Гасящий конденсатор для светодиодов

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.

Расчет конденсатора для светодиодов

Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.

Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.

Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.

Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)

С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;
Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);
Uвх – амплитудное напряжение сети — 320В;
Uвых – номинальное напряжение питания LED.

Можно встретить еще такую формулу:

C = (4,45 * I) / (U — Uд)

Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.

Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):

Для наглядности проведём расчёт нескольких схем подключения.

Подключение одного светодиода

Для расчета емкости конде-ра нам понадобится:

• Максимальный ток диода – 0,15А;
• напряжение питания диода – 3,5В;
• амплитудное напряжение сети — 320В.

Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.

Подключение нескольких светодиодов

При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.

• Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
• сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.

Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.

Напряжение питания – 4 * 3,5В = 14В;
Сила тока цепи – 0,15А * 6 = 0,9А;

Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.

• R1 – резистор на 1Вт, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
• R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
• C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
• R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.

Какой конденсатор можно использовать для балласта?

В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.

Меры предосторожности

Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.

Как рассчитать емкость гасящего конденсатора простого блока питания

Блок питания с гасящим конденсатором представляет собой простейший вариант запитать какое нибудь маломощное устройство.

При всей своей простоте он имеет и два минуса:
1. Он гальванически связан с сетью! потому такие БП используются там, где нет вероятности прикосновения к контактам.
2. Такой Бп имеет не очень большой выходной ток. При увеличении выходного тока надо увеличивать емкость гасящего конденсатора и его габариты становятся существенными.

Внимание, будьте очень аккуратны, не прикасайтесь к контактам этого БП когда он включен.

Простейшая схема данного БП выглядит так:

Как можно увидеть из схемы, последовательно с сетью стоит конденсатор. Он то и является балластом,, на котором гасится часть напряжения.
Конденсатор не пропускает постоянный ток, но так как в сети переменный и конденсатор в итоге постоянно перезаряжется, то и получается, что в таком случае ток на выходе есть. Причем сила тока напрямую зависит от емкости конденсатора.

Собственно потому для расчета емкости конденсатора необходимо знать как минимум выходной ток нашего будущего БП, причем надо учесть и потребление стабилизатора, обычно это несколько мА.

И так. Есть две формулы, сложная и простая.
Сложная — подходит для расчета при произвольном выходном напряжении.
Простая — подходит в ситуациях, когда выходное напряжение не более 10% от входного.
I — выходной ток нашего БП
Uвх — напряжение сети, например 220 Вольт
Uвых — напряжение на выходе БП (или до стабилизаторе если такой есть), например 12 Вольт.
С — собственно искомая емкость.

Например я хочу сделать БП с выходным током до 150мА. Пример схемы приведен выше, вариант применения — радиопульт с питанием 5 Вольт + реле на 12 Вольт.
Подставляем наши 0.15 Ампера и получаем емкость 2.18мкФ, можно взять ближайший номинал из стандартных — 2,2мкФ, ну или «по импортному» — 225.

Все как бы вроде хорошо, схема простая, но есть несколько минусов, которые надо исключить:
1. Бросок тока при включении может сжечь диодный мост.
2. При выходе из строя конденсатора может быть КЗ
3. Если оставить как есть, то вполне можно получить разряд от входного конденсатора, так как на нем может долго присутствовать напряжение даже после отключения БП от сети.
4. При снятии нагрузки напряжение на конденсаторе до стабилизатора поднимется до довольно большого значения.

Решения:
1. Резистор R1 последовательно с конденсатором
2. Предохранитель 0.5 Ампера.
3. Резистор R2 параллельно конденсатору.
4. Супрессор на 12 Вольт параллельно конденсатору после диодного моста. Я не рекомендую здесь использовать стабилитроны, супрессоры рассчитаны на большую мощность рассеивания и схема будет работать надежнее.

На схеме красным цветом я выделил новые компоненты, синим — небольшое дополнение в виде светодиода.

Но гасящие конденсаторы используют часто и в дешевых светодиодных лампах. Это плохо, так как у таких ламп меньше надежность и часто высокие пульсации света.
Ниже упрощенный вариант схемы такой лампы.

Попробуем рассчитать емкость для такого применения, но так как напряжение на выходе будет явно больше чем 1/10 от входного, то применим первую формулу.
В качестве выходного напряжения я заложил 48 Вольт, 16 светодиодов по 3 Вольта на каждом. Конечно это все условно, но близко к реальности.
Ток — 20мА, типичный максимальный ток для большинства индикаторных светодиодов.

