Схемы светодиодных ламп
Прежде всего, следует выработать вариант сборки. Существует два основных способа, каждый из которых имеет собственные плюсы и минусы. Ниже мы рассмотрим их подробнее.
Вариант с диодным мостом
Схема включает четыре диода, которые подключаются разнонаправленно. Благодаря этому мост приобретает возможность трансформировать сетевой ток в 220 V в пульсирующий.
Схема светодиодного моста отличается простотой и логичностью. Выполнить ее может даже начинающий мастер, осваивающий азы самостоятельной работы
Происходит это следующим образом: при проходе по двум диодам синусоидальных полуволн, они изменяются, что вызывает потерю полярности.
При сборке к плюсовому выходу перед мостом подключается конденсатор; перед минусовой клеммой – сопротивление на 100 Ом. Еще один конденсатор устанавливается позади моста: он понадобится для сглаживания перепадов напряжения.
Изготовление светодиодного элемента
Наиболее простым способом создания LED светильника является выполнение источника света на основе сломанного светильника. Необходимо проверить работоспособность обнаруженных деталей, что можно сделать с помощью аккумулятора на 12 V.
Неисправные элементы нужно заменить. Для этого следует распаять контакты, убрав перегоревшие элементы, поставить на их место новые
При этом важно соблюдать чередование анодов и катодов, которые крепятся последовательно
Если требуется поменять лишь 2-3 штуки чипа, достаточно просто припаять их на участки, где ранее находились вышедшие из строя компоненты.
При полной самостоятельной сборке нужно соединять в ряд по 10 диодов, соблюдая правила полярности. Несколько выполненных цепей припаиваются к проводам.
При изготовлении лампы можно воспользоваться платами со светодиодами, которые можно найти в перегоревших устройствах
Важно лишь проверить их работоспособность. При сборке схем важно следить, чтобы спаянные концы не касались друг друга, поскольку это может привести к замыканию прибора и выхода системы из строя
При сборке схем важно следить, чтобы спаянные концы не касались друг друга, поскольку это может привести к замыканию прибора и выхода системы из строя
Приспособления для более мягкого света
Чтобы избежать мерцания, свойственного LED-светильникам, описанную выше схему можно дополнить несколькими деталями. Таким образом, она должна состоять из диодного моста, резисторов на 100 и 230 Ом, конденсаторов на 400 нФ и 10 мкФ.
Чтобы защитить устройство от перепадов напряжения в начале схемы помещается резистор в 100 Ом, за которым впаивается конденсатор 400 нФ, после него устанавливается диодный мост и еще один резистор на 230 Ом, за которым идет собранная цепочка светодиодов.
Приборы с резисторным сопротивлением
Подобная схема также вполне доступна начинающему мастеру. Для ее выполнения требуются два резистора 12k и две цепочки из одинакового числа светодиодов, которые припаиваются последовательно с учетом полярности. При этом одна полоса со стороны R1 подсоединяется катодом, а другая – с R2 – анодом.
Выполненные по этой схеме светильники имеют более мягкий свет, поскольку действующие элементы зажигаются по очереди, благодаря чему пульсация вспышек почти незаметна невооруженному глазу.
Для расчета мощности лампы необходимо знать величину тока, который проходит через светодиоды. Эту величину можно рассчитать по приведенной формуле. При этом нужно учесть, что на показатель падения напряжения в последовательно соединенных 12 светодиодах составляет примерно 36В
Устройства успешно применяются в качестве настольной лампы и в других целях. Для создания оптимального освещения специалисты рекомендуют применять ленты из 20-40 диодов. Меньшее количество дает небольшой световой поток, соединение большего числа элементов технически довольно сложно выполнить.
Устройство светодиодных источников
Общая конструкция ламп идентична, могут быть небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего состоит лампочка, ее нужно разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала просмотреть внутреннюю часть можно через стеклянную колбу.
Из чего состоит светодиодный светильник:
- Led. В лампе устанавливается один или несколько светодиодов. Они отличаются по мощности, цвету свечения, размерам. Количество диодов в матрице может быть различным, вычисляется на производстве для обеспечения оптимального уровня света. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате разных размеров и форм. Группы соединяются друг с другом последовательно.
- Драйвер. Используется для преобразования сетевого напряжения в необходимую для работы светодиодов величину. Схемы драйверов бывают разными, чаще всего применяются трансформаторные. По конструкции выделяют открытые и закрытые, которые устанавливаются прямо в корпус лампочки. В дешевых китайских изделиях часто ставятся некачественные драйверы, которые неэффективны и могут навредить здоровью.
