Светодиодное освещение наружное и для внутренних помещений становится популярным по причине его экономичности. Лампы и светодиодные светильники освещают не только улицы и офисные помещения, но квартиры и загородные дома.
Их доля на рынке существенно увеличилась, так как за последний десяток лет тарифы на электроэнергию выросли почти в 20 раз и это, по всей видимости, не предел. Светодиодные светильники и лампы постепенно начинают вытеснять привычные нам люминесцентные, галогеновые и энергосберегающие источники света, не говоря уже о лампочках накаливания.
Применение светодиодов не ограничивается игрушками, световыми табло и индикаторами в электронных устройствах. Развивающаяся LED-технология существенно расширила границы их применения и стала частью обыденной жизни.
Снижение стоимости продукции, а также разработка под нее эффективных схем управления создало условия для массового производства и внедрения светодиодных светильников, как источников света, подключаемых непосредственно к электросети.
По этой причине ремонт светодиодных светильников на 220 вольт своими руками нередко становится актуальным. Однако, чтобы всякий раз не сталкиваться с напоминанием «откуда руки растут», не лишне будет знать все-таки «откуда растут ноги».
Разновидности светодиодов
В стенах Нижегородской радиолаборатории в 1923 году советский физик Олег Лосев впервые обнаружил свечение полупроводникового перехода. Дальнейшие исследования привели к созданию прототипов светодиодов, которые были названы «Losev Light», то есть свет Лосева. Историю развития их открывает красный светодиод.
После него созданы другие образцы, но синий светодиод появился только в 1971 году от Якова Панчечникова. Технология его производства была сложной и отличалась дороговизной. С созданием японцем Суджи Накамура в 1990 году яркого синего светодиода, который оказался намного дешевле, появилась возможность на основе трех кристаллов (RGB) получить впервые свечение естественного света.
Источники, созданные по такой технологии, применяются еще до сих пор в декоративном и концертном освещении. Светодиод в своей основе содержит искусственно выращенный полупроводниковый кристалл, расположенный на подложке.
Эта структура, как и обычный полупроводниковый диод, пропускает поток электронов лишь в единственном направлении. В светодиоде это явление сопровождается световым излучением в узкой полосе спектра, но с небольшим выделением тепла. 
По разновидности различают 2 типа светодиодных светильников: индикаторные и осветительные. Первый вариант представлен цветными изделиями, обладает умеренной яркостью и размещается в просвечивающем корпусе.
Светодиоды второго типа излучают белый цвет. Нередко приборы маркируются как SMID, что означает расположение кристалла на подложке из меди или алюминия, которая сама находится в корпусе и соединяется с их контактами. В свою очередь индикаторные светодиоды имеют следующие разновидности:
- DIP-светодиоды одно- или многоцветные, у которых кристалл размещен в прямоугольном или цилиндрическом корпусе. Им присущ широкий цветовой спектр излучения и небольшой угол рассеивания. Используются они в различных приборах, а инфракрасные для дистанционного управления.
- Straw Hat по внешнему виду почти не отличаются от цилиндрических DIP видов. Обладают небольшой высотой и большим радиусом линзы, а вследствие близкого расположения к ней кристалла их угол рассеивания увеличен до 100-140 градусов.
- Super Flux «Piranha» в прямоугольном корпусе относятся к сверхъярким экземплярам. Угол рассеивания составляет 40-120 градусов и зависит от модели. Благодаря наличию четырех выводов удобны для крепления на плате и применяются главным образом при оформлении рекламных щитов, а также на транспорте.
- SMD (Surface Mount Device), то есть устройство поверхностного монтажа широко используются в производстве светодиодных лент, Так, известную популярность в этом направлении получила разновидность Cree SMD 3528.
