Конструкция и особенности включения светодиода
Наверняка, те, кто только начал заниматься электроникой знакомы со светодиодом и представляют что это такое. Для тех, кто смутно представляют, что такое светоизлучающий диод как раз и написана эта статья.
Светодиоды в настоящее время активно (можно сказать, сверхактивно) применяются как в бытовой, так и в промышленной радиоэлектронной аппаратуре. Начиная с 70-х годов ХХ века светодиоды стали более активно применяться в радиоэлектронике, так как технологии тех лет позволили начать массовое производство светодиодов, а, следовательно, продавать светодиоды по доступным ценам.
На принципиальных схемах обычный светодиод обозначается, как и полупроводниковый диод, но в кружке. Для указания того, что изображён именно излучающий диод рядом с условным изображением рисуются две стрелки, направленные от условного обозначения диода.
условное обозначение светодиода
Как же “засветить” светодиод?
Для начала нужно найти или купить на радиорынке самый обычный 3-х вольтовый светодиод любого цвета свечения, кому какой нравиться. Так как светодиод – это полупроводниковый p-n переход, то он, как и обычный диод пропускает ток лишь в одном направлении. Это следует учитывать при подключении питания к светодиоду.
Для питания светодиода понадобиться источник питания напряжением 3 вольта. В простейшем случае подойдёт плоская литиевая батарейка на 3 вольта – такие часто используются для питания пультов автомагнитол и автомобильных CD/MP3-проигрывателей.
Плюсовой вывод батареи питания подключают к анодному выводу светодиода, а минусовой вывод к катодному выводу светодиода. Узнать, где катод (отрицательный вывод) светодиода, а где анод (положительный вывод) можно несколькими способами.
У новых, только что купленных светодиодов выводы ещё не укорочены (при монтаже, например) и наиболее длинный вывод и есть анод. Более короткий, следовательно – катод.
Также со стороны катодного вывода пластиковый корпус светодиода имеет плоскую засечку по торцу.
Если корпус светодиода выполнен из прозрачной пластмассы, то визуально нетрудно определить, что светоизлучающий кристалл размещён на электроде, на краю которого размещена как бы чашка, в которой и находится светоизлучающий кристалл. Вывод электрода с “чашкой” и есть отрицательный (катодный). От кристалла отходит тонкий “усик” – тоненький проводок, который соединён с анодным выводом светодиода.
Бояться переполюсовки при подключении питания светодиода не стоит, в худшем случае светодиод просто не будет светиться. Правда, если светодиод является частью сложного электронного устройства, то следует учесть последствия неправильного включения светодиода в схему.
Что следует бояться при подключении светодиода так это превышения питающего напряжения, так как при этом происходит нагрев и разрушение кристалла светодиода. В большинстве случаев сгоревший светодиод можно легко определить по внешнему виду. При сгорании светодиода, в месте, где расположен светоизлучающий кристалл, образуется хорошо заметное на глаз чёрное пятно – это и есть сгоревший кристалл.
Проверить исправность светодиода можно с помощью широко распространённых мультиметров серий DT-83x, MAS-83x и им подобных, а также усовершенствовать уже имеющийся мультиметр, встроив в прибор светодиодный фонарик.
Нравится
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Ремонт светодиодной лампы серии «LLB» LR-EW5N-5
На внешний вид лампа сделана качественно. Корпус алюминиевый, дизайн выполнен красиво.
Лампа собрана надежно. Поэтому, чтоб ее разобрать, нужно снять защитное стекло. Для этого конец отвертки всовываем между радиатором. Стекло здесь фиксируется без клея, буртиком. Нужно опереться отверткой на торец радиатора и приподнять стекло вверх, используя отвертку как рычаг.
Тестер не показал поломку светодиодов. Значит, все дело в драйвере. Чтоб добраться до него, нужно открутить 4 винта.
Но меня настигла неудача. За платой была расположена плоскость радиатора. Она смазана пастой, которая проводит тепло. Пришлось собрать все, что я раскрутил. Я решил разобрать лампу со стороны цоколя.
Для того, чтоб снять цоколь, пришлось высверливать места кернения. Но он не снимался. Как оказалось, он был скреплен с пластмассой резьбовым соединением.
