Для застосування світлодіодів як джерела освітлення зазвичай потрібен спеціалізований драйвер. Але буває так, що потрібного драйвера під рукою немає, а потрібно організувати підсвічування, наприклад, в автомобілі, або протестувати світлодіод на яскравість свічення. І тут можна зробити для світлодіодів своїми руками.
Як зробити драйвер для світлодіодів
У наведених нижче схемах використовуються найпоширеніші елементи, які можна придбати у будь-якому радіомагазині. При складанні не потрібне спеціальне обладнання, всі необхідні інструменти знаходяться в широкому доступі. Незважаючи на це, при акуратному підході пристрої працюють досить довго і не дуже поступаються комерційним зразкам.
Необхідні матеріали та інструменти
Для того, щоб зібрати саморобний драйвер, знадобляться:
- Паяльник потужністю 25-40 Вт. Можна використовувати і більшу потужність, але при цьому зростає небезпека перегріву елементів і виходу їх з ладу. Найкраще використовувати паяльник з керамічним нагрівачем і необгореним жалом, т.к. звичайне мідне жало досить швидко окислюється і його доводиться чистити.
- Флюс для паяння (каніфоль, гліцерин, ФКЕТ і т.д.). Бажано використовувати саме нейтральний флюс — на відміну від активних флюсів (ортофосфорна та соляна кислоти, хлористий цинк та ін.), він згодом не окислює контакти і менш токсичний. Незалежно від використовуваного флюсу після збирання пристрою його краще відмити спиртом. Для активних флюсів ця процедура є обов'язковою, для нейтральних – меншою мірою.
- Припій. Найбільш поширеним є легкоплавкий олов'яно-свинцевий припій ПОС-61. Безсвинцеві припої менш шкідливі при вдиханні парів під час паяння, але мають більш високу температуру плавлення при меншій текучості та схильності до деградації шва з часом.
- Невеликі плоскогубці для згинання висновків.
- Шматочки або бокорізи для обкушування довгих кінців висновків та проводів.
- Монтажні дроти в ізоляції. Найкраще підійдуть багатожильні мідні дроти перетином від 0.35 до 1 мм2.
- Мультиметр контролю напруги в вузлових точках.
- Ізолента або термозбіжна трубка.
- Невелика макетна плата зі склотекстоліту. Достатньо буде плати розмірами 60х40 мм.
Макетна плата із текстоліту для швидкого монтажу
Схема драйвера для світлодіода 1 Вт
Одна з найпростіших схем живлення потужного світлодіода представлена на малюнку нижче:
Як видно, крім світлодіода до неї входять всього 4 елементи: 2 транзистори та 2 резистори.
У ролі регулятора струму, що проходить через led, тут виступає сильний польовий n-канальний транзистор VT2. Резистор R2 визначає максимальний струм, що проходить через світлодіод, а також працює як датчик струму для транзистора VT1 в ланцюгу зворотного зв'язку.
Чим більший струм проходить через VT2, тим більша напруга падає на R2 відповідно VT1 відкривається і знижує напругу на затворі VT2, тим самим зменшуючи струм світлодіода. Таким чином досягається стабілізація вихідного струму.
Живлення схеми здійснюється від джерела постійної напруги 9 - 12 В струм не менше 500 мА. Вхідна напруга повинна бути мінімум на 1-2 В більше падіння напруги на світлодіоді.
Резистор R2 повинен розсіювати потужність 1-2 Вт, залежно від необхідного струму та напруги живлення. Транзистор VT2 – n-канальний, розрахований струм не менше 500 мА: IRF530, IRFZ48, IRFZ44N. VT1 - будь-який малопотужний біполярний npn: 2N3904, 2N5088, 2N2222, BC547 і т.д. R1 - потужністю 0.125 - 0.25 Вт опором 100 кОм.
Зважаючи на малу кількість елементів, складання можна проводити навісним монтажем:
Ще одна проста схема драйвера на основі лінійного керованого стабілізатора напруги LM317:
Тут вхідна напруга може бути до 35 В. Опір резистора можна розрахувати за такою формулою:
де I – сила струму у амперах.
У цій схемі на LM317 буде розсіюватися значна потужність при великій різниці між напругою живлення і падінням на світлодіоді. Тому її доведеться розмістити на невеликому. Резистор також має бути розрахований на потужність щонайменше 2 Вт.
Більш наочно ця схема розглянута в наступному відео:
Тут показано як підключити потужний світлодіод, використовуючи акумулятори напругою близько 8 В. При падінні напруги на LED близько 6 В різниця виходить невелика, і мікросхема нагрівається несильно, тому можна обійтися і без радіатора.
Зверніть увагу, що при великій різниці між напругою живлення та падінням на LED необхідно ставити мікросхему на тепловідведення.
Схема потужного драйвера із входом ШІМ
Нижче показано схему для живлення потужних світлодіодів:
Драйвер побудований на здвоєному компараторі LM393. Сама схема є buck-converter, тобто імпульсний понижувальний перетворювач напруги.
Особливості драйвера
- Напруга живлення: 5 - 24 В, постійне;
- Вихідний струм: до 1 А, регульований;
- Вихідна потужність: 18 Вт;
- Захист від КЗ після виходу;
- Можливість керування яскравістю за допомогою зовнішнього ШІМ сигналу (цікаво буде почитати, як ).
Принцип дії
Резистор R1 з діодом D1 утворюють джерело опорної напруги близько 0.7, яке додатково регулюється змінним резистором VR1. Резистори R10 та R11 служать датчиками струму для компаратора. Як тільки напруга на них перевищить опорну, компаратор закриється, закриваючи таким чином пару транзисторів Q1 і Q2, а ті, своєю чергою, закриють транзистор Q3. Однак індуктор L1 в цей момент прагне відновити проходження струму, тому струм протікатиме доти, поки напруга на R10 і R11 не стане менше опорного, і компаратор знову не відкриє транзистор Q3.
Пара Q1 і Q2 виступає як буфер між виходом компаратора і затвором Q3. Це захищає схему від помилкових спрацьовувань через наведення на затворі Q3, та стабілізує її роботу.
Друга частина компаратора (IC1 2/2) використовується для додаткового регулювання яскравості за допомогою ШІМ. Для цього сигнал керування подається на вхід PWM: при подачі логічних рівнів ТТЛ (+5 і 0 В) схема буде відкривати і закривати Q3. Максимальна частота сигналу на вході PWM – близько 2 КГц. Також цей вхід можна використовувати для увімкнення та вимкнення пристрою за допомогою пульта дистанційного керування.
D3 є діод Шоттки, розрахований на струм до 1 А. Якщо не вдасться знайти саме діод Шоттки, можна використовувати імпульсний діод, наприклад FR107, але вихідна потужність тоді дещо знизиться.
Максимальний струм на виході налаштовується підбором R2 та включенням або виключенням R11. Так можна отримати такі значення:
- 350 мА (LED потужністю 1 Вт): R2=10K, R11 вимкнено,
- 700 мА (3 Вт): R2=10K, R11 підключений, номінал 1 Ом,
- 1А (5Вт): R2 = 2,7 K, R11 підключений, номінал 1 Ом.
У вужчих межах регулювання проводиться змінним резистором та ШІМ – сигналом.
Складання та налаштування драйвера
Монтаж компонентів драйвера виконується на макетній платі. Спочатку встановлюється мікросхема LM393, потім найменші компоненти: конденсатори, резистори, діоди. Потім ставляться транзистори, й у останню чергу змінний резистор.
Розміщувати елементи на платі краще таким чином, щоб мінімізувати відстань між висновками, що з'єднуються, і використовувати якомога менше проводів як перемичок.
При з'єднанні важливо дотримуватись полярності підключення діодів і розпинування транзисторів, яку можна знайти в технічному описі на ці компоненти. Також діоди можна в режимі вимірювання опору: у прямому напрямку пристрій покаже значення порядку 500-600 Ом.
Для живлення схеми можна використовувати зовнішнє джерело постійної напруги 5-24 або акумулятори. У батарейок 6F22 («крона») та інших дуже маленька ємність, тому їх застосування недоцільно при використанні потужних LED.
Після збирання потрібно підлаштувати вихідний струм. Для цього на вихід припаюються світлодіоди, а двигун VR1 встановлюється в крайнє нижнє за схемою положення (перевіряється мультиметром у режимі продзвонювання). Далі на вхід подаємо напругу живлення, і обертанням ручки VR1 домагаємося необхідної яскравості світіння.
Список елементів:
Висновок
Перші дві з розглянутих схем дуже прості у виготовленні, але вони не забезпечують захисту від короткого замикання і мають досить низький ККД. Для довготривалого використання рекомендується третя схема на LM393, оскільки вона позбавлена цих недоліків і має ширші можливості регулювання вихідної потужності.
Нещодавно один знайомий попросив мене допомогти із проблемою. Він займається розробкою LED ламп, при цьому ними приторговуючи. У нього зібралося кілька ламп, що працюють неправильно. Зовні це виражається так – при включенні лампа спалахує на короткий час (менше секунди) на секунду гасне і так повторюється нескінченно. Він дав мені на дослідження три такі лампи, я проблему вирішив, несправність виявилася дуже цікавою (прямо в стилі Еркюля Пуаро) і я хочу розповісти про шлях пошуку несправності.
