Защита светодиодных ламп от перегорания: схемы, причины, продлеваем жизнь

На рынке светодиодных ламп и светильников представлен широкий спектр продукции в разных ценовых диапазонах. Основное отличие приборов низкого и среднего ценовых сегментов заключается в большей степени не в используемых светодиодах, а в источниках питания для них.

Светодиоды работают от постоянного тока, а не от переменного, который протекает в бытовой электрической сети, а от качества преобразователя в большей степени зависит надежность ламп и режим работы светодиодов. В этой статье мы рассмотрим, как защитить светодиодные лампы и продлить жизнь дешевым моделям.

Всё описанное ниже справедливо и для светильников и для ламп.

Два основных вида источников питания для светодиодов: гасящий конденсатор и импульсный драйвер

В самой дешевой светодиодной продукции используется гасящий конденсатор в качестве источника питания. Принцип его работы основан на реактивном сопротивлении конденсатора. Отметим простыми словами, что в цепях переменного тока конденсатор представляет собой аналог резистора. Отсюда следуют такие же недостатки, что и при использовании резистора:

1. Отсутствие стабилизации по напряжению или току.

2. Соответственно при росте входного напряжения увеличивается и напряжение на светодиодах, соответственно растёт и ток.

Эти недостатки связаны между собой. В отечественных электросетях, особенно в отдаленных районах, дачных поселках, деревнях и частном секторе часто наблюдаются скачки напряжения. Если напряжение проседает ниже 220В это не так страшно для ламп собранных по этой схеме, ток через светодиоды будет ниже, соответственно они прослужат дольше.

Схема светодиодной лампы с гасящим конденсатором:

А вот если напряжение будет выше номинального, например 240В, то светодиодная лампы быстро сгорит, по причине того, что и ток через светодиоды возрастет. Также очень опасны и импульсные скачки напряжения в сети, они возникают вследствие коммутации мощных электроприборов: вы наверняка замечали, что при включении холодильника или пылесоса, например, свет «моргает» — это и есть проявление этих импульсных скачков. Также они возникают во время грозы или аварийных ситуациях на ЛЭП или электростанции. Выглядит импульс следующим образом:

Импульсные драйвера для светодиодов

В светодиодных лампочках среднего и высокого ценового сегмента используются драйвера импульсного типа со стабилизацией тока.

Светодиоды работают от стабильного тока, напряжение для них не является основополагающей величиной. Поэтому драйвером называют источник тока. Его основными характеристиками является сила выходного тока и мощность.

Стабилизация тока реализуется с помощью цепей обратной связи, если не вдаваться в подробности существует два основных типа драйверов, которые используются в светодиодных лампочках и светильниках:

1. Бестрансформаторный, соответственно без гальванической развязки.

2. Трансформаторный – с гальванической развязкой.

Гальваническая развязка – это система, которая обеспечивает отсутствие прямого электрического контакта между первичной цепью питания и вторичной цепью питания. Она реализуется с помощью явлений электромагнитной индукции, иначе говоря, трансформаторами, а также с помощью оптоэлектронных устройств. В блоках питания для гальванической развязки используется именно трансформатор.

Типовая схема бестрансформаторного 220В драйвера для светодиодов изображена на рисунке ниже.

Обычно они построены на интегральной микросхеме со встроенными силовым транзистором. Она может быть в разных корпусах, например TO92, он используется также и в качестве корпуса для маломощных транзисторов и других ИМС, например линейных интегральных стабилизаторов, типа L7805. Встречаютcя и экземпляры в «восьминогих» корпусах для поверхностного монтажа, типа SOIC8 и другие.

Для таких драйверов повышения или понижения напряжения в питающей сети не страшны. Но крайне нежелательны импульсные перенапряжения – они могут вывести из строя диодный мост, если драйвер бестрансформаторный, то 220В попадут на выход микросхемы, или же мост пробьёт на КЗ по переменному току.