- Цоколь. Светодиодные лампочки пришли на замену лампам накаливания, поэтому устанавливаться должны аналогичным образом. Изготавливаются приборы со стандартными цоколями Е27 и Е14.
- Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полная герметичность не требуется, так как в составе нет вредных паров ртути и газов.
- Радиатор. Так как во время работы выделяется некоторое количество тепла, его нужно отвести, чтобы не было перегрева. Алюминиевая плата понижает негативное влияние температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно оснащаются радиаторами.
Ассортимент изделий с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.
Брендовая продукция
Устройство светодиодного светильника, изготовленного известной компанией, обязательно включает в себя:
- Рассеиватель в форме полусферы. Может изготавливаться из пластика или стекла.
- Алюминиевая печатная плата на теплопроводящей пасте.
- Набор чипов.
- Драйвер. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединителем цоколя и радиатора.
- Основание цоколя из полиэтилентерефталата.
- Цоколь с резьбой необходимого диаметра, выполненный из латуни с никелевым покрытием.
Низкокачественные изделия
Приборы неизвестного производства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей – радиатора и драйвера. Вместо драйвера применяется обычный блок питания, размещенный рядом со светодиодами. Роль радиатора выполняет корпус, в котором проделывают отверстия. Такой способ малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.
Плата крепится к корпусу при помощи специальной защелки. Цоколь и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и продолжительную работу светодиодов.
Филаментные приборы
Внешне филаментная лампочка похожа на лампу накаливания
Ее важное отличительное свойство – не требуется дополнительный отвод тепла. Такая светодиодная лампочка состоит из филамента и колбы. Работает на основе светодиодных нитей
Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне – эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов
Работает на основе светодиодных нитей. Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне – эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов.
Филаментные лампы
Филаментный источник света внешне напоминает лампу накаливания, но конструктивно остается светодиодным изделием. В таком случае пропадает необходимость в отводе тепла, но применение устройств в бытовой сфере связано с исключительно эстетическими соображениями.
Основной элемент филаментного прибора — светодиодная нить. В зависимости от количества таких нитей производят изделия разной мощности. Филамент — тонкий стержень из стекла, на поверхности которого имеются SMD-диоды. Верхняя часть покрывается люминофором, дающим желтый оттенок. Для отвода тепла применяют стеклянную колбу, внутренняя часть которой заполняется газом.
Из-за отсутствия места для драйвера внутри производители размещают низкокачественный модуль питания. Это повышает пульсацию, негативно сказывающуюся на зрительных органах. Для избавления от мерцания между цоколем и колбой добавляется пластиковое кольцо с качественным драйвером.
Устройство светодиодных источников света
Внешний вид светодиодных ламп практически не отличается от традиционных источников света с металлической нитью накаливания. Они оборудованы стандартным цоколем с резьбой, что позволяет использовать их с обычными патронами и не вносить изменений в электрооборудование помещений. Однако светодиодные лампы существенно отличаются сложным внутренним устройством.
В их состав входят контактный цоколь, корпус, выполняющий функцию радиатора, плата питания и управления, плата со светодиодами и прозрачный колпак. Планируя использование светодиодных ламп в сети 220 В, следует помнить, что они не смогут работать с таким током и напряжением. Для того чтобы исключить перегорание светильников, в их корпусах устанавливаются платы питания и управления, снижающие напряжение и выпрямляющие ток.
Устройство такой платы оказывает серьезное влияние на срок эксплуатации лампы. В некоторых моделях перед диодным мостом устанавливается лишь резистор, а в некоторых случаях недобросовестные производители обходятся без него. В результате, лампы дают очень яркое свечение, но очень быстро сгорают из-за отсутствия стабилизирующих устройств. Поэтому качественные светильники непременно оборудуются стабилизаторами, например, балластными трансформаторами. В наиболее распространенных управляющих схемах используются сглаживающие фильтры, в состав которых входит конденсатор и резистор. В наиболее дорогих моделях в блоках управления и питания используются микросхемы.
Каждый отдельно взятый светодиод излучает довольно слабый свет. Поэтому для достижения нужного светового эффекта, группируется необходимое количество элементов. С этой целью используется плата, изготовленная из диэлектрического материала, с нанесенными токопроводящими дорожками. Примерно такие же платы применяются в других электронных устройствах.
