Как устроена и как работает светодиодная лампа

Как устроена и из чего состоит светодиодная лампа

Освещение играет важную роль в жизни человека. Оно бывает основным, акцентным, декоративным. Для создания подсветки используются различные источники света. Самыми современными, надежными и качественными приборами являются светодиодные лампы. Они имеют множество преимуществ перед классическими источниками света. Однако устройство светодиодной лампочки сложнее.

Принцип работы

Основа светодиода – полупроводниковый кристалл, состоящий из двух материалов разной проводимости.

Принцип работы светодиодной лампы заключается в следующем: при подаче электрического тока происходит переход частиц из одного полупроводника в другой, сопровождающийся созданием частицы света – фотона. Оба полупроводника способы пропускать ток только в одном направлении, поэтому при подключении важно соблюдать полярность. Во время подачи тока протекают и другие процессы. Часть энергии тратится на выделение тепла.

Светодиоды применяются в самых разных сферах: для создания освещения в доме, на производстве, в административных помещениях. С их помощью делается рекламная, художественная и архитектурная подсветка. Светодиоды можно встретить в фонарях для уличного освещения.

Преимущества светодиодных ламп

Современные источники света должны быть экономичными, эффективными и безопасными. Светодиоды полностью подходят под эти характеристики. Для работы светоизлучающего диода требуется небольшое количество энергии, при этом они выдают яркое освещение с минимальным выделением тепла. Светодиодные источники света обладают пониженной чувствительностью к скачкам в сети и имеют большое количество циклов включения и выключения. При подаче напряжения они загораются сразу, не нужно время для разогрева. Светодиоды для ламп освещения выгодно отличаются от других источников света своим долгим сроком службы – до 50000 часов.

Безопасность светодиодов заключается в отсутствии в них вредных компонентов. В колбе отсутствуют пары ртути и смесь инертных газов, поэтому они не требуют особых условий утилизации. Также светодиоды выполняются в прочном качественном корпусе. Устройства имеют низкий коэффициент пульсаций, поэтому они безопасны для человеческого здоровья.

Недостаток, ограничивающий широкое распространение светодиодных приборов – высокая стоимость.

Устройство светодиодных источников

Общая конструкция ламп идентична, могут быть небольшие отличия. Они сложнее с технической точки зрения, чем лампы накаливания. Чтобы узнать, из чего состоит лампочка, ее нужно разобрать, в то время как в классическом источнике света с нитью накала просмотреть внутреннюю часть можно через стеклянную колбу.

Из чего состоит светодиодный светильник:

  • Led. В лампе устанавливается один или несколько светодиодов. Они отличаются по мощности, цвету свечения, размерам. Количество диодов в матрице может быть различным, вычисляется на производстве для обеспечения оптимального уровня света. Диоды припаиваются к алюминиевой или текстолитовой плате разных размеров и форм. Группы соединяются друг с другом последовательно.
  • Драйвер. Используется для преобразования сетевого напряжения в необходимую для работы светодиодов величину. Схемы драйверов бывают разными, чаще всего применяются трансформаторные. По конструкции выделяют открытые и закрытые, которые устанавливаются прямо в корпус лампочки. В дешевых китайских изделиях часто ставятся некачественные драйверы, которые неэффективны и могут навредить здоровью.
  • Цоколь. Светодиодные лампочки пришли на замену лампам накаливания, поэтому устанавливаться должны аналогичным образом. Изготавливаются приборы со стандартными цоколями Е27 и Е14.
  • Корпус. Колба изготавливается из пластика или стекла. Полная герметичность не требуется, так как в составе нет вредных паров ртути и газов.
  • Радиатор. Так как во время работы выделяется некоторое количество тепла, его нужно отвести, чтобы не было перегрева. Алюминиевая плата понижает негативное влияние температуры, но этого может быть недостаточно. Поэтому дорогие качественные лампочки дополнительно оснащаются радиаторами.

