Лучше всего изучить характеристики, конструкцию и принцип работы светодиодных ламп на схемах при электрическом напряжении 220 В. Чаще всего такие лампы используются в промышленном и уличном освещении, а дома традиционные источники света заменяются светодиодными лампами, работающими при низком напряжении, обычно от 12 В. Однако мощность лампы и световой поток не связаны напрямую. Этот фактор необходимо учитывать при выборе светодиодного освещения.
Схема и принцип работы светодиодной лампы
Снижение энергопотребления – это вопрос не только государственного уровня. Этот вопрос касается и обычных потребителей. Поэтому не только эффективные, но и экономичные источники света начинают широко использоваться в домах, офисах и других учреждениях. Все большую популярность среди них приобретают светодиодные лампы. Конструкция и принцип работы светодиодной лампы позволяют использовать ее со стандартным светильником и подключать к сети 220 В.
Говорим о весе и теплоотводе. Теплоотвод на самом деле представляет собой довольно тяжелую алюминиевую болванку, запрессованную в то, что, согласно инструкции, является керамикой.
Сага о светодиодных лампах. Часть 3 – как это работает
В прошлой статье мы провели небольшое сравнение характеристик светодиодных ламп (и не только), где увидели, что почти одинаковые по внешнему виду, цвету и ощущениям лампы могут иметь очень разные свойства, от “очень хороших” до “ужасных”, и даже лампы одного производителя могут показывать очень разное качество. Теперь пришло время посмотреть, что находится внутри этих ламп, и выяснить, что делает хорошие лампы хорошими, а плохие – плохими.
Разумеется, все манипуляции проводились на свой страх и риск, поэтому автор не несет никакой ответственности за возможные последствия для тех, кто захочет повторить его подвиги.
Внимание – много фотографий.
Для удобства я продублирую сравнительную таблицу из предыдущей статьи:
С розеткой E27:
| Тип лампы | Измеренная мощность, Вт (холодный запуск) | cos(φ) | Kp | В целом |
| ASD 11W | 9 | 0.82 | 1% | Очень хорошо |
| Гаусс 12 Вт | 12 | 0.62 | 1% | Хорошо |
| Гаусс 6,5 Вт | 6 | 0.50 | 1% | Приемлемый |
| SUPRA 11 W | 9 | 0.95 | 35% | Бедные |
| ASD 7W | 4 | 0.45 | 100% | Отвратительно |
С цоколем E14:
| Тип лампы | Измеренная мощность, Вт (холодный запуск) | cos(φ) | Kp | В целом |
| Гаусс 3 Вт | 2 | 0.60 | 1% | Хорошо |
| Гаусс 6,5 Вт | 6 | 0.95 | 49% | Очень плохо |
| Вольта 5 Вт | 2.2 | 0.40 | 68% | Отвратительно |
Первое, что бросается в глаза, это превосходная КАН-трубка, с коэффициентом пульсации 100% и измеренной мощностью на 40% меньше заявленной.
Кроме того, она не диммируется, что может несколько оправдать ее характеристики. Это действительно… Но нет, давайте разберем его и посмотрим.
Упс. Это стекло? Почему светодиодная лампа имеет стеклянную колбу? Одна из особенностей светодиодов заключается в том, что они нечувствительны к ударам. С правильно подобранной светодиодной лампой можно практически играть в футбол. Стеклянная колба, очевидно, сводит на нет это преимущество. Разве стекло не дешевле в производстве? Хорошо, что я не порезался. Хорошо, раз уж так, давайте подойдем к делу по-другому.
Стекло тонкое; при механическом повреждении цилиндр рассыпается в неприятную крошку. Кажется, что внутри есть какая-то пленка или покрытие, но это не сильно помогает. А что мешает сделать цилиндр из пластика?
Внутри находится пластина с алюминиевым основанием (по крайней мере, оно хорошее), на котором размещена пара светодиодов. А как насчет водителя?