Светодиодная плата является еще и понижающим трансформатором. С этой целью все элементы включаются последовательно в общую цепь, и сетевое напряжение равномерно распределяется между ними. Единственным существенным недостатком такой схемы является обрыв всей цепочки в случае перегорания хотя-бы одного светодиода.
Защиту всей лампы от попадания влаги, пыли и других негативных воздействий обеспечивает прозрачный колпак. Некоторые свойства колпака позволяют усилить общее свечение. Дело в том что его внутренняя сторона покрыта слоем люминофора, который начинает светиться под действием энергии квантов. Поэтому снаружи поверхность колпака выглядит матовой. Люминофор обладает более широкий спектр излучения, в несколько раз превышающий аналогичный показатель у светодиодов. В результате, излучение становится сравнимо с естественным солнечным светом. Без такого покрытия светодиоды оказывают раздражающее действие на глаза, вызывая усталость и болевые ощущения.
Лучше всего изучать полезные качества, устройство и принцип действия светодиодных ламп на схемах при напряжении электрической сети 220 вольт. Чаще всего такие светильники применяются в промышленном и уличном освещении, а в бытовых условиях традиционные источники света заменяются светодиодными лампочками, работающими при низком напряжении, в основном от 12 вольт. Однако мощность лампы и ее светоотдача не имеют прямой зависимости между собой. Этот фактор следует учитывать при выборе светодиодных светильников.
В светодиодных лампах, рассчитанных на 220 вольт, в схеме отсутствует трансформатор. В связи с этим возникает дополнительная экономия при эксплуатации таких светильников. Данная особенность отличает их от светодиодных ламп с другими мощностями. Поэтому выбор светильников происходит не по мощности, а по степени освещенности, создаваемой ими.
Устройство LED ламп не мыслимо без радиатора
Мы рассматривали вопрос о том, что излишнее тепло очень критично сказывается на работоспособности светодиода
И это если мы берем во внимание только один диод. А если рассматривать лампу, то тепловой нагрев в этом случае становится еще более критичным
Без хорошего теплоотвода лампа проживет в лучшем случае год. В худшем – два-три месяца. Поэтому перед покупкой стоит обратить внимание на то, каким образом выполнен теплоотвод в лампе.
Много LED lamp устроены таким образом, что теплоотвод выполнен ТОЛЬКО одними продольными или поперечными отверстиями по всему корпусу лампы. Как показывает эксплуатация, этого не достаточно. Не зря «продвинутые» производители используют металлические радиаторы. Китайцы зачастую вместо металла могут впихнуть керамику. Не скажу, что это плохо, но хрупкое от этого получается детище.
Радиаторы могут быть сплошными, спиралевидными, пластинчатыми и т.д. Толщина зависит от мощности используемых светодиодов.
Радиаторы LEDs lamp
Какой бы радиатор не использовался, как бы не отводилось тепло, мы все-равно до сих пор не можем найти тот единственный радиатор, который смог бы установить необходимое рабочее тепло для светодиодов. Разные производители с попеременным успехом пытаются решить эту проблему.
Есть даже такие, которые внесли кардинальное изменение в устройство светодиодной лампы и в качестве охладителя используют обычную воду. К сожалению, мне еще не попадались такие экземпляры, но я бы с удовольствием их протестировал. Может когда-нибудь и свершится это чудо))).
Принцип действия светодиодных ламп
Принцип работы этих приборов построен на сложных физических процессах. При подаче электрического тока происходит соприкосновение двух веществ, изготовленных из разносортных материалов. Это приводит к образованию светового потока.
Парадоксальность системы связана с тем, что ни один из материалов, используемых для изготовления двух веществ, не относится к проводникам электрического тока. Это полупроводники, способные пропускать ток только в одном направлении
Поэтому при подключении светодиодов важно соблюдать полярность. Один материал наделен отрицательными электронами, а другой — положительными ионами
Все приборы, которые пропускают ток в одном направлении, называются диодами. Светодиоды — диоды, способные выделять световой поток.
Первые LED-диоды излучали свет в узком спектре — красном, желтом или зеленом. При этом сила свечения была минимальной. В течение продолжительного отрезка времени светодиоды использовались исключительно как индикаторы. Сегодня диапазон излучения значительно расширен и охватывает едва ли не весь спектр. С другой стороны, определенные волны всегда длиннее, поэтому данные устройства делятся на источники холодного и теплого света (в зависимости от тепловой температуры).