Ассортимент изделий с цоколем Е14 и Е27 можно разделить на три категории — брендовые, низкокачественные и филаментные.

Брендовая продукция

Устройство светодиодного светильника, изготовленного известной компанией, обязательно включает в себя:

  • Рассеиватель в форме полусферы. Может изготавливаться из пластика или стекла.
  • Алюминиевая печатная плата на теплопроводящей пасте.
  • Набор чипов.
  • Драйвер. Состоит из импульсного трансформатора, микросхем, полярных конденсаторов, планарных элементов. Также является соединителем цоколя и радиатора.
  • Основание цоколя из полиэтилентерефталата.
  • Цоколь с резьбой необходимого диаметра, выполненный из латуни с никелевым покрытием.

В качественном приборе обязательно есть радиатор. Он объемный и окрашивается белым полимером. Увеличивает вес и габариты лампочки, но является обязательным элементом для стабильной работы.

Низкокачественные изделия

Приборы неизвестного производства обычно имеют низкую стоимость. Это связано с использованием некачественных материалов и отсутствием важных деталей – радиатора и драйвера. Вместо драйвера применяется обычный блок питания, размещенный рядом со светодиодами. Роль радиатора выполняет корпус, в котором проделывают отверстия. Такой способ малоэффективен, поэтому дешевые лампочки быстро выходят из строя.

Плата крепится к корпусу при помощи специальной защелки. Цоколь и плата соединяются пайкой. Такое соединение не может обеспечить высокую надежность и продолжительную работу светодиодов.

Филаментные приборы

Внешне филаментная лампочка похожа на лампу накаливания. Ее важное отличительное свойство – не требуется дополнительный отвод тепла. Такая светодиодная лампочка состоит из филамента и колбы.

Работает на основе светодиодных нитей. Их количество выбирается в зависимости от мощности лампы. Светодиоды размещены на тонком стеклянном стержне — эта конструкция и называется филаментом. По всей длине нанесен люминофор, поэтому лампа желтая. Отвод тепла производится через колбу, внутри которой находится смесь газов.

К недостаткам филаментной лампы можно отнести высокий коэффициент пульсаций. Частое моргание негативно влияет на зрение и психику человека, поэтому ведутся работы по модернизации конструкции лампы. Драйвер высокого качества должен устанавливаться в пластиковую вставку в виде кольца между колбой и цоколем.

Способы сборки

Светодиодные лампы можно разделить на несколько категорий по способу сборки:

    Dip (dual inline package). Это самая старая и простая конструкция. Представляет собой светодиод, расположенный в защитном цилиндрическом корпусе, с двумя или более выводами. Светят ярко, различаются широкой цветовой гаммой и малым нагревом. Бывают одноцветные и многоцветные.

Самой распространенной технологией является COB.

Рекомендации по проверке лампы при покупке

Покупая осветительное изделие, его следует визуально осмотреть в магазине. Корпус должен быть без царапин и вмятин. Нужно убедиться в наличии радиатора. Он может быть монолитным или наборного типа. Размеры зависят от мощности лампы – чем она выше, тем крупнее радиатор.

Также проверяется цоколь. Он должен быть без механических дефектов и люфтов. По возможности нужно проверить работоспособность лампы путем подключения к электросети. На свет нужно посмотреть через камеру телефона, чтобы убедиться в отсутствии пульсаций. Если заметны мигания, лампа некачественная, покупать ее не рекомендуется.

Прежде чем сделать выбор, стоит внимательно изучить технические характеристики: на сколько вольт светодиоды в лампе, цветовую температуру, коэффициент пульсаций.

Как работает светодиодная лампа?

На сегодняшний день модели диодной лампы на 220 В начали стремительно заменять стандартные лампы накаливания и их люминесцентный аналог. Хоть и стоят они очень дорого, но их технические параметры значительно превосходят стремительно устаревающие модели. Для понимания того, как они работают, необходимо знать устройство светодиодной лампы.