Да, как я и боялся предположить в самом начале, существует классическая схема с гасящим конденсатором в середине. Для тех, кто не знает, существует способ питания приемников от сети, который появился еще в 1950-х годах (да, да). Принцип работы основан на том, что конденсатор в цепи переменного тока имеет реактивное сопротивление, что позволяет использовать его для ограничения тока. Фактически, это эквивалентно размещению резистора последовательно со светодиодом. У этого метода только одно преимущество – простота и дешевизна; остальные недостатки – абсолютное отсутствие коэффициента мощности, отсутствие гальванической развязки от сети (но это здесь не столь важно), весьма условная стабилизация тока светодиода (в нашем случае) и т.д.
Ламповая схема спартански проста.
Что касается высокого коэффициента пульсаций, то он не совсем понятен – электролитический конденсатор на выходе вроде бы присутствует (2,2 мкФ, 400 В). Но то ли 2,2 мкФ мало для такой мощности, то ли конденсатор сухой (хотя я купил новую трубку), то ли сам конденсатор плохой, но не помогает – это факт.
Так что все происходит следующим образом. Но он дешевый, всего около 200 пенсов в розницу. Но я бы тоже не стал всерьез покупать его за эти деньги. Я лучше куплю CLL за ту же цену, он, вероятно, будет более приличным.
Давайте все же рассмотрим что-нибудь поприличнее. Можно было бы взять 11-ваттную лампочку той же марки АСД, кстати, лидирующую по всем параметрам, но АСД уже разложена. Поэтому для разнообразия я предлагаю убрать из второй лампы Gauss LED, тем более что она уступает ей только по коэффициенту мощности, и то не намного.
Надо сказать, что эта лампа Гаусса очень тяжелая, около 300 грамм. В руке он ощущается как твердый кирпич, что говорит о совершенно фантастическом рассеивании тепла. На самом деле, в инструкции указано, что корпус изготовлен из керамики и алюминия. Что ж, давайте посмотрим на это.
Наученный горьким опытом с лампой ASD, я очень осторожен при извлечении баллона. Однако мои опасения оказались напрасными – вот он пластичный, как и должно быть.
В целом, корпус не похож на керамический, когда дело доходит до копания. Хотя я не знаю, может, я что-то не так понял.
Но что мы видим? Алюминиевая пластина со светодиодами крепится к корпусу с помощью винтов и соединяется с контроллером с помощью разъема! Вау. Такого я еще не встречал в “одноразовых” устройствах, таких как лампы накаливания. Нет, правда. Можно ли его отремонтировать, вопреки предупреждениям в инструкции? Если да, то это просто невероятно!
Упс, к сожалению, нет. Схема управления находится в прочном корпусе (конечно, невоспламеняющемся – я специально проверял), поэтому ремонту не подлежит. К счастью, это была не эпоксидная смола, которая лишила бы шансов на дальнейшее тестирование, а пористая резина, которую с некоторыми усилиями мне удалось удалить, а контроллер извлечь.
Кстати, о весе и радиаторе. На самом деле радиатор представляет собой довольно тяжелый блок из алюминия, запрессованный в керамику, о которой говорится в инструкции.
Но в конце концов мы добрались до самой интересной части, квинтэссенции светодиодной лампы – ее драйвера.
Как оказалось, драйвер для этой лампы построен по классической бестрансформаторной топологии понижающего/буксового преобразователя. Таким образом, изделие с желтой катушкой – это дроссель, а не понижающий/повышающий трансформатор, как может показаться на первый взгляд. В основе решения лежит чип MP4050 от Monolithic Power Systems, включенный в почти типовую схему.
Что касается различий, то инженеры Вартона добавили диодный мост и фильтрующий электролитический конденсатор на входе, но сохранили конденсаторы, обозначенные на типовой схеме как C1 и C2. Такая экономия, похоже, приводит к не очень высокому коэффициенту мощности (индукторная часть схемы является не более чем узлом коррекции коэффициента мощности). Тем не менее, как вы можете видеть на фотографиях, место для них есть. Сама катушка присутствует, и, как видно из измерений параметров, она хорошо справляется со своей работой.
