Лед светильник как работает

Как работает светодиодная лампа?

На сегодняшний день модели диодной лампы на 220 В начали стремительно заменять стандартные лампы накаливания и их люминесцентный аналог. Хоть и стоят они очень дорого, но их технические параметры значительно превосходят стремительно устаревающие модели. Для понимания того, как они работают, необходимо знать устройство светодиодной лампы.

Конструкция светодиодной лампы достаточно сложна, в систему включены элементы, в наличии которых ранее не было необходимости. В данном материале поговорим об устройстве различных видов светодиодных ламп, из каких деталей они состоят, для чего нужна каждая из этих деталей, что такое светодиодный драйвер и что он стабилизирует, как выглядит схема 220 В. Знание строения такой лампочки полезно для общего образования и очень поможет в ремонте поврежденных по каким-либо причинам единиц.

Светодиод

Уже из названия понятно, что главным рабочим элементом устройства светодиодных ламп на 220 В является светодиод. Именно его классификация в большей мере является решающей в определении видов лампочек.

Светодиод является полупроводниковым кристаллическим элементом, который интенсивно выделяет свет при прохождении через него электрического тока. Разные цвета получаются путем изменения состава кристалла. Он наращивается на специальную площадку, которая имеет контакты для подключения проводов. Изначально кристалл имеет синий цвет, без покрытия испускает соответствующее свечение. Для защиты от внешних факторов на него в светодиодной лампе наносится желтое твердое покрытие, при прохождении синего света сквозь него получается обычный белый свет.

Один из этапов выращивания светодиодов

Существует четыре основных технологии сборки чипа, которые и определяют классификацию используемых в лампочках светодиодов.

• SMD-технология – самая распространенная в быту. Кристалл размещается на поверхности светового прибора. Это позволяет сильно уменьшить его размеры, увеличить плотность расположения для большей яркости, при этом он имеет улучшенный теплоотвод. Используется практически во всех лампочках, которые вы видите в магазинах.
• DIP – световой элемент состоит из одного мощного кристалла, сверху на который прикреплена линза. Это второй по распространенности тип светодиода, благодаря концентрированию светового луча в одном направлении используется для подсветки на витринах и раскладках, а также в вывесках и прочих декоративных элементах.
• Пиранья – любимчики автомобильной промышленности. В отличие от DIP, где присутствует только два контакта, здесь их четыре, поэтому гораздо легче подключаться к разным вольтовым элементам. Это значительно повышает уровень теплоотвода, расширяет сферу применения, монтаж получается более надежным и долговечным.
• COB-технология – продвинутая схема подключения светодиодных кристаллов, самый защищенный от перегрева и окисления вариант. Здесь чип впаивается прямо в несущую плату. Благодаря самому продуманному теплоотводу достигается наибольшая яркость свечения, каким бы ни было напряжение. Но и минус присутствует значительный – если такой светодиод все-таки сгорит, его придется менять вместе со всей платой – в домашних условиях даже с неплохим опытом и оборудованием перепаять его будет очень сложно.

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

Устройство светодиодной лампы

Каким бы важным элементом ни являлся светодиод, для его бесперебойной и максимально эффективной работы необходим ряд вспомогательных устройств, которые, будучи собранными воедино, образуют лампочку. Классическая электрическая схема светодиодной лампы имеет строение, приведенное на схеме ниже. Устройство светодиодного светильника аналогично, просто форма и расположение деталей другая.

Устройство обычной светодиодной лампы

Теперь устройство светодиодной лампы на 220 вольт разберем на каждый рабочий элемент отдельно.