LED лампа виглядає ось так:
1. Зовнішній вигляд розібраної LED лампи
Розробник застосував цікаве рішення – тепло від працюючих світлодіодів забирається тепловою трубкою та передається на класичний алюмінієвий радіатор. За словами автора, таке рішення дозволяє забезпечити правильний тепловий режим для світлодіодів, мінімізуючи теплову деградацію та забезпечуючи максимально можливий термін служби діодів. Принагідно збільшується термін служби драйвера живлення діодів, оскільки плата драйвера виявляється винесеною з теплового контуру і температура плати не перевищує 50 градусів Цельсія.
Таке рішення – розділити функціональні зони випромінювання світла, відведення тепла та генерації живлення – дозволило отримати високі експлуатаційні характеристики лампи за надійністю, довговічністю та ремонтопридатністю.
Мінус таких ламп, як не дивно, прямо витікає з її плюсів – довговічна лампа не потрібна виробникам:). Історію про змову виробників ламп розжарювання про максимальний термін служби о 1000 годині всі пам'ятають?
Та й не можу не відзначити характерний зовнішній вигляд виробу. Мій "держконтроль" (дружина) не дозволив мені ставити ці лампи в люстру, де вони видно.
Повернемося до проблем драйвера.
Ось так виглядає платня драйвера:
Мал 2. Зовнішній вигляд плати LED драйвера з боку поверхневого монтажу
І зі зворотного боку:
Мал 3. Зовнішній вигляд плати LED драйвера з боку силових деталей
Вивчення її під мікроскопом дозволило визначити тип керуючої мікросхеми – це MT7930. Це мікросхема контролю зворотноходового перетворювача (Fly Back), обвішана різноманітними захистами, як новорічна ялинка – іграшками.
У МТ7930 вбудовано захист:
Від перевищення струму ключового елемента
зниження напруги живлення
підвищення напруги живлення
короткого замикання у навантаженні та обриву навантаження.
від перевищення температури кристала
Декларування захисту від короткого замикання в навантаженні для джерела струму носить скоріше маркетинговий характер:)
Принципової схеми саме на такий драйвер видобути не вдалося, проте пошук у мережі дав кілька дуже схожих схем. Найбільш близька наведена на малюнку:
Рис 4. LED Driver MT7930. Схема електрична принципова
Аналіз цієї схеми та вдумливе читання мануалу до мікросхеми привело мене до висновку, що джерело проблеми миготіння – це спрацювання захисту після старту. Тобто. процедура початкового запуску проходить (спалахування лампи - це воно і є), але далі перетворювач вимикається по якомусь із захистів, конденсатори живлення розряджаються і цикл починається заново.
Увага! У схемі є небезпечні для життя напруги! Не повторюйте без належного розуміння що ви робите!
Для дослідження сигналів осцилограф треба розв'язати схему від мережі, щоб не було гальванічного контакту. Для цього я застосував розділовий трансформатор. На балконі в запасах було знайдено два трансформатори ТН36 ще радянського виробництва, датовані 1975 роком. Ну це вічні пристрої, масивні, залиті повністю зеленим лаком. Підключив за схемою 220 – 24 – 24 –220. Тобто. спочатку знизив напругу до 24 вольт (4 вторинних обмотки по 6.3 вольт), а потім підвищив. Наявність кількох первинних обмоток з відводами дала мені можливість пограти з різними напругами живлення - від 110 вольт до 238 вольт. Таке рішення звичайно дещо надмірне, але цілком придатне для одноразових вимірів.
Рис 5. Фото роздільного трансформатора
З опису старту в мануалі випливає, що при подачі живлення починає заряджатися конденсатор С8 через резистори R1 і R2 сумарним опором близько 600 кому. Два резистори застосовані з вимог безпеки, щоб при проби одного струм через цей ланцюг не перевищив безпечного значення.
Отже, конденсатор живлення повільно заряджається (це час порядку 300-400 мс) і коли напруга на ньому досягає рівня 18,5 вольт - запускається процедура старту перетворювача. Мікросхема починає генерувати послідовність імпульсів на ключовий польовий транзистор, що призводить до виникнення напруги на обмотці Na. Ця напруга використовується подвійно – для формування імпульсів зворотного зв'язку для контролю вихідного струму (ланцюг R5 R6 C5) та для формування напруги робочого живлення мікросхеми (ланцюг D2 R9). Одночасно у вихідному ланцюзі виникає струм, який призводить до запалювання лампи.
Чому ж спрацьовує захист і за яким саме параметром?
Перше припущення
Спрацювання захисту щодо перевищення вихідної напруги?
Для перевірки цього припущення я випаяв і перевірив резистори в ланцюгу дільника (R5 10 кому і R6 39 кому). Не випаюючи їх не перевірити, оскільки через обмотку трансформатора вони запаралелені. Елементи виявилися справними, але в якийсь момент схема запрацювала!
Я перевірив осцилографом форми та напруги сигналів у всіх точках перетворювача і з подивом переконався, що всі вони повністю паспортні. Жодних відхилень від норми…
Дав схемі працювати годинку - все ОК.
А якщо дати їй охолонути? Після 20 хвилин у вимкненому стані не працює.
Дуже добре, мабуть, справа в нагріванні якогось елемента?
Але якого? І які параметри елемента можуть спливати?
У цій точці я зробив висновок, що на платі перетворювача є якийсь елемент, чутливий до температури. Нагрів цього елемента повністю нормалізує роботу схеми.
Що це за елемент?
Друге припущення
Підозра впала на трансформатор. Проблема мислилася так – трансформатор через неточності виготовлення (скажімо на пару витків недомотана обмотка) працює в області насичення і через різке падіння індуктивності та різке наростання струму спрацьовує захист по струму польового ключа. Це резистор R4 R8 R19 ланцюга стоку, сигнал з якого подається на висновок 8 (CS, мабуть Current Sense) мікросхеми і використовується для ланцюга ОС по струму і при перевищенні уставки 2.4 вольта відключає генерацію для захисту польового транзистора і трансформатора від пошкоджень. На досліджуваній платі стоїть паралельно два резистори R15 R16 з еквівалентним опором 2,3 ома.
Але наскільки знаю, параметри трансформатора при нагріванні погіршуються, тобто. поведінка системи має бути іншою – включення, робота хвилин 5-10 та вимкнення. Трансформатор на платі масивний і теплова постійна у нього ну ніяк не менше одиниць хвилин.
Може, звичайно, в ньому є короткозамкнений виток, який зникає при нагріванні?
Перепайка трансформатора на гарантовано справний був на той момент неможливим (не привезли ще гарантовано робочу плату), тому залишив цей варіант на потім, коли зовсім версій не залишиться:). Плюс інтуїтивне відчуття – це не воно. Я довіряю своїй інженерній інтуїції.
До цього моменту я перевірив гіпотезу про спрацювання захисту по струму, зменшивши резистор ОС по струму вдвічі припаювання паралельно йому такого ж - це ніяк не вплинуло на моргання лампи.
Значить, зі струмом польового транзистора все нормально і перевищення струму немає. Це було добре видно і формою сигналу на екрані осцилографа. Пік пилкоподібного сигналу становив 1,8 вольта і явно не досягав значення 2,4 вольта, при якому мікросхема вимикає генерацію.
До зміни навантаження схема також виявилася нечутливою - ні приєднання другої головки паралельно, ні перемикання прогрітої голови на холодну і назад нічого не змінювало.
Третє припущення
Я досліджував напругу живлення мікросхеми. При роботі в штатному режимі всі напруження були абсолютно нормальними. У миготливому режимі теж, наскільки можна було судити формами сигналів на екрані осцилографа.
Як і раніше, система блимала в холодному стані і починала нормально працювати при прогріванні ніжки трансформатора паяльником. Секунд 15 погріти і все нормально заводиться.
Прогрівання мікросхеми паяльником нічого не давало.
І дуже бентежило малий час нагріву… що там може за 15 секунд змінитись?
У якийсь момент сів і методично, логічно відсік усе, що гарантовано працює. Якщо лампа спалахує - значить ланцюга запуску справні.
Якщо нагріванням плати вдається запустити систему і вона годинами працює - значить і силові системи справні.
Охолоджує і перестає працювати - щось залежить від температури.
Тріщина на платі в ланцюзі зворотного зв'язку? Охолоджується і стискається, контакт порушується, нагрівається, розширюється і контакт відновлюється?
Пролазив тестером холодну плату – немає урвищ.
Що ще може заважати переходу від режиму запуску в робочий режим?!!!
Від повної безнадії інтуїтивно припаяв паралельно електролітичному конденсатору 10 мкф на 35 вольт живлення мікросхеми такої ж.
І тут настало щастя. Запрацювало!
Заміна конденсатора 10 мкф на 22 мкф повністю вирішила проблему.
Ось він, винуватець проблеми:
Рис 6. Конденсатор із неправильною ємністю
Тепер став зрозумілим механізм несправності. Схема має два ланцюги живлення мікросхеми. Перша, що запускає, повільно заряджає конденсатор С8 при подачі 220 вольт через резистор 600 кому. Після його заряду мікросхема починає генерувати імпульси для польовика, запускаючи силову частину схеми. Це призводить до генерації живлення мікросхеми в робочому режимі на окремій обмотці, яке надходить на конденсатор через діод з резистором. Сигнал із цієї обмотки також використовується для стабілізації вихідного струму.
Поки що система не вийшла в робочий режим - мікросхема живиться запасеною енергією в конденсаторі. І її не вистачало трохи - буквально пари-трійки відсотків.