В первом случае высокое напряжение «убьёт светодиоды», вернее один из них, как это обычно происходит. Дело в том, что светодиоды в лампах, прожекторах и светильников обычно соединены последовательно, в результате сгорания одного светодиода цепь разрывается, остальные остаются целыми и невредимыми.

Во втором – выгорит предохранитель или дорожка печатной платы.

Типовая схема драйвера для светодиодов с трансформатором изображена ниже. Они устанавливаются в дорогую и качественную продукцию.

Защита светодиодных ламп: схемы и способы

Есть разные способы защиты электроприборов, все они справедливы для защиты светодиодных светильников, среди них:

1. Использование стабилизатора напряжения – это самый дорогой способ и для защиты люстры его использовать крайне неудобно. Однако можно запитать весь дом от сетевого стабилизатора напряжения, они бывают различных типов – релейные, электромеханические (сервоприводные), релейные, электронные. Обзор их преимуществ и недостатков может стать темой для отдельной статьи, пишите в комментарии, если вам интересна эта тема.

2. Использование варисторов – это прибор ограничивающие всплески напряжения, может использоваться как для защиты конкретного светильника или другого прибора, так и на вводе в дом.

3. Использование дополнительного гасящего конденсатора последовательном включении. Таким образом, ограничивается ток лампы, конденсатор рассчитывают исходя из мощности лампы. Это скорее не защита, а понижение мощности лампы, в результате при повышенных значениях напряжения в электросети срок её службы не сократится.

Варистор для защиты ламп и другой бытовой техники

Варистор – это прибор ограничивающий напряжение, его действие подобно газовому разряднику. Это полупроводниковый прибор с переменным сопротивлением. Когда на его выводах напряжение достигает уровня напряжения срабатывания варистора, его сопротивление снижается с тысяч мегаом до десятков Ом и через него начинает протекать ток. Его подключают в цепь параллельно. Таким образом, происходит защита электрооборудования.

Внешний вид варисторов

Un — классификационное напряжение. Это такое напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток силой в 1 мА;

Um — максимально допустимое действующее переменное напряжение (среднеквадратичное);

Um= — максимально допустимое постоянное напряжение;

Р — номинальная средняя рассеиваемая мощность, это та, которую варистор может рассеивать в течение всего срока службы при сохранении параметров в установленных пределах;

W — максимальная допустимая поглощаемая энергия в джоулях (Дж), при воздействии одиночного импульса.

Ipp — максимальный импульсный ток, для которого время нарастания/длительность импульса: 8/20 мкс;

Со — емкость, измеренная в закрытом состоянии, при работе ее значение зависит от приложенного напряжения, и когда варистор пропускает через себя большой ток, она падает до нуля.

Для увеличения рассеваемой мощности производители увеличивают размер самого варистора, а также делают его выводы более массивными. Они выступают в качестве радиатора для отвода выделенной тепловой энергии.

Для защиты электроприборов в отечественных электросетях переменным напряжением в 220В подбирают варистор больший, чем амплитудное значение напряжения, а примерно равно 310В. То есть можно устанавливать варистор с классификационным напряжением около 380-430В.

Например, подойдет TVR 20 431. Если вы установите варистор с меньшим напряжением, то возможны его «ложные» срабатывания при незначительных превышениях напряжения питающей сети, а если установите с большим – защита не будет эффективной.

Как уже было сказано, варисторы могут устанавливаться непосредственно на вводе в дом, таким образом, вы защитите все электроприборы в доме. Для этого промышленностью выпускаются модульные варисторы, так называемые УЗИП.

Вот схема его подключения для трёхфазной сети, для однофазной – аналогично.

Эти схемы с использованием дифавтомата и защитой от высокого потенциала на одном или двух проводах однофазной цепи не менее интересны.

Для защиты одного светильника или лампочки используют такую схему включения, она приведена на примере самодельного светодиодного светильника, но при использовании готового светильника или лампы варистор устанавливается также – параллельно по цепи 220В.