Осветительные светодиоды, в отличие от индикаторных моделей, обладают мощным потоком белого излучения. С этой целью излучающий кристалл покрывается тремя слоями люминофора, каждый из которых формирует свой базовый цвет (R, G или B). При использовании другого способа голубой кристалл покрывается двумя слоями люминофора. К осветительным светодиодам относятся следующие модели:
- Сверхъяркие SMD LED с углом рассеивания 100-130 градусов имеют такую же конструкцию, как и индикаторные, но обладают повышенной мощностью. Благодаря коротким, но массивным выводам удалось добиться эффективного отвода выделяющегося тепла, а также простоту монтирования, которое в состоянии выполнить робот. Находят использование в светильниках, лампах, фарах автотранспорта и т.д.
- COB (Chip On Board – чип на плате) конструктивно представляет объединение не одного десятка кристаллов SMD LED в едином корпусе, покрытом люминофором. Несмотря на усиленный световой поток, из-за большого угла рассеивания (до 180 градусов) не создается узконаправленный луч, но идеально ненаправленного излучения также не получается.
- Filament LED кристаллы монтируются подложке из стекла и их КПД при одной и той же мощности больше, нежели у SMD структур, а спектр изучения приближается к световому потоку от лампочки накаливания и более адаптирован к человеческому глазу.
- Лазерные диоды занимают промежуточное положение, так как технология их производства резко отличается от LED. Благодаря специально кристаллу, обработанному по специальной технологии, они создают очень узкий угол светового луча. В зависимости от разновидности они работают как в видимой части спектра, так и в инфракрасной или ультрафиолетовой зоне и нашли использование в приводах DVD, указателях цели и лазерных указках.
В отличие от лампы с нитью накала, светодиоды излучают значительно меньше тепла, но его выделение полностью не исключено. Поэтому сверхъяркие изделия нуждаются в надежном отводе тепла с помощью радиаторов, что увеличивает период их эксплуатации. Их монтаж осуществляется обычно по нескольку штук на проводящее ток основание, то требует хорошей изоляции.
|
|
Характеристики и параметры светодиодов
К главным параметрам светодиодов относятся:
- рабочий ток, питающее напряжение и излучаемая мощность;
- оттенок, испускаемого потока, светоотдача и температура;
- угол распространения луча и размеры;
- период деградации.
Для маломощных светодиодов ток определяется величиной порядка 0,02 А, но имеются образцы значение которого достигает 0,08 А. К ним относятся мощные изделия, содержащие до четырех кристаллов.
Светодиоды достаточно критичны к величине рабочего тока. Даже при незначительном его повышении уменьшается интенсивность излучения и возрастает цветовая температура, что приводит к старению кристалла. В свечении прибора появляется синий оттенок, и он прекращает функционировать или, в худшем случае, сразу же перегорает.
Состав светодиодных светильников и ламп в обязательном порядке включает стабилизаторы тока, назначение которых в преобразовании его величины. Драйверы LED устройств обеспечивают конкретную его величину для данного типа и схемы подключения.
При подсоединении отдельного конкретного вида прибора к источнику питания всегда используется токоограничивающее сопротивление. Напряжение, как характерный параметр, у светодиода, в принципе, отсутствует, но он характеризуется падением напряжения, которое, как правило, отмечается на упаковке.
Такое падение напряжения создается при протекании номинального тока. Поэтому, отталкиваясь от этого, в расчетах учитывается остаточное напряжение на полупроводниковом кристалле. Использование разных типов полупроводников для свечения различным цветом предусматривается свое падение напряжения на конкретном кристалле.
Так, например, для красных и желтых светодиодов его диапазон колеблется от 1,8 В до 2,4 В. Для экземпляров, светящихся другим цветом, значение падения напряжения примерно 3 В. По мощности светодиоды также имеют существенное различие.
Экспериментально установлено, что поток света, отдаваемый лампочкой накаливания мощности 100 Вт, эквивалентен величине, когда для его излучения применяется светодиодный светильник или лампа мощностью около 12-12,5 Вт. При сопоставлении лампочек накаливания со светодиодными приборами используется коэффициент равный 8.
