…оооооочень много раз мне пришлось столкнуться с проблемой перегоревших светодиодов, установленных где-либо в машине…началось всё это с лампочек в габаритах, потом постоянно горела подсветка приборки, потом подсветка блока отопителя, багажника и т.д…
И вот как-то раз это явление достало меня окончательно и я, бегло пробежавшись глазами по записям в блогах одноклубников, решил сделать подсветку приборки "вечной" линейным стабилизатором напряжения L7812CV, +12в, что, естественно, никакого толка не дало и лента сгорела, как ни в чем не бывало 🙂
Вот он, виновник торжества.
…хотя…его вины тут нет. Виноваты тут далекие от электроники люди и я, человек который слишком мало копал, прежде, чем что-то сделать…Все мы ошибаемся, что поделать, потому и половина бортового журнала — это работа над ошибками… 🙂
Начнем с того, что светодиоды сгорают от скачков тока, а не напряжения.
"Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется.
Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта.
Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!
То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука.
Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо."
Теперь понятно, почему с долбанными линейными стабами типа L7812CV постоянно все перегорает?
Да, стабилизация нужна по току, а не по напряжению и делается это резисторами!
Ладно, поехали дальше.
В связи с тем, что сейчас у меня висит 4 проекта по фарам, которые будут делаться на очень дорогостоящих COB кольцах (которые ещё дороже стали с учетом долбанного курса валют) стабилизация таковых просто жизненно необходима…
Вот как оно выглядит
Вы спросите сейчас, а нафига драйвер, если вон он, уже висит и все стабилизирует.
Ну да, я тоже так думал, а на деле оказалось, что там те же самые стабилизаторы напряжения стоят (у одного из клиентов одно кольцо уже начало моросить). Ну кто ж знал, что Китайцы в плане драйверов решили сэкономить.
Итак, делаем простейший драйвер.
Берем идеальную автомобильную сеть 12 Вольт и считаем какой нам нужен резистор на примере COB кольца, мощностью 5 Вт.
Мы можем узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания.
Потребляемый ток равен мощности деленной на напряжение в сети.
COB кольцо потребляет 5 Вт. Напряжение в идеальном автомобиле 12 Вольт.
Если считать не умеете, то можно посчитать тут
ydoma.info/electricity-zakon-oma.html
Получаем 420 милиампер потребляемого тока таким колечком.
дальше идем сюда
ledcalc.ru/lm317
вводим требуемый ток 420 милиампер и получаем:
Расчетное сопротивление: 2.98 Ом
Ближайшее стандартное: 3.30 Ом
Ток при стандартном резисторе: 379 мА
Мощность резистора: 0.582 Вт.
ЭТО РАСЧЕТ РАБОТАЕТ, КОГДА ВЫ ТОЧНО УВЕРЕНЫ В ХАРАКТЕРИСТИКАХ СВЕТОДИОДА, ЕСЛИ НЕТ, ТО ДЕЛАЕМ ЗАМЕР ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОКА МУЛЬТИМЕТРОМ!
КАК ЭТО ДЕЛАТЬ, СМОТРИМ ТУТ!
К слову, выше расчет, где я взял спецификацию диода от китайца, является неверным, ибо при замере фактическое потребление тока оказалось не 420 мА, а 300мА. Потому сразу можно сделать вывод, что пятью ваттами там и не пахнет 🙂
Дальше идем в магазин и покупаем:
-LM317. Внешне как и LM7812. Корпус один, смысл несколько разный.
Предыстория
Несколько лет назад были приобретены 4 светодиодные лампочки модели GL5.5-E27 изготовленные под брендом Estares. Две из них неплохо эксплуатировались в прихожей, где освещение горит по нескольку часов в день с периодическими переключениями, одна в ванной комнате и еще 1 в туалете, где режим эксплуатации отличается более частыми коммутациями, чем продолжительностью работы.
Но, невзирая на отличие в условиях эксплуатации, по истечении трех лет, все лампочки практически одновременно стали мигать через несколько минут после включения.
Причина этого явления известна — светодиоды постепенно выходят из строя из-за повышенного тока, протекающего через них. Производитель, чтобы лампа светила ярче использует драйвер с максимально допустимым для данного типа светодиодов выходным током. Как следствие светодиоды при работе нагреваются выше допустимой для данного типа светодиодов температуры, и соответственно быстрее деградируют. При этом яркость свечения лампы со временем начинает уменьшаться, это видно не вооруженным глазом. Сопротивление светодиодов также снижается и достигает того предела, при котором начинает срабатывать защита драйвера от перегрузки и короткого замыкания, это и вызывает мигание лампочки.