Вы его можете установить как в корпусе самого осветительного прибора, так и на питающих проводах снаружи. Если он подключается к розетке – варистор можно расположить в розетке. Варистор можно заменить супрессором.

В этом видео ролике автор интересно рассказывает о таком способе защиты.

Готовые решения

Устройство защиты от импульсных перенапряжений для светодиодных светильников – от производителя LittleFuse. Обеспечивают защиту от перенапряжений величиной до 20 кВ. В зависимости от конструкции устанавливается в параллель или последовательно.

На рынке имеются устройства с разными характеристиками – напряжением срабатывания и пиковый ток.

Устройство защиты светодиодов сохраняет лампы при импульсах напряжения. Подключается параллельно цепи освещения после выключателя. Также предотвращает самопроизвольное мигание светодиодных лампочек при использовании выключателей с подсветкой.

Суть работы такого устройства заключается в том, что внутри установлен конденсатор. Ток подсветки выключателей течет через него, также он сглаживает всплески напряжений.

Подобное или аналогичное устройство от фирмы Гранит, модель БЗ-300-Л. Индекс «Л» в конце говорит о том, что это блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп (клл).

Внутри расположено три детали, одну из которых мы рассмотрели выше:

Вот принципиальная схема. Вы можете её повторить.

Заключение

Полностью исключить вероятность перегорания светодиодных ламп и светильников невозможно. Однако вы можете продлить лампочкам жизнь, минимизировав влияние скачков напряжение. Сделать это можно либо своими руками, либо купив блок защиты светодиодных ламп заводского исполнения.

Источник

Продление срока службы светодиодных ламп понижение тока ремонт

Как правило, в светодиодных лампах сильно завышен рабочий ток светодиодов, в связи с чем светодиоды деградируют и выходят через год — два из строя.

В лампах 5.4W на AC 220В с параметрическим (нестабилизированным) БП на основе понижающего конденсатора 1,3мкф (135 надпись и 400

) применяются последовательных 10 светодиодов на 6В, 90мА 0,54W, в итоге 60В, 5,4W. Нужно уменьшить ёмкость понижающего конденсатора до 1,0 мкф (105) и рабочим напряжение 400

соответственно. Таким образом рабочий ток 10-ти светодиодов упадёт с 90 мА до 60 мА, напряжение с 60 до 56 Вольт и нагрев всей лампы существенно снизится. Мощность упадёт на 30%.

В лампах Ecola A50 LED 7W на AC 220В с параметрическим (нестабилизированным) БП на основе понижающего конденсатора 1,1мкф (115 надпись и 400

) применяются последовательных 40 светодиодов на 3В, 57мА 0,54W, в итоге 120В, 6,6W. Нужно уменьшить ёмкость понижающего конденсатора до 1,0 мкф (105) и рабочим напряжение 400

соответственно. Таким образом рабочий ток 40-ти светодиодов упадёт с 57 мА до 52 мА, напряжение с 120 до 114 Вольт и нагрев всей лампы существенно снизится. Мощность упадёт на 10%.

В лампах 3.5W Feron LB-40 E27 2700K на AC

220-240V на основе драйвера микросхемы BP3122 (8 ног) и трансформатора 12x12x10мм применяются 6 последовательно (3 планки)-параллельно (по 2 светодиода на планке) включенных светодиодов на 3.13В 85мА, 0,3W. На светодиоды идёт 9.4В, 170мА, 1.6W. Для понижения тока нужно увеличить резистор c 1 на 2 ногу CS (BP3122) с 2.2 ома до 2.7 ома путём замены или допайки последовательно R50 — 0.5 омного резистора. Мощность снизится на 19%. Рабочее напряжение на светодиодах снизится до 9 Вольта, ток до 140мА, соответственно для одного светодиода 3,0В, 70мА, 0,21W. На плате светодиодов надпись 3WG45B.

В лампах 5W на AC 85-265V на основе драйвера микросхемы BP3102 (8 ног) и трансформатора 10x10x10мм применяются 10 последовательно (по 5 в группе)-параллельно(в 2 группы) включенных светодиодов на 3,1В 90мА, 0,3W. На каждой планке стоят 2 светодиода из разных групп. На 2 группы светодиодов идёт 15,4В, 180мА, 3W. Для понижения тока нужно увеличить резистор на 4 ноге CS (BP3102) с 2.2 ома до 3.2 ома путём замены или допайки последовательно 1R0 — 1 омного резистора. Мощность снизится на 32%. Рабочее напряжение на группах светодиодов снизится до 15,2 Вольта, ток до 120мА, соответственно для одного светодиода 3,0В, 60мА, 0,2W. На плате светодиодов надпись BL-5650.

В лампах 5W на AC 85-265V на основе драйвера микросхемы BP3102 (8 ног) и трансформатора 10x10x10мм применяются 8 последовательно (по 4 в группе)-параллельно(в 2 группы) включенных светодиодов на 3,2В 110мА, 0,35W. На каждой планке стоят 2 светодиода из одной группы. На 2 группы светодиодов идёт 12,8В, 220мА, 3W. Для понижения тока нужно увеличить резистор на 4 ноге CS (BP3102) с 1.8 ома до 2.8 ома путём замены или допайки последовательно 1R0 — 1 омного резистора. Мощность снизится на 36%. Рабочее напряжение на группах светодиодов снизится до 12,2 Вольта, ток до 140мА, соответственно для одного светодиода 3,0В, 70мА, 0,2W.

В лампах 9W E27 4000K на AC 220V на основе стабилизатора тока — микросхемы BP2832 2832 (8 ног) применяется круг A60-2835-26 из 2параллельных линеек по 13 последовательно включенных светодиодов, на 6,15В 57мА, 0.35W. На все светодиоды идёт 80В, 114мА, 9W. Для понижения тока нужно увеличить резистор 1R65 до 1R8 или 2R0 ома путём замены (я поставил параллельно 2 и 22 ома, итогом 1,8 Ома). Мощность снизится на 9-18%, до 8W-7.5W. Рабочее напряжение на группах светодиодов снизится до 78 Вольт, ток до 52-47мА, соответственно для одного светодиода 6В, 52-47мА, 0,31-0,28W.

В лампах 10W E27 4200K на AC 230V FLL-A60-9-230-4K-E27 на основе стабилизатора тока — микросхемы BP9916C 9916C (8 ног) применяется круг A60-2835-1W-10C из 10 последовательно включенных светодиодов, на 8,9В 90мА, 0.8W. На все светодиоды идёт 89В, 90мА, 8W. Для понижения тока нужно увеличить параллельно включенные резисторы 5R9 и 6R8 ом, до 5R9+2R2 и 6R8 — с вычисленного 3.15 ома до 3.7 ома путём замены или допайки последовательно с 5,9 омным ещё 2,2 омного резистора. Мощность снизится на 17%, до 7W. Рабочее напряжение на группах светодиодов снизится до 87,6 Вольт, ток до 79мА, соответственно для одного светодиода 8,76В, 79мА, 0,7W.

В лампах 11W на AC 220V на основе стабилизатора тока — микросхемы BP9918C 9918C (3 ноги) применяются 18 последовательно включенных светодиодов, на 11В 55мА, 0,6W. На все светодиоды идёт 200В, 55мА, 11W. Для понижения тока нужно увеличить параллельно включенные резисторы 10 и 12 ом, до 20 и 12 ом (средняя нога CS BP9918C) — с вычисленного 5.5 ома до 7.5 ома путём замены или допайки последовательно с 10 омным ещё 10 омного резистора. Мощность снизится на 28%, до 8W. Рабочее напряжение на группах светодиодов снизится до 180 Вольт, ток до 44мА, соответственно для одного светодиода 10В, 44мА, 0,44W.

В лампах 12W на 220В 50Гц, 4000K E27 на основе стабилизатора тока — микросхемы BP2833A 2833A (8 ноги) на плате L2029-03-40 распаяны 23 последовательно включенных светодиода, на 3,2В 162мА, 0,52W. На все светодиоды идёт 73,6В, 162мА, 12W. Для понижения тока нужно увеличить параллельно включенные резисторы 2R10 и 2R70 ом, до 2R10 и 3R2 ом (8 нога BP2833A) — с вычисленного 1.18 ома до 1.26 ома путём замены. Мощность снизится на 8%, до 11W. Рабочее напряжение на группах светодиодов снизится до 73 Вольт, ток до 150мА, соответственно для одного светодиода 3.17В, 150мА, 0,47W.

В лампах Космос AC 220V 3W на основе стабилизатора тока 200ма — микросхемы BP2812 (8 ног) (плата GL-0AC5W_V2.0) применяются 10последовательно включенных светодиодов, на 30.7В 90мА, 2.8W, плата T2-P45-3W. От лабораторного БП ставлю 31.5В и эти светодиоды жрут 50ма и светят слабее, что говорит о нестандартном.. В схеме же осциллографом форма напряжения 31 В ровная, а до зеленого дросселя пульсации..

В лампах с али 15W Warm White 220V RoHS на основе стабилизатора тока 2 микросхемы MBI1802 (плата D44-22P-01 3611E) применяются 22последовательно включенных светодиода, разорванных на 16 и 6 штук микросхемами. На светодиодах 38V и 109V постоянки соответственно, ток 57мА, 8.5W, в середине на U1 и U2 микросхемах 43V, всего 190V. На одном светодиоде 6.7V, 0.38W. От сети было потребление

230V, 62мА на переменке. Внимание, эта лампа на фотоаппарате сильно мерцает! Обязательно паяем конденсатор от 4.7 uF до 10 uF на 400V после диодного моста и для кондера есть много места в цоколе. После впайки кондёра ток возрастает до 92мА и светодиоды сгорят за 5 сек. Для уменьшения тока нужно на микросхемах 1802 вместо R1 и R2 по 13 Ом впаять два резистора по 15 Ом (ток упадёт до 50мА), если хай себе мерцает и не паять кондёр, или по 23 Ома (можно резюки стоя допаять последовательно в длину два по 10 Ом) (ток упадёт до 52мА), если паять кондёр.

Охлаждение:
Также, в лампах с массивным алюминиевым радиатором между ним и кругляшом светодиодов часто отсутствует белая теплопроводящая паста КПТ-8, желательно её нанести.
Если не опасно и есть возможность разобрать лампу — то желательно снять пластиковый или стеклянный стакан — стекло греть путем включения лампы )) — то это даст дополнительное охлаждение, а с исчезновением пластика немного повысит световой поток, но даст синеватый оттенок и точечные источники света будут слепить глаза при попадании лампы в зрительную область.
Если есть возможность намного более качественно улучшить охлаждение лампы путём установки горизонтально, в всегда холодном месте или путём разбора на составляющие и при разносе греющихся компонентов или установке их на массивные радиаторы, то можно снижать потребление лампы не на 30%, а на 10-15%. На заводе срок действия лампы точно посчитан на уровне 1 года — дешевые, 2 года — средние, 3 года — дорогие, поэтому важно сделать чтобы не ярко светило, а долго. Для яркости просто ставьте больше ламп.. Если не снижать рабочий ток, то через время деградируют и светодиоды, и конденсаторы..

Ремонт:
Всё то же самое нужно делать и в процессе ремонта вышедших из строя ламп, в которых чаще всего горят светодиоды, а реже вздуваются конденсаторы. В лампах с последовательной схемой включения светодиодов сгоревшие закорачиваем, в параллельных все утухшие светодиоды меняем на целые (увы, или не будет работать группа, но можно с умом и коротить в каждой группе поровну), и обязательно снижаем ток (потому что все светодиоды немного деградировали).
Файл для расчетов
http://agansk.ru

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Источник