Показатель эффективности различных осветительных устройств определяется, как соотношение светового потока в люменах (лм) к их мощности в ваттах (Вт). Так, эта величина принимается для:
- лампочек с нитью накаливания – 10-12 Вт/лм;
- люминесцентных ламп – 35-40 Вт/лм;
- светодиодных светильников – 130-140 Вт/лм.
Отсюда очевидно, что экономия в отношении светодиодов, достигается вследствие малой доли излучаемой ими тепловой энергии. Характеристика мощности напрямую связана с цветом излучения и светоотдачей. Так, например, та же лампочка накаливания в 100 Вт создает поток света примерно 1000 лм, а один светодиод диаметром 5 мм, способно на светоотдачу 1-5 лм.
Температуру свечения различных источников принято измерять в градусах Кельвина (К). Светодиоды, применяемые в освещении, по излучаемой цветовой температуре разделяются на три разновидности:
- ниже 3300 К излучают теплый белый свет;
- при 3300-5300 К свет приближается к дневному;
- более 5300 К светятся холодным белым.
Светодиодные светильники и лампы обычно поставляются с указанием в маркировке цветовой температуры, например, как 4000К. Одновременно любое электромагнитное колебание характеризуется длиной волны λ, поэтому иногда в маркировке осветительных устройств встречается этот характерный параметр в виде длины волны в нанометрах (нм).
Определенная цветовая температура светодиодных светильников выбирается в соответствии со сферы их применения для освещения. Однако в этом случае нужно иметь в виду, что лампочка накаливания излучает рассеянный свет, а светодиоду присуще испускание света, направленное под определенным углом. Разброс значений угла рассеивания различных светодиодов относится к диапазону 20-120 градусов.
Самый яркий свет у светодиода исходит от центра, и его интенсивность снижается ближе к краям. Отсюда очевидно, что они освещают хорошо небольшую область пространства, а для расширения зоны освещенности в конструкциях LED светильников и ламп применяются рассеивающие линзы различной формы.
Основой осветительных светодиодов, как отмечалось, являются SMD структуры, которые в зависимости от характеристик включаются в отдельные группы. Размер приборов указывается в их маркировке, 4 цифры которой определяют длину и ширину отдельного элемента в миллиметрах. В последних разработках в светодиодных светильниках и лампах находят использование SMD с типоразмерами 3528, 2835, 5630, 5730 и др. 
Усовершенствованной разновидностью CMD 3528 является светодиод 2835. Если у первого типа круглая рабочая поверхность, то в усовершенствованном варианте за счет ее прямоугольной формы была увеличена площадь излучения, а также размер кристалла.
Более массивные контактные площадки позволили обеспечить эффективный отвод избытков тепла. Падение напряжение на приборе составило 2,8-7,2 В при силе номинального прямого тока до 30 мА (максимальное значение допускается до 180 мА). Сверх яркие средней мощности 5730 имеют две разновидности: с одним и двумя кристаллами.
Они представляют более поздние модели и вначале выпускались известными производителями, поэтому в LED лампах среднеазиатского производства встречаются редко. 
Период деградация светодиода наступает со временем и проявляется в постепенном снижении его яркости свечения. Деградация обусловлена многими причинами, к основным из которых относятся: старение люминофора, сила пропускаемого тока, температура LED элемента и др.
У мощных приборов белого свечения длительность эксплуатации меньше, чем у маломощных сигнальных аналогов. К сожалению, указываемый на упаковке срок службы светодиодных светильников и ламп в 30, 50 и даже 100 тысяч часов далеко не всегда соответствует реальному. Действующие дешевые изделия способны исправно работать без существенного снижения своих характеристик не более двух лет.
Подключение светодиодов на 220 вольт
Особенность питания LED прибора от сети напряжением 220 В заключается в том, что через него ток протекает лишь в единственном направлении. В соответствии с этим при эксплуатации придерживаются определенных правил, когда важно не столько заданное напряжение, сколько оптимальная сила тока.
Включение светодиодов на 220 В осуществляется в одном случае с применением драйвера, который ограничивает ток. В другом варианте питание производится от блока питания, когда с его выхода снимается стабилизирующее напряжение.