Конструкция светодиодной лампы достаточно сложна, в систему включены элементы, в наличии которых ранее не было необходимости. В данном материале поговорим об устройстве различных видов светодиодных ламп, из каких деталей они состоят, для чего нужна каждая из этих деталей, что такое светодиодный драйвер и что он стабилизирует, как выглядит схема 220 В. Знание строения такой лампочки полезно для общего образования и очень поможет в ремонте поврежденных по каким-либо причинам единиц.

Светодиод

Уже из названия понятно, что главным рабочим элементом устройства светодиодных ламп на 220 В является светодиод. Именно его классификация в большей мере является решающей в определении видов лампочек.

Светодиод является полупроводниковым кристаллическим элементом, который интенсивно выделяет свет при прохождении через него электрического тока. Разные цвета получаются путем изменения состава кристалла. Он наращивается на специальную площадку, которая имеет контакты для подключения проводов. Изначально кристалл имеет синий цвет, без покрытия испускает соответствующее свечение. Для защиты от внешних факторов на него в светодиодной лампе наносится желтое твердое покрытие, при прохождении синего света сквозь него получается обычный белый свет.

Один из этапов выращивания светодиодов

Один из этапов выращивания светодиодов

Существует четыре основных технологии сборки чипа, которые и определяют классификацию используемых в лампочках светодиодов.

  • SMD-технология – самая распространенная в быту. Кристалл размещается на поверхности светового прибора. Это позволяет сильно уменьшить его размеры, увеличить плотность расположения для большей яркости, при этом он имеет улучшенный теплоотвод. Используется практически во всех лампочках, которые вы видите в магазинах.
  • DIP – световой элемент состоит из одного мощного кристалла, сверху на который прикреплена линза. Это второй по распространенности тип светодиода, благодаря концентрированию светового луча в одном направлении используется для подсветки на витринах и раскладках, а также в вывесках и прочих декоративных элементах.
  • Пиранья – любимчики автомобильной промышленности. В отличие от DIP, где присутствует только два контакта, здесь их четыре, поэтому гораздо легче подключаться к разным вольтовым элементам. Это значительно повышает уровень теплоотвода, расширяет сферу применения, монтаж получается более надежным и долговечным.
  • COB-технология – продвинутая схема подключения светодиодных кристаллов, самый защищенный от перегрева и окисления вариант. Здесь чип впаивается прямо в несущую плату. Благодаря самому продуманному теплоотводу достигается наибольшая яркость свечения, каким бы ни было напряжение. Но и минус присутствует значительный – если такой светодиод все-таки сгорит, его придется менять вместе со всей платой – в домашних условиях даже с неплохим опытом и оборудованием перепаять его будет очень сложно.

Главные враги светодиодов любого типа – перегрев и деградация

Светодиоды имеют весомый недостаток – они очень маленькие. И даже при колоссальном соотношении потребляемого тока и светоотдачи их придется использовать как минимум в количестве нескольких штук рядом, для того чтобы добиться необходимой яркости. Близкое расположение кристаллов друг к другу сильно влияет на их теплоотвод, они перегреваются и выгорают один за другим. LCD-диоды лишены такой проблемы.

Деградация светодиодов может быть вызвана как перегревом, так и длительным сроком эксплуатации даже с отличным теплоотводом. Со временем они начинают тускнеть при потреблении все того же электричества (при воздействии высоких температур это происходит быстрее). Качественные лампочки спустя несколько лет регулярного использования теряют до 30% яркости, у безымянных «китайцев» этот параметр может доходить до 60%.

Примерный график деградации

Примерный график деградации

Устройство светодиодной лампы

Каким бы важным элементом ни являлся светодиод, для его бесперебойной и максимально эффективной работы необходим ряд вспомогательных устройств, которые, будучи собранными воедино, образуют лампочку. Классическая электрическая схема светодиодной лампы имеет строение, приведенное на схеме ниже. Устройство светодиодного светильника аналогично, просто форма и расположение деталей другая.