Рассеиватели и линзы в светодиодных лампах
Рассеиватели светодиодных ламп Очень мало видов ламп, которые выпускаются без рассеивателей. Они способствуют концентрировать свет под определенным углом. В своем большинстве изготовлены из матового пластика. Плюсом стоит отметить то, что такие рассеиватели безопасны, в отличии от стеклянных колб по вполне понятным причинам. По конструкции могут быть шарообразные, грушевидные, свечеообразные и т.п.
Линзы для светодиодных ламп
Часто производители вместо рассеивателей используют линзы для светодиодов. Они также имеют огромное количество разновидностей. Производят их из разнообразных материалов. Более полную информацию о рассеивателях и линзах я опубликую не много позднее.
В принципе, устройство любой светодиодной лампы одинаково. И основные компоненты указаны в моей статье. Кто-то может вносить некоторые изменения в форму, корпус, радиатор и т.п. Но от этого ничего не меняется. Улучшаются одни характеристики и занижаются другие. Какие? Это уже необходимо смотреть каждую лампу индивидуально. Но сам факт того, что устройство LED ламп простое не подвергается сомнению. Пока «рожал» в муках ( так как особо писать про устройство не вижу смысла ) статью, появилась мысль о создании другого интересного материала, в частности про светодиодные драйверы лед ламп. Типы, виды и преимущества… Чем и займусь в ближайшее время. А пока можете оставить комментарии, поругать или похвалить…Как говорится, мне все равно…Вообще, у меня стоит задача в настоящее время наполнить наш раздел общей информацией по светодиодным лампам. Для меня это тяжело, т.к. больше люблю освещать не обыденные и обмусоленные всеми темы, а что-то новое и интересное. Жду-не дождусь, когда закончу с общими вопросами и приступлю к публикации тестов и обзоров). Благо материала накопилось вагон и маленькая тележка.
Конструкция ламп на светодиодах
Внешне источники света, использующие эффект испускания фотонов при прохождении электрического тока через полупроводник, почти не отличаются от ламп накаливания. Главное то, что у них есть привычный металлический цоколь с резьбой, который в точности повторяет все типоразмеры ламп накаливания. Это позволяет ничего не менять в электрооборудовании помещения для их подключения.
Однако внутреннее устройство светодиодной лампы 220 вольт очень сложное. Она состоит из следующих элементов:
1) контактного цоколя;
2) корпуса, одновременно играющего роль радиатора;
3) платы питания и управления;
4) платы со светодиодами;
5) прозрачного колпака.
Плата питания и управления
Разбираясь как устроены светодиодные лампы 220 вольт, в первую очередь стоит понять, что полупроводниковые элементы не могут быть запитаны от переменного тока и напряжения такой величины. Иначе они попросту сгорят. Поэтому в корпусе этого источника света обязательно находится плата, которая снижает напряжение и выпрямляет ток.
От устройства этой платы во многом зависит долговечность лампы. Точнее, какие элементы стоят на ее входе. В дешевых, кроме резистора перед выпрямляющим диодным мостом, ничего нет. Нередко случаются чудеса (обычно в лампах из Поднебесной), когда нет даже этого резистора и диодный мост напрямую подключен к цоколю. Такие лампы светят очень ярко, но срок их службы чрезвычайно низок, если они не подключены через стабилизирующие устройства. Для этого можно использовать, например, балластные трансформаторы.
Наиболее распространены схемы, в которых в цепи питания управляющей схемы лампы создан сглаживающий фильтр из резистора и конденсатора. В самых дорогих светодиодных лампах блок питания и управления построен на микросхемах. Они хорошо сглаживают броски напряжений, но их рабочий ресурс не слишком высок. В основном, из-за невозможности наладить эффективное охлаждение.
Плата светодиодов
Как бы ученые ни старались, изобретая все новые вещества с высокой эффективностью излучения в видимой части спектра, принцип работы светодиодной лампы остается прежним, и каждый её отдельный светящийся элемент очень слаб. Чтобы достичь требуемого эффекта, их группируют по несколько десятков, а иногда и сотен штук. Для этого используется плата из диэлектрика, на которую нанесены металлические токопроводящие дорожки. Она очень похожа на те, что используются в телевизорах, материнских платах компьютеров и других радиотехнических устройствах. Плата светодиодов выполняет еще одну важную функцию. Как вы уже заметили, в блоке управления нет понижающего трансформатора. Поставить его, конечно, можно, но это приведет к увеличению габаритов лампы и ее стоимости. Проблема понижения питающего напряжения до номинала, являющегося безопасным для светодиода, решается просто, но экстенсивно. Все светящиеся элементы включены последовательно, как в елочной гирлянде. Например, если в цепь 220 вольт включить последовательно 10 светодиодов, то каждому достанется 22 V (правда, величина тока при этом останется прежней). Недостатком этой схемы является то, что перегоревший элемент обрывает всю цепь и лампа перестает светить. У нерабочей лампы из десятка светодиодов могут быть неисправными лишь один или два. Есть умельцы, которые перепаивают их и живут спокойно дальше, но большинство неискушенных пользователей выбрасывают всё устройство на помойку.