Ради интереса и экономии ради было принято решение попытаться осуществить ремонт этих светодиодных ламп, а именно заменить деградировавшие светодиоды на новые и посмотреть, что из этого получится.
Разборка светодиодной лампы
Обычным канцелярским ножом с узким лезвием очень аккуратно подрезаем клей, крепящий стеклянный плафон лампы к пластиковому корпусу. Плафон не придавливаем, он очень хрупкий и легко ломается. После подрезания клея плафон легко снимается.
Весь клей, а его там не мало, с обеих частей разобранной светодиодной лампы лучше удалить. Он нам не понадобится.
Что мы видим. На тонкой плате установлено шесть светодиодов, хотя возможна установка еще трех. Очевидно, что мы имеем дело с уже классическим подключением светодиодов к драйверу, такое же применяется в светодиодных лентах, по три последовательных светодиода. То есть, в данную лампу возможно установить всего 9 светодиодов, три группы по три светодиода в каждой. Это снизит нагрузку на светодиоды и продлит срок службы светодиодной лампы.
Плата прижата саморезами к пластиковому корпусу, в котором имеются вентиляционные отверстия, через алюминиевый радиатор.
Отпаиваем провода от платы и разбираем этот слоеный пирог. Термопаста между платой и радиатором отсутствует. Вопрос нужна ли она там риторический.
Под радиатором обнаруживаем плату драйвера. Обратите внимание на обесцвечивание красного плюсового провода. Это явно вызвано повышенной температурой.
В принципе дальше разбирать светодиодную лампу смысла нет, можно просто проверить работоспособность драйвера. При подаче на вход драйвера напряжения 220 В переменного тока, на выходе должно быть около 9 В постоянного.
Соблюдайте правила электробезопасности!
Лирически-теоретическое отступление
Но если есть большое желание посмотреть, а что там и как, то аккуратно поддеваем отверткой цоколь лампы по периметру и скручиваем цоколь по резьбе. Поддеваем торцовый контакт и вытаскиваем его. После этого плата драйвера свободно извлекается.
На фото провод идущий к торцовому контакту отсутствует.
Как видим, производитель не был оригинален и использовал типовой драйвер светодиодной лампы на микросхеме BP3122. Скачать datasheet BP3122.
Типовая схема применения BP3122 следующая:
Данная микросхема была специально разработана для применения в драйверах светодиодных ламп и представляет собой микросхему управления импульсным источником питания. Ее применение позволяет значительно сократить размер драйвера, а как следствие и его стоимость, за счет сокращения применяемых дополнительных компонентов.
Рекомендуемая производителем микросхемы выходная мощность не более 6 Вт при входном напряжении 230 В ±15% и 5 Вт в диапазоне входных напряжений переменного тока от 85 до 265 В. В микросхеме реализована защита от перегрузки и короткого замыкания, защита от перегрева, а также защита от перенапряжений. С механизмом самовозврата при устранении неисправности.
Уровень стабилизированного выходного тока определяется типом применяемого трансформатора, а именно соотношением витков первичной Np и вторичной Ns обмоток, и пиковым током в MOSFET, который в свою очередь, зависит от сопротивления задающего резистора, подключенного к входу CS микросхемы.
Стабилизация тока, на выходе исследованного драйвера, осуществляется на уровне 350 мА.
Ремонт светодиодной лампы
Для замены деградировавших, на AliExpress были заказаны новые светодиоды у этого продавца .
Отпаять старые светодиоды с платы проще всего посредством фена паяльной станции (температура около 300 °С). Можно и паяльником, но придется повозиться, изготовив специальную «вилочку для пайки светодиодов». Плата весьма теплоемкая и отбирает часть тепла на себя, поэтому паяльник менее 100 Вт можно даже не рассматривать.
Убрав старые светодиоды, не прекращая подогрева снизу платы, наносим на места пайки флюс, при необходимости припой, и размещаем новые светодиоды, соблюдая полярность.
Предварительно, выводы новых светодиодов также не помешает залудить. А для удобства их последующего позиционирования на плате, отметить, например анод, маркером.
Номинальные данные приобретенных светодиодов: ток 150 мА, напряжение 3,0 – 3,2 В, теплого, белого свечения 2800 – 3500 К.
Сборка осуществляется в обратном порядке. При наличии термопасты наносим ее на обратную сторону платы.
После этого работоспособность светодиодной лампы можно проверить, включив ее на несколько часов.
Не смотрите на горящие светодиоды не защищенным глазом, это опасно для зрения. Накройте их листом бумаги!
Если все нормально, все группы светодиодов светятся равномерно и не мигают, можно приклеить на место стеклянный плафон. Лучше использовать для этого клей типа «Момент». Термоклей не годится, при нагреве лампы во время работы, он может расплавиться и плафон отклеиться и упадет.