Устройство обычной светодиодной лампы

Устройство обычной светодиодной лампы

Теперь устройство светодиодной лампы на 220 вольт разберем на каждый рабочий элемент отдельно.

  • Начнем с цоколя – на картинке он не указан, однако именно с него начинается схема питания каждой лампочки. Это та самая резьба, с помощью которой источник света вкручивается в патрон. В самом низу лампочки видим зеленый участок – там расположены контакты, которые проводят в нее питание – электрический ток при соединении с контактами в патроне. Бывает несколько различных модификаций, на картинке представлен вариант Е27.
  • Радиатор – в отличие от других обязательных элементов присутствует не в каждой модели. Он выполняется из легкого металлического сплава, играет роль рассеивателя тепла – о вреде перегрева мы говорили выше. Обычно такой деталью оборудуются лампы с мощными светодиодами – свыше 25 ватт суммарной мощности. Все промышленные экземпляры обязательно имеют хороший радиатор в основании.
  • Внутри цоколя обычно расположен «мозг» – драйвер LED-ламп. Он предназначен для регулирования электрического тока, который подается на светодиоды из центральной сети. Светодиодный драйвер сглаживает пульсации переменного тока, выпрямляя его специально для правильной работы кристаллов (а светодиоды работают правильно только при постоянном напряжении, при переменном токе они быстро сгорают из-за обратных пульсаций). Регулируя ток, драйвер обеспечивает большой диапазон работы при различных напряжениях (обычно это 170–260 вольт, зависит от назначения и производителя светового элемента). При низком напряжении лампочка просто не светит, т. к. ей не хватает мощности для запуска, в пределах диапазона загорается, а при избыточном токе электрические драйверы уберегут светодиоды от выгорания, также выключив их. Дополнительно схема драйверов для светодиодных ламп позволяет регулировать теплоотвод – лампочка может выключаться, перегревшись. Благодаря ему, резкие перепады напряжения тоже не страшны нежной и хрупкой структуре кристаллов. Примеры – BP2832A, BP3122 или BP2831A. Подбор стабилизатора (он же диодный мост) для LED-лампочек собственного изготовления выполняется исходя из параметров сети.
  • Светодиоды располагаются на монтажной плате, она выполняется из легкого металла, также играет роль теплоотвода (ответ на вопрос, куда же девается избыток температуры в моделях, где нет радиатора). Качество ее изготовления также сильно влияет на срок работоспособности кристаллов. В зависимости от технологии изготовления LED-лампочки имеют значительный диапазон цветовых температур (от 2 700 К, как у лампы накаливания, до 10 000 К и более, вплоть до глубокого синего цвета). Напряжение в сети играет важную роль в эффективности и стабильности схемотехники. Светодиодные лампы для дома могут комплектоваться несколькими типами светодиодов, например – SM7307 и 5131, в количестве от 6 до 18 шт. и более. На тип светильников влияет напряжение, количество необходимых вольт.
  • Вишенка на торте важности элементов в лампе – светодиоды. Конкретно в вышеупомянутом примере представлены модели, изготовленные по SMD-технологии. Их количество, размер и плотность установки напрямую влияют на яркость лампочки и суммарную мощность. В ярких лампочках 2–3 слабеньких отдельных светодиода заменяются одним большим кристаллом.
  • 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).
Читайте также  Как правильно построить сарай своими руками

Тип светодиодов, которые используются для конкретной лампочки, очень важен, если вы решите починить ее самостоятельно в случае перегорания. Если светодиоды установлены таким образом, что их можно выпаять и поставить новые, то ремонт ламп происходит очень просто. Достаточно иметь паяльник с тонким наконечником, прибор для определения поврежденных контактов и новый, исправный источник света. В случае если светодиод впаян в плату целиком, даже имея соответствующий опыт, перепаять его в домашних условиях будет очень сложно. Можно купить новую плату, однако ее стоимость является практически равной стоимости новой лампы. Не нужно забывать, конечно, и о гарантии – если она все еще действует, просто замените лампочку в том магазине, где вы ее покупали.