У меня вышло, что необходим конденсатор емкостью 0.298 мкФ. Ближайший из распространенных номиналов — 0.27 или 0.33мкФ. Первый встречается гораздо реже, а второй уже будет давать превышение тока, потому можно составить конденсатор из двух параллельных, например по 0.15мкФ. При параллельном включении емкость складывается.

С емкостью разобрались, осталось еще пара моментов:
1. Напряжение конденсатора
2. Тип конденсатора.

С напряжением все просто, можно применить конденсатор на 400 Вольт, но надежнее на 630, хоть они и имеют больше размер.

С типом чуть сложнее. Для такого применения лучше использовать конденсаторы, которые изначально предназначены для такого использования, например К73-17, CL21, X2
На фото конденсатор CL21

А это более надежный вариант, не смотрите что на нем указано 280 Вольт, у него это значение переменного действующего напряжения и он будет работать надежнее, чем К73-17 или CL21.

Такие конденсаторы могут выглядеть и так

А вот теперь можно еще раз внимательно посмотреть, что надо для того, чтобы собрать такой «простой» блок питания и решить, нужен ли он.
В некоторых ситуациях да, он поможет, но он имеет кучу минусов, потому на мой взгляд лучше применить просто небольшой импульсный блок питания, который уже имеет стабилизированное выходное напряжение, гальваническую изоляцию и больший выходной ток.
Как пример таких блоков питания я могу дать ссылку на подробный обзор четырех вариантов, с тестами, схемами и осмотров.

Но можно поступить еще лучше. Сейчас получили распространение монолитные блоки питания. По сути кубик, в котором находится миниатюрный БП
Например HLK-PM01 производства Hi-link, стоимостью около двух долларов за штуку.

Или их китайский аналог TSP-05 производства Tenstar robot. Они немного дешевле, 1.93 доллара за штуку.
Практика показала, что качество у них сопоставимое.

Как я писал выше, они представляют из себя импульсный Бп в модульном исполнении. БП в пластмассовом корпусе залитый эпоксидной смолой.
Выпускаются на разные напряжения и способны поддерживать его на довольно стабильном уровне.

Внутренности поближе, на фото вариант от Hi-link

На этом вроде все. Надеюсь, что статья была полезна, постараюсь и в будущем находить интересные темы. Также интересны пожелания, что хотелось бы видеть в рубрике — Начинающим.

Petrovich35 › Блог › Наглядная копроэкономика на примере LED ламп

Приветствую, друзья!

Каждый из нас хотя бы раз слышал такие термины как «планируемое устаревание» или «копроэкономика», т.е. создание товаров с неоправданно коротким сроком эксплуатации с целью вынудить потребителя делать повторные покупки.

Наверняка многие из вас приведут примеры из жизни, когда товары, произведенные десять-двадцать лет назад, были более надежными и служили заметно дольше, чем современные. Это и автомобили, и бытовая техника, и многие другие вещи.

При этом, часто мы не можем объяснить, за счет чего это происходит, и начинает создаваться впечатление, что это лишь наши фантазии или параноидальное свойство видеть во всем заговор. Но это не фантазии и не паранойя, а вполне себе материальная реальность, и я это сегодня вам проиллюстрирую на совершенно очевидных примерах.

Так как я занимаюсь сдачей в аренду жилой недвижимости, мне приходится содержать в своем хозяйстве большое количество техники. Это телевизоры, холодильники, стиральные машины и др., в том числе большое количество осветительных приборов — люстр, торшеров, настольных ламп и т.д. Сегодня речь пойдет о лампах.

Все эти светильники требуют периодической замены ламп. В подавляющем большинстве случаев я использую бытовые светодиодные (LED) лампы со стандартными цоколями E27 и E14. В настоящее время таких ламп у меня около двухсот. Периодически я их меняю, ремонтирую старые или дорабатываю новые. Это к тому, что через мои руки проходит довольно много ламп различных брендов и различной конструкции, что позволяет сделать определенные выводы.

И мои выводы неутешительные. Я могу с уверенностью констатировать, что в последние несколько лет производители светодиодных ламп внедрили ряд конструктивных приемов с целью сократить ресурс своих изделий. Я систематизировал эти приемы и ниже их наглядно проиллюстрирую.