В том и другом варианте схемы подключения отличаются. Так, например, в конструкции с блоком питания, на выходе будет стабильным только напряжение. Тогда по причине малого внутреннего сопротивления светодиода без ограничительного резистора сократится срок его службы или, в худшем случае, оно сгорит.
В то же время, когда проводится подключение нагрузки к электросети 220 В через гасящее сопротивление, то на нем рассеивается приличная мощность. Тогда гасящее сопротивление резонно заменить конденсатором. 
Создание конструкций требует последовательного и параллельного подсоединения светодиодов к источнику питания. При последовательном включении элементов достигается экономия в потреблении электроэнергии, потому что ток, протекающий по единственной цепи, не больше величины, соответствующей одному изделию.
Требуемое значение напряжения соответствует суммарному падению напряжения на отдельно взятом элементе. Для параллельного включения потребляемый ток соответствует суммарному его значению, соответствующего всем последовательным ветвям. Тогда возможны две схемы соединений светодиодов: с отдельным ограничительным сопротивлением в каждой ветви или с одним общим.
Стабильная работа будет достигнута, когда резистор рассчитан для одного прибора, поэтому первый вариант предпочтительнее. В то же время, следует помнить, что изделия даже в одной партии незначительно, но отличаются своими параметрами.
Тогда при наличии большого их числа в последовательной или параллельной ветви одни будут излучать свет повышенной яркости и быстро сгорят, а другие будут еле-еле светиться. По этой причине параллельная схема, как правило, содержит не более 4-5 ветвей. 
По причине нестабильного тока, проходящего через светодиод, наступает преждевременно его деградация. Тогда в схеме последовательно-параллельного включения LED излучателей лучшим решением считается применение стабилизатора тока.
Он позволяет придать току оптимальное значение и ограждает излучатель от пагубного воздействия обратного тока. Использование аналогичных решений в схемах драйверов светодиодных светильников и ламп позволяет повысить срок их службы. Принцип работы драйвера, не считая согласования с электросетью 220 В, основан на преобразовании напряжения в стабилизированный ток с определенным значением.
Для этой цели разработано множество интегральных микросхем, позволяющих создавать компактные драйвера. В радиолюбительской практике для питания светодиодов от 220 В распространение получил простейший стабилизатор тока с использованием микросхемы, например, типа LM-317. Сборка схем, отличающихся большей сложностью, не принесет выгоды, поэтому драйверы лучше приобретать готовыми. 
Ремонт LED светильников своими руками
Тенденция неуклонного роста стоимости энергоресурсов вызывает необходимость их экономного использования. Светодиодные светильники в отношении экономии электроэнергии и длительного периода эксплуатации превзошли все известные осветительные устройства, включая и энергосберегающие лампы.
Однако светодиодные светильники тоже не вечны, поэтому их ремонт своими руками приобретает актуальность. Простые действия без специальных знаний и сложных инструментов, а также широкая доступность расходных материалов являются весомыми аргументами проведения ремонта в домашних условиях.
В то же время, следует твердо помнить, что ремонт любых осветительных приборов на 220 вольт осуществляется только при полном отключении напряжения. По ряду причин разомкнутого выключателя может оказаться недостаточно.
Конструкция светодиодных светильников
Несмотря на большое разнообразие форм и типов ремонт светодиодных светильники упрощается, так как они в своем составе содержат общие конструктивные элементы:
- светоизлучающий LED модуль;
- драйвер питающего напряжения;
- корпус с приспособлением рассеивания света.
Однако вначале следует сразу же отметить, что конструкция и принцип действия светодиодных светильников позволяют увеличить срок службы, если для управления ими используется обычный выключатель. Неоновые лампочки, встроенные в выключатель, приводят после снятия напряжения электросети к слабому свечению, что приводит к преждевременной деградации LED модулей.
Наиболее широкое распространение получили потолочные светодиодные светильники. Так, например, для офисных помещений за стандарт принят размер их корпуса 600х600 мм, который удачно сочетается с подвесными потолками «Армстронг». Используемая ранее люминесцентными лампами, такая форма корпуса не претерпела серьезных изменений и в светодиодных светильниках. 
