Устройство светодиодной лампы, принцип работы светодиода

Сага о светодиодных лампах. Часть 3 — как это устроено

В прошлой статье мы провели небольшое сравнение параметров светодиодных (и не только) ламп, в ходе которого убедились, что почти одинаковые на вид, на цвет и на ощупь лампы могут иметь самые разные характеристики, простирающиеся от «очень хорошо» до «отвратительно», причем даже лампы одного производителя могут показывать самое разное качество. Теперь наступило время посмотреть, что внутри этих ламп и разобраться, что делает хорошие лампы хорошими, а плохие – плохими.

Разумеется, все манипуляции автор проводил на свой страх и риск, и потому не несет никакой ответственности за какие-либо возможные последствия для желающих повторить его подвиги.

Внимание — много фотографий.

Для удобства продублирую таблицы сравнения из прошлой статьи:

С цоколем E27:

Тип лампы	Измеренная мощность, Вт (холодный старт)	cos(φ)	Kp	В целом
ASD 11W	9	0.82	1%	Очень хорошо
Gauss 12 W	12	0.62	1%	Хорошо
Gauss 6.5 W	6	0.50	1%	Приемлемо
SUPRA 11 W	9	0.95	35%	Плохо
ASD 7 W	4	0.45	100%	Отвратительно

С цоколем E14:

Тип лампы	Измеренная мощность, Вт (холодный старт)	cos(φ)	Kp	В целом
Gauss 3W	2	0.60	1%	Хорошо
Gauss 6.5W	6	0.95	49%	Очень плохо
Wolta 5W	2.2	0.40	68%	Отвратительно

Первое, что привлекает внимание – чудесная лампа ASD с коэффициентом пульсаций порядка 100% и измеренной мощностью более чем на 40% меньше заявленной.

При этом она не диммируемая, что могло бы немного извинить такие характеристики. Неужели там внутри стоит… Впрочем нет, давайте разберем и посмотрим.

Ой. Это стекло, что ли? Зачем в светодиодной лампе делать стеклянный баллон? Одна из фишек светодиодов – нечувствительность к ударам. Правильно спроектированной светодиодной лампой практически можно играть в футбол. Стеклянный баллон, разумеется, сводит это преимущество на нет. Неужто стекло дешевле в производстве? Хорошо хоть не порезался. Ну окей, раз оно так, подойдем по-другому.

Стекло тонкое; при механическом повреждении баллон разбивается в малоприятное крошево. Внутри вроде бы есть то ли пленка, то ли напыление, но оно как-то слабо помогает. Да и что мешало сделать баллон из пластика?

Внутри видим плату с алюминиевым основанием (ну хоть это хорошо) с горстью светодиодов на ней. А что там с драйвером?

Да, как я и боялся предположить вначале, внутри стоит классическая схема с гасящим конденсатором. Кто не знает – есть такой способ питания нагрузок от сети, историей уходящий в глубину пятидесятых годов (да-да). Принцип его основывается на том, что конденсатор в цепи переменного тока обладает реактивным сопротивлением, что позволяет использовать оный для ограничения тока. Фактически, это эквивалентно включению резистора последовательно со светодиодом. Плюс у этого способа только один – простота и дешевизна; остальное минусы — абсолютно никакой коэффициент мощности, отсутствие гальванической развязки с сетью (впрочем, это тут не так важно), очень условная стабилизация тока диодов (в нашем случае) и т.д.

Схема лампы спартански проста.

Насчет высокого коэффициента пульсаций не совсем понятно – электролитический конденсатор на выходе вроде как есть (2.2 мкФ, 400 В). Но то ли 2.2 мкФ маловато для такой мощности, то ли конденсатор высох (хотя лампу-то я взял новую), то ли сам конденсатор не особо хорош, но он не помогает – это факт.

Как-то так. Зато стоит дешево, всего около 200 р. в розницу. Но я бы ее и за такие деньги всерьез покупать не стал. Лучше уж купить КЛЛ за ту же цену, скорее всего будет приличнее.

Давайте, однако, расковыряем что-нибудь приличное. Можно было бы взять одиннадцативаттную лампу того же бренда ASD, к слову, лидирующую по всем параметрам, но ASD мы уже разбирали. Потому для разнообразия я предлагаю демонтировать идущую второй лампу от Gauss LED, тем более что отстает она только по коэффициенту мощности, и то ненамного.

Надо сказать, что эта лампа от Gauss непривычно тяжелая, навскидку граммов триста. По ощущениям в руке – этакий солидный кирпичик, что наводит на мысли о каком-то совершенно фантастическом теплоотводе. Вообще, в инструкции обещают, что корпус сделан из керамики и алюминия. Что же, посмотрим.