Прозрачный колпак
В основном этот элемент играет роль защиты от пыли, влаги и шаловливых ручек. Однако есть у него и утилитарная функция. Большинство колпаков светодиодных ламп выглядят матовыми. Это решение могло бы показаться странным, ведь сила излучения светодиода ослабляется. Но его полезность для специалистов очевидна.
Колпак матовый потому, что на его внутреннюю стороны нанесен слой люминофора – вещества, начинающего светиться под воздействием квантов энергии. Казалось бы, тут, что называется, масло масляное. Но люминофор имеет спектр излучения в несколько раз более широкий, чем у светодиода. Он приближен к естественному солнечному. Если оставить светодиоды без такой «прокладки», то от их свечения глаза начинают уставать и болеть.
Принцип работы и устройство ламп.
Конструкция LED лампы.
Светодиодный источник света состоит из нескольких элементов, соединенных в одном корпусе. Это цоколь, драйвер, радиатор, светодиод и светорассеивающая колба.
- Цоколь – элемент, который вкручивается в патрон люстры или другого светильника. Чаще всего для бытового применения выпускают винтовой цоколь типа Е27 и Е14. Он изготовлен из латуни с никелевым антикоррозийным покрытием. Для других нужд выпускаются источники света со штырьковым цоколем.
- Драйвер – элемент, который стабилизирует поступающее напряжение, преобразуя переменный ток в постоянный. Также он обеспечивает питание светодиода. Драйвер состоит из микросхем, импульсного трансформатора, конденсаторов. В недорогих LED изделиях драйвер может отсутствовать. Вместо него применятся простой блок питания, не обеспечивающий стабилизации тока и напряжения. Также драйвер не устанавливают в миниатюрных лампочках из-за нехватки места внутри корпуса.
- Радиатор – элемент, который отводит тепло от светодиодов и обеспечивает для них оптимальный температурный режим работы. Обычно он составляет видимую часть корпуса осветительного прибора. Радиатор может изготавливаться из различных материалов: от дорогой керамики до дешевого пластика. Алюминиевые и композитные материалы занимают среднюю нишу: они достаточно бюджетны и качественно отводят тепло.
- Рассеиватель – прозрачный «колпак», который помогает распределять свет в пространстве. Изготавливается в виде полусферы для рассеивания пучков света под широким углом. В качестве материала применяют поликарбонат или пластик. Кроме этого рассеиватель предотвращает попадание внутрь корпуса пыли и влаги. Для смягчения резкости света и уменьшения раздражающего влияния на глаза этот элемент изнутри покрывают люминофором. При этом достигается цветовая температура, аналогичная естественному освещению.
- Светодиоды – главный рабочий элемент лампы. За счет работы диода и появляется свечение.
Принцип работы светодиодных ламп основан на физических процессах в полупроводниках. Свечение появляется после прохождения электрического тока через границу соприкосновения двух полупроводников (n и p), в одном из которых должны преобладать отрицательно заряженные электроны, а в другом – положительно заряженные ионы. Стоит отметить, что данные материалы пропускают ток только в одну сторону. При его прохождении в носители заряда осуществляют рекомбинацию – электроны переходят на другой энергетический уровень. В результате появляется видимое глазу световое излучение. Кроме свечения происходит еще и выделение тепла, которое отводится от светодиода при помощи радиатора.
Схема появления оптического излучения в LED-элементе.
На заре появления светодиоды могли испускать только определенную световую волну: зеленую, красную или желтую. Поэтому LED-элементы встраивались в электрические схемы в виде индикаторов. В процессе развития микроэлектроники были найдены материалы, позволяющие получить световую волну широкого спектра. Однако полностью эта проблема не решена: в свечении светодиодных ламп преобладает или синяя длина волны или красная с желтым. По этой причине они и делятся на холодные и теплые соответственно.