Не менее популярна для светодиодных светильников продолговатая форма корпуса или в виде лампочки накаливания, что удобно для размещения их не только на потолке, но и на стенах. 
Несмотря на общепринятый стандарт корпуса потолочных светодиодных светильников 600х600 мм размеры светоизлучающих модулей или иначе LED линеек от разных производителей имеют отличия. В таблице 1 и 2 приведены характеристики некоторых LED модулей. 
Пояснения к таблице. В потолочном светодиодном светильнике обычно размещается 4 светоизлучающих модуля, которые соединены последовательно. По количеству светодиодов модули от разных производителей также могут отличаться.
С целью увеличения срока службы в самом модуле группа светодиодов может подключаться параллельно, то есть осуществляется дублирование. По числу параллельно включенных LED приборов модуль может иметь различное число секций. 
Пояснения к таблице. В маркировке светодиодного светильника первый символ указывает на порядок размещения в модуле LED элементов: по ширине (W) или по длине (L). Последние два символа указывают на тип корпуса.
В корпусе 01 размещается два одинаковых модуля, что увеличивает мощность светильника. В последней колонке приводится значение напряжения на выходе драйвера, определенное экспериментальным путем, что облегчает поиск неисправностей. Величина требуемого напряжения может быть вычислена путем анализа схемы параллельно-последовательного соединения LED элементов в светоизлучающих модулях.
При этом принимается во внимание, что для отдельного светодиода 5730 значение падения напряжения на нем составляет 3,2 В. Однако для стабильной работы LED линейки важной характеристикой является протекающий по элементам ток, оптимальная величина которого регулируется драйвером светильника.
Обнаружение неисправности
Ремонт светодиодных светильников на 220 вольт своими руками начинается с обнаружения неисправности, то есть диагностики. Основные неисправности светодиодных светильникам чаще всего проявляются в виде:
- кратковременного мерцания;
- слабого свечения в выключенном состоянии;
- выгорания светодиода;
- полного отсутствия свечения.
Вечером, когда электросеть испытывает перегрузку от включаемого большого числа электроприборов, ее напряжение нередко проседает до 180 В. В этом состоянии сглаживающий пульсации конденсатор фильтра не успевает полностью зарядиться, поэтому, наравне с другими осветительными приборами, возможны мерцания и светодиодных светильников.
Мерцание также происходит по причине неисправности сглаживающий конденсатор фильтра драйвера. Иногда после снятия напряжения сети по разным причинам наблюдается слабое свечение светодиодных светильников. Наиболее часто такое явление вызывается встроенными элементами подсветки в выключатель, а также нарушением изоляции и правил при монтаже электропроводки
Когда фазный и нулевой провод меняются местами, а также вследствие взаимного влияния разных проводов, проложенных близко друг от друга, или по причине утечки тока, сглаживающий конденсатор заряжается и пытается запустить драйвер. В ряде случаев причина устраняется подключением параллельно устройству конденсатора порядка 0, 047-0,1 мкФ с допустимым напряжением 400 В или выше.
На выгорание одиночного LED элемента полностью или частично указывает одно или несколько темных пятен светоизлучающего устройства. При выгорании в одной из параллельных ветвей модуля двух или более элементов свечение может прекратиться полностью. Диагностика неисправности осуществляется путем визуального осмотра элементов LED линейки и драйвера, после чего определяется конкретный дефектный узел.
Если напряжение на выходе драйвера отсутствует, то, скорее всего, он неисправен. Выходное постоянное напряжении драйвера соизмеримое со значением сетевого 220 В говорит в пользу неисправности элементов модулей. При подключении мультиметра в прямом направлении к исправному светодиоду, он начинает слабо светиться, но лучше с этой целью использовать источник с напряжением более 3 В и гасящее сопротивление.
