На этот раз Алексей Филиппов (г. Львов) и Александр Ярошенко (SamElectric.ru) популярно расскажут про устройство и электрические схемы современных светодиодных ламп, а также про 4 простых способа их доработки. Идеи доработки LED-ламп, изложенные в статье, пригодятся заядлым самодельщикам.
Современная конструкция ламп получилась в результате эволюции проб и ошибок конструкторов. В итоге лампочку удалось сделать максимально доступной и эффективной.
Немного «лампочной» теории
Чаще всего встречается неизолированный драйвер, его схему делают на импульсном понижающем преобразователе. Применение такого драйвера в светодиодной лампочке имеет ряд преимуществ по сравнению с другими схемами:
- Хорошая стабильность выходного тока в широком диапазоне питающего напряжения, полное отсутствие пульсаций по сравнению со схемой на конденсаторном балласте.
- Более высокий КПД по сравнению с изолированным и с линейным драйвером. Выходное напряжение такого драйвера гораздо выше, чем у изолированных драйверов. Для получения заданной мощности применяются светодиоды с несколькими кристаллами в одном корпусе, что позволяет поднять напряжение и снизить ток в цепи, КПД повышается за счет снижения потерь в цепи питания.
- Меньшие размеры и стоимость по сравнению с изолированным драйвером, так как дроссель получается меньше, чем трансформатор для такой же мощности. Из-за особенности схемы, дросселю не нужно переваривать всю мощность в отличие от трансформатора в изолированном драйвере, меньше нужно материала для его изготовления. Будьте осторожны при работе с такими драйверами, чтобы не получить удар током!
Разбираем светодиодную лампочку
Корпус ламп делают из композитного материала, который служит теплоотводом для светодиодов. Разбираются лампочки разных производителей довольно просто. Рассеиватель держится по периметру на защелках и силиконе. Поддеваем ножом и подрезаем герметик по кругу, колпак снимается с некоторым усилием. Плата с диодами может быть запрессована или прикручена винтами, контакты могут быть припаяны или съемными.
После снятия платы со светодиодами не нужно сразу пытаться извлечь драйвер, это не получится. Будут мешать провода, идущие от цоколя лампы.
Необходимо поддеть и вытащить центральный контакт цоколя лампы, так один вывод освободится, а второй можно отпаять или отрезать от самой платы, а потом при сборке его придется удлинить.
Что чаще всего ломается?
Разработчики ламп заложили определенные характеристики в конструкцию лампы, а именно ток через светодиоды, который обусловлен несколькими требованиями, такими как температурный режим, яркость и мощность потребления, срок службы лампочки и соотношение цены и всех этих характеристик.
Выход из строя лампочки в большинстве случаев происходит из-за обрыва в цепи светодиодов.
Теорию мирового заговора производителей, по которой производители заинтересованы делать ненадежные вещи, мы рассматривать не будем, мое мнение, что это — миф. Все диктует маркетинг и потребители, а производители делают то, что у них заказывают, то, что хорошо продается, значит, всегда ищут середину между надежностью и ценой. В наших реалиях обычно более дешевые товары выигрывают по продажам, в итоге имеем то, что имеем.
При эксплуатации, после включения лампочки, происходит нагрев кристаллов светодиодов и термическое расширение. Токопроводящие выводы от кристаллов делают в виде тонких нитей из золота, так как золото очень пластичный металл и хорошо переносит деформации не разрушаясь. Коэффициент расширения у кристаллов и остальных материалов конструкции светодиода не одинаков, со временем от включений и выключений лампочки термическая деформация разрушает вывод кристалла светодиода или место его крепления, цепь разрывается, и лампа выходит из строя.
К слову, для меньшего воздействия температуры на линейные размеры, хорошее решение — делать светодиоды с несколькими более мелкими кристаллами, чем с одним большим такой же общей площади. Заодно это позволяет поднять напряжение питания светодиода при последовательном включении кристаллов внутри одного корпуса светодиода.
Доработка лампы для увеличения срока службы
Первая доработка заключается в снижении тока через светодиоды, что позволяет значительно продлить срок службы лампы, яркость свечения при этом неизбежно снижается. Снижением тока достигается дополнительное повышение КПД светодиода, что, в свою очередь, еще больше снижает температуру кристаллов. Такой доработкой убиваем двух зайцев.
Для наглядности КПД светодиода и потерь в виде тепла, дан график зависимости тока через светодиод и яркости свечения, где показана нелинейная зависимость.
Обычно это легко сделать без схем и даташитов на микросхему драйвера. Нужно найти на плате резистор или пару резисторов, включенную в параллель с сопротивлением в несколько Ом, — это датчик тока, который нас интересует. Такой резистор — датчик тока, есть абсолютно во всех схемах драйверов, как в импульсных, так и в линейных, и везде сопротивление датчика единицы Ом.
 |  |
Стандартный резистор нужно заменить на резистор большего сопротивления или отпаять один из двух резисторов. Ток через светодиоды снижается пропорционально увеличению сопротивления резистора датчика тока.
Даже незначительное снижение тока через светодиоды и мощности лампы существенно продлевает срок ее службы.