Радиатор нужно было отделить от пластикового переходника. Для этого, я произвел запил ножовкой по металлу в том месте, где пластмасса крепилась к радиатору. Далее поворотом отвертки детали отделились одна от другой.
Была произведена отпайка выводов от платы светодиодов, что позволило работать с драйвером. Его схема была более сложной по сравнению с другими драйверами. При осмотре был найден вздутый конденсатор 400 V 4,7 µF. Он был заменен.
Диод Шоттки «D4» типа SS110 оказался поврежденным. Он находится внизу слева на фото. Он был заменен аналогом «10 BQ100», имеющим 1 А и 100В. Лампочка засветилась.
Преимущества использования светодиодных ламп по сравнению с газосветными
Как заявляет производитель, среднее время работы светодиодной лампы доходит до тридцати тысяч часов, но все-таки это будет зависеть от качества конструкции, а именно микросхемы и внутренних световых элементов.
При любых обстоятельствах, установка светодиодной лампы Т8 с целью замены газосветной лампы, целесообразна по таким причинам:
- На переделку конструкции не придется тратить много времени. Так, для человека знакомого с осветительным оборудованием, подобный процесс покажется простым — потребуется только демонтировать некоторые внутренние элементы, установить перемычку, провода, а затем подключить лампу.
- За светодиодными светильниками намного проще ухаживать, достаточно лишь время от времени протирать пыль с поверхности. С люминесцентными конструкциями все намного сложнее, ведь если на поверхность попадет жир (даже от рук), то в этом месте будет отмечаться усиленное нагревание. Со временем это приведет к тому, что лампочка взорвется.
Светодиодные лампы разрешается протирать от загрязнений
- Использование LED-ламп позволяет сэкономить электроэнергию более чем на 55%, поэтому даже дорогостоящие изделия быстро окупают стоимость.
- Светодиодные лампы служат больше 45000 часов даже при частом включении и выключении.
- Светодиодные трубки не мерцают по сравнению с устаревшими газосветными. Тем самым они не провоцируют усталость глаз. Поэтому такие лампочки рекомендуют устанавливать в учебные учреждения, офисы, рабочие кабинеты.
- Внутри таких лампочек отсутствует ртуть и прочие опасные для жизни человека компоненты. Поэтому после их перегорания не требуется соблюдение особых мер по утилизации. Такие лампочки считаются безопасными с точки зрения экологии.
- Даже не смотря на то, что светодиодные лампы со временем теряют яркость, происходит это не раньше чем через 15000 часов. Это значительно выше, чем в случае с газосветными.
Светодиодные лампы служат дольше аналогов Стоит отметить, что даже при снижении напряжения в сети до 110 В, светодиодные лампы останутся такими же яркими, как и при 220 В. Еще одним очевидным преимуществом является наличие гарантии от большинства производителей на LED-лампы.
Общие сведения
Применение светодиодных ламп необычайно широко. Это и бытовое освещение, и промышленное, и даже уличное. По своей сути такие световые приборы являются самыми экологически чистыми, т. к. не содержат опасных веществ (таких, как ртуть и т. п.) в отличие от люминесцентных или ртутных (ДРЛ) ламп. Световые приборы, имеющие в основе нить из вольфрама, дают много света, но их эффективность весьма сомнительна, т. к. 95 процентов уходит на выработку тепла, в чем и состоит отличие от принципа работы светодиодной лампы. Очень интересно, что после того, как было запрещено продавать лампы мощностью свыше 100 Ватт, их все равно не перестали выпускать. Только теперь они называются не лампочки, а «теплоизлучатели», что по своей сути правильно. Есть различные корпуса светодиодных ламп, а также различные типы цоколя. На картинке указаны маркировки, по которым можно определить, какая именно лампа нужна для того или иного прибора. Интересен также и цвет таких ламп. С первого взгляда может показаться, что он просто белый, однако это не так. Есть специальный индекс цветопередачи – CRI. Если он низок, то освещение будет казаться неприятным, хотя будет непонятно почему, ведь оно визуально не отличается. Если брать за пример солнце или обычную лампочку, то их CRI будет равен 100. Качественная светодиодная лампа имеет CRI 90. Ну а если CRI менее 80, то такие световые приборы не рекомендуется использовать в местах проживания.
