Доработка и схемы светодиодных лампочек

Доработка светодиодных лампочек

Сегодняшняя статья – первая в этом году, и первая в Конкурсе статей 2019 года. Но не первая – у её Автора, Алексея Филиппова, который неоднократно публиковался на СамЭлектрик.ру.

На этот раз Алексей расскажет про устройство и электрические схемы светодиодных ламп, и расскажет про 4 простых способа доработки схем светодиодных ламп.

Идеи, изложенные в статье – его собственные. Только идея с уменьшением тока светодиодов не новая, остальное он сам придумал, сам опробовал и применил.

Я лишь буду, как обычно, в цитатах вставлять некоторые комментарии и ссылки.

Итак, слово Автору.

4 простых доработки светодиодных ламп

Речь пойдёт про современные светодиодные лампочки, которые теперь стали более доступны. Идеи доработки LED ламп, изложенные в статье, пригодятся заядлым самодельщикам. В начале рассмотрим конструкцию, позже доработки.

Современная конструкция ламп получилась в результате эволюции проб конструкторов сделать лампочку доступной и максимально эффективной и сейчас эта конструкция наиболее часто встречается.

Сравнение принципов построения схем светодиодных ламп

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:

  1. хорошая стабильность выходного тока в широком диапазоне питающего напряжения, полное отсутствие пульсаций, по сравнению со схемой на конденсаторном балласте.
  2. 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.
  3. 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 отличии от трансформатора в изолированном драйвере, меньше нужно материала, для его изготовления.
Сравнение драйверов светодиодных ламп

Сравнение внешнего вида драйверов светодиодных ламп

Будьте осторожны при работе с такими драйверами, чтобы не получить удар током!

Фото платы изолированного драйвера с обратной стороны:

Изолированный драйвер с разделительным трансформатором, фото

Изолированный драйвер для светодиодов с разделительным трансформатором

 

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 рассеивателя снимается с некоторым усилием.

Разборка светодиодной LED лампы

Разборка светодиодной лампы

Плата с диодами может быть запрессована или прикручена винтами, контакты могут быть припаяны или съемными. С прикрученной платой всё просто, а вот с запрессованной придётся повозится. Мне обычно удается подковырнуть плату плоской отвёрткой, но каждый раз, у разных производителей это не всегда удаётся совсем без повреждений корпуса, иногда откалывается кусок пластика, который затем можно приклеить обратно, если есть необходимость.

После снятия платы со светодиодами не нужно сразу пытаться извлечь драйвер, это не получится. Будут мешать провода, идущие от цоколя лампы.

Драйвер питания внутри светодиодной лампы

Драйвер внутри светодиодной лампы

На заводе сборка происходила в другом порядке, чем мы пытаемся разобрать. 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 придётся удлинить.

 

Смотрим, как устроена LED лампочка

Теперь можно рассмотреть все детали лампы и из чего она устроена. Разработчики ламп заложили определенные характеристики в конструкцию лампы, а именно ток через светодиоды, который обусловлен несколькими требованиям, такими как температурный режим, яркость и мощность потребления, срок службы лампочки и соотношение цены и всех этих характеристик.

Теорию мирового заговора производителей, по которой производители заинтересованы делать не надёжные вещи, мы рассматривать не будем, моё мнение что это миф, всё диктует маркетинг и потребители, а производители делают то что у них заказывают, то что хорошо продаётся, значит всегда ищут середину между надежностью и ценой. В наших реалиях обычно более дешёвые товары выигрывает по продажам, в итоге имеем то что имеем.

Выход из строя лампочки в большинстве случаев происходит из-за обрыва в цепи светодиодов.

Неисправная лампа и светодиоды

Неисправная лампа – на сгоревшем светодиоде, который обрывает цепь, можно видеть черную точку.

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.

Я подробно рассказываю об этом в статьях про устройство светодиодных прожекторов и ремонт прожекторов.

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, и за одно это позволяет поднять напряжение питания светодиода при последовательном включении кристаллов внутри одного корпуса светодиода.

