не так страшно для ламп собранных по этой схеме, ток через светодиоды будет ниже, соответственно они прослужат дольше.

Схема светодиодной лампы с гасящим конденсатором:

А вот если напряжение будет выше номинального, например 240В, то светодиодная лампы быстро сгорит, по причине того, что и ток через светодиоды возрастет. Также очень опасны и импульсные скачки напряжения в сети, они возникают вследствие коммутации мощных электроприборов: вы наверняка замечали, что при включении холодильника или пылесоса, например, свет «моргает» — это и есть проявление этих импульсных скачков. Также они возникают во время грозы или аварийных ситуациях на ЛЭП или электростанции. Выглядит импульс следующим образом:

Импульсные драйвера для светодиодов

В светодиодных лампочках среднего и высокого ценового сегмента используются драйвера импульсного типа со стабилизацией тока.

Светодиоды работают от стабильного тока, напряжение для них не является основополагающей величиной. Поэтому драйвером называют источник тока. Его основными характеристиками является сила выходного тока и мощность.

Стабилизация тока реализуется с помощью цепей обратной связи, если не вдаваться в подробности существует два основных типа драйверов, которые используются в светодиодных лампочках и светильниках:

1. Бестрансформаторный, соответственно без гальванической развязки.

2. Трансформаторный – с гальванической развязкой.

Гальваническая развязка – это система, которая обеспечивает отсутствие прямого электрического контакта между первичной цепью питания и вторичной цепью питания. Она реализуется с помощью явлений электромагнитной индукции, иначе говоря, трансформаторами, а также с помощью оптоэлектронных устройств. В блоках питания для гальванической развязки используется именно трансформатор.

Типовая схема бестрансформаторного 220В драйвера для светодиодов изображена на рисунке ниже.

Обычно они построены на интегральной микросхеме со встроенными силовым транзистором. Она может быть в разных корпусах, например TO92, он используется также и в качестве корпуса для маломощных транзисторов и других ИМС, например линейных интегральных стабилизаторов, типа L7805. Встречаютcя и экземпляры в «восьминогих» корпусах для поверхностного монтажа, типа SOIC8 и другие.

Для таких драйверов повышения или понижения напряжения в питающей сети не страшны. Но крайне нежелательны импульсные перенапряжения – они могут вывести из строя диодный мост, если драйвер бестрансформаторный, то 220В попадут на выход микросхемы, или же мост пробьёт на КЗ по переменному току.

В первом случае высокое напряжение «убьёт светодиоды», вернее один из них, как это обычно происходит. Дело в том, что светодиоды в лампах, прожекторах и светильников обычно соединены последовательно, в результате сгорания одного светодиода цепь разрывается, остальные остаются целыми и невредимыми.

Во втором – выгорит предохранитель или дорожка печатной платы.

Типовая схема драйвера для светодиодов с трансформатором изображена ниже. Они устанавливаются в дорогую и качественную продукцию.

Защита светодиодных ламп: схемы и способы

Есть разные способы защиты электроприборов, все они справедливы для защиты светодиодных светильников, среди них:

1. Использование стабилизатора напряжения – это самый дорогой способ и для защиты люстры его использовать крайне неудобно. Однако можно запитать весь дом от сетевого стабилизатора напряжения, они бывают различных типов – релейные, электромеханические (сервоприводные), релейные, электронные. Обзор их преимуществ и недостатков может стать темой для отдельной статьи, пишите в комментарии, если вам интересна эта тема.

2. Использование варисторов – это прибор ограничивающие всплески напряжения, может использоваться как для защиты конкретного светильника или другого прибора, так и на вводе в дом.

3. Использование дополнительного гасящего конденсатора последовательном включении. Таким образом, ограничивается ток лампы, конденсатор рассчитывают исходя из мощности лампы. Это скорее не защита, а понижение мощности лампы, в результате при повышенных значениях напряжения в электросети срок её службы не сократится.

Варистор для защиты ламп и другой бытовой техники

Варистор – это прибор ограничивающий напряжение, его действие подобно газовому разряднику. Это полупроводниковый прибор с переменным сопротивлением. Когда на его выводах напряжение достигает уровня напряжения срабатывания варистора, его сопротивление снижается с тысяч мегаом до десятков Ом и через него начинает протекать ток. Его подключают в цепь параллельно. Таким образом, происходит защита электрооборудования.

Внешний вид варисторов

Un — классификационное напряжение. Это такое напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток силой в 1 мА;

Um — максимально допустимое действующее переменное напряжение (среднеквадратичное);

Um= — максимально допустимое постоянное напряжение;

Р — номинальная средняя рассеиваемая мощность, это та, которую варистор может рассеивать в течение всего срока службы при сохранении параметров в установленных пределах;

W — максимальная допустимая поглощаемая энергия в джоулях (Дж), при воздействии одиночного импульса.

Ipp — максимальный импульсный ток, для которого время нарастания/длительность импульса: 8/20 мкс;

Со — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при работе ее значение зависит от приложенного напряжения, и когда варистор пропускает через себя большой ток, она падает до нуля.

Для увеличения рассеваемой мощности производители увеличивают размер самого варистора, а также делают его выводы более массивными. Они выступают в качестве радиатора для отвода выделенной тепловой энергии.

Для защиты электроприборов в отечественных электросетях переменным напряжением в 220В подбирают варистор больший, чем амплитудное значение напряжения, а примерно равно 310В. То есть можно устанавливать варистор с классификационным напряжением около 380-430В.

Например, подойдет TVR 20 431. Если вы установите варистор с меньшим напряжением, то возможны его «ложные» срабатывания при незначительных превышениях напряжения питающей сети, а если установите с большим – защита не будет эффективной.

