Люстра на светодиодах греется трансформатор

Проблема перегрева осветительных светодиодов и пути ее решения

Если сравнивать со стремительно уходящими в прошлое источниками света, то светодиодные источники имеют всего один, но крайне серьезный изъян. Их долговечность и надежность в значительной степени зависят от эффективности отвода тепла от излучающих свет компонентов. Поэтому схема защиты светодиода от перегрева — важная составная часть любой качественной светодиодной системы освещения.

Среднестатистический осветительный светодиод десятикратно превосходит по энергоэффективности (экономичности) традиционную лампочку с нитью накаливания. Однако, если светодиод не установить на радиатор достаточной площади, то он скорее всего быстро выйдет из строя. Принято считать, не вдаваясь в подробности, что более эффективные осветительные светодиоды нуждаются в более эффективном отводе тепла чем обычные.

Давайте, тем не менее, рассмотрим проблему более глубоко. Оценим два фонаря: первый — галогенный, второй — светодиодный. И уже после — обратим внимание на способы сохранения долговечности светодиодов и продления жизни их драйверам. Дело в том, что защитная часть светодиодной системы освещения должна обеспечить безопасное функционирование как светодиодам, так и схемам — драйверам.

К примеру у нас имеется два фонаря. Оба устройства дают по 10 Вт световой мощности. Разница лишь в том, что прожектор на галогенной лампе требует 100 Вт электрической мощности, а светодиод — всего 30 Вт.

Мы знаем, что светодиоды эффективнее по производимому свету примерно в 10 раз, но в реальности они крайне чувствительны к высоким температурам, и для них поэтому очень важен температурный режим, при котором происходит преобразование энергии электрического тока — в свет.

Для светильника с галогенной лампой рабочая температура даже в +400 °C является безопасной нормой, в то время как для светодиодов температура кристалла в +115 °C уже критически опасна, а максимальная температура корпуса диода составляет всего +90 °C. Поэтому светодиоду нельзя давать перегреваться, и на то есть несколько причин.

С повышением температуры светоизлучающего перехода, световая эффективность светодиода понижается, и это зависит как от конструкции светодиода, так и от состояния окружающей среды. К тому же светодиоды в принципе отличаются отрицательным температурным коэффициентом прямого падения напряжения на переходе. Это значит, что с увеличением температуры перехода, прямое падение напряжения на нем уменьшается. Обычно данный коэффициент варьируется от -3 до -6 мВ/К.

Таким образом, если при 25 °C прямое падение напряжения на светодиоде составляет 3,3 В, то при 75 °C оно будет уже 3 или менее вольт. И если драйвер светодиода не уменьшает по мере роста температуры напряжение на всех светодиодах сборки, то в один прекрасный момент ток станет поддерживаться неадекватно высоким, что приведет к перегреву, перегрузке, дальнейшему снижению прямого падения напряжения, и еще более быстрому нарастанию температуры кристалла. Дешевые светодиодные светильники с резистивным ограничением тока часто проявляют данный недостаток в самый неожиданный момент.

Допуски по колебаниям напряжения блока питания в сочетании с различиями в прямом падении напряжения на светодиоде (на этапе производства светодиоды не идеально одинаковы по данному параметру), и в связи с отрицательным температурным коэффициентом падения напряжения — в любой момент эти факторы в совокупности могут вызвать нарушение безопасного режима функционирования светодиода и спровоцировать скатывание к его саморазрушению.

Конечно, если конструкция светодиодного светильника (особенно — радиатора) достаточно надежна, то кратковременными снижениями яркости можно пренебречь, так как они очень редки и перегревы эти кратковременны. Но если перегрев продолжителен, то превышение температуры сразу превращается в настоящую угрозу для светильника.

Причины выхода светодиодов из строя при их перегреве

Светодиоды разрушаются от перегрева по нескольким причинам. Первая причина — изменение механического напряжения внутри светоизлучающего кристалла и монолитной светодиодной сборки. Вторая — нарушение герметичности, проникновение влаги и окисление. Защитный эпоксидный слой деградирует, происходит расслоение на границах, контакты кристалла испытывают коррозию.

Третья — рост количества дислокаций в кристалле ведет к изменению путей тока и возникновению точек превышения плотности тока и, соответственно, к перегреву этих точек. Наконец — явление диффузии металлов на контактах при повышенной температуре, что также в конце концов приводит к неработоспособности светодиода.

Разработчики светодиодов всеми силами пытаются свести к минимуму данные факторы отказа, и поэтому все время технологически совершенствуют производственный процесс. Тем не менее из-за перегрева отказы все равно неизбежны, хотя и становятся реже с совершенствованием производственного процесса.

Механическое давление — самая частая причина преждевременного выхода светодиодов из строя. Суть в том, что при перегреве герметик размягчается, электрические контакты и соединительные проводники смещаются от «заводского» положения, а когда температура наконец падает, происходит охлаждение, и герметизирующее вещество вновь застывает, но при этом давит на уже немного смещенные соединения, что в итоге приводит к явному нарушению первоначально равномерной проводимости. Благо, светодиоды изготовленные без соединительных проводников практически лишены данного недостатка.

Паяные соединения между светодиодом и подложкой также испытывают похожую проблему. Регулярные циклические, не заметные на глаз, размягчения и затвердевания заканчиваются появлением трещин в пайках и нарушением исходного контакта. Вот почему встречаются отказы светодиодов по причине разрыва цепи питания, причем разрыв этот часто не виден. Чтобы предотвратить данную проблему, можно максимально уменьшить разницу между безопасной рабочей температурой светодиода и температурой окружающей среды.