Виды драйверов

Помимо кристаллов самым сложным по структуре элементом в лампе является драйвер. Самая простая схема светодиодного драйвера содержит один или пару гасящих резисторов. В совокупности с диодами обратного направления тока, соединенными встречно-параллельно, резисторы нейтрализуют вредное действие переменного тока, и схема включения работает грамотно.

Схема простейшего драйвера

Схема простейшего драйвера

Такая схема дросселя светодиодной лампы на 220 В чаще всего используется, если изготавливается самодельный драйвер. На производстве принято использовать более сложные принципиальные схемы драйверов для светодиодов от сетей 220 В, которые имеют хороший амортизационный запас и зависят от типа приборов, устанавливающихся внутрь.

Различные схемы драйверов

Различные схемы драйверов

Как уже говорилось выше, драйвер для светодиодной лампы выполняет выпрямление тока с последующей его подачей на светодиоды. Это происходит в три шага:

  • Светодиодный драйвер преобразовывает переменный ток из сети 220 В в пульсирующий.
  • Выравнивает пульсирующий ток до постоянного.
  • Меняет ток до 12 вольт с последующей подачей на кристаллы.

Заключение

Сначала схема светодиодной лампы на 220 вольт может показаться очень сложной. Однако, разобравшись в назначении каждого элемента, не сложно понять их роль. Использование качественных материалов и грамотной технологии производства обеспечивают высокий уровень надежности светодиодных ламп. Соблюдение правил эксплуатации, рекомендованных производителем, гарантирует, что светодиодная лампа надежно прослужит нам долгие годы. Соотношение яркости и экономичности позволит окупить стоимость хорошей модели лампы в ближайшие годы, а светодиодный драйвер убережет ее от перепадов в электросети. Если свет часто пропадает или наблюдаются нестабильное напряжение – вам подойдет аккумуляторная электросхема (лампочки «Космос», их применение оправдано в местах, где стабильно питаться от сети не получается). Глядя на вышеуказанные схемы, можно легко собрать лампу 220 В своими руками.

Светодиодная лампа: устройство, принцип работы, виды

Среди владельцев частных домов, дач и квартир все чаще и чаще в обиходе используется светодиодная лампа. Это самые новые виды осветительных приборов, которые привнесли принципиально новые варианты эксплуатации электрооборудования. Они относятся к категории энергосберегающих лампочек, но помимо этого обладают и другими весомыми преимуществами. Далее мы более детально разберемся в устройстве и принципах работы светодиодных ламп.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться в принципиальных отличиях светодиодной лампы, как электрического оборудования, в сравнении с другими приборами, следует детально рассмотреть ее конструктивные особенности и назначение каждого из элементов.

Конструкция светодиодной лампы

Рис. 1. Конструкция светодиодной лампы

Конструктивно led лампочка состоит из:

  • Светодиодов – в старых моделях присутствовал только один кристалл, излучавший свет, однако эта технология имела ряд сложностей, поэтому современные модели включают несколько единиц или целую матрицу.
  • Колбы или рассеивателя — может изготавливаться из стекла или полимера. Предназначен для боле плавного перераспределения светового потока от точечных источников в окружающее пространство.
  • Стабилизатора тока или драйвера – предназначен для преобразования поступающей на контакты диодной лампочки электрической величины, не зависимо от уровня напряжения и мощности, в строго установленную величину электротока.
  • Цоколя – предназначен для соединения светодиодных ламп с электрической сетью. Чаще всего используются стандартные цоколя E и G, реже бывают другие конструкции.

Дополнительно лампа содержит полимерный или металлический корпус. Однако в led светильниках может быть встроенная матрица, и она монтируется в светодиодный прожектор напрямую.