Виды светодиодных ламп
Так что же в итоге? Конечно, личное дело каждого, какие осветительные приборы использовать, но то, что светодиодные лампы помимо своей экологичности еще и очень экономичны – это неоспоримый факт, а значит, они будут продолжать завоевывать рынок электротехники до тех пор, пока не появится что-то новое.
Светодиодная трубка т8
Заменить люминесцентные лампы на светодиодные возможно без полной замены светильника. Существуют конструкции, корпус и расположение контактов у которых в точности повторяет форму люминесцентной трубки. Существуют два варианта конструкции LED-светильников формата Т8:
- со встроенным драйвером (диммером);
- без драйвера.
По размерам и форме цоколя они представляют собой полный аналог энергосберегающих ламп, но с другой начинкой. Можно поменять старую конструкцию на светодиодную трубку мощностью 18 Вт, получая при этом значительный выигрыш в освещенности и экономию электроэнергии.
Технические параметры и преимущества
Светодиодные лампы в формате Т8 имеют цоколь G13, что означает расстояние между контактами (13 мм). Цифра 8, имеющаяся в названии, обозначает диаметр колбы — 26 мм. Длина также соответствует стандартным вариантам — 60,90 и 120 см. Это позволяет использовать их в стандартных типах светильников, таких как потолочный растровый элемент из подвесной системы «Армстронг».
Светодиоды требовательны к температурному режиму работы. Любое превышение грозит выходом элемента из строя. Устройство светодиодной трубки продумано таким образом, что тепло отводится тремя элементами:
- основной радиатор;
- дополнительная продольная пластина;
- печатная плата из толстого текстолита.
Особенности платы
Плата светодиодной лампы представляет собой образец инновационных технологий. Контакты не паяются, а устанавливаются в специальные позолоченные слоты, обеспечивающие полную надежность соединения и длительный срок службы.
Драйвер собран из современных микросхем, обеспечивающих компактность и позволяющих обходиться без включения крупных электролитических конденсаторов. Результатом использования таких элементов являются:
- повышенная эффективность прибора;
- исключаются скачки напряжения;
- отсутствуют электрические помехи.
В качестве стабилизатора используется широтно-импульсный модулятор (ШИМ), способный корректировать напряжение, подаваемое на светодиоды, при колебаниях на входе от 175 до 275 В. Предел нагрузки, допустимой для ШИМ, составляет 35 Вт, что дает значительный запас и позволяет избежать повышение температуры светодиодов.
Основы подключения к 220 В
В отличие от драйвера, который питает светодиод постоянным током и сравнительно небольшим напряжением (единицы-десятки вольт), сеть выдает переменное синусоподобное напряжение с частотой 50 Гц и средним значением 220 В. Поскольку светодиод пропускает ток только в одну сторону, то светиться он будет только на определенных полуволнах:
То есть led при таком питании светится не постоянно, а мигает с частотой 50 Гц. Но из-за инерционности человеческого зрения это не так заметно.
В то же время напряжение обратной полярности, хотя и не заставляет led светиться, все же прикладывается к нему и может вывести из строя, если не предпринять никаких защитных мер.
Главные враги светодиодов любого типа – перегрев и деградация
Светодиоды имеют весомый недостаток – они очень маленькие. И даже при колоссальном соотношении потребляемого тока и светоотдачи их придется использовать как минимум в количестве нескольких штук рядом, для того чтобы добиться необходимой яркости. Близкое расположение кристаллов друг к другу сильно влияет на их теплоотвод, они перегреваются и выгорают один за другим. LCD-диоды лишены такой проблемы.
Деградация светодиодов может быть вызвана как перегревом, так и длительным сроком эксплуатации даже с отличным теплоотводом. Со временем они начинают тускнеть при потреблении все того же электричества (при воздействии высоких температур это происходит быстрее). Качественные лампочки спустя несколько лет регулярного использования теряют до 30% яркости, у безымянных «китайцев» этот параметр может доходить до 60%.
Примерный график деградации
Схемы подключения
Для снижения вольтажа существуют 3 варианта:
- резистор;
- конденсатор;
- оба элемента.