• Начнем с цоколя – на картинке он не указан, однако именно с него начинается схема питания каждой лампочки. Это та самая резьба, с помощью которой источник света вкручивается в патрон. В самом низу лампочки видим зеленый участок – там расположены контакты, которые проводят в нее питание – электрический ток при соединении с контактами в патроне. Бывает несколько различных модификаций, на картинке представлен вариант Е27.
• Радиатор – в отличие от других обязательных элементов присутствует не в каждой модели. Он выполняется из легкого металлического сплава, играет роль рассеивателя тепла – о вреде перегрева мы говорили выше. Обычно такой деталью оборудуются лампы с мощными светодиодами – свыше 25 ватт суммарной мощности. Все промышленные экземпляры обязательно имеют хороший радиатор в основании.
• Внутри цоколя обычно расположен «мозг» – драйвер LED-ламп. Он предназначен для регулирования электрического тока, который подается на светодиоды из центральной сети. Светодиодный драйвер сглаживает пульсации переменного тока, выпрямляя его специально для правильной работы кристаллов (а светодиоды работают правильно только при постоянном напряжении, при переменном токе они быстро сгорают из-за обратных пульсаций). Регулируя ток, драйвер обеспечивает большой диапазон работы при различных напряжениях (обычно это 170–260 вольт, зависит от назначения и производителя светового элемента). При низком напряжении лампочка просто не светит, т. к. ей не хватает мощности для запуска, в пределах диапазона загорается, а при избыточном токе электрические драйверы уберегут светодиоды от выгорания, также выключив их. Дополнительно схема драйверов для светодиодных ламп позволяет регулировать теплоотвод – лампочка может выключаться, перегревшись. Благодаря ему, резкие перепады напряжения тоже не страшны нежной и хрупкой структуре кристаллов. Примеры – BP2832A, BP3122 или BP2831A. Подбор стабилизатора (он же диодный мост) для LED-лампочек собственного изготовления выполняется исходя из параметров сети.
• Светодиоды располагаются на монтажной плате, она выполняется из легкого металла, также играет роль теплоотвода (ответ на вопрос, куда же девается избыток температуры в моделях, где нет радиатора). Качество ее изготовления также сильно влияет на срок работоспособности кристаллов. В зависимости от технологии изготовления LED-лампочки имеют значительный диапазон цветовых температур (от 2 700 К, как у лампы накаливания, до 10 000 К и более, вплоть до глубокого синего цвета). Напряжение в сети играет важную роль в эффективности и стабильности схемотехники. Светодиодные лампы для дома могут комплектоваться несколькими типами светодиодов, например – SM7307 и 5131, в количестве от 6 до 18 шт. и более. На тип светильников влияет напряжение, количество необходимых вольт.
• Вишенка на торте важности элементов в лампе – светодиоды. Конкретно в вышеупомянутом примере представлены модели, изготовленные по SMD-технологии. Их количество, размер и плотность установки напрямую влияют на яркость лампочки и суммарную мощность. В ярких лампочках 2–3 слабеньких отдельных светодиода заменяются одним большим кристаллом.

Нитевидные светодиоды для декоративного освещения

• Совокупность монтажной платы и светодиодов образует светодиодный модуль. Его форма и расположение определяют роль самой лампочки – угол рассеивания и качество распространения света. Такая лампа, как на картинке, нашла применение в быту – на кухнях, в гостиных, там, где нужно много рассеянного света. Замена этого модуля на светодиод, выполненный по технологии DIP, сделает из такой лампочки точечный светильник – ей место либо в декоративном освещении, либо в светильниках с несколькими лампами.
• Рассеиватель – обычно пластиковый, в фирменных лампочках – из тонкого матового стекла. Благодаря тому, что его форма напоминает уже знакомые нам лампы накаливания, светодиодные экземпляры ставятся практически в любой светильник, сложностей с интеграцией в быт не возникает. Материал играет существенную роль в эффективности свечения, даже если внутри установлены качественные, мощные светодиоды по всем правилам технологии, рассеиватель из дешевого пластика заберет около 20% светового потока. При покупке лампочек для помещений, в которых важна яркость, отдавайте предпочтение моделям с хорошим пластиком или стеклом. Матовость присутствует везде – это делает свет мягким, равномерно его рассеивает, поток не бьет по глазам, а в выключенном состоянии лампа выглядит благородно, начинки не видно (кроме вышеуказанных декоративных моделей с нитевидными светодиодами, это их фишка).