Светодиод для лампы с тремя кристаллами

Светодиод для лампы с тремя кристаллами, работающими в облегченном режиме

 

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. Снижение яркости при снижении тока через светодиоды происходит не линейно, с некоторым отставанием, так что 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.

Зависимость яркости светодиода от тока

Зависимость яркости светодиода от прямого тока с учетом тепловых потерь

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.

Первая переделка схемы драйвера лампочки

Первая переделка схемы драйвера LED лампы

Резистор нужно заменить на резистор бОльшего сопротивления или отпаять один из двух резисторов. Ток через светодиоды снижается пропорционально увеличению сопротивления резистора датчика тока.

Доработка схемы - показан резистор обратной связи, который нужно заменить

Доработка схемы – показан резистор обратной связи

Даже незначительное снижение тока через светодиоды и мощности лампы существенно продлевает срок службы, так как температура самого кристалла светодиода снижается гораздо в большей степени, чем температура наружного корпуса лампы из за теплового сопротивления переходов кристалл-подложка-припой-проводник платы и т.д., и уменьшается тепловое расширение разрушающее место крепления проводника к кристаллу.

Возьмем случай для наглядности как тепло передается от кристалла в окружающую среду: допустим линия электропередач где нибудь либо очень длинная, либо сечение проводов маленькое, при включении приборов разной мощности происходит заметная “просадка” напряжения , чем выше мощность потребителя, тем больше просадка напряжения (потери).

Читайте статьи про потери напряжения при постоянном токе и про потери в кабельной линии.

Так и с теплом у светодиодов, при одном и том же тепловом сопротивлении, при меньшей мощности на кристалле, тепло лучше передаётся на корпус и в окружающий воздух (меньше “просадка”).

Более дорогие лампы отличаются большим количеством светодиодов на меньшем токе и заниженной мощности, чем у более дешёвых ламп, светоотдача люмен/вт у них больше и режим светодиодов более щадящий. На фото ниже лампочка с заявленной светоотдачей около 108 Лм/вт, тогда как обычно это не более 100 лм/вт.

Светодиодная лампочка с большой светоотдачей

Светодиодная лампочка с большей светоотдачей

Я обычно занижаю мощность на 20-30%, но делаю это на новой лампе, пока золотые проводники еще крепкие.

Та же лампа, со вскрытыми светодиодами

Та же лампа, со вскрытой колбой

Делал занижение мощности когда проводил ремонт светодиодной лампы, но тут для надёжного результата нужно снижать ток через светодиоды как минимум на 50%, так как все светодиоды из одной партии и работали в одинаковых условиях, раз один сгорел, то остальные будут один за одним все потихоньку выходить из строя, лампа долго после ремонта не проработает без занижения мощности, если конечно не заменить сразу все диоды на новые, но это не всегда приемлемо.

 

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.

Доработка светодиодной лампы для плавного включения

Доработка светодиодной лампы для плавного включения яркости

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.

Доработка светодиодной лампы позистором для плавного розжига

Доработка светодиодной лампы позистором

 

Доработка светодиодной лампы термистором для ночника

Доработка светодиодной лампы термистором для плавного розжига

Драйвер для последовательно включенных светодиодов, который используется в люстре, и его схему я подробно рассмотрел в статье Почему перестали гореть светодиоды в люстре.

 

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, в менее мощных КЛЛ, позистор с холодным сопротивлением 1 кОм и более, что не очень подходит для нашей доработки, разве что взять их несколько штук и соединить параллельно, но я этот способ не пробовал.

Позистор (термистор), который входит в схему КЛЛ

Позистор (терморезистор), который входит в схему КЛЛ

Вариант на Али: https://ru.aliexpress.com/item/MZ8-100R-200R-300R-400R-500R-600R-700R-800R-900R-1-1-2/32906779106.html

Схемы энергосберегающих ламп и их ремонт я уже подробно разбирал.

Я так доработал 3 лампы в люстре на потолке, мощностью 7Вт (а было 9 вт изначально, мощность занижена для долговечности), и одну лампочку 3Вт в бра. Плавное включение до 100% происходит примерно за 30 сек.