Первый способ самый простой. Гасящий резистор (сопротивление) нужно включить в сеть 220 В последовательно с диодом с учетом амплитудного значения вольтажа 310 В (220 В*1,41). Для защиты от отрицательного воздействия обратного напряжения следует подключить встречно-параллельно дополнительный диод (напряжение от 400 В). Это позволяет повернуть вольты на сопротивление.
Такое же принцип используется, если нужно подключить встречно-параллельно несколько светодиодных ламп. Каждая из них горит на отдельном участке синусоида частоты, защищая друг друга.
Обе схемы обладают важным недостатком – выделением большой мощности на сопротивлении. Оно превращается в тепло. Кроме того, для обеспечения оптимального уровня функционирования необходимо подключить мощный резистор.
Если ламп несколько и они потребляют много тока, при росте мощности пропорционально квадрату тока подключать резистор не целесообразно с точки зрения затрат на электроэнергию. В подобных ситуациях его заменяют неполярным конденсатором с мощностью от 400 В. Основное преимущество – отсутствие рассеивания мощности, недостаток – хранение после отключения остаточного заряда. Он устраняется присоединением дополнительного разряжающего сопротивления.
Жизнь первая
История этой светодиодной лампы Gauss началась на заводе в далекой стране, жители которой называют её Срединным Государством (или проще – пуп земли). В общем была обычная лампа на 12 Вт 220 вольт, которая после долгих странствий на кораблях и грузовиках попала ко мне в дом. Несколько лет она освещала рабочий стол, или даже можно сказать “освящала творческое место”, пока при очередном включении окончательно не погасла.
Можно конечно выкинуть и купить новую, но учитывая цену в 10 раз выше чем у ламп накаливания, есть смысл попробовать её реанимировать. К тому же интересно посмотреть что там внутри…
Подключение к сети на 12 В
Подключение светодиодов к 12 вольт может осуществляться как в последовательном, так и в параллельном порядке. Если рассматривать первый вариант, то блоки питания целесообразнее подбирать импульсного типа. Также следует знать, что выполнить подключение светодиодов к 12 вольт можно без усилителей. Однако если устанавливается более трех штук, то их предусмотреть необходимо. Модели с резонансными драйверами должны соединяться только с низкоомными усилителями.
Если рассматривать параллельное подключение светодиодов, то в данном случае для цепи важно подобрать два резистора открытого типа. При этом первый из них должен устанавливаться перед усилителем
Пропускная способность тока у него обязана быть не ниже 3 А.. При этом параметр порогового напряжения в устройстве не должен допускаться ниже уровня 4 А. Как правило, отрицательное сопротивление у моделей данного типа небольшое. При этом сохранение линейности достигается за счет использования качественных драйверов.
Подключение светодиода на 220 В с использованием диодного моста — 4 вариант
Как видно на графической картинке, в данном случае для подключения на 220 мы используем резисторы и диодный мост.
В данном случае ток через 2 резистора и светодиод ток будет протекать как при положительной, так и при отрицательной полуволне синусоиды за счет использования выпрямительного моста на диодах VD1-VD4.
UVD.РАСЧ = UVD.ОБР/0,7 = 2,6/0,7 = 3,7 В IVD.РАСЧ = UVD.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА
Принимаются диоды VD1-VD4 типа Д9В, имеющие следующие основные параметры:
UVD.ДОП = 30 В IVD.ДОП = 20 мА I0.МАКС = 250 мкА
Недостатки схемы подключения по 4 варианту
Если все рассчитать по приведенным выше формулам, то можно провести аналогию со 2 вариантом подключения. Минусом будет большая мощность на резисторах: PR.МАКС = 2,4 Вт.
Однако при такой схеме мы получим заметное увеличение яркости светодиода: LED1: ILED1.СР = (5,9-8,7) мА вместо (2,8-4,2) мА
В принципе, это самые распространенные схемы, которые нам показывают как подключить светодиоды к 220 В с применением обычного диода и резисторов. Для простоты понимания были приведены расчеты. Не для всех, может быть понятные, но кому надо, тот найдет, прочитает и разберется. Ну а если нет, то достаточно будет простой графической части.
Ремонт LED лампы серии «LLB» E27 6 Вт 128-1
Далее я приступил к ремонту 2 ламп типа LLB E27. Они вышли из строя из-за плохой пайки.