Еще одна популярная схема светодиодных ламп

Тип светодиодов, которые используются для конкретной лампочки, очень важен, если вы решите починить ее самостоятельно в случае перегорания. Если светодиоды установлены таким образом, что их можно выпаять и поставить новые, то ремонт ламп происходит очень просто. Достаточно иметь паяльник с тонким наконечником, прибор для определения поврежденных контактов и новый, исправный источник света. В случае если светодиод впаян в плату целиком, даже имея соответствующий опыт, перепаять его в домашних условиях будет очень сложно. Можно купить новую плату, однако ее стоимость является практически равной стоимости новой лампы. Не нужно забывать, конечно, и о гарантии – если она все еще действует, просто замените лампочку в том магазине, где вы ее покупали.

Виды драйверов

Помимо кристаллов самым сложным по структуре элементом в лампе является драйвер. Самая простая схема светодиодного драйвера содержит один или пару гасящих резисторов. В совокупности с диодами обратного направления тока, соединенными встречно-параллельно, резисторы нейтрализуют вредное действие переменного тока, и схема включения работает грамотно.

Схема простейшего драйвера

Такая схема дросселя светодиодной лампы на 220 В чаще всего используется, если изготавливается самодельный драйвер. На производстве принято использовать более сложные принципиальные схемы драйверов для светодиодов от сетей 220 В, которые имеют хороший амортизационный запас и зависят от типа приборов, устанавливающихся внутрь.

Различные схемы драйверов

Как уже говорилось выше, драйвер для светодиодной лампы выполняет выпрямление тока с последующей его подачей на светодиоды. Это происходит в три шага:

• Светодиодный драйвер преобразовывает переменный ток из сети 220 В в пульсирующий.
• Выравнивает пульсирующий ток до постоянного.
• Меняет ток до 12 вольт с последующей подачей на кристаллы.

Заключение

Сначала схема светодиодной лампы на 220 вольт может показаться очень сложной. Однако, разобравшись в назначении каждого элемента, не сложно понять их роль. Использование качественных материалов и грамотной технологии производства обеспечивают высокий уровень надежности светодиодных ламп. Соблюдение правил эксплуатации, рекомендованных производителем, гарантирует, что светодиодная лампа надежно прослужит нам долгие годы. Соотношение яркости и экономичности позволит окупить стоимость хорошей модели лампы в ближайшие годы, а светодиодный драйвер убережет ее от перепадов в электросети. Если свет часто пропадает или наблюдаются нестабильное напряжение – вам подойдет аккумуляторная электросхема (лампочки «Космос», их применение оправдано в местах, где стабильно питаться от сети не получается). Глядя на вышеуказанные схемы, можно легко собрать лампу 220 В своими руками.

Источник

Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

По сравнению с обычными лампами накаливания устройство светодиодной лампы с технической точки зрения сложнее. Если для первых используется прозрачный стеклянный корпус, то в случае со вторыми разглядеть что-либо находящееся внутри не выйдет. Для того чтобы узнать, из чего состоит такой источник света, необходимо разобрать его на части.

Общее устройство светодиодных лампочек, независимо от производителя, практически идентичное (с небольшими отличиями). Ассортимент стандартных изделий с цоколем E14 или E27 делится на три категории — фирменные, низкосортные китайские и филаментные.

Низкокачественные китайские лампочки

При разборе фирменной лампы можно обнаружить все необходимые для надежности и долговечности конструктивные элементы. Но если заглянуть под корпус дешевого китайского изделия, то первое, чего вы не обнаружите — радиатор и драйвер.

Драйвер обычно заменяют блоком питания с неполярным конденсатором, неспособным стабилизировать ток на выходе. Устанавливают такой блок в центр платы с диодами. Если взглянуть на нее сверху, то можно увидеть диодный мост с резисторами, снизу — два конденсатора. Это позволяет существенно уменьшить стоимость и качество изделия.

