Принцип работы светодиодных ламп для дома

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:

Цоколя (Е27, Е14, Е40 и так далее) для вкручивания в патрон светильника, бра или люстры;
Диэлектрической прокладки между цоколем и корпусом;
Драйвера, на котором собрана схема для преобразования переменного напряжения в постоянного необходимой величины;
Радиатора, который служит для отвода тепла от светодиодов;
Печатной платы, на которую впаиваются светодиоды (типоразмеров SMD5050, SMD3528 и так далее);
Резисторов (чипы) для защиты светодиодов от пульсирующего тока;
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:

Обмотайте лентой банку, как показано на рисунке.
Припаяйте провода от светодиодной ленты к выходу источника питания (ИП).
Вход ИП проводами припаяйте к цоколю основания лампы.
Сам источник надежно закрепите внутри банки, предварительно вырезав достаточное по размеру отверстие для пропускания ИП внутрь.
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.

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.

Принцип действия светодиодных ламп
Устройство светодиодных источников света
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

Принцип работы и особенности светодиодной лампы

Благодаря устройству светодиодной лампы на 220 вольт она потребляет значительно меньше энергии, чем лампа накаливания и прослужит в несколько раз дольше. На LED-лампу при покупке можно получить гарантию, поэтому не стоит спешить выкидывать чек и упаковку.

Светодиодная лампочка спроектирована так, чтобы на выходе напряжение с помощью драйвера понижалось до требуемых показателей. Обычно они не превышают 2-4 Вольта. Единственный недостаток этих устройств – цена. Но стоимость лампы окупается благодаря сроку службы.

Принцип работы светодиодных ламп

Несмотря на разный внешний вид светодиодных ламп, принцип работы у них общий. Ток подаётся через диоды, количество которых бывает разным в зависимости от мощности осветительного прибора. Цветовой спектр задаётся специальным составом, которым покрывается каждый кристалл.

LED-лампа это полупроводниковый элемент, преобразующий ток питания в свет. Для нужных показателей рассеивания и защиты диодов делается специальная колба (защитное рассеивающее стекло). Внешне изделие напоминает обычную лампу накаливания.

Какие светодиоды используются

Один из главных элементов, который входит в состав светодиодной лампы, это диод. Им называют полупроводниковый кристалл, состоящий из нескольких слоёв. Именно он служит для преображения подаваемого на лампу электричества в свет. Производят диод на основе чипа — кристалла с площадкой, к которой подключены проводники.

Советуем посмотреть видео: Разъяснение по светодиодным лампам, разборка LED-лампы, принцип работы.

Чтобы получить белое свечение, чип необходимо покрыть желтым люминофором. При смешивании синего и желтого цвета образуется белый. Существует 4 типа светодиодов:

COB. При такой технологии производства чип монтируют в плату. Контакт получает надёжную защиту от окисления и чрезмерного нагрева. Также это положительно отражается на характеристиках свечения. Если такой чип выйдет из строя, отремонтировать схему нельзя. Это единственный недостаток технологии;
DIP. Схема состоит из кристалла, двух присоединённых проводников, линза расположена сверху. Такие осветительные приборы в большинстве случаев используют в качестве подсветки на рекламных табло и световых украшениях;
ДиодSMD. Устанавливается на плоских поверхностях, что позволяет изготовить устройства разных форм. Отличается улучшенными характеристиками теплоотвода. Такие лампы можно использовать для любых источников света;
«Пиранья». Конструкция похожа на схему DIP. Но здесь имеются 4 вывода, что обеспечивает улучшение отвода образующегося тепла и делает технологию более надёжной. Широкое распространение «пиранья» получила в автомобильной промышленности.

Как устроены такие лампы

В составе классической светодиодной лампочки присутствуют:

цоколь и несущий корпус;
блок питания;
рассеивающая линза из пластика;
драйвер;
чипы;
радиатор для отвода тепла;
печатная плата.

Форма может быть стандартной, то есть округлой или цилиндрической. Для системы общего пользования рекомендуется выбирать светильники, чья цветовая температура находится на уровне 2700 К, 3500 К. В градации спектра допустимы любые значения. Подобные изделия часто используют, чтобы подчеркнуть элементы интерьера или рекламными агентствами, чтобы подсветить баннер.

Схема светодиодного драйвера

На рисунке ниже изображена упрощённая схема драйвера, который используется в лампах 220 В.