Итак, что мы имеем для этой трубки в целом? Во-первых, отличный коэффициент пульсации в 1%, что примерно соответствует пределу погрешности моего метода измерения. Сам свет, на мой вкус, очень приятный, без желтизны или голубизны, чисто белый. В свете этих ламп атмосфера выглядит очень естественно, так что можно поверить в заявленный индекс цветопередачи более 92. В этом смысле они мне нравятся даже больше, чем лампы CFL, и уж точно больше, чем ослепительно желтые лампы накаливания.
Это очень достойный дизайн. В общем, сильно герметичный драйвер дает надежду, что эту лампочку можно использовать во влажных местах вроде ванной комнаты или даже в уличных фонарях (кстати, в инструкции есть кое-что про освещение тротуаров). Однако соединение светодиодной сборки и драйвера, выполненное в виде поражающего коннектора, хотя и очень эффектное, вызывает некоторые опасения относительно того, как оно поведет себя в условиях систематического присутствия влаги. Было бы гораздо тише, если бы контакты были, например, смазаны чем-то вроде проводящей графитовой смазки или, в худшем случае, просто залиты герметиком. Поэтому возникает вопрос.
Цилиндр пластиковый – слава богу. Как мы видели, это не является правилом. Поэтому хорошо, что здравый смысл возобладал в случае с Gauss.
Существуют некоторые опасения относительно теплового поведения датчика – он размещен в самой теплой точке, а также заключен в корпус, что препятствует конвекции. Здесь имеет смысл хранить изображение в инфракрасном диапазоне:
Нагревать электролитические конденсаторы до 60-70 градусов (конечно, внутри они будут теплее, чем на поверхности) – не самая лучшая идея. Конечно, нужно признать, что электронику в такой конфигурации просто негде разместить. Я уже упоминал, что геометрия ламп накаливания чужда светодиодам – вот одно из проявлений этого тезиса. Тем не менее, используемые конденсаторы маркированы как сертифицированные для температур до 125°C, и, судя по немногочисленным отзывам в Интернете, бренд Aishi, который мы видим здесь, не самый худший из возможных. Хотя, конечно, Chemi-Con или, по крайней мере, что-то более известное науке, например, Jamicon, внушало бы больше доверия для такого применения. Однако гарантийный срок, указанный в инструкции, составляет три года.
Сам тип драйвера, безусловно, является хорошим выбором. Бестрансформаторная понижающая топология очень хороша с точки зрения низкого уровня пульсаций, что мы и видим.
Если мы говорим о таком важном факторе, как отвод тепла от светодиодов, то равномерный нагрев корпуса до достаточно высокой температуры, видимый на термоизображении, говорит о том, что в этом плане он неплох.
В целом, можно сказать, что единственным неоспоримым недостатком этой лампы является цена, которая составляет около 700р. В розничных продажах по данным Яндекс.Маркета. Однако, как видите, это достаточно качественное устройство, которое, хотя и стоит довольно дорого для лампы, имеет все шансы оправдать доверие.
На этом пока все. В следующих статьях мы продолжим наши экспериментальные исследования ламп накаливания.
Во-вторых, целесообразно заменять только те источники света в светильниках, которые работают максимальное количество часов в день.
Технические характеристики и маркировка светодиодных ламп.
Многие мировые и российские компании производят светодиодные источники света: OSRAM, Gauss, ASD, Philips, Navigator, ERA и другие. О самых популярных из них вы можете прочитать в статье “Рейтинг светодиодных ламп 2019”.
Прежде чем купить светодиодную лампу, стоит внимательно изучить ее технические характеристики, указанные на упаковке. Их довольно много. Чтобы избежать недоразумений, давайте рассмотрим их более подробно.
Пример маркировки технических характеристик на упаковке.