Для охлаждения прибора в корпусе проделывают небольшие отверстия. Эффективность низкая, кристаллы очень быстро перегорают. Плата установлена на пластиковом корпусе и закреплена защелками. Для соединения с цоколем используют два спаянных провода.

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.

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.

Также в полупроводниках активизируются иные процессы. В момент смены состояния выделяется тепловая энергия. Экспериментальным методом изобретатели нашли нужное сочетание веществ, при котором помимо энергии появляется и световое излучение.

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).

Способы сборки

По способу сборки изделия делятся на несколько категорий.

DIP расшифровывается как Dual In-line Package. Конструкция приборов интересна, но существенно устарела. Выделяют следующие размеры светодиодов:

Также полупроводниковые изделия различаются цветом, материалом изготовления, формой чипа. Из преимуществ DIP-сборки выделим малый нагрев и высокую яркость. Бывают одноцветные и многоцветные (RGB-технология). Можно распознать по характерной цилиндрической форме и встроенной линзе выпуклого типа.

«Пиранья»

Данная группа осветительных устройств характеризуется высоким световым потоком. Изготавливаются прямоугольной формы, имеют четыре PIN-вывода, бывают красными, синими, белыми или зелеными.

По сравнению с DIP-технологией изделия более жестко и прочно «сидят» на плате. Свинцовая подложка повышает теплопроводность, но в то же время понижает общую безопасность при эксплуатации. Широкая распространенность обусловлена большим диапазоном рабочих температур.

SMD-технология

SMD расшифровывается как Surface Mounting Device (в переводе с англ. — «устройство, фиксируемое на поверхности»). Эти светодиоды характеризуются мощностью в диапазоне 0,01–0,2 Вт. Главная особенность связана с наличием нескольких кристаллов (1–3), монтируемых на керамическую подложку.

Корпус покрыт люминофором. Стандартный припой используется для соединения основной платы и контактных площадок.

Из недостатков выделим низкую ремонтопригодность: если выйдет из строя хотя бы один диод, то придется заменять целую плату.

COB-технология

Последняя и наиболее надежная технология изготовления светодиодов получила название Chip On Board (COB). Полупроводники крепятся на плату без корпуса и какой-либо подложки, после чего покрываются люминофором.

Главное преимущество связано с небольшой площадью свечения при высокой мощности. Равномерное свечение изделия гарантируется высокой плотностью светодиодов и наличием люминофора. Такие светодиоды чаще применяются в наши дни.

Устройство светодиодных источников света

Светодиодный источник состоит из следующих конструктивных элементов:

• LED-диоды;
• драйверы;
• корпус;
• радиатор;
• цоколь.

Светодиоды

Несколько лет назад конструкция светодиодной лампы незначительно отличалось из-за отсутствия широкого ассортимента LED-диодов. Самыми распространенными были чипы на 3–5 мм. Позже появились изделия на 10 мм.

Сегодня светодиодов намного больше. Чаще всего используются SMD 5050, SMD 3528, SMD 5730, SMD 2835, 1W, 3W и 5W.

Количество светодиодов бывает разным, его задает производитель. При монтаже нескольких диодов производят специальные расчеты, чтобы вывести оптимальный ток потребления. Припой осуществляется к текстолитовым или алюминиевым платам. Светодиоды собираются в группы, соединяемые последовательно. Опять же, количество групп неограниченно.

Последовательное соединение обеспечивает постоянный ток, но есть существенный недостаток — если выйдет из строя хотя бы один LED-диод, то перестает работать все изделие. С другой стороны, диод можно без проблем заменить на новый.

Платы, к которым припаиваются источники света, классифицируются по форме и бывают круглыми, прямоугольными, овальными, многоугольными и т. д.

Драйверы

Драйверы предназначены для преобразования входящего напряжения в пригодную для питания устройства величину. Причем питание для каждой группы светодиодов может быть разным. Самыми распространенными являются трансформаторные схемы с драйверами.