Как уже было сказано, варисторы могут устанавливаться непосредственно на вводе в дом, таким образом, вы защитите все электроприборы в доме. Для этого промышленностью выпускаются модульные варисторы, так называемые УЗИП.

Вот схема его подключения для трёхфазной сети, для однофазной – аналогично.

Эти схемы с использованием дифавтомата и защитой от высокого потенциала на одном или двух проводах однофазной цепи не менее интересны.

Для защиты одного светильника или лампочки используют такую схему включения, она приведена на примере самодельного светодиодного светильника, но при использовании готового светильника или лампы варистор устанавливается также – параллельно по цепи 220В.

Вы его можете установить как в корпусе самого осветительного прибора, так и на питающих проводах снаружи. Если он подключается к розетке – варистор можно расположить в розетке. Варистор можно заменить супрессором.

В этом видео ролике автор интересно рассказывает о таком способе защиты.

Готовые решения

Устройство защиты от импульсных перенапряжений для светодиодных светильников – от производителя LittleFuse. Обеспечивают защиту от перенапряжений величиной до 20 кВ. В зависимости от конструкции устанавливается в параллель или последовательно.

На рынке имеются устройства с разными характеристиками – напряжением срабатывания и пиковый ток.

Устройство защиты светодиодов сохраняет лампы при импульсах напряжения. Подключается параллельно цепи освещения после выключателя. Также предотвращает самопроизвольное мигание светодиодных лампочек при использовании выключателей с подсветкой.

Суть работы такого устройства заключается в том, что внутри установлен конденсатор. Ток подсветки выключателей течет через него, также он сглаживает всплески напряжений.

Подобное или аналогичное устройство от фирмы Гранит, модель БЗ-300-Л. Индекс «Л» в конце говорит о том, что это блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп (клл).

Внутри расположено три детали, одну из которых мы рассмотрели выше:

Вот принципиальная схема. Вы можете её повторить.

Заключение

Полностью исключить вероятность перегорания светодиодных ламп и светильников невозможно. Однако вы можете продлить лампочкам жизнь, минимизировав влияние скачков напряжение. Сделать это можно либо своими руками, либо купив блок защиты светодиодных ламп заводского исполнения.

Эксперимент 13. Бережем светодиод от перегорания

Нам уже известно, что светодиод будет поврежден, если через него протекает слишком большой ток. Электрический ток выделяет тепло, которое расплавляет светодиод. Неудивительно, что вы можете очень легко вывести его из строя, нагревая слишком сильно один из его выводов паяльником. Вопрос только в том, какой же нагрев будет избыточным? Давайте выясним это.
Вам понадобятся:

  1. Паяльник мощностью 30-40 Вт.
  2. Паяльник-карандаш мощностью 15 Вт.
  3. Пара светодиодов, которые в ходе эксперимента будут выведены из строя.
  4. Резистор с сопротивлением 680 Ом.
  5. Кусачки для проводов и тонкогубцы.
  6. Держатель с зажимами типа «крокодил», предназначенный для удерживания ваших компонентов.

Здесь не будем использовать зажимы типа «крокодил» для подключения светодиодов к источнику питания, поскольку «крокодилы» будут отводить и поглощать некоторое количество тепла от паяльника. Вместо этого, пожалуйста, используйте тонкогубцы для изгиба выводов светодиода, чтобы сделать на их концах небольшие крючки, а затем такую же операцию выполните с нагрузочным резистором сопротивлением 680 Ом. Наконец, надо таким же образом согнуть новые провода вашего сетевого адаптера, чтобы их концы тоже были в форме небольших крючков. Теперь можно соединить крючки вместе, как звенья цепочки, как это показано рис. 1.

Рис. 1. За счет зацепления проводов резистора и светодиода белого цвета мы минимизируем пути отвода тепла при выполнении последующего испытания.

Захватите корпус светодиода «крокодилом» вашего держателя. Пластик не обладает хорошей теплопроводностью, поэтому держатель не будет отводить слишком много тепла от выводов нашего светодиода. Для создания контакта резистор может быть подвешен на крючке одного из выводов светодиода, а выходной провод сетевого адаптера может быть подвешен на другом выводе. Силы тяжести будет вполне достаточно, чтобы выполнить эту работу (создание контакта). Установите на вашем сетевом адаптере выходное напряжение 12 В перед тем, как включить его в сеть, после чего светодиод должен загореться ярким светом. В этом эксперименте я использовал белый светодиод, потому что его легче фотографировать.
Следует убедиться, что два паяльника по-настоящему разогрелись. Они могут быть включены, по меньшей мере, в течение пяти минут. Теперь нужно взять паяльник-карандаш и, прочно удерживая его жало у одного из выводов светящегося светодиода, по часам вести отсчет времени. На рис. 2 показано, каким в этом случае должно быть расположение элементов.
Я готов поспорить, что вы сможете продолжать такой нагрев в течение полных трех минут без каких-либо последствий для светодиода, именно поэтому-то я использую паяльник мощностью 15 Вт для тонких работ с электроникой, поскольку он не представляет опасности для электронных компонентов.

Читайте также  Анализаторы качества электроэнергии

Рис. 2. Разогрев вывода светодиода паяльником мощностью 15 Вт. Стандартный светодиод должен выдерживать такое воздействие в течение 2–3 мин, но если вы поменяете паяльник на 30-ваттный, то вероятнее всего светодиод сгорит уже через 15 сек.