Методы по сокращению ресурса настолько очевидны, что не требуют никаких доказательств, все и так отлично понятно, вы это сами увидите ниже. Но при этом большинство подобных «доработок» скрыто от глаз потребителя внутри корпуса лампы, поэтому их не увидишь при покупке в магазине, и это весьма печально. Поэтому, к сожалению, большинство покупателей вынуждены покупать светодиодные лампы с внедренными производителями конструктивными дефектами, и с этим ничего не поделаешь.

Для начала вспомним, из каких основных частей состоит классическая светодиодная лампа. Это корпус, рассеиватель, светодиодная матрица, блок питания (драйвер) и цоколь (фото 1):

А теперь рассмотрим методы, с помощью которых производители сокращают ресурс ламп.

Большинство электронных компонентов не любят перегрева. Особенно это относится к светодиодам и электролитическим конденсаторам. Поэтому производители ламп пошли по пути планируемого перегрева ламп. А как это сделать? Да очень просто — путем создания условий для перегрева, например, ухудшения охлаждения или теплоотвода, а также расположения компонентов поближе к источнику тепла.

Метод 1. Завышение тока через светодиоды.

Это самый известный метод сокращения ресурса лампы. Производитель запитывает светодиоды максимально допустимым или даже завышенным током, в результате чего происходит перегрев и ускоренная деградация кристаллов, что приводит к резкому сокращению срока службы светодиодов. Как видите, никаких хитростей, все делается грубо и просто.

А ведь производителю ни стоит ни копейки снизить ток хотя бы на 10-20% от максимального. На светоотдачу лампы это повлияет совсем немного или даже не повлияет вовсе, зато срок службы может кратно увеличиться.

В импульсных драйверах это достигается изменением сопротивления токозадающих резисторов, в конденсаторных драйверах ток регулируется изменением емкости гасящего конденсатора (фото 2). И все, никаких затрат для производителей, но им это не нужно.

Метод 2. Ухудшение вентиляции корпуса.

Светодиодные лампы, произведенные лет десять назад, были сделаны более грамотно. Например, в них была предусмотрена вентиляция корпуса (фото 3). Сегодня найти такую лампу большая редкость, корпус современной лампы, как правило, герметичный, конвекции воздуха внутри корпуса нет, начинка ламп перегревается, лампа служит меньше.

Метод 3. Ухудшение теплоотвода от светодиодной матрицы.

Основным источником тепла в лампе является светодиодная матрица. Поэтому важнейшей задачей является хороший отвод тепла от матрицы на радиатор, которым служат внутренние металлические стенки корпуса лампы. На фото 4 показаны примеры хорошего теплоотвода. Мы видим, что матрица имеет большую площадь контакта с радиатором, применяется теплопроводная паста, за счет чего тепло отводится эффективно. Такую конструкцию можно встретить и сегодня, в дорогих мощных лампах с большим гарантийным сроком службы (3-5 лет). Просто если не обеспечить хороший теплоотвод, лампа прослужит совсем мало, а для дорогих ламп это неприемлемо.

На фото 5 мы видим уже ухудшенный теплоотвод. Площадь контакта заметно меньше, тепло отводится хуже. Такая конструкция все чаще встречается в лампах с гарантийным сроком службы 2-3 года. Но это еще более-менее нормальный теплоотвод, дальше будет хуже.

На фото 6 показана конструкция большинства ламп, которые предлагаются сегодня на прилавках магазинов. Как мы видим, теплоотвод сокращен до минимума. Матрица имеет лишь торцевой контакт с радиатором, тепло отводится плохо, светодиоды и драйвер перегреваются. Такие лампы служат обычно от силы год-два.

Кульминацией является лампа вообще без радиатора (фото 7). Светодиодная матрица просто вставлена в пластиковый корпус. Такие лампы долго не служат.

Это были прямые методы по сокращению ресурса. Но на этом производители не остановились. Далее покажу более изощренные методы, с помощью которых производители получают необходимый им срок службы ламп.

Метод 4. Неравномерное распределение светодиодов на матрице.