Падіння напруги виявилося достатньо, щоб система захисту мікросхеми спрацьовувала за зниженим живленням і відключала все. І цикл розпочинався заново.
Відловити цю просідання напруги живлення осцилографом не виходило - дуже груба оцінка. Мені здавалося, що все гаразд.
Прогрів плати збільшував ємність конденсатора на відсутні відсотки - і енергії вже вистачало на нормальний запуск.
Зрозуміло, чому лише деяка частина драйверів відмовила за повністю справних елементів. Відіграло роль химерне поєднання наступних факторів:
Мала ємність конденсатора живлення. Позитивну роль зіграв допуск ємність електролітичних конденсаторів (-20% +80%), тобто. ємності номіналом 10 мкф у 80% випадків мають реальну ємність близько 18 мкф. Згодом ємність зменшується через висихання електроліту.
Позитивна температурна залежність ємності електролітичних конденсаторів від температури. Підвищена температура на місці вихідного контролю – досить буквально пари-трійки градусів та ємності вистачає для нормального запуску. Якщо припустити, що на місці вихідного контролю було не 20 градусів, а 25-27, то цього виявилося достатньо практично для 100% проходження вихідного контролю.
Виробник драйверів зекономив звичайно, застосувавши ємності меншого номіналу порівняно з референс дизайном з мануалу (там зазначено 22 мкф) але свіжі ємності при підвищеній температурі та з урахуванням розкиду +80% дозволили партію драйверів здати замовнику. Замовник отримав начебто працюючі драйвери, які згодом стали відмовляти з незрозумілої причини. Цікаво було б дізнатися – інженери виробника врахували особливості поведінки електролітичних конденсаторів при підвищенні температури та природний розкид чи це вийшло випадково?
Широке поширення світлодіодів спричинило масове виробництво блоків живлення їм. Такі блоки називають драйверами. Основною їх особливістю є те, що вони здатні стабільно підтримувати на виході заданий струм. Іншими словами, драйвер для світлодіодів (LED) – це джерело струму для їхнього живлення.
Призначення
Оскільки світлодіод - це напівпровідникові елементи, ключовою характеристикою, що визначає яскравість їхнього свічення, є не напруга, а струм. Щоб вони гарантовано відпрацювали заявлену кількість годин, потрібен драйвер — він стабілізує струм, що протікає через ланцюг світлодіодів. Можливе використання малопотужних світловипромінюючих діодів і без драйвера, у цьому випадку його роль виконує резистор.
Застосування
Драйвери застосовуються як при живленні світлодіода від мережі 220В, так і джерел постійної напруги 9-36 В. Перші використовуються при освітленні приміщень світлодіодними лампами і стрічками, другі частіше зустрічаються в автомобілях, велосипедних фарах, переносних ліхтарях і т.д.
Принцип роботи
Як було зазначено, драйвер – це джерело струму. Його відхилення від джерела напруги проілюстровані нижче.
Джерело напруги створює на своєму виході деяку напругу, що в ідеалі не залежить від навантаження.
Наприклад, якщо підключити до джерела напругою 12 резистор 40 Ом, через нього піде струм 300 мА.
Якщо підключити паралельно два резистори, сумарний струм складе вже 600 мА при тій же напрузі.
Драйвер підтримує на своєму виході заданий струм. Напруга може змінюватися.
Підключимо також резистор 40 Ом до драйвера 300 мА.
Драйвер створить на резисторі падіння напруги 12 ст.
Якщо підключити паралельно два резистори, струм, як і раніше, буде 300 мА, а напруга впаде до 6 В:
Таким чином, ідеальний драйвер здатний забезпечити навантаження номінальний струм незалежно від падіння напруги. Тобто світлодіод з падінням напруги 2 і струмом 300 мА горітиме так само яскраво, як і світлодіод напругою 3 В і струмом 300 мА.
Основні характеристики
При підборі потрібно враховувати три основні параметри: вихідну напругу, струм і потужність, що споживається навантаженням.
Напруга на виході драйвера залежить від кількох факторів:
- падіння напруги на світлодіоді;
- кількість світлодіодів;
- спосіб підключення
Струм на виході драйвера визначається характеристиками світлодіодів і залежить від наступних параметрів:
- потужність світлодіодів;
- яскравість.
Потужність світлодіодів впливає на споживаний ними струм, який може змінюватись в залежності від необхідної яскравості. Драйвер має забезпечити їм цей струм.
Потужність навантаження залежить від:
- потужності кожного світлодіода;
- їх кількості;
- кольори.
У загальному випадку споживану потужність можна розрахувати як
де Pled - потужність світлодіода,
N — кількість світлодіодів, що підключаються.
Максимальна потужність драйвера не повинна бути меншою.
Варто врахувати, що для стабільної роботи драйвера та запобігання виходу його з ладу слід забезпечити запас потужністю хоча б 20-30%. Тобто має виконуватися таке співвідношення:
де Pmax – максимальна потужність драйвера.
Крім потужності та кількості світлодіодів, потужність навантаження залежить ще від їхнього кольору. Світлодіоди різних кольорів мають різне падіння напруги за однакового струму. Наприклад, червоний світлодіод XP-E має падіння напруги 1.9-2.4 В при струмі 350 мА. Середня споживана їм потужність у такий спосіб становить близько 750 мВт.
У XP-E зеленого кольору падіння 3.3-3.9 при тому ж струмі, і його середня потужність складе вже близько 1.25 Вт. Тобто драйвером, розрахованим на 10 Вт, можна живити або 12-13 червоних світлодіодів, або 7-8 зелених.
Як підібрати драйвер для світлодіодів Способи підключення LED
Припустимо, є 6 світлодіодів з падінням напруги 2 і струмом 300 мА. Підключити їх можна різними способами, і в кожному випадку буде потрібно драйвер з певними параметрами:
З'єднувати таким чином паралельно 3 і більше світлодіодів неприпустимо, так як при цьому через них може піти занадто великий струм, внаслідок чого швидко вийдуть з ладу.
Зверніть увагу, що у всіх випадках потужність драйвера становить 3.6 Вт і не залежить від способу підключення навантаження.
Таким чином, доцільніше вибирати драйвер для світлодіодів на етапі закупівлі останніх, попередньо визначивши схему підключення. Якщо ж спочатку придбати самі світлодіоди, а потім підбирати до них драйвер, це може виявитися нелегким завданням, оскільки ймовірність того, що Ви знайдете саме джерело живлення, яке зможе забезпечити роботу саме цієї кількості світлодіодів, включених за конкретною схемою, невелика.
Види
Загалом драйвери для світлодіодів можна розділити на дві категорії: лінійні та імпульсні.
У лінійного виходом є генератор струму. Він забезпечує стабілізацію вихідного струму при нестабільному вхідному напрузі; причому підстроювання відбувається плавно, не створюючи високочастотних електромагнітних перешкод. Вони прості та дешеві, але невисокий ККД (менше 80%) обмежує сферу їх застосування малопотужними світлодіодами та стрічками.
Імпульсні є пристрої, що створюють на виході серію високочастотних імпульсів струму.
Зазвичай вони працюють за принципом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), тобто середнє значення вихідного струму визначається ставленням ширини імпульсів до періоду їхнього прямування (ця величина називається коефіцієнтом заповнення).
На діаграмі вище показаний принцип роботи ШІМ-драйвера: частота імпульсів залишається незмінною, але змінюється коефіцієнт заповнення від 10% до 80%. Це призводить до зміни середнього значення струму I cp на виході.
Такі драйвери набули широкого поширення завдяки компактності та високому ККД (близько 95%). Основним недоліком є більший у порівнянні з лінійними рівень електромагнітних перешкод.
Світлодіодний драйвер на 220 В
Для включення в мережу 220 випускаються як лінійні, так і імпульсні. Існують драйвери з гальванічною розв'язкою від мережі та без неї. Основними перевагами перших є високий ККД, надійність та безпека.
Без гальванічної розв'язки зазвичай дешевші, але менш надійні та вимагають обережності при підключенні, оскільки є ймовірність ураження струмом.
Китайські драйвери
Затребуваність драйверів для світлодіодів сприяє їхньому масовому виробництву в Китаї. Ці пристрої є імпульсні джерела струму, зазвичай на 350-700 мА, часто не мають корпусу.
Китайський драйвер для світлодіода 3w
Основні їх переваги – низька ціна та наявність гальванічної розв'язки. Недоліки такі:
- низька надійність через використання дешевих схемних рішень;
- відсутність захисту від перегріву та коливань у мережі;
- високий рівень радіоперешкод;
- високий рівень пульсацій на виході;
- недовговічність.
Строк служби
Зазвичай термін служби драйвера менший, ніж у оптичної частини – виробники дають гарантію на 30 000 годин роботи. Це пов'язано з такими факторами, як:
- нестабільність напруги;
- перепади температур;
- рівень вологості;
- завантаженість драйвера.
Найслабшою ланкою світлодіодного драйвера є конденсатори, що згладжують, які мають тенденцію до випаровування електроліту, особливо в умовах підвищеної вологості і нестабільного напруги живлення. В результаті рівень пульсацій на виході драйвера підвищується, що негативно впливає на роботу світлодіодів.
Також на термін служби впливає неповна завантаженість драйвера. Тобто якщо він розрахований на 150 Вт, а працює на навантаження 70 Вт, половина його потужності повертається в мережу, викликаючи її перевантаження. Це провокує часті збої харчування. Рекомендуємо почитати про .