Дайте светодиоду остыть, а затем приложите более мощный паяльник к той же части вывода, что и ранее. Перед этим, разумеется, надо убедиться, что паяльник разогрет до максимума. В итоге вы обнаружите, что ваш светодиод продержится не более 10 сек (замечу, что некоторые светодиоды более устойчивы к высоким температурам, чем другие). Именно поэтому-то я и не использую 30-ваттный паяльник для выполнения деликатных работ с электронными компонентами.
Паяльник большего размера необязательно при разогреве достигает более высокой температуры, чем паяльник меньшего размера. Он просто за тот же промежуток времени отдает больше тепла. Другими словами, большее количество тепла и с большей скоростью может быть им отдано.
Выбросите ваш перегоревший светодиод, замените его новым и подключите точно так же, как и предыдущий, но дополнительно подсоедините медный «крокодил» к одному из выводов светодиода возле его корпуса, как это показано на рис. 3. Приложите жало вашего паяльника мощность 30 или 40 Вт к этому выводу несколько ниже «крокодила». На этот раз вы сможете удерживать паяльник на этом месте не менее двух минут без каких-либо последствий для светодиода.

Рис. 3. Когда используется зажим типа «крокодил» в качестве теплоотвода, вы смело можете пользоваться 30-ваттным паяльником (установленным ниже зажима) не опасаясь повредить светодиод.

Представьте себе тепловой поток, который отходит от жала вашего паяльника и поступает по выводу к светодиоду. Только теперь на его пути будет медный зажим типа «крокодил», как это показано на рис. 4. Зажим ведет себя как пустая емкость, которая готова к заполнению. Он меньше «сопротивляется» поступлению тепла, чем оставшаяся часть вывода, которая идет к светодиоду, поэтому поток тепла «предпочитает» направиться в медный зажим, оставляя светодиод не поврежденным. В конце вашего эксперимента, если вы коснетесь зажима, то обнаружите, что он разогрелся, в то время как светодиод остался относительно холодным.

Рис. 4. Теплоотвод ограничивает подачу тепла, отводя его и защищая светодиод от повреждения

Зажим типа «крокодил», который известен, как теплоотвод. Он изготовлен из меди, потому что медь является одним из наилучших проводников.
Поскольку 15-ваттный паяльник не может повредить светодиод, то вы можете решить, что он полностью безопасен и при этом нет необходимости использовать теплоотвод. Что ж, это может быть и так. Проблема состоит в том, что вы на самом деле точно не знаете, является ли ваш полупроводник более термоустойчивым, чем светодиод. Поскольку последствия от перегорания компонента являются столь существенными, я полагаю, что вы должны следить за тем, чтобы они функционировали нормально и использовать теплоотводы в следующих обстоятельствах:

  1. Если вы прикладываете 15-ваттный паяльник слишком близко к полупроводнику в течение 20 сек или более.
  2. Если вы 30-ваттным паяльником касаетесь резистора или конденсатора в течение 10 сек или более. (Никогда не следует использовать его вблизи полупроводников.)
  3. Если вы прикладываете 30-ваттный паяльник к чему-либо плавкому в течение 20 сек или более. К плавким деталям относятся изоляция проводов, пластиковые разъемы и компоненты внутри переключателей.

Правила для отвода тепла

Фундаментальные сведения

Существует три способа монтажа деталей на плате.

Автор: Чарльз Платт

Запитываем светодиоды, чтобы горели и не сгорали.

В настоящее время в нашу жизнь интенсивно внедряются светодиоды. Основная проблема оказывается как из запитать. Дело в том, что главным параметром для долговечности светодиода является не напряжение его питание, а ток который по нему течет.

Например, красные светодиоды по напряжению питания могут иметь разброс от 1.8 вольта до 2,6, белые от 3,0 до 3,7 вольта. Даже в одной партии одного производителя могут встречаться светодиоды с разным рабочим напряжением.

Нюанс заключается в том, что светодиоды изготовленные на основе AlInGaP/GaAs (красные, желтые, зеленые – классические) довольно хорошо выдерживают перегрузку по току, а светодиоды на основе GaInN/GaN (синие, зеленые (сине-зеленые), белые) при перегрузке по току например в 2 раза живут … часа 2-3. Так, что если желаете чтобы светодиод горел и не сгорел в течении ходя бы 5 лет позаботьтесь о его питании.

Если мы устанавливаем светодиоды в цепочки (последовательное соединение) или подключаем параллельно добиться одинаковой светимости можно только если протекающий ток будет через них одинаков.

Еще хочу заострить внимание на том что светодиоды очень боятся обратного напряжения, оно очень низкое 5 – 6 вольт, импульсы обратного тока (а автомашинах) способны значительно сократить срок службы.

Значить как сделать самый простой стабилизатор тока?

Для этого берем если нужно стабилизировать ток в пределах до 1 ампера или LM317L если необходима стабилизация тока до 0,1 А.

Так выглядят стабилизаторы LM317 с рабочим током до 1,5 А.

А так LM317L с рабочим током до 100 мА.

Для тех кто не знает Vin – это сюда подается напряжение,Vout – отсюда получаем…., а Adjust вход регулировки. В двух словах LM317 это стабилизатор с регулируемым выходным напряжением.

Минимальное выходное напряжение 1,25 вольта (это если Adjust “посадить” прямо на землю) и до входного напряжения минус наши 1,25 вольта. Т.К. максимальное входное напряжение составляет 37 вольт, то можно делать стабилизаторы тока до 37 вольт соответственно.

Для того чтобы LM317 превратить в стабилизатор тока нужен всего 1 резистор!
Схема включения выглядит следующим образом:

С формулы внизу рисунка очень просто рассчитать величину резистора для необходимого тока. Т.е сопротивление резистора равно – 1,25 разделить на требуемый ток. Для стабилизаторов до 0,1 ампера мощность резистора 0,25 W вполне годиться.

На токи от 350 мА до 1 А рекомендуется 2 вата. Для тех кто не хочет считать привожу таблицу резисторов на токи для широко распространенных светодиодов.