Принцип действия светодиодной лампы заключается в такой последовательности передачи электрической энергии:

  • При помещении электролампы в патрон и подаче на нее переменного напряжения сети светодиодный источник получает питание.
  • Как видите на рисунке 2, переменное напряжение сети в светодиодной лампе изначально поступает на выпрямительный мост, где преобразуется в выпрямленное. Конденсатор, установленный после моста дополнительно сглаживает пульсации.
  • Выпрямленное напряжение переходит далее от выпрямительного устройства на микроконтроллер, контролирующий величину вырабатываемого электротока.
  • Затем питание поступает на импульсный трансформатор, который и выдает электрическое напряжение непосредственно к источнику освещения.
  • При достижении нужного уровня электротока происходит свечение светодиодов.

В данном примере приведен принцип действия и конструкция светодиодной лампы с гальванической развязкой. Это более дорогой, но и более надежный способ предохранить человека от поражения электротоком. На практике случаются и более дешевые светодиодные лампы, их продукция использует более дешевые платы драйвера или способы преобразования, которые не обеспечивают должного уровня безопасности и продолжительности эксплуатации.

На сегодняшний день производители светодиодных ламп предоставляют потребителям довольно широкий выбор разнообразных моделей, призванных удовлетворить потребности даже самых требовательных покупателей. Поэтому выделяют несколько параметров, по которым и различают виды светодиодных ламп:

  • тип цоколя;
  • форма колбы и самой лампы;
  • напряжение питания;
  • тип светодиодов и способ их размещения;
  • световое излучение – мощность и теплота.

У светодиодных ламп часто встречается цоколь для патронов E27 – стандартный вариант, используемый в люстрах для освещения помещения и т.д. Также часто встречаются модели E14 с диаметром цоколя 14мм, их еще называют миньонами. В некоторых вариантах встречаются штырьковые цоколи G13, G5, GU10, MR – это варианты под современные софиты и специализированные плафоны в люстрах.

Типы цоколей

Рис. 3. Типы цоколей

Значительно реже встречаются светодиодные лампочки с цоколем B или H, как специализированные варианты для узкопрофильного оборудования.

Если рассматривать вопрос о форме, то можно выделить такие виды:

  • грушеобразная – классический вариант, может использовать как матовый рассеиватель, так и прозрачную колбу, в некоторых моделях совмещается полупрозрачный и непрозрачный корпус;
  • грибовидная – используется в точечных светильниках, так как поверхность, излучающая световой поток сравнивается с корпусом софита;
  • кукуруза – длинная модель с цилиндрическим расположением светодоидов, прекрасно подходит для горизонтального расположения в плафонах, прожекторах уличного освещения и т.д.;
  • свеча – декоративная светодиодная лампа, устанавливаемая в настольные лампы, ночники или подсветки.

Как частные варианты вы можете встретить и другие формы, однако здесь мы рассмотрели наиболее популярные из них.

Форма светодиодных ламп

Рис. 4. Форма светодиодных ламп

По напряжению питания светодиодные лампы подразделяются на те, которые подключаются к бытовой сети 220В, и те, которым требуется низкое напряжение постоянного тока – 24В, 12В.

В зависимости от типа светодиодов, выделяют лампочки с монокристаллическими панелями, где обеспечивается точечное освещение за счет единственного кристалла. Но такие варианты сегодня редко встречаются, чаще используются 8 – 10 и более небольших кристаллов, которые могут отличаться габаритами для разных моделей. Особенно хорошо их видно на светодиодных лентах или лампах с прозрачным стеклом. Но некоторые энергосберегающие технологии используют светодиодные нити в газовой смеси.

По типу светодиодов

Рис. 5. По типу светодиодов

Яркость свечения определяется мощностью светодиодной лампы, чем выше мощность, тем более ярко она будет светить. Для бытовых помещений подойдут модели от 3 до 10Вт, производственным потребуется уже около 20Вт, в уличные светильники устанавливают от 30 до 100Вт. Температуру свечения можно выбрать любую, в зависимости от поставленных задач – от теплой до холодной.