Схема подразумевает использование только основных деталей. Здесь имеются 2 резистора – R1 и R2. К ним по встречно-параллельному принципу подключены диоды HL1 и HL2. Такое устройство обеспечивает схеме защиту от обратного выброса напряжения. При включении сигнал, поступающий на лампу, возрастает до 100 Гц. Напряжение 220 В подаётся через С1 (ограничительный конденсатор). Отсюда оно поступает на выпрямительный мост и чипы.

Виды сборки

Существует 2 основных разновидности сборки светодиодных ламп на 220 вольт:

с диодным мостом. В схему включены 4 диода. Мост трансформирует поступающий ток в пульсирующий. Проходя по чипам, синусоидальные волны изменяются, что провоцирует потерю полярности. В процессе сборки перед мостом к выходу нужно подключить конденсатор. Перед клеммой (минусовой) – сопротивление 100 Ом. Чтобы сгладить возможные перепады, ещё один конденсатор монтируют за мостом;
с резисторным сопротивлением. Сборка доступна даже неопытным мастерам. Для работы следует подготовить 2 резистора, а также цепочки с одинаковым количеством чипов, установленных последовательно с учетом полярности. Со стороны первого резистора полоса присоединяется катодом, второго – анодом. Светильник будет иметь мягкий свет за счет поочередного включения чипов. Такие устройства часто используются в качестве настольных ламп.

Также будет полезно видео: Комплект для сборки светодиодной лампы. Собираем самостоятельно.

Схема сборки конструкции

Как будет работать светодиодная лампа напрямую зависит от производителя и цены изделия. Отличия можно заметить, если снять рассеиватель. В первую очередь стоит обратить внимание на качество пайки чипов, а также соединительных проводов. Дешевые лампочки служат меньше, чем качественные и дорогие.

Низкокачественные китайские лампочки

Приобретая лампочку не более чем за 3 доллара, не стоит рассчитывать на симметричное расположение светодиодов на плате. Это говорит о том, что пайка выполнялась вручную и на скорую руку, а провода подбирались с минимальным сечением. Надёжного драйвера здесь также не будет. Вместо него реализована бестрансформаторная схема с выпрямителем и конденсатором.

При включении дешевой китайской лампы напряжение сначала снизится металлопленочным конденсатором (неполярным), выпрямится, а после повысится до нужных показателей. Ток будет ограничен стандартным резистором SMD. Он установлен на печатную плату вместе с чипами.

Если приходится проводить диагностику и после ремонтировать лампы подобного типа, следует обязательно придерживаться особой техники безопасности. Каждый элемент, который является составляющей одной цепи, может находиться под напряжением, опасным для человека. Если случайно дотронутся до одной из токоведущих частей, можно получить удар током. То же самое может произойти, если щуп мультиметра случайно соскользнёт и спровоцирует короткое замыкание.

Фирменные светодиодные лампы

Дорогие и качественные лампочки имеют приятный внешний вид, но это далеко не все преимущества. Качество элементной базы будет значительно выше, чем у китайского аналога, приобретённого по низкой цене. Установленный драйвер отличается сложным устройством. Один из способов его сборки подразумевает установку импульсного трансформатора, а также преобразователя тока, который в дальнейшем стабилизирует полученную нагрузку.

Трансформатор может не устанавливаться. Основная нагрузка будет направлена на микросхему, стабилизирующую входное напряжение, которая:

имеет систему отрицательной обратной связи;
возможность диммирования;
поддерживает ток с заданной шириной импульса.

Выбирая качественную светодиодную лампочку на 220 В с токовым драйвером, покупатель получает защищенное от помех и скачков в сети устройство, которое соответствует характеристикам, указанным в паспорте. Установленный здесь радиатор обеспечит быстрый теплоотвод. Эта лампочка будет служить более чем в 5 раз дольше дешевой китайской.