Ток (уточненный ток для резистора стандартного ряда) Сопротивление резистора Примечание
20 мА 62 Ом стандартный светодиод
30 мА (29) 43 Ом “суперфлюкс” и ему подобные
40 мА (38) 33 Ом
80 мА (78) 16 Ом четырехкристальные
350 мА (321) 3,9 Ом одноватные
750 мА (694) 1,8 Ом трехватные
1000 мА (962) 1,3 Ом 5 W

А теперь пример с учетом всего выше сказанного. Сделаем стабилизатор тока для белых светодиодов с рабочим током 20 мА, условия эксплуатации автомобиль (сейчас так моден световой тюннинг….).

Для белых светодиодов рабочее напряжение в среднем равно 3,2 вольта. В автомашине (легковой) бортовое напряжение колеблется (в опять же среднем) от 11,6 вольт в режиме работы от аккумулятора и до 14,2 вольта при работающем двигателе. Для российских машин учтем выбросы в “обратке” (и в прямом направлении до 100 ! вольт).
Включить последовательно можно только 3 светодиода – 3,2*3 = 9,6 вольта, плюс 1,25 падение на стабилизаторе = 10,85. Плюс диод от обратного напряжения 0,6 вольта = 11,45 вольта.

Полученное значение 11,45 вольта ниже самого низкого напряжения в автомобиле – это хорошо! Это значит на выходе будет всегда наши 20 мА независимо от напряжения в бортовой сети автомобиля. Для защиты от выбросов положительной полярности поставим после диода супрессор на 24 вольта.

P.S. Подбирайте количество светодиодов так чтобы на стабилизаторе оставалось как можно меньше напряжения (но не меньше 1,3 вольта), это надо для уменьшения рассеиваемой мощности на самом стабилизаторе. Это особенно важно для больших токов. И не забудьте, что на токи от 350 мА и выше LM ка потребует радиатор.

Z1 супрессор или стабилитрон для дешевых светодиодов можно и не ставить, но диод для в автомобиле обязателен Рекомендую его ставить даже если вы просто подключаете светодиоды с гасящим резистором. Как рассчитывать сопротивление резистора для светодиодов я думаю описывать излишне.

Количество светодиодов в цепочки надо выбирать с учетом вашего рабочего напряжения минут падения напряжения на стабилитроне минус на диоде.

Например: Вам необходимо в автомобиле подключить белые светодиоды с рабочим током в 20 мАм. Обратите внимание 20 мАм это рабочий ток для ФИРМЕННЫХ дорогих светодиодов. Только фирменные гарантирует такой ток, поэтому если вы не знаете точного происхождения выбирайте ток в районе 14-15 мАм.

Это для того, что бы потом не удивляться почему так быстро упала яркость или вообще почему они так быстро перегорели. Это тоже актуально и для мощных светодиодов. Потому, то что к нам завозят не всегда то, что маркировано на изделии.

Вопрос 1 – сколько можно включить их последовательно? Для белых светодиодов рабочее напряжение 3,0-3,2 вольта. Примем 3,1. Напряжение минимальное рабочее на стабилизаторе (исходя из его опорного 1,25) приблизительно 3 вольта. Падение на диоде 0,6. Отсюда суммируем все напряжения и получаем минимальное рабочее напряжение выше которого наступает режим стабилизации тока на заданном уровне (если ниже, соответственно ток будет ниже) = 3,1*3 +3,0+0,6 = 12,9 вольта. Для автомобиля минимальное напряжение в сети 12,6 – это нормально.

Для белых светодиодов на 20 мАм можно включать 3 шт, для сети 12,6 вольта. Учитывая, что при включенном двигателе нормально рабочее напряжение сети 13,6 вольта (это номинальное, в других вариантах может быть и выше. ), а рабочее LM317до 37 вольт у нас все в норме.

Вопрос 2- как рассчитать сопротивление резистора задающего ток! Хоты выше и было описано, вопрос задают постоянно.

R1 = 125/Ist
где R1 – сопротивление токозадающего резистора в Омах.
1,25 – опорное (минимальное напряжение стабилизации) LM317
Ist – ток стабилизации в Амперах.

Нам нуден ток в 20 мАм – переводим в амперы = 0,02 Ам.
Вычисляем R1 = 1,25 / 0,02 = 62,5 Ома.

Принимаем ближайшее значение 62 Ома.

Еще пару слов о групповом включении светодиодов. Идеальное это последовательное включение со стабилизацией тока.

Светодиоды – это в принципе стабилитроны с очень малым обратным рабочим напряжениям. Если есть возможность наводок высокого напряжения от близ лежащих высоковольтных проводов необходимо каждый светодиод зашунтировать защитным диодом. (для справки многие производители особенно для мощных диодов это уже делают в монтируя в изделие защитный диод).

Читайте также  Многофункциональная система охраны


если необходимо подключить массив из светодиодов, то рекомендую такую схему включения

Резисторы необходимы для выравнивания токов по цепям и являются балластными нагрузками при повреждениях светодиодов в массиве.

Как рассчитать значение гасящего резистора для светодиода. Расчет проводиться по закону Ома.

Ток в цепи равен напряжение разделить на сопротивление цепи.
I led = V pit / на сопротивление диода и резистора.
сопротивление резистора и диода мы не знаем, но знаем наш рабочий ток и падения на напряжения на светодиоде. Для маломощных светодиодов ток 20 мАм необходимо принимать

Тип светодиода Рабочее напряжение (падение на светодиоде)
Инфракрасный 1,6-1,8
Красный 1,8-2,0
Желтый (зеленый) 2,0-2,2
Зеленый 3,0-3,2
Синий 3,0-3,2
Ультрафиолетовый 3,1-3,2
Белый 3,0-3,1

Зная падения на на светодиоде можно вычислить остаток на напряжения на резисторе.