Схеми драйверів (мікросхеми) для світлодіодів
Багато виробників випускають спеціалізовані мікросхеми драйверів. Розглянемо деякі з них.
ON Semiconductor UC3845 – імпульсний драйвер із вихідним струмом до 1А. Схема драйвера для світлодіода 10w на цій мікросхемі наведена нижче.
Supertex HV9910 – дуже поширена мікросхема імпульсного драйвера. Струм на виході не перевищує 10 мА, не має гальванічної розв'язки.
Простий драйвер струму на мікросхемі представлений нижче.
Texas Instruments UCC28810. Мережевий імпульсний драйвер має можливість організувати гальванічну розв'язку. Вихідний струм до 750 мА.
Ще одна мікросхема цієї фірми - драйвер для живлення потужних світлодіодів LM3404HV - описується в цьому відео:
Пристрій працює за принципом резонансного перетворювача типу Buck Converter, тобто функція підтримки необхідного струму тут частково покладена на резонансний ланцюг у вигляді котушки L1 та діода Шоттки D1 (наведена нижче типова схема). Також є можливість завдання частоти комутації підбором резистора R ON.
Maxim MAX16800 - лінійна мікросхема, працює при малих напругах, тому на ній можна побудувати драйвер 12 вольт. Вихідний струм – до 350 мА, тому може використовуватися як драйвер живлення для потужного світлодіода, ліхтарика тощо. Є можливість димування. Типова схема та структура представлені нижче.
Висновок
Світлодіоди набагато вимогливіші до джерела живлення, ніж інші джерела світла. Наприклад, перевищення струму на 20% для люмінесцентної лампи не спричинить серйозного погіршення характеристик, для світлодіодів термін служби скоротиться в кілька разів. Тому вибирати драйвер для світлодіодів слід особливо ретельно.
Постійні читачі часто цікавляться, як правильно зробити харчування для світлодіодів, щоб термін служби був максимальним. Особливо це актуально для led невідомого виробництва з поганими технічними характеристиками або підвищеними.
За зовнішнім виглядом та параметрами неможливо визначити якість. Часто доводиться розповідати, як розрахувати блок живлення для світлодіодів, який краще купити або зробити своїми руками. В основному рекомендую купити готовий, будь-яка схема після збирання вимагає перевірки та налаштування.
- 1. Основні типи
- 2. Як зробити розрахунок
- 3. Калькулятор для розрахунку
- 4. Підключення в автомобілі
- 5. Напруги живлення світлодіодів
- 6. Підключення від 12В
- 7. Підключення від 1,5В
- 8. Як розрахувати драйвер
- 9. Низьковольтний від 9В до 50В
- 10. Вбудований драйвер, хіт 2016
- 11. Характеристики
Основні типи
Світлодіод – це напівпровідниковий електронний елемент з низьким внутрішнім опором. Якщо подати на нього стабілізовану напругу, наприклад 3V, через нього піде великий струм, наприклад 4 Ампера, замість необхідного 1А. Потужність на ньому становитиме 12W, у нього згорять тонкі провідники, якими підключений кристал. Провідники чудово видно на кольорових та RGB діодах, тому що на них немає жовтого люмінофора.
Якщо блок живлення для світлодіодів 12V зі стабілізованою напругою, для обмеження струму послідовно встановлюють резистор. Недоліком такого підключення буде вище споживання енергії, резистор також споживає певну енергію. Для світлодіодних акумуляторних ліхтарів на 1,5В використовувати таку схему нераціонально. Кількість вольт на батарейці швидко знижується, відповідно падатиме яскравість. І без підвищення щонайменше до 3В діод не запрацює.
Цих недоліків позбавлені спеціалізованих світлодіодних драйверів на ШИМ контролерах. При змінах напруги струм залишається незмінним.
Як зробити розрахунок
- номінальна споживана потужність чи бажана;
- напруга падіння.
Сумарне енергоспоживання електричного ланцюга, що підключається, не повинно перевищувати потужності блоку.
Падіння напруги залежить від того, яке світло випромінює лід чіп. Я рекомендую купувати фірмові LED типу Bridgelux, розкид параметрів у них мінімальний. Вони гарантовано тримають заявлені характеристики та мають запас із них. Якщо купуєте на китайському базарі, типу Aliexpress, то не сподівайтеся на диво, в 90% вас обдурять і надішлють барахло з параметрами в 2-5 разів гірше. Це багаторазово перевіряли мої колеги, які замовляли недорогі LED 5730 іноді 10 разів. Отримували вони SMD5730 на 0,1W замість 0,5W. Це визначали за вольтамперною-характеристикою.
До того ж у дешевих розкид параметрів дуже великий. Щоб це визначити в домашніх умовах своїми руками, підключіть їх послідовно 5-10 штук. Регулюю кількість вольт, досягайте, щоб вони злегка світилися. Ви побачите, що частина світить яскравіше, частина ледь помітна. Тому деякі в номінальному робочому режимі грітимуться сильніше, інші менше. Потужність буде на них різна, тому найнавантаженіші вийдуть з ладу раніше, ніж інші.
Калькулятор для розрахунку
Калькулятор враховує 4 параметри:
- кількість вольт на виході;
- зниження напруги однією LED;
- номінальний робочий струм;
- кількість LED в ланцюзі.
Підключення в автомобілі
При заведеному двигуні буває в середньому 13,5 - 14,5, при заглушеному 12 - 12,5. Особливі вимоги при включенні в автомобільний прикурювач або бортову мережу. Короткочасні стрибки можуть бути до 30В. Якщо у вас використовується струмообмежуючий опір, то сила струму зростає прямо пропорційно до підвищення напруги живлення світлодіодів. Тому краще ставити стабілізатор на мікросхемі.
Недоліком використання в авто може бути поява перешкод на радіо в діапазоні УКХ. ШИМ контролер працює на високих частотах і даватиме перешкоди на ваш радіоприймач. Можна спробувати замінити на інший або лінійний тип. Іноді допомагає екранування металом та розміщення подалі від головного пристрою авто.
Напруження живлення світлодіодів
З таблиць видно, для малопотужних на 1W, 3W цей показник 2В червоного, жовтого кольору, оранжевого. Для білого, синього, зеленого він від 3,2 до 3,4В. Для сильних від 7В до 34В. Ці циферки доведеться використовувати для розрахунків.
Таблиця для LED на 1W, 3W, 5W
Таблиця для потужних світлодіодів 10W, 20W, 30W, 50W, 100W
Підключення від 12В
Одна з найпоширеніших напруг це 12 Вольт, вони присутні в побутовій техніці, автомобілі та автомобільній електроніці. Використовуючи 12V можна повноцінно підключити 3 лід діода. Прикладом служить світлодіодна стрічка на 12V, у якій 3 штуки та резистор підключені послідовно.
Приклад на діоді 1W, його номінальний струм 300мА.
- Якщо одному LED падає 3,2В, то для 3шт вийде 9,6В;
- на резистори буде 12В – 9,6В = 2,4В;
- 2,4/0,3 = 8 Ом номінал необхідного опору;
- 2,4 * 0,3 = 0,72W розсіюватиметься на резисторі;
- 1W + 1W + 1W + 0,72 = 3,72W повне енергоспоживання всього ланцюга.
Аналогічним чином можна обчислити і для іншої кількості елементів ланцюга.
Підключення від 1,5В
Джерело живлення для світлодіодів може бути і простою пальчиковою батареєю на 1,5В. Для LED діода потрібно зазвичай мінімум 3V, без стабілізатора тут не обійтися. Такі спеціалізовані світлодіодні драйвера використовуються в ручних ліхтариках Cree Q5 і Cree XML T6. Мініатюрна мікросхема збільшує кількість вольт до 3V і стабілізує 700мА. Включення від 1.5 вольт за допомогою струмообмежувального опору неможливе. Якщо використовувати дві батареї на 1.5 вольт, з'єднавши їх послідовно, отримаємо 3В. Але батареї досить швидко розряджаються, а яскравість падатиме ще швидше. При 2,5 В ємності в батареях залишиться ще багато, але діод вже практично згасне. А світлодіодний драйвер підтримуватиме номінальну яскравість навіть за 1В.
Зазвичай такі модулі замовляю на Aliexpress, у китайців коштують 50-100руб, у Росії вони дорогі.
Як розрахувати драйвер
- складіть на папері схему підключення;
- якщо драйвер китайський, то бажано перевірити, чи витримає він заявлену потужність чи ні;
- враховуйте, що для різних кольорів (синій, червоний, зелений) різне падіння вольт;
- сумарна потужність не повинна бути вищою, ніж у джерела струму.
Намалюйте схему включення, де розподіліть елементи, якщо вони підключені непросто послідовно, а комбіновано з паралельним з'єднанням.
На китайському блоці живлення невідомого виробника потужність може бути значно нижчою. Вони просто вказують максимальну пікову потужність, а не номінальну довготривалу. Перевіряти складніше, треба гранично навантажити блок живлення та заміряти параметри.
Для третього пункту використовуйте зразкові таблиці для 1W, 3W, 5W, 10W, 20W, 30W, 50W, 100W, які наведені вище. Але більше довіряйте характеристикам, які дав продавець. Для однокристальних буває 3V, 6V, 12V.
Якщо енергоспоживання ланцюга у сумі перевищить номінальну потужність джерела живлення, то струм просяде та збільшиться нагрівання. Він відновиться до нормального рівня, якщо зменшити навантаження.