Наученный горьким опытом с лампой от ASD, к снятию баллона я здесь подходил крайне осторожно. Тем не менее, мои опасения были напрасны – тут он пластиковый, как и должно быть.

Вообще, по колупаемости корпус как-то не похож на керамику. Хотя не знаю, может это я чего-то не понял.

Однако, что мы видим? Алюминиевая плата со светодиодами крепится к корпусу винтами и подключена к драйверу разъемом! Вау. Такого в «одноразовых» приборах вроде лампочек я еще не видел. Не, правда. Неужто она, вопреки предостережениям в инструкции, ремонтопригодна? Если так, то это же просто невероятно!

Упс, увы нет. Схема управления намертво залита компаундом (естесственно, негорючим – я специально проверил), так что о ремонтопригодности можно забыть. К счастью, компаунд оказался не эпоксидной смолой, что свело бы перспективы дальнейшего изучения к нулю, а чем-то вроде пористой резины, которую с некоторым усилием удалось удалить и извлечь драйвер.

Кстати о весе и теплоотводе. Теплоотвод действительно представляет собой достаточно увесистую алюминиевую болванку, запрессованную в то, что, согласно написанному в инструкции, является керамикой.

Однако мы наконец добрались до самого интересного, квинтессенции светодиодной лампочки – ее драйвера.

Как выяснилось, драйвер этой лампочки построен по классической бестрансформаторной понижающей топологии (step-down/buck converter). Так что желтое моточное изделие – дроссель, а не трансформатор обратноходового источника, как могло бы показаться с первого возгляда. В основе решения лежит микросхема MP4050 от Monolithic Power Systems, включенная по практически типовой схеме.

Если говорить об отличиях, инженеры Varton дополнили типовую схему диодным мостом и фильтрующим электролитическим конденсатором на входе, однако сэкономили на конденсаторах, обозначенных на типовой схеме как C1 и C2. Эта экономия, судя по всему, и приводит к не слишком высокому коэффициенту мощности (участок схемы с катушкой является ничем иным, как узлом коррекции коэффициента мощности). Тем не менее, как видно по фотографиям, место под них есть. Сама катушка присутствует и, как видно по замерам параметров, делает свое благое дело.

Итак, что имеем для этой лампы в целом? Прежде всего, отличный коэффициент пульсаций – около 1%, что находится в районе погрешности моего метода измерения. Сам свет на мой вкус очень приятный, без желтизны и синевы, чисто белый. Обстановка в свете этих ламп смотрится очень естесственно, так что заявленному индексу цветопередачи более 92 определенно можно верить. В этом смысле они нравятся мне даже больше КЛЛ, и, разумеется, больше откровенно желтых ламп накаливания.

Очень приличная конструкция. Вообще, намертво залитый компаундом драйвер дает надежду на то, что эту лампу можно использовать во влажных местах вроде ванной комнаты или вовсе в уличных светильниках (к слову, что-то там в инструкции есть про тротуарные светильники). Тем не менее, соединение светодиодной сборки и драйвера, выполненное в виде гламурного разъема, хотя и очень впечатляет, но вселяет некоторые опасения на тему того, как оно поведет себя в условиях систематического присутствия влаги. Было бы однозначно спокойнее, если бы контакты были, например, для верности промазаны чем-то вроде проводящей графитовой смазки или, на худой конец, просто залиты герметиком. Так что насчет этого вопрос.

Баллон пластиковый – слава богу. Как мы видели, это далеко не правило. Так что хорошо, что в случае Gauss здравый смысл возобладал.

Некоторую тревогу вызывает тепловой режим драйвера – он помещен аккурат в самое теплое место, да еще и залит компаундом, что предотвращает всякую конвекцию. Тут имеет смысл вспомнить картинку в ИК-лучах:

Греть электролитические конденсаторы до 60 – 70 градусов (внутри, разумеется, будет теплее, чем на поверхности) – так себе идея. Конечно, надо признать, что в такой конфигурации поместить электронику больше просто некуда. Я уже отмечал, что геометрия лампы накаливания чужда светодиодам – вот одно из проявлений этого тезиса. Впрочем, примененные конденсаторы промаркированы как сертифицированные для температуры до 125 °С, и, вроде бы, судя по малочисленным отзывам в интернете, бренд Aishi, который мы видим тут, не самое плохое, что может быть. Хотя, конечно, Chemi-Con или хотя бы что-то более известное науке, вроде Jamicon, в таком применении внушали бы больше доверия. Тем не менее, гарантийный срок, заявленный в инструкции, составляет три года.

Сам тип драйвера определенно выбран верно. Понижающая бестрансформаторная топология очень хороша в смысле малой величины пульсаций, что мы и наблюдаем.

Если говорить о таком важном факторе, как теплоотвод светодиодов, то видимый на ИК-снимке равномерный прогрев корпуса до достаточно высокой температуры позволяет предположить, что в этом смысле все неплохо.