Например. Питающее напряжение V pit = 9 вольт. Мы подключаем 1 белый светодиод падение на нем 3,1 вольт. Напряжение на резисторе будет = 9 – 3,1 = 5,9 Вольта.

Вычисляем сопротивление резистора
R1 = 5.9 / 0.02 = 295Ом.
Берем резистор с близким более высоким сопротивлением 300 ом.

Как продлить ресурс автомобильных светодиодных ламп без применения стабилизаторов

Предупреждение: Будет много букв, но вроде все по делу. Статья рассчитана на новичков, умеющих пользоваться паяльником.

Часть 1. Предисловие

Наверное, многие из вас меняли штатные лампы накаливания в плафонах салона, в подсветке номера, в габаритных огнях, в приборной панели и т.д., на светодиодные лампы.

Как правило, при подобных заменах используются уже готовые автомобильные светодиодные лампы, рассчитанные на напряжение 12 вольт.

По сравнению с лампами накаливания, преимущества светодиодных ламп известны, это малое энергопотребление, большой выбор цветов свечения, меньший нагрев, а также существенно больший срок службы.

Однако, для долгой и счастливой жизни светодиода весьма важно, чтобы протекающий через него ток не превышал заданных производителем величин. При превышении максимально допустимого тока, происходит быстрая деградация кристаллов светодиодов, и лампа выходит из строя.

Поэтому, в «правильные» светодиодные лампы уже встроен стабилизатор тока (драйвер). Но такие лампы, как правило, стоят недешево. В связи с этим, в автолюбительской среде гораздо большее распространение получили дешевые светодиодные лампы, не имеющие встроенного стабилизатора. Примеры таких ламп на фото 1:

Из-за отсутствия стабилизатора, такие лампы весьма чувствительны к скачкам напряжения в бортовой сети автомобиля. Кроме того, хитрые узкоглазые производители ламп рассчитывают их параметры, как правило, на максимальное напряжение 12В. Однако, как известно, при работе двигателя напряжение в бортсети составляет 13.

Один из способов продлить жизнь таким лампам — это подключение их через стабилизаторы напряжения, которые защитят лампы от скачков напряжения в бортовой сети автомобиля и подадут на лампы стабильные 12В. Однако, такой способ имеет ряд существенных недостатков:

Недостаток 1. Для установки стабилизаторов требуется вмешательство в электропроводку автомобиля, на что пойдет не каждый автовладелец, особенно в гарантийный период.

Недостаток 2. По схемотехнике, стабилизаторы делятся на линейные и импульсные. Линейные довольно сильно греются при относительно небольших токах, а импульсные генерируют высокочастотные помехи, которые влияют на качество приема радио.

Недостаток 3. Ламп в автомобиле много, и на каждую (пусть даже группу ламп) поставить стабилизатор проблематично.

Недостаток 4. Возврат к штатным лампам накаливания может потребовать демонтажа ранее установленных стабилизаторов.

Поэтому, в данной статье я предлагаю способ, как существенно продлить срок службы светодиодных ламп, без использования стабилизаторов. Речь пойдет о простой доработке самих светодиодных ламп.

Часть 2. Немного теории

Мне приходилось разбирать множество автомобильных светодиодных ламп. Несмотря на разный внешний вид, тип цоколя и габаритные размеры, практически все недорогие лампы конструктивно похожи, с небольшими вариациями, которые я отмечу далее.

Итак, среднестатистическая автомобильная светодиодная лампа выполнена по типовой схеме, представленной на рис. 2 (приведен пример для 9 светодиодов):

Обозначение элементов на схеме, слева направо:

R0 : Резистор-обманка для систем контроля исправности ламп. О нем я, возможно, сделаю отдельный материал, здесь его пока не рассматриваем. Этот резистор может присутствовать, а может и нет. I0 — ток через резистор R0.

VDS1 : Диодный мост. Так как для светодиодов важна полярность подключения, диодный мост позволяет подключать лампу как обычную лампу накаливания, не думая о полярности. Самые дешевые лампы не имеют диодного моста, но, в последнее время, он часто присутствует даже в малогабаритных бесцокольных лампах. Диодный мост установлен в лампу чисто для удобства пользователя.

R1-R3 : Токоограничивающие резисторы для цепочек из трех светодиодов HL1.1-HL1.3 и т.д. Эти резисторы задают ток, протекающий через каждую из цепочек светодиодов. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше ток через светодиоды.

HL1.1-HL1.3 : Цепочка из трех светодиодов. В разных по конструкции светодиодных лампах, количество цепочек и количество светодиодов в цепочке может быть различным, но часто используются именно цепочки из трех светодиодов. На данной схеме для примера показана лампа с тремя цепочками по три светодиода в каждой. Есть лампы, состоящие вообще из одного светодиода, но схемотехника у них такая же.

I1-I3 : ток через цепочки, например, I1 — ток через цепочку R1-HL1-HL2-HL3 и т.д. Суммарный ток, потребляемый лампой, равен сумме токов Iобщ=I0+I1+I2+I3.

Чтобы повысить надежность работы лампы, правильно ставить на каждую из цепочек отдельный токоограничивающий резистор R1-R3. В этом случае выход из строя светодиодов в одной из цепочек не повлияет на ток через другие цепочки. Однако, в целях экономии, производители дешевых ламп ставят один общий резистор на все цепочки. Такие лампы менее надежны, но выяснить это суждено уже покупателю. Упрощенная схема лампы с одним токоограничивающим резистором приведена на схеме на рис. 3:

От теории перейдем к практике. Я не буду грузить вас сложными расчетами, просто покажу, что и как делать.