Мощные светодиоды (потребляющие больше электрической мощности) дают больше света, но их световая отдача все же имеет ограничение. Вот почему у потребителей и производителей часто возникает опасный соблазн эксплуатировать светодиоды в светильнике на полную мощность, дабы получить максимально возможную яркость. Но это действительно опасно, если не обеспечить достаточно эффективного охлаждения.

Разумеется, дизайнеры хотят создавать элегантные светильники интересных форм, однако они порой забывают что необходимо обязательно обеспечить соответствующее движение воздуха и адекватный отвод тепла — это для светодиодов зачастую самое главное, следующее за стабилизированным и качественным источником питания.

Да и непосредственно установка светодиодных светильников важна. Если один светильник установлен над другим таким же мощным, то поток воздуха от нижнего светильника может быть замедлен верхним, и нижний будет находиться поэтому в худших температурных условиях. Либо например теплоизоляция в стене или на потолке помещения может помешать теплоотводу, даже если при конструировании светильника все тепловые расчеты были выполнены идеально и технологически он изготовлен максимально правильно. Все равно вероятность отказа повышается просто из-за необдуманного и неграмотного монтажа готового изделия.

Одно из достойных решений проблемы перегрева светодиодов — включение в схему драйвера температурной защиты с обратной связью именно по температуре. Когда температура излучателя по какой-нибудь причине опасно повысилась — для понижения мощности, с целью удержания температуры внутри безопасного диапазона, автоматически уменьшается ток.

Простейшее решение — добавить в схему термистор с положительным температурным коэффициентом (можно и с отрицательным температурным коэффициентом, но тогда схема должна инвертировать сигнал в цепи обратной связи).

Пример термической защиты с использованием термистора

Для примера рассмотрим схему на базе специализированного микроконтроллера с токоограничительной цепью. Когда температура поднимается выше определенного порога (задается термистором и резисторами), термистор с положительным коэффициентом сопротивления, закрепленный на радиаторе вместе со светодиодами, увеличивает свое сопротивление, что приводит к соответствующему уменьшению тока в выходной цепи драйвера.

В этом плане очень удобны схемы драйверов с регулировкой яркости по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции), позволяющие одновременно и вручную регулировать яркость, и защищать светодиоды от перегрева.

Решение с термистором удобно тем, что изменение тока, а значит и уменьшение яркости, будет в такой схеме происходить плавно, незаметно для глаз и нервной системы, а значит ничего не будет мерцать и не вызовет у окружающих людей и животных раздражения. Температура верхней границы просто определяется выбором термистора и резистора. Это гораздо лучше решений с термодатчиками, которые просто резко размыкают цепь и дожидаются пока радиатор остынет, а потом снова включают освещение на полную яркость.

Специализированные микросхемы-драйверы светодиодов, безусловно, стоят денег, однако получаемые взамен надежность и долговечность работы светильника многократно окупят это вложение.

Стоит лишь вспомнить, что при соблюдении нормального температурного режима эксплуатации светодиодов их срок службы измеряется десятками тысяч часов, тогда и вопросы касательно материальных затрат на «правильный» драйвер отпадают сами собой.

Важно лишь обеспечить самому драйверу постоянную невысокую температуру, для этого всего лишь не нужно размещать его близко к радиатору светодиодов. Не правильно делают те, кто донельзя стремится уплотнить размещение компонентов внутри корпуса прожектора. Лучше вывести корпус драйвера отдельным блоком. Здесь безопасность и предусмотрительность — залог долговечности светодиодов.

Лучшие микросхемы для управления питанием светодиодов оснащены внутренними цепями защиты от собственного перегрева на тот случай если микросхема по конструктивным соображениям разработчика светильника все же должна размещаться в одном корпусе с заметно нагревающимися компонентами, такими как радиатор. Но лучше вообще не допускать перегрева микросхемы выше 70 °C и оснастить ее собственным радиатором. Тогда и светодиоды и микросхема драйвера проживут дольше.

Интересным может оказаться решение с применением двух последовательно соединенных термисторов в цепи термической защиты. Это будут разные термисторы, так как безопасные температурные границы у микросхемы и у светодиодов различны. А вот результат будет достигнут что надо — плавная регулировка яркости как при перегреве драйвера, так и при перегреве светодиодов.

Помогите с люстрой (очень сильно нагревается)

Здравствуйте! Ситуация такая: имеется люстра (управляется двумя кнопками) по 8 и 4 лампочки, которые нельзя трогать руками ))) (по 20 ватт каждая) внутри соответственно 2 трансформатора. Недавно начала нагреваться (именно сам корпус люстры). Разобрал, проверил, соединение параллельное. По отдельности с каждым трансформатором тоже нагревается и обмотка плавится. Что это может быть? До этого год работала нормально.

Тут либо перегрузка ,либо КЗ в обмотке .

Мощность лампочек какая?
А на трансформаторе что написано?

Мощность 20 вт.
где 4 — там 105 вт, где 8 там 160 вт.

там идёт так: один провод крепится к корпусу (в месте где крепится, там и нагревается) ко второму присоединены все провода от каждой лампы

seva123 написал :
один провод крепится к корпусу

Отключите это соединение от корпуса. Похоже, что крюк потолочный у вас не изолирован и рабочий ноль сидит на «земле».