Советы по выбору и подключению

Выбирая светодиодную лампочку стоит учитывать не только мощность, но и вырабатываемый световой поток. Характеристики можно найти на упаковке. К примеру, лампа мощностью 60 Вт излучает поток 800 Лм, а на 100 Вт – 1600 Лм. Также рекомендуется учесть следующее:

цвет освещения. Перед покупкой определитесь, какая лампа нужна, с теплым или холодным оттенком. Лампочка накаливания имеет характеристики 2700-2800 К (теплые тона). Свечение с показателями 4000 К имеет белый цвет. Для дома рекомендуется подбирать теплые тона, так как они подчеркнут домашний уют;
частота включения и выключения. Частое включение может повлиять на срок службы лампочки. Она может перегореть из-за некачественной электронной схемы. Светодиодную лампу не стоит устанавливать в комнаты, в которых свет будет часто включаться и выключаться. Например, если нужна лампочка для санузла, стоит приобрести дорогую модель, так как дешевый аналог перегорит достаточно быстро;
совместимость с диммером. Диммер – это регулятор интенсивности света. Далеко не все лампы совместимы с этим устройством.

Перед покупкой лампочки её нужно внимательно осмотреть и проверить на наличие видимых дефектов. Обратите внимание не радиатор, он не должен быть наборным. От этого зависит срок службы изделия. Если он будет покрыт термопластиком, это лучший из вариантов. В момент включения лампа не должна мерцать. Если глазу это незаметно, на неё следует посмотреть через камеру телефона. Мерцающую лампочку покупать не стоит.

Светодиодная лампа: устройство и принцип работы

Устройство и принцип работы светодиодных ламп. Основные части осветительного прибора:

— светодиоды; — драйвер; — цоколь; — корпус.

Светоизлучающий диод. Буквенно его обозначают сокращением СИД (СД) в русском языке или LED в английском. Собственно, это и есть источник света светодиодной лампы.

Принцип его работы полностью повторяет процессы, происходящие в обыкновенном полупроводниковом диоде с p-n переходом из кремния или германия: при подаче положительного потенциала к аноду, а отрицательного к катоду в материалах начинается движение отрицательно заряженных электронов к аноду, а дырок к катоду. В итоге, диод пропускает электрический ток только одного прямого направления.

Однако, светодиод выполнен из других полупроводниковых материалов, которые при бомбардировке в прямом направлении носителями зарядов (электронами и дырками) осуществляют их рекомбинацию с переводом на другой энергетический уровень. В итоге происходит выделение фотонов — элементарных частиц электромагнитного излучения светового диапазона.

Даже в электрических схемах в качестве их обозначений используются обозначения обычных диодов, только с добавлением двух стрелочек, обозначающих излучение света.

Полупроводниковые материалы обладают разными свойствами выделения фотонов. Такие вещества, как арсенид галия (GaAs) и нитрид галлия (GaN), являясь прямозонными полупроводниками, одновременно прозрачны для видимого спектра световых волн. При замене ими слоев p-n перехода происходит выделение света.

Расположение слоев, используемых в светодиоде, показано на рисунке ниже. Их маленькая толщина порядка 10÷15 нм (наномикрон) создается специальными методами химического осаждения из газовой фазы. В слоях размещены контактные площадки для анода и катода.

Как при любом физическом процессе, во время преобразования электронов в фотоны существуют потери энергии, обусловленные следующими причинами:

— часть световых частиц просто теряется внутри даже такого тонкого слоя; — при выходе из полупроводника возникает оптическое преломление световых волн на границах кристалл/воздух, искажающее длину волны.

Применение специальных мер, например, использование сапфировой подложки, позволяет создать бо́льший световой поток. Такие конструкции применяются для установки в лампы освещения, но не для обычных светодиодов, используемых в качестве индикаторов, показанных на рисунке ниже.

Они имеют линзу, выполненную из эпоксидной смолы и рефлектор для направления света. В зависимости от назначения свет может распространяться в широких диапазонах угла 5-160°.

Дорогие светодиоды, выпускаемые для ламп освещения, производители изготавливают с ламбертовской диаграммой. Это означает, что их яркость постоянна в пространстве, не зависит от направления излучения и угла наблюдения.

Габариты кристалла весьма маленькие и от одного источника можно получить небольшой поток света. Поэтому для ламп освещения такие светодиоды объединяют довольно большими группами. При этом, создать от них равномерное освещение во все стороны весьма проблематично: каждый светодиод является точечным источником.

Частотный спектр световых волн от полупроводниковых материалов значительно уже, чем от обычных ламп накаливания или солнца, что утомляет глаза человека, создает определенный дискомфорт. С целью исправления этого недостатка в отдельные конструкции светодиодов для освещения вводится слой люминофора.