Плавное включение LED лампочки - доработка схемы позистором

Плавное включение LED лампочки – доработка схемы

 

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.

Ночник на доработанной LED лампе

Ночник на переделанной LED лампе

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.

Резистор на контактах выключателя для переделки LED лампочки в ночник

Схема доработки светодиодной лампочки для работы в режиме ночника

Еще нужно установить в выключатель резистор 68 кОм и мощностью 1 Вт параллельно контактам выключателя, но стоит помнить, что теперь патрон лампочки будет находиться под напряжением.

Резистор на выключателе для доработки

Резистор на контактах выключателя для переделки схемы LED лампочки

Работает схема так : Образуется делитель напряжения, один из резисторов делителя в выключателе, а второй в лампе. Питание приходит на лампу но 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, чтобы настроить напряжение питания и избежать эффекта мигания лампы в режиме ночника, когда микросхема драйвера пытается стартовать.

Подстроечный резистор

Резистор подстроечный для переделки схемы LED лампочки

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. Когда выключатель включен, лампа работает как обычно, но мощность лампы становиться выше, чем была раньше, ровно на ту мощность, которая будет рассеиваться на резисторе, припаянном на выводы микросхемы драйвера.

 

Схема светодиодной лампы с датчиком освещенности

Четвертая доработка тоже расширяет функционал как и третья . Я сделал светильник с использованием драйвера от лампочки и функцией полноценного сумеречного датчика. Понадобилось кроме драйвера дополнительно всего две детали!

Я уже писал статьи про датчики освещенности (сумеречное реле), которые есть в продаже. Тут про его устройство, а тут его схема.

Схема Светодиодной лампочки с встроенным датчиком освещенности своими руками

Схема Светодиодной лампочки с встроенным датчиком освещенности

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 применён GL5537, также подходит GL5539, подстроечный резистор любой подходящий, сопротивлением 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. Одна ножка фоторезистора присоединена к выводу питания микросхемы, которое составляет 17 В, а вторая через подстроечный резистор к выводу с датчика тока.

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 не изолированные драйвера разных производителей на микросхемах с одинаковыми схемами подключения. Было проверено работу схемы на драйверах BP2831, BP2832, BP2833, sic9553, BP9833D, BP2836, и еще с одной микросхемой с неопознанной маркировкой. Аналогичная микросхема CL1501.

У меня выходило делать доработки даже без даташита на микросхему и схемы подключения. Датчик тока легко найти на плате – это резистор сопротивлением несколько Ом, питание микросхемы подается через 2 резистора с сопротивлением сотни кОм (примерно 750К+750К) и обязательно в схеме будет фильтрующий керамический конденсатор, который тоже легко найти.

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. Я расположил его на корпусе светильника и заделал чёрной термоусадочной трубкой, оставив небольшие бортики, чтобы получился колодец для света, иначе светильник будет мигать при попадании на датчик света от светодиодов. Глубины гистерезиса хватает, чтобы отраженный свет от стен не вызывал эффекта мигания.

Самодельный светильник с датчиком освещенности

Самодельный светильник с датчиком освещенности на фоторезисторе

 

Доработанный светильник с сумеречным датчиком

Доработанный светодиодный светильник с датчиком освещенности

Во втором светильнике схему расположил в патроне от КЛЛ, плату и подстроечник приклеил, всё заизолировал каптоновым скотчем, фоторезистор закрепил на корпусе светильника. Получилось универсальное решение, при необходимости можно быстро произвести замену на стандартную лампочку, выкрутить из патрона светильника свой самодельный фотодатчик, а выключатель разомкнуть.

LED Светильник с выносным датчиком

Светильник с выносным датчиком

Сейчас зима, темнеет рано, очень часто приходится вначале пройти по темноте и включить свет, а тогда зайти домой, выходит что мне уже свет не нужен, а с автоматическим датчиком освещённости на много удобнее :)

На этом Алексей завершает повествование, и я уверен, он будет рад ответить на все вопросы в комментариях к статье!

 

Понравилось? Поставьте оценку, и почитайте другие статьи блога!
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
(66 оценок, среднее: 4,73 из 5)
Загрузка...