Свечение от мультиметра исправных элементов в LED лампе может быть не замечено, поэтому здесь лучше использовать батарею «Крона» на 9 В. Для проверки исправности всей LED линейки понадобится дополнительный источник питания 12-20 В.
Ремонт светодиодных модулей
С целью продления срока службы потолочных LED светильников их линейки обычно содержат не менее двух параллельно соединенных элементов. Когда один из них выходит из строя, то светильник продолжает работать, но с ограничениями.
При неисправности обоих элементов свечение прекращается, а LED лампа выходит из строя сразу же, так как в ней используется только последовательное соединение элементов. Тогда светодиодный модуль подлежит ремонту. Наименее легкий вариант ремонта заключается в замене целиком всего модуля, взятого, например, с другого устройства.
В случае отсутствия такой возможности ремонт осуществляется путем замены светодиодов. Выпаивание их из печатной платы считается самой ответственной операцией, которая выполнятся по-разному. По одному из способов с неисправного элемента острым предметом удаляется желтый светофильтр, под которым находится металлическая подложка с кристаллом.
На нее накладывается капля гелеобразного флюса и припой, после чего, разогретым паяльником мощностью не ниже 60 Вт область прогревается, пока не освободится элемент от печатной платы. Если взамен припоя используется легкоплавкий состав Вуда, то результат лучше, потому что при смешивании с основной массой снижается температура плавления и плата не перегревается.
Однако следует знать, что этот сплав токсичен и после застывания хрупок. Поэтому его остатки потом желательно удалить нагретым паяльником с помощью экранированной оплетки, которая после пропитки флюсом впитывает сплав. Удобным инструментом является термопинцет, но своими руками по его образцу дешевле изготовить жало паяльника в виде П-образной насадки.
Припаивание к подложке нового светодиода осуществляется обычным паяльником, коснувшись его концов, при предварительном покрытии контактов флюсом с обязательным лужением. Наконец, можно приклеить силикатным клеем или эпоксидной смолой рядом с ремонтируемым модулем секцию из пары параллельных элементов от другой такой же линейки и зашунтировать неисправный элемент, соединив проводниками. Правда, этот способ не из лучших, так как незначительно нарушается симметрия излучения света, но она становится не так заметной из-за рассеивающей поверхности.
Ремонт LED драйверов
Несмотря на отличие LED драйвера светодиодных светильников и ламп, как по составу, так и параметрам элементов, они имеют много общих узлов. Ниже для примера представлена схема драйвера для четырех LED линеек DL2450 520×13 мм с 16 элементами в каждой и для LED лампы с 18 элементами, которые, реально мало чем отличаются, не считая микросхем стабилизаторов тока и их обвязки. 
На основании статистических данных по эксплуатации характерные неисправности LED драйверов в основном обусловлены скачками напряжения электросети 220 вольт. При этом чаще всего выходят из строя сглаживающие пульсацию напряжения конденсаторы С1 и С3, и светильник начинает моргать.
Визуально состояние конденсаторов заметно по их вздувшемуся виду и резко возросшему току утечки, вплоть до короткого замыкания между обкладками. По причине пробоя или короткого замыкания диодов выпрямительного мостика отсутствует постоянное напряжение, необходимое для работы стабилизатора тока.
Также, но значительно реже, причиной отказ работы драйвера может быть неисправность гасящего резистора или конденсатора. Указанные элементы схемы легко заменить своими руками, но токоограничивающий конденсатор должен иметь допустимое напряжение не ниже 400 В, а увеличенная емкость С1 позволяет получить более стабильное постоянное напряжение.
При неисправности микросхемы стабилизатора тока легче заменить полностью LED драйвер, нежели пытаться выпаять ее из печатной платы своими руками. Элемент стабилизации на выходе драйвера редко выходит из строя, но исключением не является. Таким образом, ремонт светодиодных светильников на 220 вольт своими руками и его сложность зависит непосредственно от причины неисправности. Нередко перебои в их работе обуславливаются внешними факторами, после устранения которых светильник в состоянии не требовать ремонта
P.S. Оставьте заявку на ремонт электроборудования.