Величина излучаемого светового потока полупроводниковых материалов зависит от тока, проходящего через p-n переход. Чем больше ток, тем выше излучение, но до определенного значения.

Маленькие габариты, как правило, не позволяют использовать токи, превышающие 20 миллиампер для индикаторных конструкций. У мощных осветительных ламп применяется теплоотвод и дополнительные меры защиты, использование которых, однако, строго ограничено.

При запуске световой поток лампы пропорционально возрастает с увеличением тока, но затем из-за образования тепловых потерь начинает снижаться. Следует понимать, что процесс выделения фотонов из проводника не связан с тепловой энергией, светодиоды относятся к источникам холодного света.

Однако, проходящий через светодиод ток в местах контактов различных слоев и электродов преодолевает переходное сопротивление этих участков, вызывающее нагрев материалов. Выделяемое тепло вначале только создает потери энергии, но при увеличении тока может повредить конструкцию.

Количество светодиодных кристаллов, установленных в одну лампу, может превышать сотню работающих элементов. На каждый из них необходимо подвести оптимальный ток. Для этого создают стеклотекстолитовые платы с токопроводящими дорожками. Они могут иметь самую различную конструкцию.

К контактным площадкам плат припаиваются светодиодные кристаллы. Чаще всего их формируют в определенные группы и запитывают последовательно друг с другом. Через каждую созданную цепочку пропускают один и тот же ток.

Такую схему проще реализовать технически, но она обладает одним главным недостатком — при нарушении одного любого контакта вся группа перестает светить, что является основной причиной поломки лампы.

Драйверы. Подвод постоянного напряжения к каждой группе светодиодов выполняется от специального устройства, которое раньше называли блоком питания, а сейчас — термином “драйвер”.

Данное устройство несет функции преобразования входного напряжения сети, например,

220 Вольт квартирной или 12 Вольт автомобильной сети в оптимальную величину питания каждой последовательной группы.

Подвод одного стабилизированного тока к каждому кристаллу по параллельной схеме технически сложен и применяется в редких случаях. Работа драйвера может проводиться на основе трансформаторной или иной схемы. Среди них распространены следующие варианты. В зависимости от конфигурации и количества примененных элементов они могут быть разными:

Самые простые и дешевые драйверы рассчитаны на питание от стабилизированного напряжения, сеть которого защищена от бросков и импульсов перенапряжений. У них даже может отсутствовать токоограничивающий резистор в выходной цепи питания, что характерно для аккумуляторных фонариков, светодиоды которых зачастую подключены непосредственно к выходу АКБ.

В результате, пиолучается, что они питаются завышенным током и хотя светят довольно ярко, очень часто перегорают. При использовании дешевых ламп с драйверами без защиты от перенапряжений осветительной сети светодиоды тоже часто выгорают, не выработав заявленного ресурса.

Качественно сконструированные блоки питания практически не выделяют тепло при работе, а у дешевых или перегруженных драйверов часть электроэнергии расходуется на нагрев. Причем, такие бесполезные потери электрической мощности могут быть сопоставимы, а в отдельных случаях превышать энергию, расходуемую на выделение фотонов.

Цоколь. Осветительные лампы для квартирного освещения на российском рынке снабжаются цоколем Е27, который позволяет использовать их в обычных патронах от ламп накаливания.

Лампы зарубежных производителей, предназначенные для эксплуатации в своих странах могут иметь другие цоколи, отличающиеся диаметром или шагом резьбы. К тому же, они могут выпускаться на напряжение

110 Вольт. Автомобильные светодиодные лампы освещения тоже могут снабжаться разными типами цоколя.

Корпус. Для защиты светодиодов осветительных ламп не требуется создавать каких-либо герметичных колб, как у ламп накаливания, из которых выкачан воздух и создана специальная газовая среда.

Работающие светодиоды закрываются светопропускающими пластиковыми материалами, например, из поликарбоната.

Общая компоновка элементов. Размещение составных частей светодиодной осветительной лампы у разных производителей может отличаться в зависимости от специфических задач, но все они монтируются от цоколя в последовательности драйвер — платы светодиодов — защитное стекло. Между ними устанавливаются специальные защитные экраны, теплоотвод и другие элементы.

Устройство светодиодной лампы у каждого производителя может иметь серьезные отличия от аналогичных моделей. Однако, все они подчиняются общим принципам конструирования.