Для світлодіодних стрічок зробити розрахунок дуже просто. Виміряйте кількість ватів на 1 метр і помножте на кількість метрів. Саме виміряйте, здебільшого потужність завищена і замість 14,4 Вт/м отримаєте 7 Вт/м. До мене надто часто звертаються із такою проблемою розчаровані покупці.
Низьковольтне від 9В до 50В
Коротко розповім, що використовую для включення блоків на 12В, 19V, 24В і для підключення до автомобільних 12В.
Найчастіше купую готові модулі на ШІМ мікросхемах:
- бувають підвищують, наприклад, на вході 12V, на виході 22В;
- знижувальні, наприклад, з 24В до 17В.
Не всім хочеться витрачати велику гріш на покупку готового прожектора для авто, світлодіодного світильника або замовляти готовий драйвер. Тому звертаються до мене, щоб з підручних комплектуючих зібрати щось пристойне. Вартість таких модулів починається від 50руб до 300руб за модель на 5А з радіатором. Купую заздалегідь кілька штук, розходяться швидко.
Найбільше популярний варіант на лінійній ІМС, простий, надійний застарілий.
Дуже популярні моделі на LM2596, але вона вже застаріла та раджу звернути увагу на більш сучасне з гарним ККД. Такі блоки мають від 1 до 3 підстроювальних опорів, якими можна налаштувати будь-які параметри до 30В і до 5А.
Вбудований драйвер, хіт 2016
На початку 2016 року стали набирати популярності світлодіодні модулі та COB діоди з інтегрованим драйвером. Вони включаються відразу в мережу 220В, ідеальний варіант для збирання світлотехніки своїми руками. Усі елементи знаходяться на одній теплопровідній пластині. ШИМ контролери мініатюрні завдяки гарному контакту з системою охолодження. Тестувати надійність та стабільність ще не доводилося, перші відгуки з'являться щонайменше через півроку використання. Вже замовив найдешевшу та найдоступнішу модель COB на 50W. Щоб знайти такі на китайському ринку Аліекспрес, вкажіть у пошуку «integrated led driver».
Характеристики
Глобальна проблема, це підробка світлодіодів Cree та Philips у промислових масштабах. У китайців для цього є цілі підприємства, що зовні копіюють на 95-99%, простому покупцю відрізнити неможливо. Найгірше, коли таку підробку вам продають під виглядом оригінального Cree T6. Ви підключатимете підроблений за технічними специфікаціями оригінального. Підробка має характеристики в середньому на 30% гірші. Менше світловий потік, нижче максимальна робоча температура, нижче енергоспоживання. Про обман ви дізнаєтеся дуже не скоро, він пропрацює приблизно в 5-10 разів менше за сьогодення, особливо на подвійному струмі.
Нещодавно вимірював світловий потік своїх ліхтариків на лівих Cree виробництва LatticeBright. Діставав усю плату з драйвером і ставив у фотометричну кулю. Вийшло 180-200 люменів, у оригіналу 280-300лм. Без серйозного обладнання, яке є переважно в лабораторіях, ви не зможете виміряти, відповідно дізнатися правду.
Іноді трапляються розігнані діоди, сила струму на яких на 30%-60% вище за номінальну, відповідно і потужність. Несумлінний виробник, особливо підвально-китайський, користується тим, що термін служби важко виміряти в годинах. Адже ніхто не засікає відпрацьований час, а коли світильник чи світлодіодний прожектор вийдуть із ладу продавця вже не знайти. Та й шукати безглуздо, термін гарантії на таку продукцію дають завжди менше за період служби.
Завдяки малому енергоспоживання, теоретичної довговічності та зниження ціни стрімко витісняють лампи розжарювання та енергозберігаючі. Але, незважаючи на заявлений ресурс роботи до 25 років, часто перегорають, навіть не відслуживши гарантійного терміну.
На відміну від ламп розжарювання, 90% світлодіодних ламп, що перегоріли, можна успішно відремонтувати своїми руками, навіть не маючи спеціальної підготовки. Представлені приклади допоможуть Вам відремонтувати світлодіодні лампи, що відмовили.
Перш, ніж братися за ремонт світлодіодної лампи, потрібно представляти її пристрій. Незалежно від зовнішнього вигляду та типу застосовуваних світлодіодів, всі світлодіодні лампи, в тому числі і філаментні лампочки, влаштовані однаково. Якщо видалити стінки корпусу лампи, то всередині можна побачити драйвер, який є друкованою платою із встановленими на ній радіоелементами.
Будь-яка світлодіодна лампа влаштована та працює наступним чином. Напруга живлення з контактів електричного патрона подається на висновки цоколя. До нього припаяно два дроти, через які напруга подається на вхід драйвера. З драйвера напруга живлення постійного струму подається на плату, на якій розпаяні світлодіоди.
Драйвер є електронним блоком – генератором струму, який перетворює напругу мережі живлення в струм, необхідний для світіння світлодіодів.
Іноді для розсіювання світла або захисту від дотику людини до незахищених провідників плати зі світлодіодами її закривають захисним склом, що розсіює.
Про філаментні лампи
На вигляд філаментна лампа схожа на лампу розжарювання. Пристрій філаментних ламп відрізняється від світлодіодних тим, що в якості випромінювачів світла в них використовується не плата зі світлодіодами, а скляна заповнена герметична газом колба, в якій розміщені один або кілька філаментних стрижнів. Драйвер знаходиться у цоколі.
Філаментний стрижень є скляною або сапфіровою трубкою діаметром близько 2 мм і довжиною близько 30 мм, на якій закріплені і з'єднані послідовно покриті люмінофором 28 мініатюрних світлодіодів. Один філамент споживає потужність близько 1 Вт. Мій досвід експлуатації показує, що філаментні лампи набагато надійніші, ніж виготовлені на базі SMD світлодіодів. Гадаю, згодом вони витіснять усі інші штучні джерела світла.
Приклади ремонту світлодіодних ламп
Увага, електричні схеми драйверів світлодіодних ламп гальванічно пов'язані з фазою електричної мережі і тому слід бути обережними. Дотик до оголених ділянок схеми підключеної до електричної мережі може призвести до ураження електричним струмом.
Ремонт світлодіодної лампи
ASD LED-A60, 11 Вт на мікросхемі SM2082
В даний час з'явилися потужні світлодіодні лампи, драйвери яких зібрані на мікросхемах типу SM2082. Одна з них пропрацювала менше ніж рік і потрапила мені в ремонт. Лампочка безсистемно гасла і знову запалювалася. При постукуванні по ній вона відгукувалася світлом чи гасінням. Стало очевидно, що несправність полягає у поганому контакті.
Щоб дістатися електронної частини лампи потрібно за допомогою ножа підчепити скло, що розсіює, в місці зіткнення його з корпусом. Іноді відокремити скло важко, тому що при його посадці на кільце, що фіксує, наносять силікон.
Після зняття світлорозсіювального скла відкрився доступ до світлодіодів та мікросхеми – генератора струму SM2082. У цій лампі одна частина драйвера була змонтована на алюмінієвій платі світлодіодів, а друга на окремій.
Зовнішній огляд не виявив дефектних пайок або урвищ доріжок. Довелося знімати плату зі світлодіодами. Для цього спочатку був зрізаний силікон і плата підчеплена за край лезом викрутки.
Щоб дістатися драйвера, розташованого в корпусі лампи, довелося його відпаяти, розігрівши паяльником одночасно два контакти і зрушити вправо.
З одного боку друкованої плати драйвера було встановлено лише електролітичний конденсатор ємністю 6,8 мкФ на напругу 400 В.
На звороті плати драйвера був встановлений діодний міст і два послідовно з'єднаних резистора номіналом по 510 кОм.
Для того, щоб розібратися в якій із плат пропадає контакт, довелося їх з'єднати, дотримуючись полярності, за допомогою двох проводків. Після простукування по платах ручкою викрутки стало очевидним, що несправність криється в платі з конденсатором або контактах проводів, що йдуть з цоколя світлодіодної лампи.
Так як паяння не викликали підозр спочатку перевірив надійність контакту в центральному виведенні цоколя. Він легко виймається, якщо підчепити його за край лезом ножа. Але контакт був надійним. Про всяк випадок залудив провід припоєм.
Гвинтову частину цоколя знімати складно, тому вирішив паяльником пропаяти пайки дротів, що підходять від цоколя. При дотику до однієї з пайок дріт оголився. Виявилася «холодна» пайка. Так як дістатися зачистки дроту можливості не було, то довелося змастити його активним флюсом «ФІМ», а потім припаяти заново.
Після складання світлодіодна лампа стабільно випромінювала світло, незважаючи за удари по ній рукояткою викрутки. Перевірка світлового потоку на пульсації показала, що вони значні частотою 100 Гц. Таку світлодіодну лампу можна встановлювати тільки в світильники для загального освітлення.
Електрична схема драйвера
світлодіодної лампи ASD LED-A60 на мікросхемі SM2082
Електрична схема лампи ASD LED-A60 завдяки застосуванню в драйвері для стабілізації струму спеціалізованої мікросхеми SM2082 вийшла досить простою.
Схема драйвера працює в такий спосіб. Напруга живлення змінного струму через запобіжник F подається на випрямний діодний міст, зібраний на мікроскладанні MB6S. Електролітичний конденсатор С1 згладжує пульсації, а R1 служить для розрядки при відключенні живлення.