Часть 3. Доработка автомобильных светодиодных ламп, не имеющих встроенного стабилизатора тока

Для доработки ламп понадобятся:

1. Паяльные принадлежности — паяльник на 25-40 Вт, флюс, припой.
2. Наличие мультиметра и паяльного фена приветствуется.
3. Набор резисторов требуемой мощности и номиналов. Возможно, для определения типа и номиналов резисторов, придется предварительно разобрать одну лампу для изучения.

Пример 1: Цилиндрические лампы типа C5W или C10W

Отпаиваем металлические контактные колпачки, нагревая их феном или паяльником сбоку, в месте соприкосновения с платой. Под одним из колпачков видим резистор-обманку R0, о нем поговорим в следующей записи (фото 4):

На фото 5 слева направо видим диодный мост VDS1, две цепочки светодиодов HL1-HL2 по три светодиода в каждой, и общий токоограничивающий резистор R1. Это означает, что данная лампа выполнена по упрощенной схеме с одним резистором (см. рис. 3).

Для сравнения, на фото 6 приведена более «правильная» лампа, где используются три токоограничивающих резистора, по одному на каждую цепочку:

На фото 7 показана светодиодная лампа со светодиодной матрицей (технология COB). Такие лампы легко отличить по внешнему виду, на них не видно отдельных светодиодов. Для матрицы COB используется один токоограничивающий резистор R1. В данном конкретном случае, это не удешевление:

Доработка лампы очень простая и сводится к замене токоограничивающих резисторов на резисторы большего номинала. Тем самым мы уменьшаем ток через светодиоды, в результате они меньше греются и дольше служат.

Я провел ряд измерений на различных светодиодных лампах, и для себя сделал следующие выводы:

Вывод 1: Большинство дешевых ламп рассчитаны производителем на максимальное напряжение 12В, не более. При работе в реальных условиях, при напряжении в бортсети порядка 13.5-14.5В, светодиоды работают с перегрузкой и быстро выходят из строя.

Вывод 2: Увеличение номинала токоограничивающего резистора в 2-3 раза не сильно сказывается на яркости свечения лампы, но пропорционально снижает ток через светодиоды, чем существенно продлевает их ресурс.

Вывод 3: Даже при уменьшении тока в 3-5 раз по сравнению с исходным, светодиодные лампы светят ярче, чем аналогичные лампы накаливания.

Отпаяв колпачки и получив доступ плате, выпаиваем заводской резистор и вместо него впаиваем свой, с увеличенным сопротивлением.

На фото 8 заводской резистор сопротивлением 22 Ом заменен на резистор сопротивлением 100 Ом (почти в 5 раз больше):

Подбором номинала резистора можно изготовить лампы для различных применений, например, для освещения салона сделать поярче, в подсветку номера — поменьше яркостью и т.д. Например, на фото 9, для подсветки номера, я поставил резисторы сопротивлением 150 Ом (в 7 раз больше штатного 22 Ом), яркость все равно осталась больше штатных ламп накаливания:

Пример 2. Бесцокольные лампы T10 W5W

Отгибаем контактные усики и разбираем лампу (фото 10):

Видим, что лампа имеет простейшую конструкцию, без диодного моста, питание на светодиоды подается через один токоограничивающий резистор (фото 11):

Еще одна распространенная разновидность лампы W5W, с одним мощным светодиодом. Разбирается аналогично предыдущему примеру (фото 12):

Здесь в конструкции питание подается через два последовательно включенных резистора. Это сделано для того, чтобы резисторы поменьше грелись (фото 13):

Пример 3. Малогабаритные лампы T5 для приборной панели

Как правило, из-за ограниченного размера, в конструкции таких ламп оставлен лишь один светодиод и один токоограничивающий резистор. Разбираются аналогично лампам W5W, путем отгибания усиков (фото 14-15):

14. Лампы для приборной панели

Все рассмотренные лампы дорабатываем аналогично, просто заменяем штатные резисторы на свои, с увеличенным в 2-3-5 раз номиналом. Сопротивление резистора подбираем, в зависимости от требуемой яркости свечения.

Часть 4. Некоторые практические советы

Совет 1. В лампах различного размера и конструкции, могут использоваться различные по типу и размеру элементы. Как правило, компоновка деталей лампы довольно плотная, поэтому запаять вместо штатных другие типоразмеры часто бывает затруднительно, из-за ограниченного свободного места. Поэтому, заранее подбирайте подходящие детали, но при этом чтобы мощность нового резистора не была меньше мощности штатного (фото 16):

Совет 2. При работе с паяльным феном, легко повредить горячим воздухом соседние детали, например, светодиоды. Поэтому, перепаивая резисторы, закрывайте другие детали от воздействия горячего воздуха. Я, например, просто прикрывал светодиоды пинцетом (фото 17):

Совет 3. При выпаивании колпачков ламп C5W и C10W, часть припоя может вытечь. При сборке лампы, для надежной пайки колпачков, можно заранее добавить припоя на контактные пятачки платы, тогда при нагреве припой надежно соединит плату и колпачок.

Совет 4. Некоторые лампы со светодиодными матрицами COB, для красоты прикрыты декоративными пластиковыми стеклами. Эти стекла ухудшают теплоотвод, рекомендую их снять, на внешний вид подсветки по факту это никак не влияет, а охлаждаться лампа будет лучше (фото 19):

Читайте также  Какими приборами измеряют работу электрического тока

И в завершение, небольшой прикол. Интересно, откуда на лампе взялась надпись «КОЛЯ», нанесенная промышленным способом? (фото 20):

Данная простая доработка позволяет существенно продлить ресурс автомобильных светодиодных ламп, даже без использования стабилизаторов тока или напряжения.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Блок защиты для светодиодных ламп 220В

Главная и, пожалуй, единственная причина выхода из строя обыкновенных ламп накаливания, галогенных и люминесцентных лампочек – перегорание спирали. С точки зрения физики этот процесс легко объясним. С раскалённой спирали постоянно испаряются атомы вольфрама.