Рис. 6. Температура свечения

Температура свечения

Преимущества и недостатки

Как мы уже отмечали ранее, такой тип осветительных приборов стал популярным за счет значительных преимуществ перед их ближайшими конкурентами. К преимуществам светодиодных ламп относят:

  • Продолжительный срок эксплуатации – от 10 до 100 тысяч часов, в сравнении с лампочкой накаливания, которая может обеспечить только 1 тысячу часов.
  • Куда более эффективная светоотдача – от 90 до 120Лм/Вт, лампы накаливания могут похвастаться лишь 5 – 8Лм/Вт, а люминесцентные светильники 25 – 50Лм/Вт.
  • Обладает широкой гаммой цветовых температур, что делает их использование комфортным для любых помещений и нужд, а RGB светодиодные ленты могут выдавать несколько вариантов цвета свечения.
  • Не боятся разгерметизации и нарушения целостности колбы, в отличии от устройств с нитью накаливания, галогенных ламп и других газосодержащих, будет с тем же успехом светить даже без наружного рассеивателя.
  • Широкий диапазон рабочих температур – светодиодные аналоги не теряют своих характеристик в промежутке от – 60 до + 60°С.
  • Устойчивы к незначительным отклонениям рабочего напряжения от номинального значения.
  • Не выделяют вредных веществ, в отличии от люминесцентных ламп, которые содержат ртуть.
Читайте также  Как установить пластиковые балконы своими руками

К недостаткам светодиодных ламп следует отнести их относительно высокую себестоимость, но она с лихвой окупается рабочими параметрами и сроком эксплуатации. Также существуют ситуации, когда лампочки накаливания нельзя или нецелесообразно менять на светодиодные модели.

Технические характеристики

Перед выбором конкретного осветительного устройства необходимо определиться с его основными параметрами. Из всего многообразия, которое вам следует учитывать, мы выделим:

  • Мощность – определяет, сколько электрической энергии будет потребляться из сети при работе прибора. Показатель мощности важен как в части расчета за потребленную электроэнергию, так и в части количества получаемого света.
  • Спектр излучения – теплый в пределах 2700 – 3300 К, дневной от 3500 до 6000К, холодный – от 6000К. Этот параметр указывается на упаковке светодиодной лампы.
  • Коэффициент цветопередачи – на изделии маркируется буквами CRI или Ra. Показатель 100 является максимальным – это уровень естественного дневного света, чуть хуже – от 100 до 90 для рабочих зон, лабораторий и т.д. В пределах 90 – 80 обычные жилые помещения, менее 80 подойдут для коридоров, подвалов и некоторых складов.
  • Угол рассеивания и тип потока – могут характеризоваться направленным световым потоком или рассеянным.
  • Уровень светоотдачи – определяет эффективность каждого ватта переработанной электроэнергии по отношению к выработанному световому потоку.

Область применения

Если еще десять – двадцать лет тому назад светодиодные лампы были настоящей диковинкой, то сегодня они стали полноправными фаворитами рынка. Их можно встретить в самых различных сферах человеческой деятельности:

  • В освещении открытых территорий, площадок, парков;
  • Для освещения бытовых и производственных помещений;
  • Создания декоративной подсветки и украшения, как помещений, так и элементов ландшафта;
  • В пожароопасных зонах и особо влажных помещениях;
  • В автомобилях и механизации транспортных средств;
  • Для работы устройств сигнализации, телемеханики и управления.

Но и этот список не является окончательным, за счет развития и совершенствования технологий, светодиодные лампы продолжают расширять область применения.

Подскажите по поводу нынешнего положения с освещением, — в патроне, где индикаторная отвертка показала отсутствие напряжения теперь лампочка не светиться даже после замены? Если это так, то налицо неисправности в электрической цепи на участке от выключателя непосредственно до самой лампы.