В целом можно сказать, что бесспорный недостаток у этой лампы только один – цена, которая составляет около 700 р. в розницу по данным Яндекс.Маркета. Тем не менее, как видно, это достаточно качественный прибор, который, хотя и стоит космических для лампочки денег, имеет все шансы оправдать доверие.

На этом на сегодня все. В следующих статьях мы продолжим экспериментальное исследование лампочек.

Изучаем устройство светодиодных ламп на 220В

Уже на протяжении многих лет мы применяли обычные лампы накаливания для освещения дома, квартиры, офиса или промышленного предприятия. Однако с каждым днем цены на электроэнергию стремительно растут, что заставляет нас отдавать предпочтение более энергоэффективным устройствам, обладающим высоким КПД, длительным сроком службы и способными создавать необходимый световой поток с минимальными затратами. Именно к таким устройствам относятся светодиодные лампы на 220 вольт, преимущества которых мы постараемся раскрыть в полном объеме в данной статье.

Внимание! В этой публикации приводятся примеры схем, с питанием от опасного для жизни напряжения 220В. Собирать и испытывать такие схемы разрешается только лицам, имеющим необходимое образование и допуски!

Самая простая схема

Светодиодная лампа на 220 В — это одна из разновидностей ламп освещения, световой поток в которой создается за счет преобразования электрической энергии в световой поток с помощью кристалла светодиода. Для работы светодиодов от стационарной бытовой сети 220 В необходимо собрать самую простейшую схему, изображенную ниже на рисунке.

Схема светодиодной лампы на 220 вольт состоит из источника переменного напряжения 220–240 В, выпрямительного моста для преобразования переменного тока в постоянный, ограничительного конденсатора С1, конденсатора для сглаживания пульсаций С2 и светодиодов, подключаемых последовательно от 1-го до 80 штук.

Принцип работы

При подаче переменного напряжения 220 В переменной частоты (50 Гц) на драйвер светодиодной лампы, оно проходит через токоограничивающий конденсатор С1 на выпрямительный мост, собранный из 4-х диодов.

После этого на выходе моста мы получаем постоянное выпрямленное напряжение, требующееся для работы светодиодов. Однако для получения непрерывного светового потока, в драйвер необходимо добавить электролитический конденсатор C2 для сглаживания пульсаций, возникающих при выпрямлении переменного напряжения.

Глядя на устройство светодиодной лампы на 220 вольт, мы видим, что там присутствуют сопротивления R1 и R2. Резистор R2 служит для разрядки конденсатора для защиты от пробоя при выключенном питании, а R1 — для ограничения тока, подаваемого на светодиодный мост при включении.

Схема с дополнительной защитой

Также в некоторых схемах есть дополнительное сопротивление R3, расположенное последовательно светодиодам. Оно служит для защиты от бросков тока в цепях светодиодов. Цепочка R3—C2 представляет классический фильтр низкой частоты (НЧ).

Схема с активным ограничителем тока

В этом варианте схемы ограничивающим ток элементом является сопротивление R1. Такая схема будет иметь показатель коэффициента мощности или cos φ близкий к единице, в отличие от предыдущих вариантов с токоограничивающим конденсатором, представляющих из себя реактивную нагрузку. Недостаток такого варианта в необходимости рассеивать значительное количество тепла на резисторе R1.

Для разрядки остаточного напряжения конденсатора C1 до нуля в схеме применен резистор R2.

Устройство светодиодных ламп для цепей переменного тока напряжением 220В

Светодиодные лампочки состоят из следующих компонентов:

1. Цоколя (Е27, Е14, Е40 и так далее) для вкручивания в патрон светильника, бра или люстры;
2. Диэлектрической прокладки между цоколем и корпусом;
3. Драйвера, на котором собрана схема для преобразования переменного напряжения в постоянного необходимой величины;
4. Радиатора, который служит для отвода тепла от светодиодов;
5. Печатной платы, на которую впаиваются светодиоды (типоразмеров SMD5050, SMD3528 и так далее);
6. Резисторов (чипы) для защиты светодиодов от пульсирующего тока;
7. Светорассеивателя для создания равномерного светового потока.

Как подключить светодиодные лампы на 220 вольт

Самая большая хитрость при подключении светодиодных ламп на 220 в, что никакой хитрости нет. Подключение происходит абсолютно точно также, как вы это делали с лампами накаливания или компактными люминесцентными лампами (КЛЛ). Для этого: обесточьте цоколь, а затем вкрутите в него лампу. При установке никогда не касайтесь металлических частей лампы: помните, что иногда нерадивые электрики вместо фазы могут провести через выключатель ноль. В таком случае, фазное напряжение никогда не будет сниматься с цоколя.

