Устройство светодиодной лампы на 220 вольт: как работает, из чего состоит

Техника безопасности при ремонте светодиодных лампочек на 220 В

Поскольку мы проводим ремонт прибора, работающего от сети, то без техники безопасности никуда. Светодиодные лампы имеют бестрансформаторное питание, практически все элементы схемы во время работы прибора, включая светодиоды, находятся под опасным для жизни напряжением

Поэтому соблюдай следующие меры предосторожности:

Все перепайки и измерения во время ремонта проводи только в отключенной лампе.
Даже если конденсаторы зашунтированы разрядными резисторами, после выключения лампы разряди все конденсаторы вручную. Для этого достаточно на секунду закоротить выводы конденсатора любым металлическим инструментом с диэлектрической ручкой.
Во время включения прибора после ремонта береги глаза. Если что-то пойдет не так, любой из элементов может взорваться. Лучше отвернись, включи и поворачивайся.
Не оставляй без присмотра включенный паяльник и не клади его во время перерывов в ремонте на горючие предметы. 260 градусов – это относительно немного, но пожар устроить хватит.

На этом, пожалуй, можно закончить. Теперь ты знаешь, как устроена светодиодная лампа и как она работает. А при необходимости сможешь самостоятельно произвести ее ремонт.

Как устроенны светодиодные лампы?

Конструктивно, светодиод включает располагающиеся по противоположным сторонам излучающего кристалла катод с анодом. Кристалл легируется с одной стороны акцепторной примесью, с другой – донорской. Располагается он на подложке, выполняемой из различных материалов – кремния и пр. или же внутри колбы из стекла.

Все различия между светодиодными светильниками основаны исключительно на форме плафонов, потребляемой мощности, световой и цветовой отдаче, сам принцип работы светодиодных ламп не меняется. Стандартно для них используется напряжение в 4В, 12В и в 220В.

Принцип работы светодиодных ламп основан на получении светового излучения из светодиодов при пропускании через эти элементы электрического тока. Устройства могут использоваться поодиночке или же объединяться в группы в различном количестве. В последнем случае в осветительный прибор встраивается специальная управляющая их работой микросхема.

Также в конструкцию светодиодных светильников включается преобразователь тока из электросети в рабочий, параметры которого могут значительно различаться. Собственно светодиод является образчиком полупроводникового аналогового элемента. Свою «карьеру» это устройство начинало как средство индикации в микроэлектронике.

На что обращать внимание при покупке

Из-за большого количества характеристик правильный выбор светодиодной лампы может стать непростым занятием.

Напряжение питания

При нестабильном напряжении в доме или квартире выбирайте лампы, способные работать в большом диапазоне напряжений. Данная характеристика обычно указывается на упаковке. Отметим, что при низком напряжении светодиодные лампы излучают столь же яркое свечение, что и при обычном.

Цвет излучения

Цветовая температура характеризует интенсивность излучения осветительного прибора. Цветовая температура измеряется в кельвинах. С ее повышением цвет меняется от желтого к голубому. Как правило, производитель указывает параметры излучения на упаковке и корпусе лампы: теплый (2 700 К) – приблизительно сравним с цветом лампы накаливания; теплый белый (3 000 К) – оптимально подходит для жилых помещений; холодный белый (4 000 К) – для офисов и производства, близок к цветности дневного света.

Некоторые модели ламп позволяют регулировать цвет с помощью специальных режимов. Если вы плохо переносите голубой спектр и холодный свет кажется вам тусклым, при покупке лампы с холодным спектром выбирайте прибор с запасом мощности.

Мощность

Среди характеристик на упаковке светодиодных ламп приводится их световой поток и мощность аналогичных по яркости ламп накаливания. В действительности мощность светодиодных ламп в шесть-восемь раз ниже. Например, яркость свечения 12-ватной лампочки сопоставима с мощностью лампы накаливания на 100 Вт. Имейте ввиду, что заявленная мощность не всегда соответствует действительности, и лампа может светить менее ярко. Мощность свечения может снижаться и в связи с уменьшением яркости светодиодов со временем, поэтому существует вероятность, что устройство придется менять задолго до истечения его срока службы.

Прочие существенные моменты

Светодиодные лампы крупнее по сравнению с лампами накаливания, поэтому могут просто не поместиться в небольшой плафон.

Для приборов освещения, которые включаются через диммер, нужно подбирать подходящие лампы – на упаковке устройства должна быть информация, что лампу можно регулировать.