После высыхания клея светодиодная лампа снова будет служить вам верой и правдой. Ну а если вдруг, что, вы уже знаете, как ее починить.
И снова здравствуйте, мои маленькие любители внутренностей!
Мы, наконец-то, добрались до заключительной части повествования о светодиодных лампах, в рамках которой мы рассмотрим 4 лампы в цоколе E27, а также подведём заключительные итоги этого затянувшегося повествования.
Прошлые две части находятся тут и тут.
Не будем затягивать наш рассказ о лампах и сразу перейдём к главному – внутренностям пациентов, светодиодных ламп от фирм ASD, Gauss и Supra.
Светодиодные лампы в цоколе E27: просторный корпус = залог удачной лампочки
Как мы помним из первой части, все светодиодные лампы в цоколе E27 показали достойные характеристики по уровню пульсаций, не превысив 1%. Вполне естественно, что такой драйвер требует достаточно просторного корпуса для размещения хотя бы потому, что имеет больше компонент, нежели конденсаторный балласт. Однако на примере лампочки от фирмы Gauss мы могли убедиться, что даже в корпусе GU5.3 можно компактно разместить драйвер без пульсаций, выполненный по безтрансформаторной технологии.
Что ж, посмотрим, что там внутри у первого подопытного кролика из сегодняшнего списка – лампа производителя ASD.
Крышка снимается довольно легко, практически голыми руками, что, по всей видимости, является производственным недостатком/браком, так как клей на обратной стороне присутствует. При этом светодиодная сборка крепится напрямую к металлическому корпусу лампы, однако теплоотвод организован лишь по внешнему кольцу, что, как читатель, наверное, уже понимает, nicht gut. Например, в тех же лампах E14 и GU5.3 сборка контактирует с теплоотводящим корпусом по всей площади.
Легко заметить, что предоставленный объём используется вольготно, без особых усилий по минимизации размеров драйвера. Электрическая схема представлена на изображении ниже. Она выполнена по уже ставшей классической для ламп с большим корпусом безтрансформатормной понижающей топологии. Расположение 28 светодиодов последовательное, при этом кое-где добавлены SMD резисторы(?). Если кто-то знает, зачем это сделано, то напишите, пожалуйста, в комментариях.
Отдельные светодиоды запакованы в продолговатые корпуса и впаяны между медными контактами, аналогичные SMD-компоненты фирма ASD использует и в лампах GU5.3. На рисунке ниже отчётливо видна граница между двумя такими контактами (тёмно-серая область). Размер самого светоизлучающего элемента 253 на 83 микрона.
Следующей на очереди будут две лампы от компании Gauss мощностью 6.5 и 12 Вт, соответственно. Несмотря на схожесть по многим критериям, данные светодиодные лампы имеют и некоторые различия, например, драйвер, и что самое иментересное – разные светодиоды внутри.
Рассеивающая колба очень удачно закреплена на теле лампы – приходится изрядно попотеть, чтобы выломать (да-да, именно выломать!) её оттуда, ибо клея и герметика в компании Gauss для лампочек не жалеют. Таким образом, совершенно спокойно можно использовать данные лампы в помещениях с высокой влажностью.
Однако лампочки фирмы Gauss имеют ту же проблему, что и ASD, металлический рассеиватель тепла в корпусе лампы соединён с алюминиевой подложкой, на которой закреплены светодиоды лишь по относительно небольшому кольцу вокруг. Конечно, с точки зрения теплофизиков такое решение. быть может, имеет смысл, но всё же…
Сам драйвер выполнен по безтрансформаторной технологии. Блоки светодиодов (всего их 12 штук, каждый в отдельном SMD корпусе) соединены последовательно.
Сапфировая подложка светоизлучающих чипов структурирована, как и у ASD — не один ли завод их, подложки, производит?! LED имеют излучающую поверхность аж в 283 на 140 квадратных микрометров, что является одним из самым большим показателей среди представленных ламп.
Обратимся теперь к лампочке на 12 Вт. Принципиально она мало чем отличается от лампы на 6.5 Вт: аналогичный драйвер, хоть и со своими особенностями, та же пластиковая колба с металлическим кольцом-рассеивателем внутри, аналогичные светодиодные модули, хоть и в большем количестве; однако только эта лампа имеет заливку драйвера специальным компаундом.
С электрической схемой драйвера возникли некоторые проблемы, поэтому блок где должна находится катушка оставлен под знаком вопроса. С одной стороны, используемая микросхема управления подразумевает безтрансформаторный драйвер, однако с другой стороны используемый дроссель имеет 3 вывода на плату, что, казалось бы, говорит нам о драйвере на базе обратноходового преобразователя, но сопротивлениями между контактами/ногами катушки всего-навсего 1.7, 5.8 и 6.2 Ома, что должно не вписывается в схему гальванической развязки в данном драйвере.