В перечень неисправностей следует отнести жилы кабеля, которые могли перегореть, в результате чего образовался разрыв в цепи, распределительная коробка, место подключения электропроводки к люстре, патрон. В любом из этих случаев причиной является плохой контакт, который создает «экстремальные условия» для светодиодов и приводит к их преждевременному перегоранию.

Если же контакт не нарушен и новая лампа нормально горит, возможны и другие причины:

— Превышение номинального напряжения – если лампа рассчитана максимум на 230 В, а в электрической цепи присутствует 245 В, то срок службы сократится.
— Не соответствует мощность лампы и условия эксплуатации по нагреву. Эта причина проявляется при монтаже в закрытый плафон, где лампочка перегревается, в случае использования некачественного радиатора.
— Низкое качество ламп – многие производители обеспечивают доступную цену за счет экономии на комплектующих элементах. В результате используется слабый драйвер, выдающий пульсирующий ток или устанавливаются самые дешевые светодиоды.
— При использовании выключателя с подсветкой, причиной может быть постоянное мерцание осветительного оборудования из-за шунтирования цепи контактов.
— Если светодиодные лампы питаются от пониженного напряжения, то проблемы могут быть и в блоке питания.

Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

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.

Полупроводник

устройство светодиода

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

Устройство светодиодной лампы

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

схема драйвера светодиодной лампы

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

Светодиодные лампочки

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

33

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.

Читайте также  Какой автомат должен быть для цепей постоянного тока 48В?

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.

Принцип работы светодиодной лампы

Как устроена светодиодная лампа и принцип ее работы

По сравнению с обычными лампами накаливания устройство светодиодной лампы с технической точки зрения сложнее.

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.

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

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.

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.

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.

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.

Принцип работы светодиодной лампы

Принцип работы светодиодной лампы основан на излучении света в очень узком диапазоне длин волн: то есть, с цветовой характеристикой энергии полупроводникового материала, который используется для изготовления светодиодов.

Для излучения белого света от светодиодной лампы надо смешивать излучения от красного, зеленого и синего светодиодов или использовать люминофор для преобразования частей света в другие цвета.

Один из методов — RGB (red, green, Blue), это использование нескольких светодиодных матриц, каждая из которых излучает различную длину волн, в непосредственной близости, для создания общего белого цвета.

Принцип работы устройства

Когда диод смещен вперед, электроны быстро движутся через соединение. Они постоянно объединяются, удаляя друг друга. Вскоре, после того как электроны начинают движение от n-типа к кремнию p-типа, диод соединяется с отверстиями, а затем исчезает. Следовательно, он делает полный атом более стабильным и дает небольшой импульс энергии в виде фотона света.

Особенности питания светодиодов

Блок питания светодиодных ламп на 220В имеет некоторые особенности работы.

Светодиод имеет нелинейную зависимость напряжения и тока.

Так, при увеличении номинального напряжения ток на светодиоде резко возрастает.

Это может привести к поломке. Поэтому в недорогих лампах (часто китайского происхождения) последовательно со светодиодом устанавливается ограничивающий резистор.

Если произойдет скачок напряжения, он не позволит току увеличиться.

Но при этом на резисторе упадет мощность.

КПД недорогого светильника по этой причине уменьшается.

Блок питания обеспечивает нормальное напряжение для питания светодиодов.

Именно этот прибор чаще всего включается в схему ламп представленного типа.

Блок питания для светодиодной лампы 12В или с иным значением исходящего напряжения, называется драйвером.

Это маркетинговое обозначение подобных приборов.

Источник постоянного напряжения для светодиодов, которые работают от напряжения 12 В, принято называть блоком питания.

Если же устройство еще и стабилизирует входной ток, то это драйвер.

Можно сказать, что это разновидность блока питания, которая устанавливается в качественных лампах.

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.

Светодиодная лампа

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.

Устройство светодиодной лампы

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.

Все конструктивные элементы светодиодной лампы

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.

Светодиодное освещение

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: