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
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
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
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
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
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
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
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.

Ссылка на основную публикацию