Конструкция лампы идеально подходит для ремонта. Корпус легко разбирается.
Следует одной рукой держать цоколь, а второй повернуть защитный плафон против часовой стрелки.
Под корпусом расположено пять прямоугольных плат, на которые впаяны светодиоды. Прямоугольник припаян к круглой плате, на которой расположена схема драйвера.
Чтоб получить доступ к LED выводам, нужно снять одну из крышек. Для облегчения работы лучше снять плату, находящуюся в точках подачи напряжения драйвера. На фото видно, что эта стенка параллельна корпусу конденсатора и отдалена от него на максимальное расстояние.
Чтоб снять плату, необходимо прогреть места пайки паяльником. Затем, для ее снятия прогреваем пайку на круглой плате и она отсоединяется.
Доступ для проверки поломок открыт. Драйвер выполнен по простой схеме. Проверка его выпрямительных диодов, а так же всех светодиодов (в этой лампе их 128) не показала проблему.
Когда я осматривал места пайки, обнаружил, что они отсутствуют в некоторых точках. Эти места были пропаяны, кроме этого я соединил печатные дорожки плат по углам.
Когда вы смотрите на свет, то эти дорожки хорошо видны и можно легко определить, где какая дорожка.
Прежде чем собрать лампу, нужно было ее проверить. Для этого на плате была установлена перемычка, двумя временными проводами выпаянная часть лампы была подключена к источнику питания.
Лампа засветилась. Осталось впаять плату на прежнее место и собрать лампу.
Способы сборки
На сегодняшний день практикуется несколько способов сборки осветительных элементов, благодаря чему создана определенная классификация современных светодиодов.
DIP
Вариант Duаl In-line Расkаgе – интересный, с точки зрения конструкции, но устаревающий вид, характеризующийся следующими размерами светодиодов:
- 0,3 см;
- 0,5 см;
- 0,8 см;
- 1,0 см.
Помимо размеров колбы, полупроводники заметно отличаются цветом и материалами, которые используются для изготовления, а также формой чипа. К числу основных достоинств такого типа светодиодов относятся незначительный нагрев и достойная яркость свечения.
Duаl In-linе Расkаgе выпускаются как в одноцветном, так и в RGB-варианте, а также обладают чаще всего очень характерной цилиндрической формой, и имеют встроенную выпуклую линзу.
«Пиранья»
Светодиоды, относящиеся к этой группе, характеризуются наилучшими световыми качествами по показателям светового потока. Конструктивная особенность представлена прямоугольной формой и наличием четырёх специальных пин-выводов. Выпускаются в красном, зеленом, синем и белом цвете.
Одним из основных отличий является возможность более «жесткой» фиксации на плате, а очень высокая тепловая проводимость обусловлена свинцовой подложкой.
Светодиодная лампа Пиранья Хамелеон (RGB)
Наличие свинца ставит под сомнение безопасность эксплуатации, но широкий диапазон рабочего температурного режима позволяет использовать высокие входные мощности, чем и обуславливается широкая популярность.
SMD-технология
SMD-светодиоды, известные также под названием Surfасе Моunting Dеviсе или «устройство, фиксируемое на поверхности», обладают мощностью на уровне 0,01-0,2Вт.
Особенностью SMD-светодиодов является наличие одного, двух или трёх современных кристаллов на керамических прямоугольных основах.
SMD-светодиоды покрываются индивидуально качественным слоем люминофора. Площадки с контактами и основа монтажной платы напрямую соединяются при помощи стандартного припоя.
К недостаткам такой современной технологии можно отнести низкие показатели ремонтопригодности конструкции, а также необходимость выполнять полную замену платы со всеми светодиодами при выходе из строя одного из них.
COB-технология
Современная технология изготовления светодиодных ламп под названием Сhiр Оn Воаrd, характеризуется фиксацией кристаллов на плате без корпуса и керамической подложи, и покрытие общим люминофором. Главным достоинством любых COB-осветителей является минимальная площадь свечения при повышенных показателях мощности.
Светодиодная лампа типа COB
Большая плотность размещения и наличие общего покрытия слоем люминофора, гарантирует наиболее равномерное свечение осветительного прибора.