Мощность (измеряется в Вт). Показывает, сколько электроэнергии потребляет светильник. Светодиодные источники света по этому параметру на порядок лучше ламп накаливания. Фактическая и эквивалентная мощность указана на упаковке. На самом деле лампа на рисунке потребляет 9 Вт. Она заменяет лампу накаливания мощностью 75 Вт. Это позволяет экономить электроэнергию и семейный бюджет.
Промышленные и наружные светодиодные источники света могут достигать 1000 Вт. Но для бытовых нужд вполне достаточно мощности от 2 до 20 Вт. Для вашего удобства приведены таблицы с эквивалентами мощности.
| Мощность светодиодного освещения | Мощность люминесцентных ламп, Вт | Мощность ламп накаливания, Вт |
|---|---|---|
| 1 | 3 | 15 |
| 3 | 7 | 35 |
| 5 | 11 | 50 |
| 7 | 15 | 70 |
| 9 | 19 | 90 |
| 12 | 25 | 120 |
| 15 | 31 | 150 |
| 18 | 36 | 180 |
Световой поток (измеряется в Лм). Этот параметр описывает яркость. Чтобы было проще понять, мы можем представить себе световой поток от ламп накаливания мощностью 40, 60 и 100 Вт. Их световой поток аналогичен световому потоку светодиодных элементов: 400, 600 и 1000 Лм соответственно. Для удобства стоит запомнить последние несколько цифр и использовать их как ориентир: традиционная 100-ваттная “лампочка Ильича” имеет яркость 1000 Лм.
Срок службы в часах. Количество часов работы источника света. В этом отношении светодиоды занимают лидирующие позиции: срок их службы в среднем в 25 раз больше, чем у традиционных ламп накаливания.
Однако стоит помнить, что яркость лампы напрямую зависит от количества часов ее использования. Чем старше лампа, тем она темнее. Стандартом, принятым во всем мире, является L70. И если на упаковке написано, что светоотдача L70 равна 50 000 часов, это означает, что по истечении этого времени яркость будет составлять лишь 70% от первоначальной.
Некоторые производители заявляют о длительном сроке службы, но указывают, что гарантируют его при определенных условиях эксплуатации: например, при работе лампы не более трех часов в день. Это также указывается на упаковке, но обычно сбоку.
Тип основания. Цоколь E14 показан здесь для небольших светильников.
Цветовая температура (измеряется в К). Указывает на теплоту света. Благодаря своим конструктивным особенностям светодиоды способны создавать световые потоки различных теплых цветов: преимущественно синего или красного с желтым спектром.
Цветовая температура имеет широкий диапазон:
- До 2800 К – теплый желтый свет с красным оттенком (подобно лампам накаливания малой мощности);
- 3000 К – теплый белый свет с желтым оттенком (похож на галогенный свет);
- 3500 К – естественный белый свет (эквивалентен люминесцентным лампам; цвет не искажает цветовосприятие, глаза не устают);
- 4000 К – холодный белый (хорошо освещен, подходит для кухонь, офисов, кабинетов);
- 5000-6000 К – дневной свет (очень яркий, подходит только для заводов);
- 6500 К и выше – холодный дневной свет с голубоватым оттенком (используется в больницах, технических помещениях, при съемке фотографий и фильмов).
Цветовая температура светодиодных ламп
При выборе цветовой температуры для освещения жилых помещений следует учитывать, что чем она ниже, тем больше способствует расслаблению и спокойствию. Более холодные цвета оживляют и создают настроение рабочей среды.
Индекс цветопередачи. Определяет, есть ли в помещении искажение цвета. Обозначается латинскими буквами CRI или Ra и числом от 1 до 100, чем меньше значение, тем больше искажение цвета. При индексе 100 искажения отсутствуют. Для бытового использования рекомендуются лампы с индексом цветопередачи не менее 80-90.