Светодиодные лампы слегка искажают визуальное восприятие цветов. В некоторых ситуациях, например, при съемке фотографий, это может иметь существенное значение.

Устройство светодиодных ламп, компоновка составных частей

Устройство светодиодных ламп у всех производителей отличается. От предназначения ламп, но общий принцип остается одинаковым: монтаж ведется от цоколя в следующей последовательности – светодиодный драйвер, радиатор, плата со светодиодами, колба.

Посмотрим устройство светодиодных ламп некоторых производителей:

Здесь мы видим: пластиковый “цоколь”, полноценный драйвер, алюминиевый корпус (он же выполняет роль радиатора), в нем установлена плата со светодиодами, линза. Стоит отметить, что лампы с такими линзами имеют наибольшую светоотдачу.

Устройство лампы Gauss:

Здесь мы также видим пластиковый цоколь, полноценный драйвер, алюминиевый корпус (он же радиатор), алюминиевая плата со светодиодами. Такое устройство лампы также подразумевает, что она прослужит достаточно долго.

Сегодня мы рассмотрели устройство светодиодной лампы и принцип ее работы. Конечно, этого не достаточно для выбора хорошей, долговечной лампы. Нужно еще знать характеристики LED ламп, разбираться в брэндах и понимать, какое освещение Вы хотите получить. По началу это кажется достаточно сложно, но если набраться терпения и потратить не много времени, то можно больше не “париться” по поводу как устроена светодиодная лампа, принципе ее работы и по каким характеристикам стоит их .

Resize

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.

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.

Устройство и принцип работы

Конструкция светодиодной лампы довольно сложная. Рассмотрим ее строение и назначение основных элементов.

Источником света в светодиодной лампе является светоизолирующий диод, состоящий из полупроводникового кристалла, имеющего два вывода (катод и анод) и оптической системы. Далее по тексту будет использована аббревиатура СД или LED.

Рассмотрим принцип работы светодиодной лампы. При прохождении электрического тока через полупроводник в прямом направлении, носители заряда (электроны и дырки) осуществляют рекомбинацию. В результате этого происходит оптическое излучение фотонов (из-за перехода электронов на другой энергетический уровень).

Также в лампе находится драйвер (специальная микросхема), который обеспечивает питание светодиода. Радиатор (система охлаждения) собирает и выводит излишнее тепло. Рассеиватель минимизирует потери света.

На схемах светодиоды условно обозначаются как диоды со стрелками, которые обозначают оптическое излучение (рис. 2).

Схематическое изображение светодиода

Способы сборки

На сегодняшний день практикуется несколько способов сборки осветительных элементов, благодаря чему создана определенная классификация современных светодиодов.

DIP

Вариант Duаl In-line Расkаgе – интересный, с точки зрения конструкции, но устаревающий вид, характеризующийся следующими размерами светодиодов:

0,3 см;
0,5 см;
0,8 см;
1,0 см.

Помимо размеров колбы, полупроводники заметно отличаются цветом и материалами, которые используются для изготовления, а также формой чипа. К числу основных достоинств такого типа светодиодов относятся незначительный нагрев и достойная яркость свечения.

Duаl In-linе Расkаgе выпускаются как в одноцветном, так и в RGB-варианте, а также обладают чаще всего очень характерной цилиндрической формой, и имеют встроенную выпуклую линзу.

«Пиранья»

Светодиоды, относящиеся к этой группе, характеризуются наилучшими световыми качествами по показателям светового потока. Конструктивная особенность представлена прямоугольной формой и наличием четырёх специальных пин-выводов. Выпускаются в красном, зеленом, синем и белом цвете.

Одним из основных отличий является возможность более «жесткой» фиксации на плате, а очень высокая тепловая проводимость обусловлена свинцовой подложкой.

Светодиодная лампа Пиранья Хамелеон (RGB)

Наличие свинца ставит под сомнение безопасность эксплуатации, но широкий диапазон рабочего температурного режима позволяет использовать высокие входные мощности, чем и обуславливается широкая популярность.

SMD-технология

SMD-светодиоды, известные также под названием Surfасе Моunting Dеviсе или «устройство, фиксируемое на поверхности», обладают мощностью на уровне 0,01-0,2Вт.

Особенностью SMD-светодиодов является наличие одного, двух или трёх современных кристаллов на керамических прямоугольных основах.