Когда светодиоды распределены на матрице равномерно, они нагреваются тоже равномерно и срок их службы получается в среднем одинаковый, что есть хорошо. На фото 8 показаны примеры правильного (равномерного) распределения светодиодов:

А зачем это производителю, если можно вывести из строя какую-либо часть светодиодов раньше положенного срока? И для этого светодиоды распределяют неравномерно по площади матрицы. В итоге какие-то светодиоды перегреваются сильнее других и первыми выходят из строя (фото 9):

На фото 10 показаны две матрицы разных производителей. Они одинакового размера и имеют одинаковое количество светодиодов. Только у производителя матрицы слева была цель сократить срок службы изделия. Думаю, даже скептику будет очевидно, что светодиоды на матрице слева расположены так не случайно. Производителю ничего не стоило распределить светодиоды равномерно, как на матрице справа, но у него была иная цель. Более того, за матрицей расположен драйвер, и скопление светодиодов расположено именно там, где за ними находятся детали драйвера, т.е. драйвер постоянно перегревается.

Метод 5. Перегрев электролитических конденсаторов.

Электролитические конденсаторы, входящие в большинство схем драйверов питания светодиодных ламп, наиболее чувствительны к температуре по сравнению с другими электронными компонентами. Чем выше температура среды, в которой работают конденсаторы, тем меньше их срок службы. Именно поэтому в «правильных» лампах конденсаторы перенесены подальше от раскаленной матрицы, поближе к цоколю лампы, где температура среды ниже (фото 11):

Но как поступает производитель, если хочет сократить срок службы лампы? Правильно, переносит электролитические конденсаторы поближе к матрице, т.е. туда, где самое пекло. В результате конденсатор постоянно перегревается и быстро выходит из строя. На фото 12 очень четко видно, что такое расположение конденсаторов выбрано не случайно. Свободное место в корпусе и на плате есть, но конденсаторы расположены вплотную к матрице:

Метод 6. Расположение драйвера на матрице.

Дальнейшим развитием предыдущего метода сокращения ресурса является расположение деталей драйвера непосредственно на светодиодной матрице. Гулять так гулять, пусть детали жарятся как на сковородке (фото 13). Заодно и на печатной плате можно сэкономить. Иногда встречается комбинация, когда драйвер расположен на отдельной плате, но некоторые детали размещены на матрице. Результат по своей сути тот же.

КАК С ЭТИМ БОРОТЬСЯ?

Бороться против целой копроиндустрии довольно сложно. Производители сегодня стараются делать свои изделия максимально неразборными и одноразовыми. Я наловчился разбирать и дорабатывать новые лампы, но не каждый захочет так заморачиваться. Тем не менее, основных методов борьбы три, но все они требуют разборки лампы:

Контрмера 1. Понижение тока через светодиоды. Я понижаю ток примерно на 20-30%, лампа при этом заметно меньше греется, а светит практически так же. Меняю токозадающие резисторы и таким образом понижаю ток.

Контрмера 2. Перенос электролитических конденсаторов дальше от матрицы. Выпаиваю конденсаторы, наращиваю их ножки проводами и переношу конденсаторы ближе к цоколю. Если нет такой возможности, максимально отгибаю конденсаторы от матрицы. Иногда дополнительно защищаю конденсаторы термоусадочной трубкой (фото 14):

Контрмера 3. Обеспечение вентиляции корпуса. Сверлю по периметру корпуса несколько отверстий диаметром 1.0-1.5 мм. Это создает небольшую конвекцию воздуха внутри корпуса и улучшает охлаждение и теплообмен (фото 15). В большинстве случаев требуется разборка лампы, т.к. без разборки можно легко повредить сверлом драйвер или в корпус попадет металлическая стружка.

По опыту, данные контрмеры позволяют понизить температуру корпуса лампы на 20-30 гр.C от исходной 80-95 гр.С, а это очень неплохой результат, который должен существенно продлить срок службы ламп, за счет более щадящего теплового режима работы. По моим приблизительным оценкам, срок службы доработанных ламп составит 7-10 лет.

Я не призываю читателей следовать моему примеру и дорабатывать лампы. Просто знайте, что нас сознательно вынуждают платить деньги за товар, в которой производителем уже заложен часовой механизм, установленный на конкретный срок службы. И это мы рассмотрели только лишь бытовые лампы…

Дополнительная информация по теме:
Копроэкономика, история вопроса: lurkmore.to/%D0%9A%D0%BE%…E%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0

Всем качественных товаров, до связи!

Схема подключения светодиода к сети 220 вольт

Светоиндикация – это неотъемлемая часть электроники, с помощью которой человек легко понимает текущее состояние прибора. В бытовых электронных устройствах роль индикации, выполняет светодиод, установленный во вторичной цепи питания, на выходе трансформатора или стабилизатора. Однако в быту используется и множество простых электронных конструкций, неимеющих преобразователя, индикатор в которых был бы нелишним дополнением. Например, вмонтированный в клавишу настенного выключателя светодиод, стал бы отличным ориентиром расположения выключателя ночью. А светодиод в корпусе удлинителя с розетками будет сигнализировать о наличии его включения в электросеть 220 В.