Схема подключения светодиода к напряжению 220 вольт (гасящий конденсатор + резистор)
Здесь все тоже самое, за исключением того, что в цепочку добавили резистор. В целом влияние резистора способно сделать всю схему более предсказуемое, более надежной. Здесь будет меньше импульсных токов с высоким напряжением. Это хорошо!
(…как и н на схеме выше использован гасящий конденсатор + резистор)
Все плюсы и минусы сродни варианту с гасящим конденсатором, но надежности здесь тоже нет. Даже более, того, использование диода, а не стабилитрона, скажется на защите светодиода при разрядке конденсатора. То есть весь ток потечет именно через светодиод, а не как в предыдущем случае через светодиод и стабилитрон. Вариант этот так себе. И вот последний случай, с применением резистора.
Параллельное подключение светодиодов
Здесь у нас всё наоборот. Силу тока нужно умножить на количество светодиодов, а падение напряжения посчитать только 1 раз.
Сила тока: I = 0,025 * 15 =0,375 А
Нам потребуется источник питания, способный выдать максимальный ток в 0,375 А. Округлим до 0,35 (помните, что лучше «недолить»?). По напряжению тоже укладываемся: 12 — 2 = 10. Остаётся с большим запасом.
Пытливый читатель, запнувшийся парой абзацев ранее, может воскликнуть: «Погодите! Так зачем нам 12 вольт, если мы можем обойтись и пятью?». «Можем!» — ответим ему мы. Но не торопитесь с выводами, это ещё не конец.
Мы определились, что светодиоды будут подключены параллельно. Необходимо ограничить ток в цепи. Допустим, специального драйвера у нас нет. Возьмём резистор. Рассчитаем необходимое сопротивление по давно известной формуле: 12 В / 0,35 А ~ 35 Ом. Подключим его между источником питания и анодами светодиодов:
Неправильное параллельное подключение трёх светодиодов
Вот, казалось бы, и всё. Но есть проблема:
ТАК ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ!!!
Как отмечалось выше, светодиоды не обязательно имеют те характеристики, которые заявлены производителем. Всегда есть разброс. И вот мы задали ток в 0,35 ампер и смотрим на светящуюся линейку светодиодов. Но всем им нужен разный ток. Одному , как мы и рассчитывали 25мА, другому — 20мА, третьему 21мА, а вот нашёлся совсем кривой светодиод, ему нужно всего 15мА. А мы пропускаем через него 25 — почти в 2 раза больше. Светодиод греется и быстро перегорает. В линейке стало на 1 светодиод меньше. Теперь для питания оставшихся светодиодов нам требуется 35мА. Пока всё не выглядит особенно плохо. Мы ограничили ток с запасом. Мы молодцы. Но не выдержал ещё один светодиод. Осталось 13. Теперь весь наш ток делится не на 15, а на 13 светодиодов. На каждый из них приходится по 26мА. Теперь абсолютно все светодиоды работают на повышенном токе. Очень скоро перегреется следующий. Самые стойкие получат уже по 29мА — 116% от номинала. Всего 2 перегоревших светодиода запустили цепную реакцию. Скоро вся линейка перегорит, а вы так и не поймёте почему (ну или поймёте, мы же только что всё разобрали). Собственно, избавиться от такого печального сценария просто. Нужно к каждому светодиоду поставить по собственному токоограничительному резистору. Для тока в 25мА и напряжения 12В нужен резистор на 480 Ом. Это не спасёт от проблемы «кривых» светодиодов, но их перегорание никак не повлияет на остальные.
Достоинства: высочайшая надёжность.Недостатки: высокое потребление тока, высокая стоимость схемы.
Правильное параллельное подключение трёх светодиодов
Параллельное подключение светодиодов — идеальный вариант. Всегда стремитесь к тому, чтобы подключать светодиоды параллельно и ограничивать ток каждого светодиода по отдельности своим резистором. Если вы используете светодиодные драйверы (стабилизаторы тока), то каждому светодиоду нужно подключать свой драйвер. Именно поэтому параллельные схемы с большим количеством светодиодов становятся слишком дорогими. В реальности приходится идти на компромисс и объединять светодиоды в цепочки.