В обыкновенных лампах быстрее, в галогенных – медленнее. После выключения часть испарившихся атомов оседает назад на спираль, часть на колбу. Как следствие неравномерного оседания, со временем образуются истончённые участки. А что приводит в негодность светодиодные лампы?

Почему лампы перегорают?

Все лампы со спиралью накаливания работают по принципу термоэлектронной эмиссии, то есть при прохождении тока спираль раскаляется, излучая свет видимой части спектра. Интенсивность тепловыделения обратно пропорциональна толщине проводника, соответственно истончённые зоны спирали нагреваются значительно сильнее, теряя прочность. На этих участках и происходят разрывы.

В качестве методов борьбы с этой «болезнью» разработано множество схем плавного розжига спирали, что действительно способно значительно увеличить срок её службы. Все эти схемы относятся к устройствам защиты.

Наряду с устройствами защиты ламп со спиралью накаливания появляются устройства защиты светодиодных ламп. Казалось бы, для чего они нужны, если у светодиодов нет спирали…

Действительно, свечение кристалла светодиода происходит благодаря возбуждению электронов в полупроводниковом слое, а не за счёт раскалённой спирали. Но в основе эффекта лежит тот же эффект термоэлектронной эмиссии. С годами очень тонкий полупроводниковый слой прогорает. Если внимательно присмотреться к светодиодной лампочке через несколько лет её работы, можно заметит отдельные потускневшие или нерабочие кристаллы, у которых произошёл пробой слоя полупроводника.

Существует ряд факторов, способных существенно сократить срок жизни таких устройств. К ним относятся:

  • Скачки напряжения;
  • наведённая пульсация;
  • паразитарная пульсация.

Скачки напряжения

Перепады в сети напряжения довольно привычное событие в нашей стране. Как ни странно, но к повышению напряжения выше номинального значения светодиодные лампы относятся достаточно спокойно. Драйверы питания способны легко с ними справиться.

Более опасны для светодиодов падения напряжения, когда за доли секунды ток, проходящий через полупроводниковый слой, падает, а потом возвращается к исходным величинам. Тогда в пространстве p-n перехода может произойти точечный пробой. Драйвер питания способен отсечь избыток тока, но не способен компенсировать его выраженное падение.

Защита светодиодных ламп частично решается установленным перед драйвером высоковольтным конденсатором средней ёмкости, играющим роль сглаживающего фильтра.

Фатальные скачки напряжения

Ситуация, которой я хочу коснуться скорее исключение из правил, тем не менее, такие случаи происходят с завидной регулярностью. Речь идет об ударах молний. Но не в линию электропередачи – такие ситуации как раз безопасны, поскольку из-за мгновенного расплавления проводов, заряд, скорее всего, не дойдёт до конечного потребителя электроэнергии. Опасны удары молний в непосредственной близости от линии электропередачи.

Напряжение коронного разряда достигает миллионов вольт и вокруг канала молнии образуется мощнейшее электромагнитное поле. Если в зоне его действия окажется линия передач, произойдет мгновенный скачок силы тока и напряжения.

Фронт нарастания амплитуды напряжения настолько быстрый, что защитные каскады электроники не успевают справиться и выгорают целые платы. В светодиодной лампочке будут многочисленные пробои кристаллов. Мы отнесли такие скачки напряжения к фатальным, поскольку адекватной защиты от такого форс-мажора нет.

При штатном режиме эксплуатации возникает такое явление как мерцание ламп в выключенном состоянии.

Подробно о мигании включенных ламп мы уже рассматривали в этой статье.

Наведённая пульсация

Сила тока, требующаяся для работы светодиодов очень мала — микроамперы. Если две линии внутриквартирной проводки находятся в непосредственной близости, а в одной из линий включена мощная нагрузка, электромагнитные волны способны возбуждать ток в проводнике достаточный для свечения светодиода.

Вечные светодиоды такой же миф, как и вечный двигатель. Каждый эпизод включения/выключения на чуть-чуть уменьшает срок его жизни. Никто не измерял такой параметр для светодиодов, но при частоте события пятьдесят раз в секунду (частота пульсации сети 50 Гц) даже очень большие числа — понятие относительное.

Паразитарная пульсация

Паразитарная пульсация светодиодной лампы возникает, когда для её включения используют выключатель с подсветкой. Через светодиод подсветки так же проходит достаточный ток для мигания светодиодов.

Наведённая и паразитарная пульсация – ведущий фактор риска для светодиодного освещения.

Наконец мы подошли к главной теме этого обзора — устройство защиты светодиодных ламп.

Блок защиты светодиодных ламп 220в представляет собой шунт с сопротивлением меньше, чем сопротивление светодиодов в лампочке. При возникновении паразитарных наводок они проходят через шунт, минуя лампу.

Одним из примеров таких устройств является вот такой девайс. Для активации защиты достаточно подключить его к клеммам входного напряжения драйвера питания светодиодной лампы. Применение даже такого элементарного способа защиты во много раз продлит срок жизни светодиодному освещению.

Все о блоках защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп

Рано или поздно любые источники света, применяемые в приборах освещения, перегорают. Причин этому множество. В лампочках со спиралью происходит разрыв последней, а в лэд-элементах – расслоение и выход из строя полупроводников кристаллов.

Единственный способ максимально продлить срок службы светодиодных и энергосберегающих ламп – это установить в сеть специальный блок защиты. Рассмотрим, какие основные причины перегорания ламп существуют, каким наилучшим способ защитить их от резких изменений параметров бытовой сети, каковы основные технические данные блоков защиты, что нужно знать при их выборе, как правильно их подключить, установить и подобрать место монтажа.