Размеры (указаны в мм). Размеры светодиодных источников света несколько больше, чем у аналогичных ламп накаливания. Поэтому, выбирая лампу для конкретного плафона или светильника, не забудьте проверить размеры. В противном случае есть вероятность, что он просто не поместится там, где вам нужно.
Угол дисперсии. Это угол, под которым лучи света распространяются от источника. Чем выше параметр, тем больше освещаемая площадь. Благодаря особенностям конструкции светодиод всегда светит преимущественно прямо. По этой причине в лампу встроено несколько светодиодных элементов. В зависимости от их расположения внутри корпуса светильника угол рассеивания света может составлять от 30 0 до 360 0 .
Это позволяет создавать как узкие потоки света, так и широкое освещение помещения. Это позволяет создавать интересные дизайнерские решения. Угол распределения света следует выбирать в соответствии с задачей светильника: 90 0 -180 0 достаточно для потолочных точечных светильников, а 30 0 – для точечного освещения.
Это также указано на упаковке
- в каком диапазоне напряжения работает источник света (чем шире диапазон, тем больше вероятность того, что источник света, особенно дешевый, не перегорит при перенапряжении в сети);
- возможность подключения через диммер обозначается этим значком;
- коэффициент пульсации (мерцания). Он определяется равномерностью свечения. У хороших светодиодных ламп коэффициент пульсации составляет около 5%, что комфортно для глаз. Не следует использовать источники света с коэффициентом пульсации выше 35%.
- Dip (dual inline package). Это самая старая и простая конструкция. Он представляет собой светодиод, помещенный в защитный цилиндрический корпус, с двумя или более проводами. Они яркие, имеют широкий цветовой охват и низкую температуру. Они доступны в одноцветном или многоцветном исполнении.
При покупке светильника важно визуально осмотреть его в магазине. На корпусе не должно быть царапин и вмятин. Убедитесь в наличии теплоотвода. Это может быть монолитный тип или тип комплекта. Его размеры зависят от мощности лампы – чем она выше, тем больше радиатор.
Проверьте также базу. Он не должен иметь механических повреждений и ослаблений. Если возможно, проверьте работоспособность лампы, подключив ее к электросети. Посмотрите на свет через камеру телефона, чтобы убедиться в отсутствии пульсаций. Если заметно мерцание, то лампа низкого качества и ее не следует покупать.
Прежде чем сделать выбор, стоит внимательно ознакомиться с техническими характеристиками: сколько вольт имеют светодиоды в лампе, цветовая температура, коэффициент пульсации.
Светодиодные лампы более высокого качества имеют более надежные драйверы внутри. Полноценный драйвер на кристалле, представляющий собой стабилизированный понижающий преобразователь, является лучшим решением для светодиодов, поскольку стабилизация выхода означает, что на входе могут возникать скачки напряжения, которые будут гаситься схемой и не приведут к повреждению светодиодов.
Конструкция и принцип работы светодиодной лампы
Светодиодная лампа – это источник света на основе светодиодов. Светодиоды – это специальные полупроводниковые приборы, которые специально разработаны для получения света при прохождении через них электрического тока.
В отличие от ламп накаливания, светодиоды имеют более высокий КПД. В то время как лампа накаливания преобразует в свет около 5-10% подаваемой на нее электроэнергии, эффективность светодиодной лампы составляет около 50%. По сути, светодиоды в 10 раз эффективнее ламп накаливания.
Как правило, для питания светодиодов требуется низкое постоянное напряжение от 2 до 4 вольт на диод. Когда речь идет о светодиодных сборках, которые всегда и везде используются в светодиодных лампах, светодиодные строки обычно требуют более 12 В.
Это означает, что в любом случае сетевое напряжение 220 В должно быть сначала преобразовано, а затем понижено и стабилизировано. Тогда светодиоды внутри лампы будут получать правильное питание и не будут перегреваться или преждевременно выходить из строя. Нормальный срок службы высококачественной светодиодной лампы, согласно декларации производителя, составляет от 50 000 до 100 000 часов.