Производители выпустили светодиодные аналоги всех, выпускавшихся ранее типов ламп с самыми разными цоколями: Е27, Е14, GU5.3 и так далее. Принцип установки для них остается такой же.

Если же Вы купили светодиодную лампочку, рассчитанную на 12 или 24 Вольта, тогда Вам не обойтись без блока питания. Подключение источников света производится параллельно: все «плюсы» лампочек вместе к плюсовому выходу блока питания, а все «минусы» вместе — к «минусу» блока питания.

В данном случае, важно соблюдать полярность («плюс» — к «плюсу», «минус» — к «минусу»), поскольку светодиоды будут испускать световой поток только в том случае, если соблюдена полярность! Некоторые изделия при переполюсовке могут выйти из строя.

Внимание! Не перепутайте блок питания (источник питания) постоянного напряжения с трансформатором. Трансформатор дает на выходе переменное напряжение, в то время как источник питания — постоянное напряжение.

Например, у вас есть мебельная подсветка на кухне, в гардеробе или в другом месте, составленная из 4-х галогенных ламп мощностью 40 Вт и напряжением 12 В, запитанных от трансформатора. Вы решили заменить эти лампы на светодиодные 4 штуки по 4–5 Вт.

Внимание! В этом случае необходимо заменить используемый ранее трансформатор на источник постоянного напряжения 12 В мощностью не менее 16–20 Вт.

Иногда подобные светодиодные лампы для точечных светильников в большинстве случаев комплектуются блоком питания на заводе-изготовителе. При покупке таких ламп следует одновременно озадачиться и покупкой источника питания.

Как сделать простую светодиодную лампочку

Для того, чтоб собрать светодиодную лампу нам потребуется старая люминесцентная лампа, точнее ее основание с цоколем, длинный кусок 12 В светодиодной ленты,и пустая алюминиевая 330 мл банка

Для питания такой лампы понадобится источник постоянного напряжение на 12 В такого размера, чтобы без проблем вошел внутрь банки.

Итак, теперь само изготовление:

1. Обмотайте лентой банку, как показано на рисунке.
2. Припаяйте провода от светодиодной ленты к выходу источника питания (ИП).
3. Вход ИП проводами припаяйте к цоколю основания лампы.
4. Сам источник надежно закрепите внутри банки, предварительно вырезав достаточное по размеру отверстие для пропускания ИП внутрь.
5. Приклейте банку с лентой к основанию корпуса с цоколем и лампа готова.

Конечно, такая лампа не шедевр дизайнерского искусства, но зато сделана своими руками!

Основные неисправности светодиодных ламп на 220 вольт

Исходя из многолетнего опыта, если не горит светодиодная лампа 220 в, то причины могут быть следующими:

1. Выход из строя светодиодов

Поскольку в светодиодной лампе все светодиоды подключены последовательно, если выходит хотя бы один из них, вся лампочка перестает светится поскольку возникает обрыв цепи. В большинстве случаев светодиоды в лампах на 220 применяются 2-х типоразмеров: SMD5050 и SMD3528.

Для устранения этой причины необходимо найти вышедший из строя светодиод и заменить его на другой, или же поставить перемычку (перемычками лучше не злоупотреблять — так как они могут увеличить ток через светодиоды в некоторых схемах). При решении проблемы вторым способом незначительно уменьшится световой поток, однако лампочка опять станет светить.

Чтоб найти поврежденный светодиод нам понадобится источник питания с низким током (20 мА) или мультиметр.

Для этого подаем «+» на анод, а «–» на катод. Если светодиод не засветится, значит он вышел из строя. Таким образом нужно проверить каждый из светодиодов лампы. Также вышедший из строя светодиод можно определить визуально, это выглядит примерно так:

Причиной данной поломки в большинстве случаев является отсутствие какой-либо защиты светодиода.

2. Выход из строя диодного моста

В большинству случаев при таковой неисправности основная причина — заводской брак. И в таком в случае зачастую «вылетают» и светодиоды. Для решения данной проблемы необходимо заменить диодный мост (или диоды моста) и проверить все светодиоды.

Чтобы проверить диодный мост необходим мультиметр. Необходимо подать на вход моста переменное напряжение 220 В, и проверить напряжение на выходе. Если на выходе оно остается переменным, то значит диодный мост вышел из строя.

Если диодный мост собран на отдельных диодах, их можно поочередно выпаять и проверить прибором. Диод должен пропускать ток только в одном направлении. Если он вообще не пропускает ток или пропускает при подаче на катод положительной полуволны значит он вышел из строя и требует замены.

3. Плохая пайка выводных концов

В данном случае нам будет необходим мультиметр. Нужно разобраться в схеме светодиодной лампы и далее проверять все точки, начиная со входного напряжения 220 В и заканчивая выводами светодиодов. Исходя из опыта, данная проблема присуща дешевым светодиодным лампам и чтоб ее устранить достаточно паяльником дополнительно пропаять все детали и компоненты.