Ниже представлено несколько простых схем, с помощью которых даже человек с минимальным запасом знаний электротехники сможет подключить светодиод к сети переменного тока.

Схемы подключения

Светодиод – это разновидность полупроводниковых диодов с напряжением и током питания намного меньшим, чем в бытовой электросети. При прямом подключении в сеть 220 вольт, он мгновенно выйдет из строя. Поэтому светоизлучающий диод обязательно подключается только через токоограничивающий элемент. Наиболее дешевыми и простыми в сборке является схемы с понижающим элементом в виде резистора или конденсатора.

Важный момент, на который нужно обратить внимание при подключении светодиода в сеть переменного тока – это ограничение обратного напряжения. С этой задачей легко справляется любой кремниевый диод, рассчитанный на ток не менее того, что течет в цепи. Подключается диод последовательно после резистора или обратной полярностью параллельно светодиоду.

Существует мнение, что можно обойтись без ограничения обратного напряжения, так как электрический пробой не вызывает повреждения светоизлучающего диода. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода.

Вместо кремниевого диода можно использовать второй светоизлучающий диод с аналогичным прямым током, который подключается обратной полярностью параллельно первому светодиоду.

Отрицательной стороной схем с токоограничивающим резистором является необходимость в рассеивании большой мощности. Эта проблема становится особо актуальной, в случае подключения нагрузки с большим потребляемым током. Решается данная проблема путем замены резистора на неполярный конденсатор, который в подобных схемах называют балластным или гасящим.

Включенный в сеть переменного тока неполярный конденсатор, ведет себя как сопротивление, но не рассеивает потребляемую мощность в виде тепла.

В данных схемах, при выключении питания, конденсатор остается не разряженным, что создает угрозу поражения электрическим током. Данная проблема легко решается путем подключения к конденсатору шунтирующего резистора мощностью 0,5 ватт с сопротивлением не менее 240 кОм.

Расчет резистора для светодиода

Во всех выше представленных схемах с токоограничивающим резистором расчет сопротивления производится согласно закону Ома: R = U/I, где U – это напряжение питания, I – рабочий ток светодиода. Рассеиваемая резистором мощность равна P = U * I. Эти данные можно рассчитать при помощи онлайн калькулятора.

Важно. Если планируется использовать схему в корпусе с низкой конвекцией, рекомендуется увеличить максимальное значение рассеиваемой резистором мощности на 30%.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Расчёт ёмкости гасящего конденсатора (в мкФ) производится по следующей формуле: C = 3200*I/U, где I – это ток нагрузки, U – напряжение питания. Данная формула является упрощенной, но ее точности достаточно для последовательного подключения 1-5 слаботочных светодиодов.

Важно. Для защиты схемы от перепадов напряжения и импульсных помех, гасящий конденсатор нужно выбирать с рабочим напряжением не менее 400 В.

Конденсатор лучше использовать керамический типа К73–17 с рабочим напряжением более 400 В или его импортный аналог. Нельзя использовать электролитические (полярные) конденсаторы.

Это нужно знать

Главное – это помнить о технике безопасности. Представленные схемы питаются от 220 В сети переменного тока, поэтому требуют во время сборки особого внимания.

Подключение светодиода в сеть должно осуществляться в четком соответствии с принципиальной схемой. Отклонение от схемы или небрежность может привести к короткому замыканию или выходу из строя отдельных деталей.

При первом включении, сборки рекомендуется дать поработать некоторое время, чтобы убедиться в ее стабильности и отсутствии сильного нагрева элементов.

Для повышения надёжности устройства рекомендуется использовать заранее проверенные детали с запасом по предельно допустимым значениям напряжения и мощности.

Собирать бестрансформаторные источники питания следует внимательно и помнить, что они не имеют гальванической развязки с сетью. Готовая схема должна быть надёжно изолирована от соседних металлических деталей и защищена от случайного прикосновения. Демонтировать её можно только с отключенным напряжением питания.

Небольшой эксперимент

Чтобы немного разбавить скучные схемы, предлагаем ознакомится с небольшим экспериментом, который будет интересен как начинающим радиолюбителям, так и опытным мастерам.