Так крюк и есть —надежно заземлен, он ведь приварен к арматуре жб плиты перекрытия.

avmal написал :
Отключите это соединение от корпуса.

А не является ли это соединение, общим (корпус люстры как общий провод. ) для обоих групп ламп?

avmal написал :
Похоже, что крюк потолочный у вас не изолирован и рабочий ноль сидит на «земле».

На крюк можно одеть кембрик.

Читайте также  Вытянутые люстры на потолок

Именно так. Корпус — одно соединение. И от каждой лампы по проводу, они свиты воедино. Никакого крюка нет. Я крепил на дюбель-гвоздь

Ну тогда все ясно. Корпус-общий провод. тогда зачистите места контактов и резьбы ножом до блеска, если есть окисная пленка —удалите.

Скорее всего большое переходное сопротивление-отсюда и нагрев.

я приматывал один из проводов к разным местам корпуса. нагревается в местах примотки. что делать в таком случае? Может провод заменить?

Вот вам крюк » >
И что? Заземлён? (фото с объекта). Думали проволочка — оказалось, когда снизу прибежали, люстра.

Не приматывать, а купить соответствующий наконечник и оконцевать

S_CS , это самодельный крюк —например для прихожих.
Хотя сейчас и в комнатах крюков не делают.
Вообще крюки есть только в домах постройки от 61 до 91 года.

В более ранних и поздних—-либо есть только в зале и спальне (как у нас) , либо вообще нет.

Вообще там гайкой провод прикручивается, но в любом случае нагревается. Наконечник поможет от нагрева? А что ещё надо сделать?

Должен помочь. И вообще, раз сделано гайкой—то надо гайкой.
Сначала зачищаете подложку ,затем надеваете на штырь наконечник , закручиваете гайку и затягиваете . Все.

Некоторые еще термопастой смазывают. А еще можно приклеить к верхней части корпуса пару алюминиевых радиаторов —греться точно небудет.,кстати,если есть 12 вольт, томожно подумать и о принудительном охлаждении 7-8 ваттный вентилятор будет в самый раз.

а что такое подложка?

а в местах соединений проводов трансформаторов на них надеты конусообразные чехлы, может их тоже заменить надо?

подложка-та часть корпуса ,кс которой и осуществляется контакт. Т.е которая оказывается ПОД шайбой.

Кстати,корпус где размещен трансформатор вообще имеет вентиляционные отверстия? и сверху и снизу? Должна обеспечиваться естественная тяга.

Да. С этим всё норм. Год было всё нормально, но потом люстра начала вонять плавленой пластмассой.

Чехлы: конусообразные колпачки с внутренней резьбой. То есть 2 провода оголены и скручены, сверху вместо изоленты наворачивается чехол))

2seva123 Вам же уже сказали

avmal написал :
Отключите это соединение от корпуса.

Неужели так тяжело это всосать?

Alex___dr написал :
А не является ли это соединение, общим (корпус люстры как общий провод. ) для обоих групп ламп?

Разумеется является, только все эти соединения надо изолировать от корпуса, поскольку корпус сидит на «земле».

avmal написал :
Разумеется является, только все эти соединения надо изолировать от корпуса,

Не факт, что это легко сделать

avmal написал :
поскольку корпус сидит на «земле».

seva123 написал :
Никакого крюка нет. Я крепил на дюбель-гвоздь

Если дюбель-гвоздь применён правильно, то даже гвоздь не имеет контакта с корпусом.

Alex___dr написал :
Не факт, что это легко сделать

Отсоединить от корпуса тяжело?

seva123 написал :
я приматывал один из проводов к разным местам корпуса. нагревается в местах примотки. что делать в таком случае? Может провод заменить?

Токи по 12В приличные, возможно что и провод окислился.
Поменяйте провод на сечение мин. 1.5 мм2 и тщательно зачистите место штатного подсоединения
провода(ов) к корпусу. Шайба, гровер и плотно закрученная гайка обязательны.
Если провод многожилка, то крайне не помешает обжать наконечником.

avmal написал :
Отсоединить от корпуса тяжело?

Отсоединить то легко. А вот где к корпусу крепятся провода от ламп? Может понадобиться протяжка дополнительных проводов, а внутреннего диаметра трубок может не хватить.
Тем более, что проблема появилась не сразу.

seva123 написал :
До этого год работала нормально.

Почему греется светодиодная лента: основные причины и способы устранения

Для ламп накаливания или галогенок нагрев является нормальным явлением и всегда сопутствует работе приборов. Светодиодам перегрев категорически противопоказан, но в некоторых пределах они тоже выделяют тепло. Если греется светодиодная лента, у владельцев возникает масса вопросов — насколько это допустимо и в каких пределах такой нагрев считается нормой. Беспокойство понятное и правильное — своевременно внесенные исправления позволяют сохранить подсветку в рабочем состоянии. Рассмотрим этот вопрос подробно.

Насколько сильно может греться светодиодная лента

Конструкция LED приборов принципиально отличается от устройства традиционных источников света. КПД современного светодиода значительно выше, чем у всех альтернативных вариантов и доходит до 60 %. Это означает, что как минимум 40 % потребляемой энергии уходит в образование тепла. Поэтому любой LED элемент нагревается, и его рабочая температура определяется мощностью, размерами и прочими факторами.

Максимальным значением для большинства светодиодов является нагрев в 60°. Если лента греется до 70°, ситуация считается критической и требует немедленного вмешательства. Когда речь идет о маломощных элементах, нагрев несколько меньше, но предельное значение остается тем же. Для защиты используется система охлаждения, радиаторы или теплоотводящая подложка.

Нормальная температура работающей светодиодной ленты составляет 40-45°. На ощупь это ощущается как слегка теплая поверхность. Такой тепловой режим обеспечивается двумя факторами:

  • количество и условия свечения светодиодов рассчитаны, элементы работают в оптимальном режиме;
  • основа светодиодной ленты является эффективным радиатором и забирает в себя большую часть выделяемой тепловой энергии.

Если лента греется сильнее и кажется горячей, следует отключить ее и определить, почему это происходит. Необходимо решить вопрос как можно быстрее, поскольку даже кратковременный перегрев отрицательно воздействует на срок эксплуатации изделия.

Причины нагревания светодиодной ленты

Для того, чтобы разобраться, почему светодиодная лента греется, надо рассмотреть условия ее работы, способ подключения и прочие факторы воздействия. Прежде всего, необходимо изучить паспортные данные и выяснить рабочую температуру изделия. Есть светодиоды, которые во время работы греются до 100° и больше, это нормально и является особенностью конструкции. Однако, такие элементы редко устанавливаются на светодиодные ленты. Как правило, они рассчитаны на эксплуатацию в сложных условиях, когда излишки тепла рассеиваются в холодное окружающее пространство. Есть и другие факторы, о которых следует поговорить особо.

Качество

Количество светодиодных лент на рынке огромно. Постоянно появляются новые производители, не отстают и промышленные гиганты. Чем известнее и популярнее бренд, тем больше подделок из стран Юго-Восточной Азии. Они не соответствуют заявленным параметрам практически по всем пунктам, и основным следствием этого является чрезмерный нагрев. Избежать таких ошибок можно, если при покупке не стесняться спрашивать у продавца необходимые сертификаты.

Интересно! Продукция известных фирм всегда имеет все сопутствующие документы, сотрудники магазинов предоставляют их по первому требованию. Если возникают какие-либо проблемы, лучше поискать в другом магазине.

Перегруз

Многие пользователи приобретают недорогие изделия от неизвестных производителей. Такая продукция редко соответствует заявленным на упаковке параметрам. В частности, у большинства таких лент чрезмерно завышена мощность. Это делается для того, чтобы использовать меньшее количество LED элементов и получить такую же яркость, как у нормальных изделий. При подаче питания светодиоды начинают получать слишком высокое напряжение, следствием чего становиться избыточный нагрев. Проще говоря, лишний вольтаж превращается в тепло. Решением проблемы станет либо установка дополнительных элементов, либо использование понижающего резистора.

Другие

Светодиодная лента нередко греется и по другим причинам:

  1. Иногда причиной перегрева становится использование герметичных светодиодных лент со степенью защиты IP67 в теплых жилых помещениях. Элементы находятся внутри силиконовой трубки, которая не позволяет излишкам тепла выводиться наружу. Возникает эффект термоса, светодиоды нагреваются и начинают в усиленном порядке деградировать.
  2. Нередко причиной излишнего нагрева становится слишком плотный монтаж. Ленту прикрепляют так, что большое количество элементов оказываются сосредоточены в одном месте — наматывают на трубу, укладывают полосы и т.п. Теплоотведение в таких условиях затрудняется, и лента начинает перегреваться.
  3. Перегревается не только лента, но и блок питания (драйвер). Это происходит при отсутствии некоторого запаса мощности источника. Со временем его характеристики снижаются, он начинает работать с перегрузкой и сильно греться. Решением проблемы станет замена драйвера на более мощный прибор.

Полезные советы

Для того, чтобы избежать перегрева, следует знать возможные причины и исключить их еще на стадии приобретения светодиодной ленты. Необходимо учитывать важные моменты:

  • для работы в помещениях не следует использовать ленты с уровнем защиты от IP65 и выше;
  • монтаж производить с использованием теплоотводящих оснований. Рекомендуется применять специальный алюминиевый профиль;
  • существуют специальные разновидности лент, оснащенные подложкой увеличенной толщины. Она эффективно отводит тепло, но менее гибкая и эластичная. При возможности следует выбирать такие изделия;
  • не следует покупать продукцию неизвестных производителей сомнительного качества.

Следование этим советам позволит снизить риск нарушения режима работы светодиодных лент.

Основные выводы

Любая светодиодная лента греется во время работы. Нормальным показателем считается 45°, но превышение этого значения чаще всего свидетельствует о нарушении режима работы. Распространенные причины:

  • несоответствие параметров источника питания и светодиодной ленты;
  • ошибки, допущенные при установке;
  • использование закрытых лент в теплых помещениях;
  • низкое качество подсветки.

Решением проблемы является исключение причины перегрева. Если ее обнаружить не удается, приходится полностью менять подсветку, предварительно проанализировав условия и режим ее работы. Свои способы решения вопроса излагайте в комментариях.

Алгоритм поиска неисправности в драйвере LED лампы или Эркюль Пуаро отдыхает

Недавно один знакомый попросил меня помочь с проблемой. Он занимается разработкой LED ламп, попутно ими приторговывая. У него скопилось некоторое количество ламп, работающих неправильно. Внешне это выражается так – при включении лампа вспыхивает на короткое время (менее секунды) на секунду гаснет и так повторяется бесконечно. Он дал мне на исследование три таких лампы, я проблему решил, неисправность оказалась очень интересной (прямо в стиле Эркюля Пуаро) и я хочу рассказать о пути поиска неисправности.

LED лампа выглядит вот так:


Рис 1. Внешний вид разобранной LED лампы

Разработчик применил любопытное решение – тепло от работающих светодиодов забирается тепловой трубкой и передается на классический алюминиевый радиатор. По словам автора, такое решение позволяет обеспечить правильный тепловой режим для светодиодов, минимизируя тепловую деградацию и обеспечивая максимально возможный срок службы диодов. Попутно увеличивается срок службы драйвера питания диодов, так как плата драйвера оказывается вынесенной из теплового контура и температура платы не превышает 50 градусов Цельсия.

Читайте также  Как сделать люстру в зал своими руками?

Такое решение – разделить функциональные зоны излучения света, отвода тепла и генерации питающего тока – позволило получить высокие эксплуатационные характеристики лампы по надежности, долговечности и ремонтопригодности.
Минус таких ламп, как ни странно, прямо вытекает из ее плюсов – долговечная лампа не нужна производителям :). Историю о сговоре производителей ламп накаливания о максимальном сроке службы в 1000 часов все помнят?

Ну и не могу не отметить характерный внешний вид изделия. Мой «госконтроль» (жена) не разрешил мне ставить эти лампы в люстру, где они видны.

Вернемся к проблемам драйвера.

Вот так выглядит плата драйвера:


Рис 2. Внешний вид платы LED драйвера со стороны поверхностного монтажа

И с обратной стороны:


Рис 3. Внешний вид платы LED драйвера со стороны силовых деталей

Изучение ее под микроскопом позволило определить тип управляющей микросхемы – это MT7930. Это микросхема контроля обратноходового преобразователя (Fly Back), обвешанная разнообразными защитами, как новогодняя елка – игрушками.

В МТ7930 встроены защиты:

• от превышения тока ключевого элемента
• понижения напряжения питания
• повышения напряжения питания
• короткого замыкания в нагрузке и обрыва нагрузки.
• от превышения температуры кристалла

Декларирование защиты от короткого замыкания в нагрузке для источника тока носит скорее маркетинговый характер 🙂

Принципиальной схемы на именно такой драйвер добыть не удалось, однако поиск в сети дал несколько очень похожих схем. Наиболее близкая приведена на рисунке:

Рис 4. LED Driver MT7930. Схема электрическая принципиальная

Анализ этой схемы и вдумчивое чтение мануала к микросхеме привело меня к выводу, что источник проблемы мигания – это срабатывание защиты после старта. Т.е. процедура начального запуска проходит (вспыхивание лампы – это оно и есть), но далее преобразователь выключается по какой-то из защит, конденсаторы питания разряжаются и цикл начинается заново.

Внимание! В схеме присутствуют опасные для жизни напряжения! Не повторять без должного понимания что вы делаете!

Для исследования сигналов осциллографом надо развязать схему от сети, чтобы не было гальванического контакта. Для этого я применил разделительный трансформатор. На балконе в запасах были найдены два трансформатора ТН36 еще советского производства, датированные 1975 годом. Ну, это вечные устройства, массивные, залитые полностью зеленым лаком. Подключил по схеме 220 – 24 – 24 -220. Т.е. сначала понизил напряжение до 24 вольт (4 вторичных обмотки по 6.3 вольта), а потом повысил. Наличие нескольких первичных обмоток с отводами дало мне возможность поиграть с разными напряжениями питания – от 110 вольт до 238 вольт. Такое решение конечно несколько избыточно, но вполне пригодно для одноразовых измерений.


Рис 5. Фото разделительного трансформатора

Из описания старта в мануале следует, что при подаче питания начинает заряжаться конденсатор С8 через резисторы R1 и R2 суммарным сопротивлением около 600 ком. Два резистора применены из требований безопасности, чтобы при пробое одного ток через эту цепь не превысил безопасного значения.

Итак, конденсатор по питанию медленно заряжается (это время порядка 300-400 мс) и когда напряжение на нем достигает уровня 18,5 вольт – запускается процедура старта преобразователя. Микросхема начинает генерировать последовательность импульсов на ключевой полевой транзистор, что приводит к возникновению напряжения на обмотке Na. Это напряжение используется двояко – для формирования импульсов обратной связи для контроля выходного тока (цепь R5 R6 C5) и для формирования напряжения рабочего питания микросхемы (цепь D2 R9). Одновременно в выходной цепи возникает ток, который и приводит к зажиганию лампы.

Почему же срабатывает защита и по какому именно параметру?

Первое предположение

Срабатывание защиты по превышению выходного напряжения?

Для проверки этого предположения я выпаял и проверил резисторы в цепи делителя (R5 10 ком и R6 39 ком). Не выпаивая их не проверить, поскольку через обмотку трансформатора они запараллелены. Элементы оказались исправны, но в какой-то момент схема заработала!

Я проверил осциллографом формы и напряжения сигналов во всех точках преобразователя и с удивлением убедился, что все они – полностью паспортные. Никаких отклонений от нормы…

Дал схеме поработать часок – все ОК.

А если дать ей остыть? После 20 минут в выключенном состоянии не работает.

Очень хорошо, видимо дело в нагреве какого-то элемента?

Но какого? И какие же параметры элемента могут уплывать?

В этой точке я сделал вывод, что на плате преобразователя имеется какой-то элемент, чувствительный к температуре. Нагрев этого элемента полностью нормализует работу схемы.
Что же это за элемент?

Второе предположение

Подозрение пало на трансформатор. Проблема мыслилась так – трансформатор из-за неточностей изготовления (скажем на пару витков недомотана обмотка) работает в области насыщения и из-за резкого падения индуктивности и резкого нарастания тока срабатывает защита по току полевого ключа. Это резистор R4 R8 R19 в цепи стока, сигнал с которого подается на вывод 8 (CS, видимо Current Sense) микросхемы и используется для цепи ОС по току и при превышении уставки в 2.4 вольта отключает генерацию для защиты полевого транзистора и трансформатора от повреждений. На исследуемой плате стоит параллельно два резистора R15 R16 с эквивалентным сопротивлением 2,3 ома.

Но насколько я знаю, параметры трансформатора при нагреве ухудшаются, т.е. поведение системы должно быть другим – включение, работа минут 5-10 и выключение. Трансформатор на плате весьма массивный и тепловая постоянная у него ну никак не менее единиц минут.
Может, конечно в нем есть короткозамкнутый виток, который исчезает при нагреве?

Перепайка трансформатора на гарантированно исправный была в тот момент невозможна (не привезли еще гарантированно рабочую плату), поэтому оставил этот вариант на потом, когда совсем версий не останется :). Плюс интуитивное ощущение – не оно. Я доверяю своей инженерной интуиции.

К этому моменту я проверил гипотезу о срабатывании защиты по току, уменьшив резистор ОС по току вдвое припайкой параллельно ему такого же – это никак не повлияло на моргание лампы.

Значит, с током полевого транзистора все нормально и превышения по току нет. Это было хорошо видно и по форме сигнала на экране осциллографа. Пик пилообразного сигнала составлял 1,8 вольта и явно не достигал значения в 2,4 вольта, при котором микросхема выключает генерацию.

К изменению нагрузки схема также оказалась нечувствительна – ни подсоединение второй головки параллельно, ни переключение прогретой головы на холодную и обратно ничего не меняло.

Третье предположение

Я исследовал напряжение питания микросхемы. При работе в штатном режиме все напряжения были абсолютно нормальными. В мигающем режиме тоже, насколько можно было судить по формам сигналов на экране осциллографа.

По прежнему, система мигала в холодном состоянии и начинала нормально работать при прогреве ножки трансформатора паяльником. Секунд 15 погреть – и все нормально заводится.

Прогрев микросхемы паяльником ничего не давал.

И очень смущало малое время нагрева… что там может за 15 секунд измениться?

В какой-то момент сел и методично, логически отсек все гарантированно работающее. Раз лампа загорается — значит цепи запуска исправны.
Раз нагревом платы удается запустить систему и она часами работает — значит и силовые системы исправны.
Остывает и перестает работать — что-то зависит от температуры…
Трещина на плате в цепи обратной связи? Остывает и сжимается, контакт нарушается, нагревается, расширяется и контакт восстанавливается?
Пролазил тестером холодную плату — нет обрывов.

Что же еще может мешать переходу от режима запуска в рабочий режим.

От полной безнадеги интуитивно припаял параллельно электролитическому конденсатору 10 мкф на 35 вольт по питанию микросхемы такой же.

И тут наступило счастье. Заработало!

Замена конденсатора 10 мкф на 22 мкф полностью решило проблему.

Вот он, виновник проблемы:


Рис 6. Конденсатор с неправильной емкостью

Теперь стал понятен механизм неисправности. Схема имеет две цепи питания микросхемы. Первая, запускающая, медленно заряжает конденсатор С8 при подаче 220 вольт через резистор в 600 ком. После его заряда микросхема начинает генерировать импульсы для полевика, запуская силовую часть схемы. Это приводит к генерации питания для микросхемы в рабочем режиме на отдельной обмотке, которое поступает на конденсатор через диод с резистором. Сигнал с этой обмотки также используется для стабилизации выходного тока.

Пока система не вышла в рабочий режим — микросхема питается запасенной энергией в конденсаторе. И ее не хватало чуть-чуть — буквально пары-тройки процентов.
Падения напряжения оказалось достаточно, чтобы система защиты микросхемы срабатывала по пониженному питанию и отключала все. И цикл начинался заново.

Отловить эту просадку напряжения питания осциллографом не получалось — слишком грубая оценка. Мне казалось, что все нормально.

Прогрев же платы увеличивал емкость конденсатора на недостающие проценты — и энергии уже хватало на нормальный запуск.

Понятно, почему только некоторая часть драйверов отказала при полностью исправных элементах. Сыграло роль причудливое сочетание следующих факторов:

• Малая емкость конденсатора по питанию. Положительную роль сыграл допуск на емкость электролитических конденсаторов (-20% +80%), т.е. емкости номиналом 10 мкф в 80% случаев имеют реальную емкость около 18 мкф. Со временем емкость уменьшается из-за высыхания электролита.
• Положительная температурная зависимость емкости электролитических конденсаторов от температуры. Повышенная температура на месте выходного контроля — достаточно буквально пары-тройки градусов и емкости хватает для нормального запуска. Если предположить, что на месте выходного контроля было не 20 градусов, а 25-27, то этого оказалось достаточно для практически 100% прохождения выходного контроля.

Производитель драйверов сэкономил конечно, применив емкости меньшего номинала по сравнению с референс дизайн из мануала (там указано 22 мкф) но свежие емкости при повышенной температуре и с учетом разброса +80% позволили партию драйверов сдать заказчику. Заказчик получил вроде бы работающие драйверы, которые со временем стали отказывать по непонятной причине. Интересно было бы узнать – инженеры производителя учли особенности поведения электролитических конденсаторов при повышении температуры и естественный разброс или это получилось случайно?

Установка светодиодных ламп 12v в люстре вместо галогеновых

Автор: Alex. Опубликовано в Копилка 08 Ноябрь 2014 . просмотров: 385080

Сейчас на рынке продаётся большое количество люстр с галогеновыми лампами 12v и всё бы хорошо, но некоторые хотят сэкономить на электроэнергии или предпочитают нейтральный белый свет жёлтому. Казалось бы, всё просто, нужно купить светодиодные лампы с таким же цоколем, как у галогенных ламп, установить их и люстра будет прекрасно работать. Но здесь кроется одна проблема, которая всплывает после установки светодиодных ламп. Давайте разберёмся, как обойти проблемы при замене ламп.

Читайте также  Быстро перегорают лампочки в люстре что делать?

Почему установить светодиодные лампы непросто?

Сразу хочу написать, что всё, что описано в этой статье имеет отношение лишь к люстрам, в которых используются галогеновые лампы с рабочим напряжением 12в.

Дело в том, что в люстрах с лампочками на 12 вольт, используются трансформаторы (или блоки питания, называйте как хотите), которые преобразуют переменный ток 220 вольт нашей электрической сети в переменный ток 12 вольт, который нужен для галогеновых лампочек. При этом напряжения на выходе не стабилизировано. А для светодиодных ламп нужно стабилизированное постоянное напряжение. Уже этот факт у многих вызывает проблемы. Например, возможны мерцания светодиодных ламп заметных человеческому глазу, что случилось и в моём случае. Поверьте, это неприятно.

Вторая проблема, с которой вы можете столкнуться, может возникнуть из-за низкого энергопотребления светодиодных ламп. Дело в том, что некоторые трансформаторы автоматически отключаются, если потребляемая нагрузка слишком мала, а это как раз наш случай. Например, мощность одной галогеновой лампы, больше чем мощность десяти светодиодных ламп (мощность галогеновой лампы – 20 ватт, а светодиодной – 1,5 ватт). В моём случае такого не произошло, но не пугайтесь, если после замены ламп, люстра будет гаснуть или мигать.

И третья проблема, с которой столкнулся я, очень странная, но будьте готовы к такому повороту событий. Дело в том, что у меня люстра с пультом управления, и когда я поменял все лампы на светодиодные, то пульт управления мог только включить лампы, а погасить или поменять режим — нет. В общем можно сказать, что пульт работать перестал. Как только я вернул несколько галогеновых ламп (только часть) на место, пульт заработал (на картинке видно, что галогеновые лампы дают жёлтый свет). Я думаю, это происходит опять из-за недостаточной нагрузки.

Замена трансформаторов

Случай со смешанным типом ламп мне не подходит, поэтому я решил, заменить трансформаторы галогеновых ламп на блоки питания для светодиодных ламп. Я открыл люстру и обнаружил внутри 3 трансформатора для галогенных ламп (один трансформатор 160 ватт на одну группу ламп и два других на вторую группу ламп), 1 блок управления и 1 блок для управления за светодиодной подсветкой (люстра может мигать красным и синим светом).

Теперь нужно подсчитать суммарную нагрузку на блок питания. У меня в люстре есть две группы ламп 8 и 9, при мощности светодиодной лампы 1,5 ватт, получается, соответственно, 12 и 13,5 ватт. Также помните, что после установки блока питания ни в коем случае нельзя вставлять в люстру галогеновые лампы!

Я приобрёл в магазине пару источников постоянного напряжения 12 в Navigator выдерживающих нагрузку до 15 ватт и подходящих мне по габаритам (поместятся внутрь люстры), см. картинку. Кроме основной функции такой блок питания защищает от короткого замыкания, скачков напряжения и перегрузки.

Затем я выпаял провода из трансформаторов (см. первое фото снизу), поскольку раскручивать скрутки мне не хотелось, и подключил их к блокам питания Navigator, через клеммные колодки (см. второе фото снизу). Если выпаять провода вы не можете, по какой либо причине, то можно просто перекусить провода.

После того как я заменил трансформаторы галогеновых ламп на блоки питания для LED ламп, я избавился от двух проблем: светодиоды перестали мерцать и люстра стала исправно работать с пульта управления. В итоге внутренности моей люстры стали выглядеть так.

И всё это естественно уместилось внутри люстры.

Внешний вид люстры со светодиодными лампами

В моей люстре используются цоколи G4 и я нашёл светодиодные лампы почти схожего размера с галогенными. Это лампочки LUNA LED G4 1.5W 4000K 12V в силиконовом корпусе.

По размеру эта светодиодная лампочка немного больше, чем галогеновая. И кому то может не понравиться, как выглядят плафоны в выключенном состоянии, но мне показалось нормально. Ниже на фотографиях вы можете увидеть, как выглядит плафон с галогеновой лампой и светодиодной.

А когда люстра включена, вы по любому не увидите, светодиоды горят или галогенные лампы.

Стоит ли менять галогеновые лампы на светодиодные лампы?

Итак, подведём итог все проделанной работе. Итого на модернизацию люстры я потратил 2053,50 руб. (17 LED ламп по 80 руб. + доставка 100 руб. + источники постоянного тока 593,50 руб.) и пару часов работы. И теперь моя люстра стала энергосберегающей и светит нейтральным белым светом, как я и хотел. Для меня решающим фактором стал цвет, а другим может понравиться экономичность (25,5 Вт в сумме для светодиодов против 340 Вт для галогенок) и время жизни светодиодов (30000 часов для светодиодов против 4000 часов для галогенных ламп). Но учтите, что галогеновая лампа 20 ватт светит примерно в два раза ярче, чем светодиодная лампа 1,5 ватт (300-440 люмен для галогеновых ламп 20 ватт против 150-230 люмен для светодиодных ламп 1,5 ватт). Если яркости не хватает, можно использовать более мощные лампы, например, 2,5 ватт, но физический размер таких ламп будет больше. Это нужно учитывать, т.к. лампа должна поместиться внутрь плафона.

Почему горят блоки питания светодиодной ленты — как понять и найти причину поломки.

Блок питания для светодиодной ленты это самое слабое звено во всей цепи подсветки. Как ни странно, но по статистике он выходит из строя гораздо чаще самих светодиодов.

Поэтому его не рекомендуется капитально замуровывать за гипсокартонную стену или прятать за натяжной потолок. То есть ставить в те места, где к нему не будет свободного доступа для обслуживания.

А вот блок питания может сгорать ежегодно. Здесь опять же все зависит от качества сборки и условий эксплуатации.

Однако как показала практика, при одинаковых условиях и нормальных производителях, все равно первыми выходят из строя именно блоки, а не Led ленты.

Поэтому заранее позаботьтесь от том, чтобы к этому источнику напряжения был доступ.

Как же понять, что блок питания вышел из строя и поломался? Как быстро отличить без измерительных приборов, что поломка именно в нем, а не в самой ленте?

Если плохо работает или совсем не работает (не горит) вся светодиодная подсветка от начала до конца, то это первая причина выхода из строя именно блока.

А вот когда тускло светит или потухла часть Led освещения, ищите проблему в вышедших из строя светодиодах. Скорее всего был перегрев или где-то отпаялись контакты.

Второй признак – изменение звука при работе. Неисправный блок начинает пищать или свистеть, хотя раньше ничего подобного не наблюдалось.

Причем писк может быть не ярко выраженным, который слышно за несколько метров, но вполне различимый вблизи.

Если этот девайс у вас на гарантии, и вы его покупали не в китайском интернет магазине, то самое время отправить его на замену, пока гарантийный срок еще не закончился.

Третий признак поломки сгоревшего блока – ВСЯ лента начинает моргать или мерцать как на дискотеке. Опять же — не отдельными участками, а целиком и по всей длине.

Конечно причин с мерцанием существует несколько, и сразу же винить в этом только один блок не стоит.

Такое мигание зачастую можно видеть не только на светодиодной ленте, но и на прожекторах. Но там главная болезнь этих мерцаний — светодиодная матрица и выгорание ее компонентов.

Теперь давайте разберемся с причинами. Почему же блоки питания выходят из строя и как этого можно избежать.

Качество

Первая причина – это низкое качество самого изделия и его комплектующих. Если вы покупаете дешевые экземпляры, то не удивляйтесь что всего через несколько месяцев, вы повторно прибежите в магазин за еще одним девайсом.

И так из года в год. Для долговечной подсветки потолка, не рекомендуется экономить на таком компоненте. То же самое относится и к самой ленте.

Как отличить качественную светодиодную ленту от дешевой, подробно со всеми примерами, описывается в другой статье.

Нагрев

Вторая причина выхода из строя – перегрев. Блок питания должен быть размещен в местах с достаточным доступом воздуха.

Никакая стенка или посторонние предметы не должны препятствовать его теплообмену. Лучшие места для установки – какая-нибудь настенная полка, верхняя поверхность шкафа и т.п.

Не рекомендуется его прятать за шторками. Не забывайте, что это все таки небольшой трансформатор.

И при коротком замыкании или перенапряжении, он может вспыхнуть. Поэтому ставьте его подальше от всего горючего и легко воспламеняющегося.

Даже если взять заводскую инструкцию по эксплуатации от фирменных изделий, то там обязательно будут прописаны несколько правил:

    блок должен быть продуваем воздухом со всех сторон
    если вы его все-таки запрятали в какой-то короб, в нем должны присутствовать вентиляционные отверстия
    нельзя ставить один блок на другой, когда схема подсветки предусматривает несколько источников

Между ними должно быть расстояние минимум в 5см.

Лента в него помещается запросто, однако многие умудряются запихнуть туда еще и узкие герметичные блочки из серии Slim.

В итоге при включении светодиодной ленты, сначала нагревается сам профиль. А затем, вместо того чтобы отдавать все тепло в воздух, он начинает передавать его на поверхность коробки питания.

При этом не забывайте, что она сама по себе также греется. В результате такой ”прожарки” как в искусственной печке, которую вы сами и создали, девайс не проработает и года.

Поэтому грамотное место установки нужно искать еще на этапе проектирования ремонта.

Перегруз

Третья частая причина поломок – перегрузка.

При начальном расчете и выборе мощности блока питания, всегда должен быть минимальный запас в 30%. Об этом говорят все рекомендации и требования.

Если этого не предусмотреть, то ваш источник постоянно будет работать со 100% загрузкой, либо с перегрузкой при перепадах напряжения.

Отсюда вытекает перегрев проводов, компонентов и опять проблемы с малым сроком службы. Если вы покупаете дешевые модели или слим серию, то здесь не помешает запас мощности даже в 50%.