Конструктивные элементы могут быть двух типов — открытыми и закрытыми (в корпусе). Монтируют их в корпус ламп, осветительных приборов.

Дешевые драйверы применяют в обычных фонариках, в которых светодиоды питаются от батареек. В таком случае нет необходимости в резисторе, ограничивающем ток. Из-за этого диоды могут получать повышенный ток, что приводит к их скорому выходу из строя.

Китайские производители нередко пытаются сэкономить на приборах, устанавливая вместо драйверов обычные ограничители тока со схемой на основе конденсатора. Избегайте покупки таких изделий, поскольку помимо крайней неэкономичности они негативно воздействуют на здоровье человека (высокая пульсация).

Цоколь

Поскольку светодиодные изделия позиционируются как лучшие аналоги лампам накаливания, то нет ничего удивительного в том, что они изготавливаются со стандартными цоколями — E27 и E14. Последние часто применяются в ночных и настенных светильниках.

За рубежом иные стандарты, поэтому там чаще можно встретить светодиодные лампы E26.

Корпус

В отличие от ламп накаливания для светодиодных нет необходимости в полной герметичности колб, да и газовая среда внутри отсутствует. Одна из разновидностей светодиодных светильников — филаментный источник, повторяющий устройство лампы накаливания и нуждающийся в газовой среде.

Потребляя то же количество электроэнергии, изделия светят намного ярче аналогов. Обычная светодиодная лампа имеет закрытую колбу, производимую из стекла или пластика. Матовое покрытие понижает светопропускаемость, но это незначительные издержки производства.

Радиаторы

Данные электротехнические изделия боятся высокой температуры и перегрева. По этой причине для повышения срока эксплуатации необходимо устройство для отвода тепла. Алюминиевые платы частично снижают влияние перегрева, но этого недостаточно. Дорогие и качественные лампы обязательно используют радиаторы, размер которых зависит от количества светодиодов в приборе.

Наличие радиатора повышает стоимость и габариты изделия, но является обязательным условием для создания качественного и долговечного прибора.

Компоновка составных частей

В зависимости от производителя, устройство и конструкция лампы разные. С другой стороны, общий принцип компоновки остается одинаковым. Сборка начинается с цоколя, куда последовательно устанавливают драйвер, радиатор, плату с LED-диодами и колбу.

Для сравнения рассмотрим устройство изделия от двух производителей.

Светодиодная лампа BBK

Цоколь изготавливается из пластика. Внутри установлен качественный драйвер. Для корпуса используется алюминий, выполняющий функции радиатора. Туда крепится плата с диодами и линза. Наличие данной линзы понижает световую отдачу прибора.

Лампа Gauss

Опять же цоколь изготовлен из пластика, имеются драйвер и алюминиевый корпус с установленной диодной платой. Конструкция гарантирует долговечность изделия.

Как проверить светодиодную лампу при покупке

Возьмите в руки светодиодную лампу и осмотрите ее внешне, чтобы убедиться в отсутствии каких-либо изъянов. Выполнить это можно только при условии применения прозрачной колбы. Для начала проверьте радиатор (он выпускается литого или наборного типа). Чем выше мощность изделия, тем объемнее должен быть радиатор. Отличным вариантом станет применение алюминиевых или керамических охладителей.

В идеале электротехнический элемент нужно покрыть термопластиком. Убедитесь, что в цоколе отсутствуют люфты и механические дефекты. Также в любом магазине есть возможность подключить лампу к электрической сети, чтобы проверить ее работоспособность. Сделав это, взгляните на излучаемый свет. Используйте фотокамеру на смартфоне, чтобы убедиться в отсутствии мерцания и пульсации. Ни в коем случае не покупайте лампу, которая мерцает при работе.

Полученной информации по устройству и принципу работы светодиодной лампы может быть недостаточно для выбора качественного осветительного прибора, характеризующегося безопасностью, надежностью и долговечностью. Также нужно учитывать другие критерии, включая характеристики и производителя, о чем подробно описано в этой статье.

Источник