З позитивного виведення конденсатора напруга живлення подається безпосередньо на послідовно включені світлодіоди. З виведення останнього світлодіода напруга подається на вхід (висновок 1) мікросхеми SM2082, мікросхемі струм стабілізується і далі з її виходу (висновок 2) надходить на негативний висновок конденсатора С1.
Резистор R2 визначає величину струму, що протікає через світлодіоди HL. Величина струму обернено пропорційна його номіналу. Якщо номінал резистора зменшити, струм збільшиться, якщо номінал збільшити, то струм зменшиться. Мікросхема SM2082 дозволяє регулювати резистором величину струму від 5 до 60 мА.
Ремонт світлодіодної лампи
ASD LED-A60, 11 Вт, 220 В, E27
У ремонт потрапила ще одна світлодіодна лампа ASD LED-A60 схожа на вигляд і з такими ж технічними характеристиками, як і відремонтована вище.
При включенні лампа на мить запалювалася і далі не світила. Така поведінка світлодіодних ламп зазвичай пов'язана з несправністю драйвера. Тому одразу приступив до розбирання лампи.
Світлорозсіювальне скло знялося з великими труднощами, так як по всій лінії контакту з корпусом воно було, незважаючи на наявність фіксатора, рясно змащене силіконом. Для відділення скла довелося по всій лінії зіткнення з корпусом за допомогою ножа шукати податливе місце, але без тріщини в корпусі не обійшлося.
Для отримання доступу до драйвера лампи на наступному кроці потрібно було витягти світлодіодну друковану плату, яка була запресована в контурі в алюмінієву вставку. Незважаючи на те, що плата була алюмінієва, і можна було витягати її без побоювання появи тріщин, всі спроби не мали успіху. Плата трималася намертво.
Витягти плату разом з алюмінієвою вставкою теж не вдалося, оскільки вона щільно прилягала до корпусу і була посаджена зовнішньою поверхнею на силікон.
Вирішив спробувати вийняти платню драйвера з боку цоколя. Для цього спочатку з цоколя був підібраний ножем, і вийнятий центральний контакт. Для зняття різьбової частини цоколя довелося трохи відігнути її верхній буртик, щоб місця кернення вийшли із зачеплення за основу.
Драйвер став доступним і вільно висувався до певного положення, але повністю вийняти його не виходило, хоча провідники від світлодіодної плати були відпаяні.
У платі зі світлодіодами у центрі був отвір. Вирішив спробувати витягти плату драйвера за допомогою ударів по її торцю через металевий стрижень, протягнутий через отвір. Плата просунулась на кілька сантиметрів і щось уперлася. Після подальших ударів тріснув по кільцю корпус лампи і плата із основою цоколя відокремилися.
Як виявилося, плата мала розширення, яке плічками вперлося в корпус лампи. Схоже, платі надали таку форму обмеження переміщення, хоча досить було зафіксувати її краплею силікону. Тоді драйвер витягувався б з будь-якої сторони лампи.
Напруга 220 з цоколя лампи через резистор - запобіжник FU подається на випрямний міст MB6F і після нього згладжується електролітичним конденсатором. Далі напруга надходить на мікросхему SIC9553, що стабілізує струм. Паралельно включені резистори R20 та R80 між висновками 1 та 8 MS задають величину струму живлення світлодіодів.
На фотографії представлена типова електрична принципова схема, наведена виробником мікросхеми SIC9553 у китайському датасіті.
На цій фотографії представлений вигляд драйвера світлодіодної лампи з боку установки вивідних елементів. Так як дозволяло місце, зниження коефіцієнта пульсацій світлового потоку конденсатор на виході драйвера був замість 4,7 мкФ впаяний на 6,8 мкФ.
Якщо Вам доведеться виймати драйвера з корпусу даної моделі лампи і не вийде витягти світлодіодну плату, то можна за допомогою лобзика пропилити корпус лампи по колу трохи вище за гвинтову частину цоколя.
Зрештою, всі мої зусилля з вилучення драйвера виявилися корисними тільки для пізнання пристрою світлодіодної лампи. Драйвер виявився справним.
Спалах світлодіодів у момент включення був викликаний пробоєм у кристалі одного з них в результаті кидка напруги при запуску драйвера, що і ввело мене в оману. Треба було насамперед продзвонити світлодіоди.
Спроба перевірки світлодіодів мультиметром не призвела до успіху. Світлодіоди не світилися. Виявилося, що в одному корпусі встановлено два послідовно включені світловипромінюючі кристали і щоб світлодіод почав протікати струм необхідно подати на нього напругу 8 В.
Мультиметр або тестер, включений в режим вимірювання опору, видає напругу в межах 3-4 В. Довелося перевіряти світлодіоди за допомогою блока живлення, подаючи з нього на кожний світлодіод напруга 12 через струмообмежуючий резистор 1 кОм.
В наявності не було світлодіода для заміни, тому замість нього контактні майданчики були замкнуті краплею припою. Для роботи драйвера це безпечно, а потужність світлодіодної лампи знизиться лише на 0,7 Вт, що практично непомітно.
Після ремонту електричної частини світлодіодної лампи, корпус, що тріснув, був склеєний швидковисихаючим суперклеєм «Момент», шви загладжені оплавленням пластмаси паяльником і вирівняні наждачним папером.
Для інтересу виконав деякі виміри та розрахунки. Струм, що протікає через світлодіоди, становив 58 мА, напруга 8 В. Отже потужність, що підводиться на один світлодіод становить 0,46 Вт. При 16 світлодіодах виходить 7,36 Вт замість заявлених 11 Вт. Можливо, виробником вказана загальна потужність споживання лампи з урахуванням втрат у драйвері.
Заявлений виробником термін служби світлодіодної лампи ASD LED-A60, 11 Вт, 220, E27 у мене викликає великі сумніви. У малому обсязі пластмасового корпусу лампи з низькою теплопровідністю виділяється значна потужність - 11 Вт. В результаті світлодіоди та драйвер працюють на гранично допустимій температурі, що призводить до прискореної деградації їх кристалів і, як наслідок, до різкого зниження часу їхнього напрацювання на відмову.
Ремонт світлодіодної лампи
LED smd B35 827 ЕРА, 7 Вт на мікросхемі BP2831A
Поділився зі мною знайомий, що купив п'ять лампочок, як на фото нижче, і всі вони за місяць перестали працювати. Три з них він встиг викинути, а дві, на моє прохання, приніс для ремонту.
Лампочка працювала, але замість яскравого світла випромінювала мерехтливе слабке світло з частотою кілька разів на секунду. Відразу припустив, що спучився електролітичний конденсатор, зазвичай якщо він виходить з ладу, лампа починає випромінювати світло, як стробоскоп.
Світлорозсіювальне скло знялося легко, приклеєне не було. Воно фіксувалося за рахунок прорізу на його обідку та виступу в корпусі лампи.
Драйвер був закріплений за допомогою двох пайок до друкованої плати зі світлодіодами, як в одній із вищеописаних ламп.
Типова схема драйвера на мікросхемі BP2831A, взята з даташита, наведена на фотографії. Плата драйвера була витягнута і перевірені всі прості радіоелементи, виявилися справними. Довелося зайнятися перевіркою світлодіодів.
Світлодіоди в лампі були встановлені невідомого типу з двома кристалами в корпусі та огляд дефектів не виявив. Методом послідовного з'єднання між собою висновків кожного із світлодіодів швидко визначив несправний та замінив його краплею припою, як на фотографії.
Лампочка пропрацювала тиждень і знову потрапила до ремонту. Закоротив наступний світлодіод. Через тиждень довелося закоротити черговий світлодіод, і після четвертої лампочки викинув, бо набридло її ремонтувати.
Причина відмови лампочок подібної конструкції очевидна. Світлодіоди перегріваються через недостатню поверхню тепловідведення, і ресурс їх знижується до сотень годин.
Чому допустимо замикати висновки згорілих світлодіодів у LED лампах
Драйвер світлодіодних ламп на відміну від блоку живлення постійної напруги на виході видає стабілізовану величину струму, а не напруги. Тому незалежно від опору навантаження в заданих межах струм буде завжди постійним і, отже, падіння напруги на кожному з світлодіодів залишатиметься незмінним.
Тому при зменшенні кількості послідовно з'єднаних світлодіодів у ланцюзі пропорційно зменшуватиметься і напруга на виході драйвера.
Наприклад, якщо до драйвера послідовно підключено 50 світлодіодів, і на кожному з них падає напруга величиною 3, то напруга на виході драйвера становив 150 В, а якщо закоротити 5 з них, то напруга знизиться до 135, а величина струму не зміниться.
Але коефіцієнт корисної дії (ККД) драйвера, зібраного за такою схемою буде низьким і втрати потужності, становитимуть понад 50%. Наприклад, для LED лампочки MR-16-2835-F27 знадобиться резистор номіналом 6,1 кОм потужністю 4 вати. Вийде, що драйвер на резисторі споживатиме потужність, що перевищує потужність споживання світлодіодами і його розмістити в маленький корпус LED лампи, через виділення більшої кількості тепла буде неприпустимо.
Але якщо немає іншого способу відремонтувати світлодіодну лампу і дуже треба, то драйвер на резистори можна розмістити в окремому корпусі, все одно споживана потужність такої LED лампочки буде вчетверо менше, ніж лампи розжарювання. При цьому треба зауважити, що чим більше буде в лампочці послідовно включених світлодіодів, тим вищим буде ККД. При 80 послідовно з'єднаних світлодіодах SMD3528 знадобиться вже резистор номіналом 800 Ом потужністю 0,5 Вт. Місткість конденсатора С1 потрібно буде збільшити до 4,7 µF.