Более дорогие лампы отличаются большим количеством светодиодов на меньшем токе и заниженной мощностью, чем у более дешевых ламп, светоотдача люмен/вт у них больше, а режим светодиодов более щадящий. Я обычно занижаю мощность на 20–30%, но делаю это на новой лампе, пока золотые проводники еще крепкие, а светодиоды «свежие».
 |  |
Плавное увеличение яркости при включении
Вторая доработка позволяет включать лампу плавно, например, для применения в спальне. Для этого нужно включить позистор (терморезистор с положительной температурной зависимостью, или термистор PTC) параллельно всем или большей части светодиодов.
Работает схема просто: пока позистор холодный, его сопротивление минимально, и ток течет через часть светодиодов и позистор и постепенно разогревает его. По мере прогрева сопротивление плавно нарастает и плавно включает в цепь остальные светодиоды — яркость плавно нарастает.
Позистор нужен с холодным сопротивлением 330–470 Ом, его маркировка wmz11a. Такие есть в продаже или их можно добыть из энергосберегающей лампы мощностью 32 Вт.
Я так доработал 3 лампы в люстре на потолке мощностью 7 Вт (а было 9 Вт изначально, мощность занижена для долговечности) и одну лампочку 3 Вт в бра. Плавное включение до 100% происходит примерно за 30 сек.
Ночник с пониженной яркостью на светодиодной лампочке
Третья доработка заключается в том, чтобы сделать дополнительную функцию — ночник. У меня такая лампа установлена в темном коридоре, и это удобно, ночью света достаточно, чтобы пройти. Получается, что в «выключенном» состоянии лампочка слабо горит, а при подаче питания светит с обычной яркостью. Тут нужно доработать драйвер, убрать резистор, который есть на плате драйвера, он нужен в схеме для разрядки выходного фильтрующего конденсатора, и допаять резистор 150 кОм мощностью 1 Вт параллельно выводам микросхемы.
Еще нужно установить в выключатель резистор 68 кОм мощностью 1 Вт параллельно контактам выключателя. Важно! Теперь патрон лампочки всегда будет находиться под напряжением!
Работает схема так: образуется делитель напряжения, один из резисторов делителя в выключателе, а второй в лампе. Питание приходит на лампу с меньшим напряжением благодаря делителю. Для запуска драйвера напряжения недостаточно, ток идет по цепи через резисторы делителя и светодиоды, лампа светится с малой яркостью, которая будет зависеть от сопротивления резисторов.
В некоторых драйверах (не во всех, стоит попробовать в начале без подстроечника) придется поставить подстроечный резистор 100 кОм параллельно керамическому конденсатору фильтра питания микросхемы (вход 4 VCC), чтобы настроить напряжение питания и избежать эффекта мига-ния лампы в режиме ночника, когда микросхема драйвера пытается стартовать.
Подстроечным резистором нужно добиться, чтобы микросхема не стартовала в режиме ночника, а в штатном режиме работала как положено. Мощность потребления ночника с приведенными номиналами резисторов 0,42 Вт.
Схема светодиодной лампы с датчиком освещенности
Четвертая доработка тоже расширяет функционал светодиодной лампы. Получился светильник с использованием драйвера от лампочки и функцией полноценного сумеречного датчика. Понадобилось кроме драйвера дополнительно всего две детали!
Схема сумеречного датчика (фотореле) получается энергоэффективной, компактной и дешевой. Потребление в режиме ожидания 0.06 Вт. Гениально по простоте, эффективности и функционалу. Фоторезистор, обозначенный на схеме LDR, применен GL5537, также подходит GL5539, подстроечный резистор любой подходящий, со-противлением 68–100 кОм.
Схема работает так: фоторезистор включен в схему драйвера параллельно питанию микросхемы, при увеличении освещенности его сопротивление уменьшается и шунтирует питание микросхемы драйвера, позволяя выключать свет или включать светильник по мере наступления темноты и снижения освещенности. Ток, который потребляет микросхема, всего 1 мА, это позволяет обойтись без усилителей сигнала. Сопротивления фоторезистора и его мощности рассеивания вполне достаточно для стабильной работы схемы.
При подаче питания на микросхему начинает протекать ток через датчик тока, возникает падение напряжения на датчике тока, возникает положительная обратная связь и обеспечивается гистерезис, повышая стабильность работы. Фильтрующий конденсатор микросхемы драйвера обеспечивает защиту от внешних помех и нежелательных срабатываний при быстрой смене освещенности, например, от движущихся теней.
Настройка работы сводится к установке движка подстроечного резистора для желаемой чувствительности срабатывания. Таким способом легко дорабатываются неизолированные драйвера разных производителей на микросхемах с одинаковыми схемами подключения. Была проверена работа схемы на драйверах BP2831, BP2832, BP2833, sic9553, BP9833D, BP2836 и еще с одной микросхемой с неопознанной маркировкой. Аналогичная микросхема CL1501.
Было доработано таким сумеречным датчиком 2 светильника: один теперь работает на входе в подъезд дома, его мощность 8 Вт, а второй светильник изготовлен с нуля, корпус из банки от косметического крема, его мощность сделал 5 Вт, а светодиод использовал 10 Вт (китайских 10 Вт). Светильник установлен и работает на лестничной клетке. Важно фоторезистор спрятать от света самого светильника.
Зимой, когда темнеет рано, очень часто приходится вначале пройти по темноте и включить свет, а с автоматическим датчиком освещенности намного удобнее.
Если появились вопросы — заходите на блог samelectric.ru или в группу vk.com/samelectric, поможем!