SMD-светодиоды покрываются индивидуально качественным слоем люминофора. Площадки с контактами и основа монтажной платы напрямую соединяются при помощи стандартного припоя.

К недостаткам такой современной технологии можно отнести низкие показатели ремонтопригодности конструкции, а также необходимость выполнять полную замену платы со всеми светодиодами при выходе из строя одного из них.

COB-технология

Современная технология изготовления светодиодных ламп под названием Сhiр Оn Воаrd, характеризуется фиксацией кристаллов на плате без корпуса и керамической подложи, и покрытие общим люминофором. Главным достоинством любых COB-осветителей является минимальная площадь свечения при повышенных показателях мощности.

Светодиодная лампа типа COB

Большая плотность размещения и наличие общего покрытия слоем люминофора, гарантирует наиболее равномерное свечение осветительного прибора.

Устройство LED-лампы

Прежде чем взяться за практический ремонт, разберемся в работе светодиодной лампы на 220 В теоретически.

Любая светодиодная лампочка (СЛ) – готовый светодиодный светильник, который состоит из набора светодиодов, размещенных на плате определенной, снабженной радиатором для отвода от диодов тепла конфигурации. Нередко роль радиатора выполняет металлический корпус лампы.

Диоды, соединенные последовательно, питает драйвер – источник тока. В бюджетных устройствах ток через светодиоды не стабилизируется и напрямую зависит от колебаний сетевого напряжения. В более дорогих лампах ток через полупроводники стабилизирован на заданном уровне. Второй вариант, конечно, намного надежнее первого, но стоит такая лампа несколько дороже, а ремонт ее сложнее.

Все это устройство помещается в корпус той или иной конструкции, который снабжается цоколем для подключения к сети 220 В и защитным колпачком, одновременно играющим роль светорассеивателя.

На лампе, изображенной выше, роль теплоотвода играет часть корпуса, выполненная из ребристого металла. В некоторых конструкциях ламп корпус может быть пластиковым, а радиатор располагается внутри него.

Схемы светодиодных источников света

Схема светодиодной лампы может быть полезна тем, кто задумал сделать такой осветитель своими руками.

Понадобятся:

цоколь от ненужной лампочки;
светодиоды;
и схема питания.

Простая схема источника питания светодиодной лампы

На входе конденсатор C1 пропускает напряжение на диодный мост. Параллельно установлен резистор для ограничения тока подачи. За диодным мостом впаян фильтр из конденсатора C2. Резисторы R2 и R3 нужны для разряда конденсаторов после выключения.

Для защиты конденсатора установлен шунт из стабилитронов VD2, VD3, защищающий конденсатор от пробоя. Параллельно стабилитрону располагаются 20 светодиодов.

Выбор цвета светодиодной подсветки

Какой свет выбрать: теплый или холодный? Предпочтение цветности свечения светодиодных ламп – дело субъективное. Географические и климатические факторы также могут сыграть роль в выборе оттенков света. Чаще всего те, кто живет в более холодных северных климатических условиях, предпочитают теплый свет, а жители южных мест – любители холодного света.

Таблица цветовой температуры светодиодного освещения, как можно увидеть, находится в пределах от 2 700K до 6 500K по шкале Кельвина и включает в себя теплый, холодный свет и дневной.

Свечение светодиодных ламп выше 5 000 К относят к холодному белому свету (голубовато-белый), а более низкие цветовые температуры – 2 700-3 000 К к теплому (от желтовато-белого до красного)

Теплый белый свет (warm white) находится в диапазоне от 2 700 K до 3 500 K. Он создает успокаивающий и расслабляющий свет, который отлично подходит для спален, гостиных, столовых или ресторанов.
Дневной свет (neutral white) колеблется от 5 000K–6 000K – четкий и ясный белый свет, который отлично подходит для гаражей, уличного освещения, офисов или магазинов.
Холодный белый свет (cool white) находится между 6 000K и 7 000K – подходит для повышения бдительности, хорош в коммерческих и промышленных помещениях.

Также могут еще выделять естественный белый свет, который варьируется от 3 500 K до 4 500 K. Чистый белый свет лучше остальных имитирует солнечный, что делает его пригодным для использования практически в любом месте. Подвалы, гаражи и другие темные места, которые имеют слабое освещение, являются хорошим местом для прохладных белых светодиодов.