Пошук несправних світлодіодів
Після зняття захисного скла з'являється можливість перевірки світлодіодів без відклеювання друкованої плати. Насамперед проводиться уважний огляд кожного світлодіода. Якщо виявлено навіть найменшу чорну точку, не кажучи вже про почорніння всієї поверхні LED, то він точно несправний.
При огляді зовнішнього вигляду світлодіодів потрібно уважно оглянути і якість пайок їх висновків. В одній з лампочок, що ремонтуються, виявилося погано припаяних відразу чотири світлодіоди.
На фото лампочка, у якої на чотирьох LED були дуже маленькі чорні крапки. Я одразу помітив несправні світлодіоди хрестами, щоб їх було добре видно.
Несправні світлодіоди можуть не мати змін зовнішнього вигляду. Тому необхідно кожен LED перевірити мультиметром або стрілочним тестером, включеним у режим вимірювання опору.
Зустрічаються світлодіодні лампи, в яких встановлені на вигляд стандартні світлодіоди, в корпусі яких змонтовано відразу два послідовно включені кристали. Наприклад, лампи серії ASD LED-A60. Для продзвонювання таких світлодіодів необхідно прикласти до його висновків напругу більше 6 В, а будь-який мультиметр видає не більше 4 В. Тому перевірку таких світлодіодів можна виконати лише подавши на них з джерела живлення напругу більше 6 (рекомендується 9-12) через резистор 1 кОм .
Світлодіод перевіряється, як і звичайний діод, в один бік опір має дорівнювати десяткам мегаом, а якщо поміняти щупи місцями (при цьому змінюється полярність подачі напруги на світлодіод), то невеликим, при цьому світлодіод може тьмяно світитися.
Під час перевірки та заміни світлодіодів лампу необхідно зафіксувати. Для цього можна використовувати відповідного розміру круглу банку.
Можна перевірити справність LED без додаткового джерела постійного струму. Але такий метод перевірки можливий, якщо справний драйвер лампочки. Для цього необхідно подати на цоколь LED лампочки напругу живлення і висновки кожного світлодіода послідовно закорочувати між собою перемичкою з дроту або, наприклад, губками металевого пінцета.
Якщо раптом усі світлодіоди, засвітяться, значить, закорочений точно несправний. Цей метод придатний, якщо несправний лише один світлодіод із усіх у ланцюзі. При такому способі перевірки потрібно врахувати, що якщо драйвер не забезпечує гальванічної розв'язки з електромережею, як, наприклад, на наведених вище схемах, то дотик рукою до пайок LED небезпечний.
Якщо один або навіть кілька світлодіодів виявилися несправними і замінити їх нічим, то можна просто закоротити контактні майданчики, до яких були припаяні світлодіоди. Лампочка працюватиме з таким самим успіхом, лише дещо зменшиться світловий потік.
Інші несправності світлодіодних ламп
Якщо перевірка світлодіодів показала їх справність, то значить, причина непрацездатності лампочки полягає в драйвері або в місцях паяння провідників струмопідведення.
Наприклад, у цій лампочці було виявлено холодне паяння провідника, що подає напругу живлення на друковану плату. Копіть, що виділяється через погану пайку, навіть осіла на струмопровідні доріжки друкованої плати. Кіптява легко пішла протиранням ганчір'ям, змоченим у спирті. Провід був випаяний, зачищений, залужений і знову запаяний у плату. Із ремонтом цієї лампочки поталанило.
З десяти лампочок, що відмовили, тільки в однієї був несправний драйвер, розвалився діодний місток. Ремонт драйвера полягав у заміні діодного моста чотирма діодами IN4007, розрахованими на зворотну напругу 1000 і струм 1 А.
Пайка SMD світлодіодів
Для заміни несправного LED його необхідно випаяти, не пошкодивши друкарські провідники. З плати донора також потрібно випаяти на заміну світлодіод без пошкоджень.
Випаювати SMD світлодіоди простим паяльником, не пошкодивши їхній корпус, практично неможливо. Але якщо використовувати спеціальне жало для паяльника або на стандартне жало надіти насадку, зроблену з мідного дроту, завдання легко вирішується.
Світлодіоди мають полярність і при заміні потрібно правильно його встановити на друковану плату. Зазвичай, друкарські провідники повторюють форму висновків на LED. Тому припуститися помилки можна тільки при неуважності. Для запаювання світлодіода достатньо встановити його на друковану плату та прогріти паяльником потужністю 10-15 Вт його торці з контактними майданчиками.
Якщо світлодіод згорів на вугілля, і друкована плата під ним обвуглилась, то перш ніж встановлювати новий світлодіод потрібно обов'язково очистити місце друкованої плати від гару, так як вона є провідником струму. При очищенні можна виявити, що контактні майданчики для паяння світлодіода обгоріли або відшарувалися.
У такому випадку світлодіод можна встановити, припаяючи його до сусідніх світлодіодів, якщо друковані доріжки ведуть до них. Для цього можна взяти відрізок тонкого дроту, зігнути його вдвічі чи троє, залежно від відстані між світлодіодами, залудити та припаяти до них.
Ремонт світлодіодної лампи серії "LL-CORN" (лампа-кукурудза)
E27 4,6 Вт 36x5050SMD
Пристрій лампи, яка в народі називається лампа-кукурудза, зображеної на фотографії нижче відрізняється від вищеописаної лампи, тому технологія ремонту інша.
Конструкція ламп на LED SMD подібного типу дуже зручна для ремонту, тому є доступ для продзвонювання світлодіодів та їх заміни без розбирання корпусу лампи. Щоправда, я лампочку все одно розібрав для інтересу, щоб вивчити її пристрій.
Перевірка світлодіодів LED лампи-кукурудзи не відрізняється від вищеописаної технології, але треба врахувати, що в корпусі світлодіода SMD5050 розміщено відразу три світлодіоди, які зазвичай включаються паралельно (на жовтому колі видно три темні точки кристалів), і при перевірці повинні світитися всі три.
Несправний світлодіод можна замінити на новий або закоротити перемичкою. На надійність роботи лампи це не вплине, лише непомітно для ока, зменшиться трохи світловий потік.
Драйвер цієї лампи зібраний за найпростішою схемою, без трансформатора, що розв'язує, тому дотик до висновків світлодіодів при включеній лампі неприпустимо. Лампи такої конструкції неприпустимо встановлювати у світильники, до яких можуть діти діти.
Якщо всі світлодіоди справні, значить, несправний драйвер і щоб до нього дістатися лампу доведеться розбирати.
Для цього потрібно зняти обідок із боку, протилежного цоколю. Маленькою викруткою чи лезом ножа потрібно, пробуючи по колу, знайти слабке місце, де обідок найгірше приклеєний. Якщо обідок піддався, то працюючи інструментом як важелем, обідок неважко відійде по всьому периметру.
Драйвер був зібраний за електричною схемою, як і у лампи MR-16, тільки С1 стояв ємністю 1 µF, а С2 - 4,7 µF. Завдяки тому, що дроти, що йдуть від драйвера до цоколя лампи, були довгими, драйвер легко вийняв із корпусу лампи. Після вивчення його схеми драйвер був вставлений назад у корпус, а обідок приклеєний на місце прозорим клеєм «Момент». Світлодіод, що відмовив, замінений справним.
Ремонт світлодіодної лампи "LL-CORN" (лампа-кукурудза)
E27 12 Вт 80x5050SMD
При ремонті потужнішої лампи, 12 Вт, такої ж конструкції світлодіодів, що відмовили, не виявилося і щоб дістатися до драйверів, довелося розкривати лампу за вище описаною технологією.
Ця лампа зробила мені сюрприз. Провід, що йшов від драйвера до цоколя, виявився коротким, і витягти драйвер з корпусу лампи для ремонту було неможливо. Довелося знімати цоколь.
Цоколь лампи був виготовлений з алюмінію, закернений по колу і тримався міцно. Довелося висвердлювати точки кріплення свердлом 1,5 мм. Після цього підчеплений ножем цоколь легко знявся.
Але можна обійтися і без свердління цоколя, якщо вістрям ножа по колу піддевати і трохи відгинати його верхню кромку. Попередньо слід нанести мітку на цоколі та корпусі, щоб цоколь було зручно встановлювати на місце. Для надійного закріплення цоколя після ремонту лампи достатньо буде надіти його на корпус лампи таким чином, щоб точки на цоколі потрапили на старі місця. Далі продавити ці точки гострим предметом.
Два дроти були приєднані до різьблення притиском, а два інші запресовані в центральний контакт цоколя. Довелося ці дроти перекусити.
Як і очікувалося, драйверів було два однакових, які живлять по 43 діоди. Вони були закриті термоусаджувальною трубкою і з'єднані разом скотчем. Для того щоб драйвер можна було знову помістити в трубку, я зазвичай її акуратно розрізаю вздовж друкованої плати з боку установки деталей.
Після ремонту драйвер огортається трубкою, яка фіксується пластмасовою стяжкою або замотується кількома витками нитки.