Как законченное изделие, светодиодная лампа всегда содержит не менее четырех компонентов: рассеиватель, сборку со светодиодами на плате, драйвер-преобразователь и основание. Лампочка такая же, как и стандартная лампочка с цоколем E27 или E14. Помимо цоколя, сходство с лампой накаливания заканчивается похожей формой абажура.
После этого появляются различия. И есть пластиковый рассеиватель, но не стеклянный, потому что герметичность крепления светодиода не нужна, а температуру до 100 градусов пластик выдерживает без проблем. Поэтому отсутствие стекла оправдано, а пластик используется разумно. Кроме того, он не такой хрупкий, как стекло.
В основании лампы, между основанием и абажуром, находится светодиодная сборка и драйвер, который также называют электронным балластом. Задача драйвера – преобразовать сетевое напряжение в постоянное низкое напряжение, которое подходит для питания светодиодной сборки.
Существуют дешевые лампы, в которых драйвер практически отсутствует, а его место занимает гасящий конденсатор с выпрямителем. Это не очень надежное решение, поскольку такая простая система не защищает светодиоды от скачков напряжения, а для светодиодов очень важно, чтобы напряжение питания (и, соответственно, ток) было стабилизировано.
Более качественные светодиодные лампы имеют внутри более надежные драйверы. Полноценный драйвер на кристалле, представляющий собой стабилизированный понижающий повышающий преобразователь, является лучшим решением для светодиодов, поскольку стабилизация выхода подразумевает возможность скачков напряжения на входе, которые будут компенсированы схемой и не вызовут повреждения светодиодов.
Стабилизация тока и напряжения для светодиодов всегда достигается с помощью специализированной схемы драйвера с плавным пуском. В этом случае светодиоды будут работать долго и надежно, поскольку их рабочий режим всегда будет находиться в безопасных пределах.
Светодиодная сборка – это сердце светодиодной лампы. Обычно используются SMD-светодиоды разных размеров. Светодиоды собраны последовательно, соединены между собой параллельно и в таком виде припаяны к плате. В зависимости от размера и мощности лампы это может включать, например, следующее две параллельные цепочки из 14 последовательно соединенных SMD-светодиодов общей мощностью 9 Вт.
DIP означает Dual In-line Package. Дизайн устройств интересный, но значительно устаревший.
Светодиодный блок питания 220 В имеет некоторые особенности в работе.
Светодиод имеет нелинейную зависимость между напряжением и током.
Поэтому, когда номинальное напряжение увеличивается, ток на светодиоде быстро возрастает.
Это может привести к поломке. Поэтому в дешевых лампах (часто китайского производства) ограничительный резистор устанавливается последовательно со светодиодом.
Если произойдет скачок напряжения, это предотвратит увеличение тока.
Но мощность в резисторе упадет.
Из-за этого эффективность недорогого светильника снижается.
Источник питания обеспечивает нормальное напряжение для питания светодиодов.
Именно это устройство чаще всего включается в схему показанного типа ламп.
Источник питания для светодиодной лампы с выходным напряжением 12 В или любым другим называется драйвером.
Это маркетинговый термин для данного типа устройств.
Источник постоянного напряжения для светодиодов, работающих при напряжении 12 вольт, обычно называют блоком питания.
Если устройство также стабилизирует входной ток, то оно является драйвером.
Можно сказать, что это тип источника питания, который устанавливается в высококачественных лампах.
Читайте далее:- 5 причин, почему лампочки часто перегорают в вашей квартире и что делать?.
- Используйте метод коэффициентов.
- Светодиодный высокий луч автомобиля крыша свет.
- Зачем нужен отражатель в светодиодной лампе – полезная информация по электронике.
- Какие светильники рекомендуется использовать для аварийного освещения – отличия от рабочего освещения и аварийных знаков.
- Какие светильники рекомендуется использовать для аварийного освещения – отличия от рабочего освещения и аварийных знаков.
- Важен ли для вас индикатор уведомлений?.