Цвет свечения светодиодов для освещения нужно выбирать в зависимости от того, где именно вы собираетесь использовать лампу, и от ваших личных предпочтений. Теплый свет хорошо применяем в различных жилых помещениях или в местах, где требуется расслабленная атмосфера. Прохладные цвета хороши для современного стиля и в промышленных, коммерческих условиях; или же если вы просто хотите увеличить яркость.

Используя светодиодные источники света, можно подобрать любой белый цвет по шкале Кельвина. Светодиод продается как источник света «полного цветового спектра» или же «улучшенного спектрального освещения».

Источники света LED, лампы или светильники хорошего качества излучают длину волны света, что больше соответствует тому, что мы видим в естественном солнечном свете, где присутствует полный цветовой спектр.

Выбирая холодный или теплый свет, ориентируйтесь на то, что светодиодные изделия для интерьера предлагаются в диапазоне от теплого белого света и нейтрального до белого дневного.

Оттенки теплее (например, 2 700k) выделяют желтый свет, что может быть полезно для кожи, но не подойдет для коммерческих и промышленных помещений и освещения тканей, продуктов питания, где присутствуют насыщенные яркие цвета, такие как красный, оранжевый и пурпурный. Как правило, внешние помещения освещаются в белом диапазоне дневного света. Любой холодный свет дает синий оттенок, а также искажает восприятие цвета – он подойдет для мастерских, гаражей или наружного освещения.

Для освещения дома предлагают светодиодные лампы на 3 500 K, 4 000 K и 5 000 K.

Лампы для встраиваемых потолочных светильников предлагаются в 3 000 K, 4 000 K, 5 000 K.

Лампы для внешнего уличного освещения предлагаются на 5 200 K.

Лампы для внешнего уличного освещения предлагаются на 5 200 K

Освещать такие места как гаражи, подвалы и паркинги для машин предлагается с помощью ламп в 5 000 K и 5 700 K.

Освещать такие места как гаражи, подвалы, паркинги для машин предлагается с помощью ламп в 5 000 K и 5 700 K

Использование полноцветного источника света, такого как светодиодные лампы, улучшает остроту зрения (даже при более низком уровне освещенности), оказывает положительное влияние на внутренние биологические часы организма (циркадный ритм) и просто способствует эффективному освещению.

Устройство светодиодных ламп для цепей переменного тока напряжением 220В

Светодиодные лампочки состоят из следующих компонентов:

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

Как подключить светодиодные лампы на 220 вольт

Самая большая хитрость при подключении светодиодных ламп на 220 в, что никакой хитрости нет. Подключение происходит абсолютно точно также, как вы это делали с лампами накаливания или компактными люминесцентными лампами (КЛЛ). Для этого: обесточьте цоколь, а затем вкрутите в него лампу. При установке никогда не касайтесь металлических частей лампы: помните, что иногда нерадивые электрики вместо фазы могут провести через выключатель ноль. В таком случае, фазное напряжение никогда не будет сниматься с цоколя.

Производители выпустили светодиодные аналоги всех, выпускавшихся ранее типов ламп с самыми разными цоколями: Е27, Е14, GU5.3 и так далее. Принцип установки для них остается такой же.

Если же Вы купили светодиодную лампочку, рассчитанную на 12 или 24 Вольта, тогда Вам не обойтись без блока питания. Подключение источников света производится параллельно: все «плюсы» лампочек вместе к плюсовому выходу блока питания, а все «минусы» вместе — к «минусу» блока питания.

В данном случае, важно соблюдать полярность («плюс» — к «плюсу», «минус» — к «минусу»), поскольку светодиоды будут испускать световой поток только в том случае, если соблюдена полярность! Некоторые изделия при переполюсовке могут выйти из строя. Например, у вас есть мебельная подсветка на кухне, в гардеробе или в другом месте, составленная из 4-х галогенных ламп мощностью 40 Вт и напряжением 12 В, запитанных от трансформатора

Вы решили заменить эти лампы на светодиодные 4 штуки по 4–5 Вт

Например, у вас есть мебельная подсветка на кухне, в гардеробе или в другом месте, составленная из 4-х галогенных ламп мощностью 40 Вт и напряжением 12 В, запитанных от трансформатора. Вы решили заменить эти лампы на светодиодные 4 штуки по 4–5 Вт.

Иногда подобные светодиодные лампы для точечных светильников в большинстве случаев комплектуются блоком питания на заводе-изготовителе. При покупке таких ламп следует одновременно озадачиться и покупкой источника питания.

Способы сборки

По способу сборки изделия делятся на несколько категорий.

DIP

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.