Где купить лампу

Максимально быстро закрыть вопрос можно в ближайшем специализированном магазине. Оптимальным же, по соотношению цена-качество, остаётся вариант покупки в Интернет-магазине АлиЭкспресс. Обязательное длительное ожидание посылок из Китая осталось в прошлом, ведь сейчас множество товаров находятся на промежуточных складах в странах назначения: например, при заказе вы можете выбрать опцию «Доставка из Российской Федерации»:

Заключение

Светодиодная лампа 220 в — это энергоэффективное устройство, обладающее хорошими техническими характеристиками, простой конструкцией и легкой эксплуатацией, что позволяет их использования как в домашних, так и промышленных условиях.

Также стоит отметить, чтоб при наличии некоторых приспособлений, образования и опыта можно определить неисправности светодиодных ламп на 220 вольт и с минимальными затратами устранить их.

Видео по теме

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:

• 0,3;
• 0,5;
• 0,8;
• 1,0 см.

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.

Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

1. Почему она светит?
2. Конструкция ламп на светодиодах
3. Плата питания и управления
4. Плата светодиодов
5. Прозрачный колпак
6. В чем выгода таких ламп

Задача снижения количества потребляемой энергии перестала быть только технической проблемой и перешла в область стратегического направления политики государств. Для рядового потребителя эта титаническая борьба выливается в то, что его просто насильно заставляют переходить от привычной и простой как яйцо лампы накаливания к другим источникам света. Например, к светодиодным лампам. Для большинства людей вопрос о том, как устроена светодиодная лампа сводится только к возможности ее практического применения – можно ли ее вкрутить в стандартный патрон и подключить к бытовой сети 220 вольт. Небольшой экскурс по принципам ее действия и устройству поможет сделать вам осознанный выбор.

Почему она светит?

Принцип работы светодиодной лампы основан на гораздо более сложных физических процессах, чем той, которая испускает свет посредством раскаленной металлической нити. Он настолько интересен, что есть смысл познакомиться с ним поближе. В его основе феномен испускания света, возникающем в точке соприкосновения двух разнородных веществ при прохождении через них электрического тока.

Самое парадоксальное в этом то, что материалы, используемые для провокации эффекта излучения света, вообще не проводят электрического тока. Один из них, например, кремний – вещество вездесущее и перманентно попираемое нашими ногами. Эти материалы пропустят ток, да и то в одну сторону (потому они и названы полупроводниками), только если их соединить вместе. Для этого в одном из них должны преобладать положительно заряженные ионы (дырки), а в другом – отрицательные (электроны). Их наличие или отсутствие зависит от внутренней (атомной) структуры вещества и неспециалисту не стоит заморачиваться вопросом разгадывания их природы.
Возникновение электрического тока в соединении веществ с преобладанием дырок или электронов – только половина дела. Процесс перехода одного в другое сопровождается выделением энергии в виде тепла. Но в середине прошлого века были найдены такие механические соединения веществ, у которых выделение энергии сопровождалось еще и свечением. В электронике устройство, которое пропускает ток в одном направлении, принято называть диодом. Полупроводниковые приборы, созданные на основе материалов, которые умеют испускать свет, названы светодиодами.
Первоначально эффект испускания фотонов из соединения полупроводников был возможен лишь в узкой части спектра. Они светились красным, зеленым или желтым. Сила этого свечения была чрезвычайно мала. Светодиод использовался лишь как индикаторная лампа очень долго. Но сейчас найдены материалы, соединение которых излучает свет гораздо большей силы и в широком диапазоне, почти полном видимом спектре. Почти, потому что какая-то длина волны в их свечении преобладает. Поэтому есть лампы с преобладанием синего (холодного) и желтого или красного (теплого) свечения.

Теперь, когда вам в общих чертах понятен принцип работы светодиодной лампы, можно перейти к ответу на вопрос про устройство светодиодных ламп на 220 В.

Конструкция ламп на светодиодах

Внешне источники света, использующие эффект испускания фотонов при прохождении электрического тока через полупроводник, почти не отличаются от ламп накаливания. Главное то, что у них есть привычный металлический цоколь с резьбой, который в точности повторяет все типоразмеры ламп накаливания. Это позволяет ничего не менять в электрооборудовании помещения для их подключения.
Однако внутреннее устройство светодиодной лампы 220 вольт очень сложное. Она состоит из следующих элементов:

1) контактного цоколя;

2) корпуса, одновременно играющего роль радиатора;

3) платы питания и управления;

4) платы со светодиодами;

5) прозрачного колпака.