Почему лампы перегорают

В отличие от обычных ламп накаливания у галогенных принцип работы позволяет частично восстанавливать постоянно утончающуюся в ходе свечения спираль. Это несколько продлевает срок ее действия. Светодиодный кристалл служит на порядок дольше, но он также не застрахован от перегорания. Помимо естественного износа спирали или полупроводниковой матрицы, существует целый ряд специфических причин, значительно снижающих их долговечность. Это такие свойства бытовой сети 220 В, как:

  1. Скачки напряжения.
  2. Фатальные скачки.
  3. Наведенная пульсация.
  4. Паразитарная пульсация.

Рассмотрим их особенности более детально.

Скачки напряжения

Изменение значения напряжение – достаточно характерное явление для отечественной бытовой сети. Любая энергосберегающая светодиодная лампа, оснащенная элементарным гасящим драйвером, имеет защиту от эффекта повышения номинала. С другой стороны, от его падения лэд-элемент не может быть огражден таким блоком. Потребуется также установка высоковольтного конденсатора.

Фатальные скачки напряжения

К этому виду причин поломок светодиодных и энергосберегающих ламп относятся сверхвысокое повышение силы тока и напряжения в сети. Это происходит при разряде молнии в непосредственной близости с линией электропередач. Как правило, стандартные блоки защиты не успевают блокировать воздействие такой мощности, и электроника сгорает моментально. В этом случае происходит эффект мигающих лэд-светильников в отключенном состоянии.

Наведенная пульсация

При близком расположении двух проводников, один из которых ведет к мощному потребителю, во втором, ведущем к светодиодной лампе, возникает достаточная для инициации свечения сила тока. Проблема в том, что такое дополнительно включение/выключение (равное частоте переменного тока, то есть 50 раз в секунду!) очень быстро приведет энергосберегающее устройство в негодность.

Паразитарная пульсация

Эффект паразитной пульсации возникает при использовании выключателей с лэд-подсветкой. Через ее элементы проходит ток, достаточной силы, чтобы возбудить кристаллы светодиодной энергосберегающей лампы. В результате она мигает и, естественно, постепенно расходует ресурс полупроводниковой матрицы.

Как защитить лампы лед от скачков напряжения в электросети

Для устранения мерцания, основной причины уменьшения срока действия лэд-элемента, потребуется установка блока защиты. Это особый прибор, внутри которого расположен элемент с электрическим сопротивлением, несколько меньшим, чем в светодиодной энергосберегающей лампе. Возникающие паразитная и наведенные пульсации просто проходят через него, минуя светильник. Чтобы модуль начал работать, его необходимо подключить к входным контактам самого драйвера питания.

Почему встроенные блоки питания не защищают

Стандартные блоки питания, устанавливаемые в любой энергосберегающей светодиодной лампе, это гасящие драйвера. Их основное назначение – защитить кристалл от скачка напряжения. Однако они не могут предотвратить воздействия на нее микротоков, достаточных для мерцания. Полупроводниковый кристалл имеет меньшее сопротивление, и потому подвергается действию паразитной и наведенной пульсации. Также они не способны предохранить от падения номинала в сети, что также вредно для лэд-элементов. Поэтому требуется установка отдельно блока защиты.

Блоки защиты ламп: подключение и применение, работа и устройство

Блок защиты от импульсных перенапряжений предохраняет энергосберегающие светодиодные лампы от скачков в сети до 20 кВ. В зависимости от конструкционных особенностей он монтируется в схему параллельно или последовательно.

Технические данные

Устройства для защиты от перепадов сети для светодиодов и энергосберегающих ламп характеризуются тремя основными параметрами:

  1. Суммарная мощность потребляемых светильников.
  2. Входное напряжение.
  3. Номинал на выходе.

Важно! Дополнительными характеристиками, влияющими на функциональность блока защиты, являются диапазон рабочих температур и степень защиты от атмосферной влажности.

Особенности выбора

Первым необходимым условием выбора блока защиты для светодиодных и иных энергосберегающих ламп является правильный расчет суммарной мощности потребления. При этом к расчетной мощности для страховки лучше добавить еще 20-30% от полученного значения. Если устройство приобретается не только для лэд-элементов, но и для лампочек накаливания или галогенок, то желательно, чтобы оно было оснащено системой плавного повышения напряжения.

Правила и способы подключения

Блок защиты для одной или нескольких светодиодных или других энергосберегающих ламп устанавливается в самом начале схемы (после выключателя) в соответствии с конструкцией (последовательно или параллельно).

Важно! Если в схеме есть выключатель с подсветкой, потребуется установить дополнительный резистор (около 50 кОм и 1Вт) – параллельно блоку защиты. Последний в неактивном состоянии разрывает цепь, и потому лед-элемент работать не будет.

Места установки защиты

Если блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп небольшой (до 300 Вт), его можно установить в распределительном модуле для проводки. Однако необходимо иметь ввиду, что он должен хорошо охлаждаться и быть доступным в случае необходимости ремонта или замены.

Основные выводы

Блок защиты устраняет перепады напряжения в сети, обеспечивая длительный срок службы галогенным и прочим энергосберегающим и светодиодным лампам. Чаще всего причиной перегорания лампочек являются:

  1. Скачки напряжения.
  2. Фатальное повышение силы тока.
  3. Наведенная пульсация.
  4. Паразитарная пульсация.

Для надежной защиты энергосберегающих ламп и светодиодных светильников необходимо в начало электросхемы установить параллельно или последовательно (в зависимости от конструкции) специальный блок. При его выборе нужно учесть суммарную мощность электроприборов, а также напряжение на входе и выходе и условия будущей эксплуатации.