Falconist. Мемуары

Ещё один конденсаторный балласт для LED-ламп

Запись опубликована Falconist · 18 сентября 2018

6 538 просмотров

Описываемое ниже техническое решение, в принципе, составляет предмет изобретения, т.к. его аналоги мне не встречались. Однако, по зрелому размышлению, поскольку оно не устраняет всех недостатков конденсаторных балластов для светодиодных ламп, то и не заслуживает оформления в виде отдельной статьи. В то же время, сам принцип представляется достаточно оригинальным и может быть основой для дальнейших разработок в этом направлении.

Балласты для светодиодных ламп на гасящем конденсаторе, имеют существенный недостаток, перечеркивающий их положительные качества (простота и дешевизна). Он заключается в протекании экстра-токов через нагрузку (светодиоды) при подаче питающего напряжения в произвольный момент сетевой синусоиды. Результатом этого является сгорание светодиодов и выход лампы из строя. Типичная схема такого балласта приведена ниже:

Известны способы коррекции этой проблемы путем встраивания стабилизатора тока между гасящим конденсатором и светодиодами ( http://forum.cxem.net/index.php?/topic/144027-модернизация-светодиодной-лампы/ ; http://kazus.ru/forums/showthread.php?t=107959 ). Решение само по себе неплохое, поэтому по сути своей критике не подвергается, а вместо него предлагается альтернативный вариант, заключающийся в принципиальном устранении возможности подачи напряжения питания в любой другой момент сетевой синусоиды, кроме момента ее перехода через ноль.

Обеспечивается это применением оптоизолятора серии MOC30xx со встроенным детектором нуля сетевого напряжения. Схема приведена ниже:

При сравнении ее с приведенной выше «типичной» схемой, видно, что добавлены три детали: оптоизолятор U1, резистор R4 и конденсатор C3.

Работает эта схема следующим образом. Сразу же после подачи напряжения питания оптосимистор оптрона (выводы 4-6) закрыт и конденсатор С2 начитает заряжаться через дополнительный конденсатор С3 относительно малой емкости. Когда напряжение на нем достигнет порога открывания светодиода оптрона (выводы 1-2), оптотиристор откроется в начале следующей полуволны сетевого напряжения и напряжение питания начнет поступать на нагрузку (светодиоды) через «основной» конденсатор С1.

Для данной схемы совершенно спокойно подходят также оптроны MOC3043 и MOC3083. Важно только, чтобы в конце маркировки стояла «тройка», означающая, что для полного открывания достаточно всего 5 мА тока через светодиод. Хотя в настоящее время оптроны MOC304х, позиционируются, как для применения при напряжении питания 120. 127 В, но в начале 2000-х предназначались для сетей с напряжением 220. 240 В. А оптроны MOC308х, очевидно, избыточны. Аналогично дело обстоит и с оптронами MOC302х В сценических осветителях для галогенных ламп 500 Вт моей разработки уже почти 15 лет успешно работают оптроны MOC3023 без единого «вылета».

Схема апробирована «в железе» на подопытной «кошке» — светодиодной лампе «кукуруза» с вышедшим из строя и перемкнутым одним светодиодом (фото выполнено в процессе переделки):

Запитывалась она от сетевого напряжения через реле, управляемое импульсным коммутатором, работающим с частотой около 0,5 Гц, в течение всего воскресного дня (около 10 часов). По поводу мигания на балконе пришлось выдержать войнушку с женой , но консенсус (помещение в светонепроницаемую коробку) был достигнут и эксперимент завершился успешно, а именно, лампа выдержала более 15000 включений/выключений, не выйдя при этом из строя. Что и требовалось доказать.

Я прекрасно понимаю недостатки этой схемы, а именно, повышенный уровень пульсаций светового потока (с конденсатором С2 емкостью 10 мкф):

а также недостаточную защиту от импульсных помех, накладывающихся на сетевую синусоиду. В то же время, дребезг сухих контактов для нее не страшен — оптосимистор при прекращении протекания тока через него запирается и открывается снова только в начале следующего полупериода.

Естественно, лампы с подобным уровнем пульсаций светового потока крайне не рекомендую для применения в жилых и рабочих помещениях, если важны здоровые глаза (жилые комнаты, кухня, рабочий стол и т.п.), однако, вполне приемлемы в подсобных помещениях (прихожая, туалет, ванная, лестничная клетка и т.п.).