Плата питания и управления

Разбираясь как устроены светодиодные лампы 220 вольт, в первую очередь стоит понять, что полупроводниковые элементы не могут быть запитаны от переменного тока и напряжения такой величины. Иначе они попросту сгорят. Поэтому в корпусе этого источника света обязательно находится плата, которая снижает напряжение и выпрямляет ток.
От устройства этой платы во многом зависит долговечность лампы. Точнее, какие элементы стоят на ее входе. В дешевых, кроме резистора перед выпрямляющим диодным мостом, ничего нет. Нередко случаются чудеса (обычно в лампах из Поднебесной), когда нет даже этого резистора и диодный мост напрямую подключен к цоколю. Такие лампы светят очень ярко, но срок их службы чрезвычайно низок, если они не подключены через стабилизирующие устройства. Для этого можно использовать, например, балластные трансформаторы.

Наиболее распространены схемы, в которых в цепи питания управляющей схемы лампы создан сглаживающий фильтр из резистора и конденсатора. В самых дорогих светодиодных лампах блок питания и управления построен на микросхемах. Они хорошо сглаживают броски напряжений, но их рабочий ресурс не слишком высок. В основном, из-за невозможности наладить эффективное охлаждение.

Плата светодиодов

Как бы ученые ни старались, изобретая все новые вещества с высокой эффективностью излучения в видимой части спектра, принцип работы светодиодной лампы остается прежним, и каждый её отдельный светящийся элемент очень слаб. Чтобы достичь требуемого эффекта, их группируют по несколько десятков, а иногда и сотен штук. Для этого используется плата из диэлектрика, на которую нанесены металлические токопроводящие дорожки. Она очень похожа на те, что используются в телевизорах, материнских платах компьютеров и других радиотехнических устройствах.
Плата светодиодов выполняет еще одну важную функцию. Как вы уже заметили, в блоке управления нет понижающего трансформатора. Поставить его, конечно, можно, но это приведет к увеличению габаритов лампы и ее стоимости. Проблема понижения питающего напряжения до номинала, являющегося безопасным для светодиода, решается просто, но экстенсивно. Все светящиеся элементы включены последовательно, как в елочной гирлянде. Например, если в цепь 220 вольт включить последовательно 10 светодиодов, то каждому достанется 22 V (правда, величина тока при этом останется прежней).
Недостатком этой схемы является то, что перегоревший элемент обрывает всю цепь и лампа перестает светить. У нерабочей лампы из десятка светодиодов могут быть неисправными лишь один или два. Есть умельцы, которые перепаивают их и живут спокойно дальше, но большинство неискушенных пользователей выбрасывают всё устройство на помойку.

Кстати, утилизация светодиодных ламп – отдельная головная боль, поскольку смешивать их с обычным бытовым мусором нельзя.

Прозрачный колпак

В основном этот элемент играет роль защиты от пыли, влаги и шаловливых ручек. Однако есть у него и утилитарная функция. Большинство колпаков светодиодных ламп выглядят матовыми. Это решение могло бы показаться странным, ведь сила излучения светодиода ослабляется. Но его полезность для специалистов очевидна.
Колпак матовый потому, что на его внутреннюю стороны нанесен слой люминофора – вещества, начинающего светиться под воздействием квантов энергии. Казалось бы, тут, что называется, масло масляное. Но люминофор имеет спектр излучения в несколько раз более широкий, чем у светодиода. Он приближен к естественному солнечному. Если оставить светодиоды без такой «прокладки», то от их свечения глаза начинают уставать и болеть.

В чем выгода таких ламп

Теперь, когда вы уже многое знаете о том, как работает светодиодная лампа, стоит остановиться и на ее преимуществах. Главное и бесспорное – низкое энергопотребление. Десяток светодиодов дает излучение той же силы, что и традиционная лампа накаливания, но при этом полупроводниковые приборы потребляют в несколько раз меньше электричества. Есть и еще одно преимущество, но оно не столь очевидно. Лампы с таким принципом работы более долговечны. Правда, при условии, что питающее напряжение будет максимально стабильно.

Нельзя не упомянуть и о недостатках таких ламп. В первую очередь это касается спектра их излучения. Он значительно отличается от солнечного – того, что человеческий глаз привык воспринимать тысячелетиями. Поэтому для дома выбирайте те лампы, которые светят желтым или красноватым (теплым) и имеют матовые колпаки.

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.

1. Светодиод
2. Главные враги светодиодов любого типа – перегрев и деградация
3. Устройство светодиодной лампы
4. Виды драйверов
5. Заключение

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.

Устройство и принцип работы светодиодной лампы

Светодиодная лампа — это источник света, в основе которого светодиоды. Светодиоды представляют собой особые полупроводниковые приборы, которые созданы специально для получения света при прохождении через них электрического тока.

В отличие от ламп накаливания, светодиодные лампы имеют более высокий КПД. И в то время как лампа накаливания преобразует в свет порядка 5-10% подводимой к ней электрической энергии, светодиодная лампа имеет КПД около 50%. Принципиально светодиоды в 10 раз превосходят лампы накаливания по световой отдаче.

Для своего питания светодиоды принципиально требуют низкого постоянного напряжения в районе от 2 до 4 вольт на один светодиод. Если речь идет о светодиодной сборке, какие всегда и применяются в светодиодных лампах, то цепочкам светодиодов необходимо обычно более 12 вольт.

Это значит, что в любом случае напряжение сети 220 вольт должно быть сначала преобразовано, затем понижено и стабилизировано. Тогда светодиоды внутри лампы будут питаться правильно, не перегреются и не выйдут из строя раньше времени. Обычный срок службы качественной светодиодной лампы, заявляемый производителем — 50000 – 100000 часов.

Как законченное изделие, светодиодная лампа всегда включает в себя минимум четыре составные части: рассеиватель, сборку со светодиодами на плате, драйвер — преобразователь и цоколь. Цоколь здесь как у обычной лампы, под стандартный патрон E27 или Е14. Кроме цоколя, схожесть с лампой накаливания заканчивается на похожести формы рассеивателя.

Дальше идут различия. Да и рассеиватель здесь пластиковый а вовсе не стеклянный, ведь герметичность светодиодной сборке не нужна, а температуру до 100 градусов пластик выдержит без проблем. Так что отсутствие стекла вполне оправдано и пластик применяется целесообразно. К тому же он не так хрупок как стекло.

В основании лампы, между цоколем и рассеивателем, находятся светодиодная сборка и драйвер, который еще называют электронным балластом. Драйвер предназначен для преобразования напряжения сети в постоянное низкое напряжение, которое подходит для питания светодиодной сборки.

Есть дешевые лампы где драйвер практически отсутствует, а его место занимает гасящий конденсатор с выпрямителем. Это очень не надежное решение, поскольку такая упрощенная схема не защищает светодиоды от скачков напряжения в сети, а для светодиодов важно чтобы напряжение их питания (а значит и ток) было стабилизированным.

Более качественные светодиодные лампы имеют внутри более надежные драйвера. Полноценный драйвер на микросхеме, представляющий собой стабилизированный понижающий импульсный преобразователь — это лучшее решение для светодиодов, так как стабилизация выхода предполагает возможность скачков напряжения на входе, которые будут нивелированы схемой и не причинят вреда светодиодам.

Стабилизация по току и напряжению для светодиодов всегда достигается применением специализированной микросхемы драйвера с плавным пуском. В этом случае светодиоды прослужат долго и надежно, так как их рабочий режим всегда будет находиться в безопасных рамках.

Светодиодная сборка — сердце светодиодной лампы. Обычно применяются SMD-светодиоды различных типоразмеров. Из светодиодов собираются последовательные цепочки, которые соединяются друг с другом параллельно, и в таком виде впаиваются на плату. В зависимости от размера и мощности лампы, в ней может быть установлено например две параллельные цепочки по 14 последовательно соединенных SMD-светодиодов на общую мощность 9 Вт.

Устройство и принцип работы светодиодной лампы

Вопросы снижения потребляемой электроэнергии решаются не только на государственном уровне. Эта проблема актуальна и для рядовых потребителей. В связи с этим, в квартирах, офисах и других учреждениях, начинают широко внедряться не только мощные, но и экономичные источники света. Среди них все более широкое распространение получают светодиодные лампы. Устройство и принцип работы светодиодной лампы позволяет использовать ее со стандартным патроном и подключать в электрическую сеть напряжением 220 В.

1. Принцип действия светодиодных ламп
2. Устройство светодиодных источников света
3. Преимущества светодиодных ламп

Принцип действия светодиодных ламп

В работе светодиодных ламп используются физические процессы, которые значительно сложнее тех, что применяются в обычных лампах накаливания с металлической нитью. Суть явления заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух веществ из разнородных материалов, после того как через них пропущен электрический ток.

Основной парадокс заключается в том, что каждый из используемых материалов, не является проводником электрического тока. Они относятся к категории полупроводников и способны пропускать ток лишь в одну сторону при условии их соединения между собой. В одном из них должны обязательно преобладать отрицательные заряды – электроны, а в другом – ионы с положительным зарядом.

Кроме движения электрического тока, в полупроводниках происходят и другие процессы. При переходе из одного состояния в другое происходит выделение тепловой энергии. Путем экспериментов удалось найти такие сочетания веществ, у которых наряду с выделением энергии появлялось световое излучение. В электронике все устройства, пропускающие ток лишь в одном направлении стали называться диодами, а те из них, которые обладают способностью испускать свет, стали называться светодиодами.

В самом начале испускание фотонов полупроводниковыми соединениями охватывало только узкую часть спектра. Они могли испускать только красный, желтый или зеленый свет, с очень низкой силой свечения. Поэтому в течение длительного времени светодиоды использовались только в качестве индикаторных ламп. К настоящему времени были получены такие материалы, соединения которых позволили значительно расширить диапазон светового излучения и охватить практически весь спектр. Тем не менее, длина каких-то волн всегда преобладает в свечении. Поэтому светодиодные лампы разделяются на источники холодного света – синего и теплого свечения – преимущественно красного или желтого.

Устройство светодиодных источников света

Внешний вид светодиодных ламп практически не отличается от традиционных источников света с металлической нитью накаливания. Они оборудованы стандартным цоколем с резьбой, что позволяет использовать их с обычными патронами и не вносить изменений в электрооборудование помещений. Однако светодиодные лампы существенно отличаются сложным внутренним устройством.

В их состав входят контактный цоколь, корпус, выполняющий функцию радиатора, плата питания и управления, плата со светодиодами и прозрачный колпак. Планируя использование светодиодных ламп в сети 220 В, следует помнить, что они не смогут работать с таким током и напряжением. Для того чтобы исключить перегорание светильников, в их корпусах устанавливаются платы питания и управления, снижающие напряжение и выпрямляющие ток.

Устройство такой платы оказывает серьезное влияние на срок эксплуатации лампы. В некоторых моделях перед диодным мостом устанавливается лишь резистор, а в некоторых случаях недобросовестные производители обходятся без него. В результате, лампы дают очень яркое свечение, но очень быстро сгорают из-за отсутствия стабилизирующих устройств. Поэтому качественные светильники непременно оборудуются стабилизаторами, например, балластными трансформаторами. В наиболее распространенных управляющих схемах используются сглаживающие фильтры, в состав которых входит конденсатор и резистор. В наиболее дорогих моделях в блоках управления и питания используются микросхемы.

Каждый отдельно взятый светодиод излучает довольно слабый свет. Поэтому для достижения нужного светового эффекта, группируется необходимое количество элементов. С этой целью используется плата, изготовленная из диэлектрического материала, с нанесенными токопроводящими дорожками. Примерно такие же платы применяются в других электронных устройствах.

Светодиодная плата является еще и понижающим трансформатором. С этой целью все элементы включаются последовательно в общую цепь, и сетевое напряжение равномерно распределяется между ними. Единственным существенным недостатком такой схемы является обрыв всей цепочки в случае перегорания хотя-бы одного светодиода.

Защиту всей лампы от попадания влаги, пыли и других негативных воздействий обеспечивает прозрачный колпак. Некоторые свойства колпака позволяют усилить общее свечение. Дело в том что его внутренняя сторона покрыта слоем люминофора, который начинает светиться под действием энергии квантов. Поэтому снаружи поверхность колпака выглядит матовой. Люминофор обладает более широкий спектр излучения, в несколько раз превышающий аналогичный показатель у светодиодов. В результате, излучение становится сравнимо с естественным солнечным светом. Без такого покрытия светодиоды оказывают раздражающее действие на глаза, вызывая усталость и болевые ощущения.

Лучше всего изучать полезные качества, устройство и принцип действия светодиодных ламп на схемах при напряжении электрической сети 220 вольт. Чаще всего такие светильники применяются в промышленном и уличном освещении, а в бытовых условиях традиционные источники света заменяются светодиодными лампочками, работающими при низком напряжении, в основном от 12 вольт. Однако мощность лампы и ее светоотдача не имеют прямой зависимости между собой. Этот фактор следует учитывать при выборе светодиодных светильников.

В светодиодных лампах, рассчитанных на 220 вольт, в схеме отсутствует трансформатор. В связи с этим возникает дополнительная экономия при эксплуатации таких светильников. Данная особенность отличает их от светодиодных ламп с другими мощностями. Поэтому выбор светильников происходит не по мощности, а по степени освещенности, создаваемой ими.

Преимущества светодиодных ламп

В настоящее время большое значение придается экономичной и долговечной работе осветительных приборов. Поэтому на первый план выходят светильники, создающие яркое освещение с выделением минимального количества тепла и небольшим энергопотреблением. Они обладают низкой чувствительностью к перепадам тока и напряжения, могут выдерживать большое количество включений и выключений.

Всеми этими качествами в полной мере обладают светодиодные лампы. Они имеют несколько разновидностей, отличающихся по конструктивным и техническим характеристикам, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант. Все лампы отличаются наличием или отсутствием мерцания, степенью экологической безопасности, необходимостью в использовании выпрямителей тока и других дополнительных приборов.

Схема светодиодной лампы

Ремонт светодиодных ламп

Моргает светодиодная лампа

Схема светодиодной лампы на 220В

Светодиодные лампы нового поколения

Сравнение светодиодных ламп и ламп накаливания