В електричній схемі драйвера цієї лампи вже встановлені елементи захисту, для захисту від імпульсних викидів С1 і R2, R3 для захисту від кидків струму. При перевірці елементів одразу було виявлено на обох драйверах в обриві резистори R2. Схоже, що на світлодіодну лампу було подано напругу, що перевищує допустиму. Після заміни резисторів під рукою на 10 Ом не виявилося, і я встановив на 5,1 Ом, лампа запрацювала.
Ремонт світлодіодної лампи серії "LLB" LR-EW5N-5
Зовнішній вигляд лампочки цього типу вселяє довіру. Алюмінієвий корпус, якісне виконання, чудовий дизайн.
Конструкція лампочки така, що її без застосування значних фізичних зусиль неможлива. Так як ремонт будь-якої світлодіодної лампи починається з перевірки справності світлодіодів, то перше, що довелося зробити, це зняти пластмасове захисне скло.
Скло фіксувалося без клею на проточці, зроблена в радіаторі буртиком усередині нього. Для зняття скла потрібно кінцем викрутки, яка пройде між ребрами радіатора, спертися за торець радіатора і як підняти важелем скло вгору.
Перевірка світлодіодів тестером показала їхню справність, отже, несправний драйвер, і треба до нього дістатися. Плата з алюмінію була прикручена чотирма гвинтами, які я відкрутив.
Але всупереч очікуванням за платою опинилася площина радіатора, змащена теплопровідною пастою. Плату довелося повернути на місце та продовжити розбирати лампу з боку цоколя.
У зв'язку з тим, що пластмасова частина, до якої кріпився радіатор, трималася дуже міцно, вирішив піти перевіреним шляхом, зняти цоколь і через отвір витягти драйвер для ремонту. Висвердлив місця кернення, але цоколь не знімався. Виявилося, що він ще тримався на пластмасі за рахунок різьбового з'єднання.
Довелося відокремлювати пластмасовий перехідник від радіатора. Тримався він, як і захисне скло. Для цього було зроблено запив ножівкою по металу в місці з'єднання пластмаси з радіатором і за допомогою повороту викрутки з широким лезом деталі були відокремлені один від одного.
Після відпаювання висновків від друкованої плати світлодіодів драйвер став доступним для ремонту. Схема драйвера виявилася складнішою, ніж у попередніх лампочок, з роздільним трансформатором і мікросхемою. Один з електролітичних конденсаторів 400 V 4,7 µF був здутий. Довелося його замінити.
Перевірка всіх напівпровідникових елементів виявила несправний діод Шоттки D4 (на фото знизу зліва). На платі стояв діод Шоттки SS110, замінив наявним аналогом 10 BQ100 (100 V, 1 А). Прямий опір у діодів Шоттки вдвічі менше, ніж у звичайних діодів. Світлодіодна лампочка засвітила. Така сама несправність виявилася й у другої лампочки.
Ремонт світлодіодної лампи серії "LLB" LR-EW5N-3
Ця світлодіодна лампа на вигляд дуже схожа на "LLB" LR-EW5N-5, але конструкція її дещо відрізняється.
Якщо уважно придивитися, то видно, що на стику між алюмінієвим радіатором і сферичним склом, на відміну від LR-EW5N-5, є кільце, в якому закріплено скло. Для зняття захисного скла досить невеликою викруткою підчепити його на місці стику з кільцем.
На алюмінієвій друкованій платі встановлено три дев'ять кристалічних надяскравих LED. Плата прикручена до радіатора трьома гвинтами. Перевірка світлодіодів показала їхню справність. Отже, необхідно ремонтувати драйвер. Маючи досвід ремонту схожої світлодіодної лампи "LLB" LR-EW5N-5, я не став відкручувати гвинти, а відпаяв струмопідвідні дроти, що йдуть від драйвера і продовжив розбирати лампу з боку цоколя.
Пластмасове сполучне кільце цоколя з радіатором знялося насилу. При цьому його частина відкололася. Як виявилося, воно було прикручено до радіатора трьома шурупами. Драйвер легко витягнувся з корпусу лампи.
Самонарізи, що прикручують пластмасове кільце цоколя, закриває драйвер, і побачити їх складно, але вони знаходяться на одній осі з різьбленням, до якої прикручена перехідна частина радіатора. Тому тонкою хрестоподібною викруткою до них можна дістатися.
Драйвер був зібраний за трансформаторною схемою. Перевірка всіх елементів, крім мікросхеми, не виявила тих, хто відмовив. Отже, несправна мікросхема, в Інтернеті навіть згадки про її тип не знайшов. Світлодіодну лампочку відремонтувати не вдалося, знадобиться на запчастини. Натомість вивчив її пристрій.
Ремонт світлодіодної лампи серії "LL" GU10-3W
Розібрати світлодіодну лампочку GU10-3W, що перегоріла, із захисним склом виявилося, на перший погляд, неможливо. Спроба витягти скло призводила до його надколу. При додатку великих зусиль скло тріскалося.
До речі, у маркуванні лампи буква G означає, що лампа має штирьовий цоколь, буква U, що лампа відноситься до класу енергозберігаючих лампочок, а цифра 10 – відстань між штирями в міліметрах.
Лампочки LED з цоколем GU10 мають спеціальні штирі і встановлюються в патрон з поворотом. Завдяки штирям, що розширюються, LED лампа защемляється в патроні і надійно утримується навіть при трясці.
Для того, щоб розібрати цю LED лампочку, довелося в її алюмінієвому корпусі на рівні поверхні друкованої плати свердлити отвір діаметром 2,5 мм. Місце свердління потрібно вибрати так, щоб свердло при виході не пошкодило світлодіод. Якщо під рукою немає дриля, то отвір можна виконати товстим шилом.
Далі в отвір простягається невелика викрутка і, діючи, як важелем піднімається скло. Знімав скло біля двох лампочок без проблем. Якщо перевірка світлодіодів тестером показала їхню справність, то далі виходить друкована плата.
Після відокремлення плати від корпусу лампи, відразу стало очевидно, що як в одній, так і в іншій лампі згоріли резистори, що обмежують струм. Калькулятор визначив смугами їх номінал, 160 Ом. Так як резистори згоріли у світлодіодних лампочках різних партій, то очевидно, що їх потужність, судячи з розміру 0,25 Вт, не відповідає потужності, що виділяється при роботі драйвера при максимальній температурі навколишнього середовища.
Друкована плата драйвера була добротно залита силіконом, і я не став від'єднувати її від плати зі світлодіодами. Обрізав висновки згорілих резисторів біля основи і до них припаяв потужніші резистори, які опинилися під рукою. В одній лампі впаяв резистор 150 Ом потужністю 1 Вт, у другій два паралельно 320 Ом потужністю 0,5 Вт.
Для того щоб виключити випадковий дотик виведення резистора, до якого підходить мережна напруга з металевим корпусом лампи, він був ізольований краплею термоклею. Він водостійкий, чудовий ізолятор. Його я часто застосовую для герметизації, ізоляції та закріплення електропроводів та інших деталей.
Термоклей випускається у вигляді стрижнів діаметром 7, 12, 15 та 24 мм різних кольорів, від прозорого до чорного. Він плавиться в залежності від марки при температурі 80-150 °, що дозволяє розплавляти його за допомогою електричного паяльника. Достатньо відрізати шматок стрижня, розмістити у потрібному місці та нагріти. Термоклей набуде консистенції травневого меду. Після остигання стає знову твердим. При повторному нагріванні знову стає рідким.
Після заміни резисторів працездатність обох лампочок відновилася. Залишилося лише закріпити друковану плату та захисне скло у корпусі лампи.
При ремонті світлодіодних ламп для закріплення друкованих плат та пластмасових деталей я використовував рідкі цвяхи «Монтаж» момент. Клей без запаху добре прилипає до поверхонь будь-яких матеріалів, після засихання залишається пластичним, має достатню термостійкість.
Достатньо взяти невелику кількість клею на кінець викрутки та нанести на місця зіткнення деталей. Через 15 хвилин клей уже триматиме.
При приклеюванні друкованої плати, щоб не чекати, утримуючи плату на місці, оскільки дроти виштовхували її, зафіксував плату додатково в кількох точках за допомогою термоклею.
Світлодіодна лампа почала блимати як стробоскоп.
Довелося ремонтувати пару світлодіодних ламп із драйверами, зібраними на мікросхемі, несправність яких полягала в миготінні світла з частотою близько одного герца, як у стробоскопі.
Один екземпляр світлодіодної лампи починав блимати відразу після включення протягом перших кількох секунд і потім лампа починала світити нормально. З часом тривалість миготіння лампи після включення почала збільшуватися, і лампа почала блимати безперервно. Другий екземпляр світлодіодної лампи почав блимати безперервно раптово.
Після розбирання ламп виявилося, що у драйверах вийшли з ладу електролітичні конденсатори, встановлені відразу після випрямляльних мостів. Визначити несправність було легко, оскільки корпуси конденсаторів були здуті. Але навіть якщо на вигляд конденсатор виглядає без зовнішніх дефектів, то все одно ремонт світлодіодної лампочки зі стробоскопічним ефектом потрібно починати з його заміни.
Після заміни електролітичних конденсаторів справними стробоскопічними ефектами зник і лампи стали світити нормально.
Онлайн калькулятори для визначення номіналу резисторів
з кольорового маркування
При ремонті світлодіодних ламп виникає потреба у визначенні номіналу резистора. За стандартом маркування сучасних резисторів проводиться шляхом нанесення на їх корпуси кольорових кілець. На прості резистори наноситься 4 кольорові кільця, а на резистори підвищеної точності – 5.