В 12 Вт лампочке установлено аж 32 корпуса с LED. Правда, сами светодиоды имеют несколько иной размер 275 на 148 мкм против 283 на 140 мкм у 6.5 Вт лампочки и отличное расположение контактных дорожек. На первый взгляд LED практически идентичны, однако всё же интересно, с чем это может быть связано: разные партии светодиодов или всё-таки они действительно разные для разных по мощности ламп? Напомню, что под нож шли лампы одной цветовой температуры — 2700К.
Светодиодные модули от одной и той же фирмы могут-таки отличаться – вот это поворот!
И последняя в этом классе, лампочка от компании Supra. Лампочка открывается тяжело, то есть с герметичностью у неё всё в полном порядке: герметика налито достаточно. Контакт нейтральной линии не припаян к самому цоколю, а лишь прижат им, как мы уже говорил в предыдущей части, данный способ фиксации не является самым надёжным – цоколь снять довольно сложно, но можно!
А вот что действительно удивило – светодиодные сборки, закреплённые на вполне гибком текстолите вместо алюминиевой подложки, который в свою очередь термопастой связан с теплоотводящим корпусом. Как следствие, другим положительным моментом стало наличие полноценного теплорассеивателя, а не кольца, как у трёх рассмотренных выше ламп.
Драйвер представленной лампы выполнен на базе технологии… Да, аналогичная история, как и с лампочкой Gauss 12 Вт. Простым прозвоном сложно понять, что представляет собой дроссель с тремя контактами на плате. Поэтому в итоговой таблице хоть эти два драйвера и будут фигурировать под «обратноходовый преобразователь», но скорее всего выполнены они по безтрансформаторной понижающей топологии. Хотя сознательные читатели присылают иногда полезные ссылки, из которых следует, что используемая микросхема подразумевает безтрнсформаторный драйвер.
Теперь проведём немного аналогий. Cветодиоды соединены последовательно-параллельно, как и у лампы ASD (звоночек номер раз).
Наименование управляющей микросхемы — BP2822 от компании BPSemi
Если же мы взглянем на сами светоизлучающие элементы, то окажется, что по габаритам (251 на 83 против 253 на 83 микрона), расположению контактных площадок и микроструктуре, они полностью идентичны светодиодам в лампе компании ASD (звоночек номер два). Да, они упакованы в корпус по две штуки, однако зачастую сам производитель диодов «пакует» их в разные корпуса: по одному, два, три, четыре и так далее. Так что вполне можно выдвинуть предположение, что лампочки ASD и Supra начинены LED-модулями одного и того же производителя. При эквивалентной начинке (драйвер+светодиоды), схожих светотехнических показателях не удивительно, что в рознице стоимость ламп практически не отличается – около 250-270 рублей (август-сентябрь 2015).
Deja vu? Таки да, полная идентичность с лампой ASD
Финальные выводы
Что ж, после такого длительного и где-то не всегда удачного, а где-то исключительно интригующего тестирования светодиодных лампы, а также путешествия по их внутреннему миру, остаётся подвести финальные итоги.
- Про внешний вид. Как мы могли убедиться, даже те светодиодные лампы, которые кажутся герметичными, на самом деле такими не являются. Поэтому, дорогой мой читатель и покупатель, перед покупкой оных для помещений с повышенной влажностью, обязательно проверь крепление светорассеивателя!
- Про драйверы. Драйверы всех ламп разделись на два больших лагеря: конденсаторный балласт (сильный коэффициент пульсаций до 10-15%) и безтрансформаторный драйвер (Kp 2 , однако за это приходится поплатиться 22 Вт рассеиваемой энергии на тот же самый мм 2 . Здесь-то и настаёт время компромисса и расплаты за «аналог» 100Вт лампочки. К сожалению, это трудноосуществимая задача без перераспределения тепловой энергии, выделяемой на светодиодах, и, соответственно, специальных радиаторов-рассеивателей.
NB: Автор статьи не является профессиональным инженером-электриком, поэтому если вы заметили ошибку или оплошность в схемах, тексте или ещё где-нибудь, то пиши, пожалуйста, в ЛС.
PS: Существует как минимум две подтверждённые фирмы-производителя управляющих микросхем Monolithic Power и BPSemi. Также некоторые reference design от Dialog Semiconductor (совместно iWatt)
PPS: Все схемы нарисованы в бесплатном (open-source) программном пакете QUCS, отыскать которой помог toster.
UPD: Комментарий с D3 принёс интересную информаци о помехах и способах защиты — тут.
Полный список опубликованных статей «Взгляд изнутри» на Хабре и GT:
