Как устроена светодиодная лампа на 220 В?
Это современный вариант LED-лампы, который производится по усовершенствованной технологии. Здесь светодиод цельный, имеется несколько кристаллов, поэтому не предполагается необходимость пайки множества контактов. Как правило, присоединяют только два контакта.
Таблица 1. Строение стандартной LED-лампы
| Элемент | Описание |
|---|---|
| Рассеиватель | Элемент в виде «юбочки», который способствует равномерному распределению светового потока, исходящего от светодиода. Чаще всего этот компонент изготавливают из бесцветного пластика или матового поликарбоната. |
| Чипы светодиодов | Это главные элементы современных лампочек. Часто их устанавливают в большом количестве (боле 10 штук). Тем не менее, точное число будет зависеть от мощности светового источника, габаритов и особенности радиатора для поглощения тепла. |
| Пластина из диэлектрика | Изготавливается на основе анодированных сплавов алюминия. Ведь такой материал лучшим образом выполняет функцию отвода тепла к системе охлаждения. Все это позволяет создать нормальную температуру для бесперебойного функционирования чипов. |
| Радиатор (охлаждающая система) | Способствует отведению тепла от пластины из диэлектрика, где находятся светодиоды. Для изготовления подобных элементов тоже используют сплавы алюминия. Только здесь еще заливают его в особые формы, чтобы получить пластины. Это способствует увеличению площади для отвода тепла. |
| Конденсатор | Сокращает импульс, который возникает при подаче напряжения от драйвера к кристаллам. |
| Драйвер | Устройство, которое способствует нормализации входного напряжения электросети. Без такой маленькой детали не получится сделать современную матрицу светодиода. Эти элементы могут быть выносного или встроенного типа. Тем не менее, практически все лампы имеют встроенные драйвера, которые находятся внутри устройства. |
| Основание из ПВХ | Это основание прижато к цоколю лампочки, благодаря чему защищает от поражения током электриков, которые выполняют замену изделия. |
| Цоколь | Требуется, для того чтобы подключить лампу к патрону. Чаще всего его изготавливают из прочного металла – латуни с дополнительным покрытием. Это позволяет увеличить срок использования изделия и защитить от ржавчины. |
Драйвер светодиодной лампочки
Еще одним отличием светодиодных ламп от других изделий является местонахождение зоны сильного нагрева. У других источников света происходит распространение тепла по всей внешней части, в то время как кристаллы светодиодов способствуют только нагреву внутренней платы. Именно поэтому возникает необходимость установки радиатора для быстрого отведения тепла.
Если возникает потребность сделать ремонт осветительного прибора с вышедшим из строя светодиодом, то его полностью заменяют. По внешнему виду эти лампы могут быть как круглыми, так и в виде цилиндра. К питанию они подключаются через цоколь (штырьковый или резьбовой).
Импульсные блоки питания
Во-первых, выпрямление напряжения происходит сразу же. То есть, подается на вход переменно 220В и тут же на входе преобразуется в постоянное 220V.
Далее стоит генератор импульсов. Главная его задача — создать искусственно переменное напряжение с очень большой частотой. В несколько десятков или даже сотен килогерц (от 30 до 150кГц). Сравните это с привычными нам 50 Гц в домашних розетках.
Кстати за счет такой огромной частоты, мы практически не слышим гул импульсных трансформаторов. Объясняется это тем, что человеческое ухо способно различать звук до 20кГц, не более.
Третий элемент в схеме — импульсный трансформатор. Он по форме и конструкции напоминает обычный. Однако главное его отличие — это маленькие габаритные размеры.
Это как раз таки и достигается за счет высокой частоты.
Из этих трех элементов самым главным является генератор импульсов. Без него, не было бы такого относительно маленького блока питания.
Преимущества импульсных блоков:
маленькая цена, если конечно сравнивать по мощности его, и такой же блок собранный на обычном трансформаторе
КПД от 90 до 98%
напряжение питания можно подавать в большом разбросе
при качественном производителе блока питания, у импульсных ИБП более высокий косинус фи
Есть и недостатки:
усложненность сборочной схемы
сложная конструкция
если вам попался не качественный импульсный блок, то он будет выдавать в сеть кучу высокочастотных помех, которые будут влиять на работу остального оборудования
Проще говоря, блок питания что обычный, что импульсный — это устройство у которого на выходе строго одно напряжение. Его конечно можно «подкрутить», но в не больших диапазонах.
Для светодиодных же светильников такие блоки не подойдут. Поэтому для их питания используются драйверы.
Виды
Драйверы питания для светодиодов делят на две большие группы: линейные и импульсные, по принципу работы.
Импульсная стабилизация
Импульсная стабилизация отличается надежностью и эффективностью при работе с диодами практически любой мощности.
Рисунок 3. Схема импульсной стабилизации светодиодной цепи.
Регулирующим элементом является кнопка, схема дополнена накопительным конденсатором. После подачи напряжения нажимается кнопка, заставляющая конденсатор накапливать энергию. Затем кнопка размыкается, а постоянное напряжение от конденсатора поступает на осветительное оборудование. Как только конденсатор разрядится, процедура повторяется.
Рост напряжения позволяет сократить время зарядки конденсатора. Подача напряжения запускается специальным транзистором или тиристором.
Все происходит автоматически со скоростью около сотен тысяч замыканий в секунду. КПД в данном случае нередко достигает впечатляющего показателя в 95%. Схема эффективна даже при использовании высокомощных светодиодов, поскольку потери энергии в процессе работы оказываются незначительными.
Линейный стабилизатор
Линейный принцип регулировки тока иной. Простейшая схема подобной цепи представлена на рисунке ниже.
Рисунок 4. Схема использования линейного стабилизатора.
В цепь установлен резистор, ограничивающий ток. Если меняется напряжение питания, смена сопротивления резистора позволит снова выставить нужное значение тока. Линейный стабилизатор автоматически следит за проходящим через светодиод током и при необходимости регулирует его при помощи переключателя резистора. Процесс протекает крайне быстро и помогает оперативно реагировать на малейшие колебания сети.
Подобная схема проста и эффективна, однако имеется недостаток – бесполезное рассеивание мощности проходящего через регулирующий элемент тока. По этой причине вариант оптимален при использовании с небольшим рабочим током. Использование высокомощных диодов может привести к тому, что элемент регулировки будет потреблять больше энергии, чем сама лампа.
Классическая схема драйвера
Для самостоятельной сборки LED блока питания разберемся с наиболее простым устройством импульсного типа, не имеющего гальванической развязки. Главное преимущество такого рода схем – простое подключение и надежная работа.
Схема преобразователя на 220 В представлена в качестве импульсного блока питания. При сборке необходимо соблюдать все правила электробезопасности, т. к. здесь нет пределов по токоотдаче
Схема такого механизма составлена из трех основных каскадных областей:
- Разделитель напряжения на емкостном сопротивлении.
- Выпрямитель.
- Стабилизаторы напряжения.
Первый участок – противодействие, оказываемое переменному току на конденсаторе С1 с резистором. Последний требуется исключительно для осуществления самостоятельной зарядки инертного элемента. На работу схемы он не оказывает влияния.
Номинальное значение резистора может находиться в диапазоне 100 кОм-1 Мом, с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор должен быть электролитическим, а его эффективное амплитудное значение напряжения – 400-500 В
Когда образованная полуволна напряжения проходит через конденсатор, ток протекает до тех пор, пока обкладки полностью не зарядятся. Чем меньше емкость механизма, тем меньше времени будет затрачено на его полный заряд.
Например, прибор объемом 0,3-0,4 мкФ заряжается в течение 1/10 периода полуволны, т. е. всего десятая доля проходящего напряжения пройдет через этот участок.
Процесс выпрямления на этом участке выполняется по схеме Гретца. Диодный мост подбирается, отталкиваясь от номинального тока и обратного напряжения. При этом последнее значение не должно быть меньше 600 В
Второй каскад является электрическим устройством, преобразующим (выпрямляющим) переменный ток в пульсирующий. Такой процесс называется двухполупериодным. Поскольку одна часть полуволны была сглажена конденсатором, на выходе этого участка постоянный ток будет равен 20-25 В.
Так как питание светодиодов не должно превышать 12 В, для схемы необходимо использовать стабилизирующий элемент. Для этого вводится емкостный фильтр. Например, можно применять модель L7812
Третий каскад работает на базе сглаживающего стабилизирующего фильтра – электролитического конденсатора. Выбор его емкостных параметров зависит от силы нагрузки.
Поскольку собранная схема воспроизводит свою работу сразу, нельзя касаться оголенных проводов, т. к. проводимый ток достигает десятков ампер – предварительно проводится изоляция линий.
Принцип работы блока питания
Разберемся, в чем же состоят различия между источником напряжения и блоком питания. В качестве примера рассмотрим схему, изображенную ниже.
Подключив к источнику питания 12 В резистор на 40 Ом, через него будет проходить ток в 300 мА (рисунок А). При параллельном включении в цепь второго резистора значение тока составит – 600 мА (Б). Однако напряжение будет неизменным.
Несмотря на подключение двух резисторов к источнику питания, второй на выходе будет создавать неизменное напряжение, т. к. при идеальных условиях не подчиняется нагрузке
Теперь рассмотрим, как изменятся значения, если в схеме будут подключены резисторы к блоку питания. Аналогичным образом вводим реостат 40 Ом с драйвером 300 мА. Последний создает на нем напряжение в 12 В (схема В).
Если же цепь составлена из двух резисторов, то величина тока неизменна, а напряжение составит 6 В (Г).
Драйвер в отличие от источника напряжения поддерживает на выходе заданные параметры тока, однако мощность напряжения может меняться
Делая выводы, можно сказать, что качественный преобразователь поставляет нагрузке номинальный ток даже при падении напряжения. Соответственно, кристаллы диодов на 2 В или на 3 В и током на 300 мА будут гореть одинаково ярко со сниженным напряжением.
Как подключить точечные светильники
Одним из самых распространенных типов светодиодных светильников, устанавливаемых на потолочную поверхность, являются точечные модели. Их монтаж может осуществляться несколькими методами:
- Подвесным.
- Накладным.
- Встраиваемым.
Первые два варианта лучше всего подходят, когда потолок в помещении выполнен из труднообрабатываемого монолитного материала, например, железобетона. Встраиваемый, напротив, идеален для натяжной или подвесной конструкции.
В зависимости от материала потолочной поверхности, его особенностей и толщины применяются следующие способы монтажа светодиодных светильников:
- Для плит-перекрытий на монолитной железобетонной основе – крепежная проволоки, крюки и скобы. Подходит для навесного монтажа светильника. Фиксация приспособления в материал осуществляется посредством специальных анкеров и дюбелей.
- Для основания небольшого сечения – фиксирующие элементы с закреплением на внешней стороне. Чтобы подвесить светильник, потолок просверливается насквозь, в отверстие вставляются крюки с упорными пластинами или болты с аналогичными шайбами (где это возможно).
- Для деревянных плоскостей – крюк с резьбой.
- Для подвесных вариантов – система монтажных переходников, расположенных под материалом (гипсокартоном, ПВХ-панелями или пленками и тканями).
Как правило, точечные светильники устанавливают не по одному, а сразу в цепочку в соответствии со схемой:
При выборе варианта монтажа в подвесной или натяжной потолок прежде всего устанавливается проводка, драйвера и управляющая аппаратура в местах с хорошей вентиляцией. Затем в соответствии с расположением монтажных переходников и отверстий под светодиодные светильники подвешивается и сам материал. После этого устанавливаются приборы освещения.
Зачем нужны драйверы для светодиодов и что это такое
Ответ на вопрос, что такое драйвер для светодиода, довольно прост. Это устройство, стабилизирующее напряжение и придающее ему те характеристики, которые нужны для работы LED-элементов. Чтобы было понятнее, проведем аналогию с пускорегулирующим устройством люминесцентной лампы, которая также не может работать без дополнительного оборудования. Разница лишь в том, что драйвер имеет компактный размер и умещается в корпусе светового прибора. По сути его можно назвать стабилизирующим пусковым устройством или преобразователем частоты.
Даже внутри светодиодной лампочки есть миниатюрный преобразователь малой мощности
Схема простого драйвера для светодиода 1 Вт
Одна из самых простых схем для питания мощного светодиода представлена на рисунке ниже:
Как видно, помимо светодиода в нее входят всего 4 элемента: 2 транзистора и 2 резистора.
В роли регулятора тока, проходящего через led, здесь выступает мощный полевой n-канальный транзистор VT2. Резистор R2 определяет максимальный ток, проходящий через светодиод, а также работает в качестве датчика тока для транзистора VT1 в цепи обратной связи.
Чем больший ток проходит через VT2, тем большее напряжение падает на R2, соответственно VT1 открывается и понижает напряжение на затворе VT2, тем самым уменьшая ток светодиода. Таким образом достигается стабилизация выходного тока.
Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения 9 — 12 В, ток не менее 500 мА. Входное напряжение должно быть минимум на 1-2 В больше падения напряжения на светодиоде.
Резистор R2 должен рассеивать мощность 1-2 Вт, в зависимости от требуемого тока и питающего напряжения. Транзистор VT2 – n-канальный, рассчитанный на ток не менее 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 – любой маломощный биполярный npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 и т.д. R1 – мощностью 0.125 — 0.25 Вт сопротивлением 100 кОм.
Ввиду малого количества элементов, сборку можно производить навесным монтажом:
Еще одна простая схема драйвера на основе линейного управляемого стабилизатора напряжения LM317:
Здесь входное напряжение может быть до 35 В. Сопротивление резистора можно рассчитать по формуле:
где I – сила тока в амперах.
В этой схеме на LM317 будет рассеиваться значительная мощность при большой разнице между питающим напряжением и падением на светодиоде. Поэтому ее придется разместить на небольшом . Резистор также должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт.
Более наглядно эта схема рассмотрена в следующем видео:
Здесь показано, как подключить мощный светодиод, используя аккумуляторы напряжением около 8 В. При падении напряжения на LED около 6 В разница получается небольшая, и микросхема нагревается несильно, поэтому можно обойтись и без радиатора.
Схема драйвера светодиодной лампы 220 в
Светодиодная лампа общего назначения состоит из корпуса, системы охлаждения и электронной части.
К корпусу относится:
- цоколь;
- пластиковая колба;
- рассеиватель света.
Электрическая часть, расположенная в цоколе, тоже различная, количество компонентов зависит от цены:
- при стоимости лампы 2-3$ микросхема без трансформатора (только выпрямители и конденсаторы), напряжение снижается, выпрямляется и сглаживается, ток ограничивает SMD-резистор, установленный на плате с диодами;
- у фирменных лампочек у драйвера может быть одна из двух микросхем:
- с импульсным трансформатором и стабилизатором;
- с ЧИМ (частотно-импульсным модулятором) или ШИМ.
Это более сложные и дорогие конструкции, обеспечивающие функцию диммирования.
Напряжение питания светодиодов
Несмотря на то что электрический параметр №1 для светодиода – это номинальный ток, часто для расчётов необходимо знать напряжение на его выводах. Под понятием «напряжение светодиода» понимают разницу потенциалов на p-n-переходе в открытом состоянии.
Оно является справочным параметром и вместе с другими характеристиками указывается в паспорте к полупроводниковому прибору. 3, 9 или 12 вольт… Часто в руки попадают экземпляры, о которых ничего не известно. Так как узнать падение напряжения на светодиоде?
Теоретический метод
Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр.
Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора.
Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе.
В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.
С одной стороны, размер и внешний вид корпуса не влияют на прямое напряжение светодиода. Но, с другой стороны. через линзу можно увидеть количество излучающих кристаллов, которые могут быть соединены последовательно. Слой люминофора в SMD светодиодах может скрывать целую цепочку из кристаллов.
Ярким примером является миниатюрные многокристальные светодиоды от компании Cree, падение напряжения на которых зачастую значительно превышает 3 вольта. В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт.
Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.
Практический метод
Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.
Здесь всё просто: резистор ограничивает ток, а вольтметр отслеживает прямое напряжение светодиода. Плавно увеличивая напряжение от источника питания, наблюдают за ростом показаний на вольтметре. В момент достижения порога срабатывания светодиод начнёт излучать свет.
В какой-то момент яркость достигнет номинального значения, а показания вольтметра перестанут резко нарастать. Это означает, что p-n-переход открыт, и дальнейший прирост напряжения с выхода БП будет прикладываться только к резистору. Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода.
Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.
Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.
В отсутствии регулируемого блока питания можно запитать светодиод «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.
Как изготовить драйвер для светодиодов своими руками
Для работы требуется:
- маломощный
паяльник (25-40 Вт); - флюс
(желательно нейтральный); - оловянно-свинцовый
припой; - кусачки
и пласкогубцы; - многожильные
медные провода в изоляции с сечением 0,35-1 м2; - изолента
(термоусадочная трубка); - мультиметр;
- печатная
плата.
Перечень компонентов зависит от того,
какой блок питания необходимо сделать.
Пример
расчета
Самая простая схема для подключения
светодиодов к источникам с низким напряжением. Прежде всего, рассчитывается
мощность блока, базируясь на параметры источников света. Вольтаж должен быть на
20-30% выше показателя подключаемой лампочки или ленты. На выходе напряжение
зависит от падения вольтажа на светодиоде.
Если нужно подключить 6 светодиодов, падение напряжения в которых 2 В (на каждом), требуется блок на 12 В и 300 мА при последовательном размещении. Чтобы подключить те же элементов в 2 параллельные линии, необходимы другие показатели – напряжение 6 В, ток 600 мА. Для таких диодов подойдет простой драйвер, состоящий из диодного моста, 2-х конденсаторов и резистора.
Диодный мост состоит из 4-х
разнонаправленные диодов, задача которых – превратить синусоидальный переменный
электроток в пульсирующий. К плюсу моста (со стороны входа) присоединяется пленочный
конденсатор, к минусу – сопротивление, параллельно –электролитический конденсатор
(для сглаживания перепадов напряжения). Значение электротока зависит от метода подключения
(если диодов несколько, их можно соединить последовательно или параллельно).
Для мощного
светодиода (например, 3Вт) подойдет стабилизатор-драйвер,
созданный на основе микросхемы LM317
и резистора. У стабилизатора LM317 постоянный вольтаж 1,25. Если лампа новая,
ей требуется ток 700 мА (максимальное значение). Чтобы рассчитать сопротивление
резистора, нужно напряжение разделить на ток:
1,25/0,7 = 1,78 Ом.
Такого резистора нет, поэтому нужно
купить элемент на 1,8 Ом.
Так как микросхема LM317 предназначена
для тока до 1,5 А, потребуется радиатор.
Драйвер для трех led по 1 Втможно
сделать из зарядного устройства мобильного телефона, если немного
усовершенствовать микросхему. Нужно снять корпус и выпаять имеющийся резистор и
припаять другой (на 5 кОм). Светодиоды соединить последовательно и подключить к
выходному каналу. Входные каналы заменить шнуром для присоединения к сети.
Для светодиодного источника с мощностью 10 Вт можно собрать блок питания на электронной плате люминесцентной лампы на 20 Вт. Купить нужно дроссели, диоды, конденсаторы и транзисторы.
Важные нюансы сборки
Падение напряжения на светодиодах 3-30 В.
Это очень мало, если сравнивать с вольтажом сети. Готовые микросхемы отличаются
только показателями входного напряжения. При выборе необходимо учесть, что
падения напряжения на источниках света должно составлять 10-20% от вольтажа драйвера.
Поэтому не стоит делать на основе микросхемы блок для подключения к сети, если
имеется 1 или 2 диода на 3-6 В.
Все элементы на плате размещаются так, чтобы между ними было минимальное расстояние и количество перемычек. Полярность и распиновку лучше проверить в технической документации. Если элементы не новые, обязательна проверка мультиметром. Паяльник лучше выбрать небольшой, способный нагреваться до 260оС.
Конденсаторы, резисторы, диоды,
микросхемы паять достаточно сложно, если их нельзя предварительно закрепить на
плате. Чтобы повысить качество пайки, желательно залудить места, куда будут
ставиться компоненты. Для этого капается немного флюса, на паяльник берется
припой и наносится на то же место.
Каждый элемент нужно брать пинцетом за
ножку, которую нужно припаять, и приставить к месту пайки. Потом на ножку
наносится капля флюса, берется паяльник и подносится к припаиваемой ножке.
Прикоснуться достаточно примерно на секунду, так как припой и флюс уже есть.
Ножка сразу погружается в припой, нанесенный в процессе лужения.
Если элементы можно закрепить на плате,
припой должен быть с флюсом. В одну руку нужно взять паяльник, в другую –
проволоку. Место пайки греется 3-4 секунды, потом к нему подносится припой. При
соприкосновении элемента, паяльника и проволоки последняя плавится, флюс
вытекает, через секунду паяльник можно убрать.
Одновременно с паяльником желательно купить специальный отсос и очки. Если случится, что элемент припаялся не туда или на месте пайки образовался огромный бугор, нужно разогреть припой, взять отсос и нажать на кнопку. Все лишнее с платы моментально исчезнет. При работе с проводами и ножками элементов они могут отпружинить. Чтобы горячий припой не попал в глаза, работать желательно в очках.
