Рездел 1. Защита светодиодных ламп от перегорания: схемы, причины, продлеваем жизнь

На рынке светодиодных ламп и светильников представлен широкий спектр продукции в разных ценовых диапазонах. Основное отличие приборов низкого и среднего ценовых сегментов заключается в большей степени не в используемых светодиодах, а в источниках питания для них.

Светодиоды работают от постоянного тока, а не от переменного, который протекает в бытовой электрической сети, а от качества преобразователя в большей степени зависит надежность ламп и режим работы светодиодов. В этой статье мы рассмотрим, как защитить светодиодные лампы и продлить жизнь дешевым моделям.

Всё описанное ниже справедливо и для светильников и для ламп.

Zashita светодиодных ламп от перегорания

Два основных вида источников питания для светодиодов: гасящий конденсатор и импульсный драйвер

В самой дешевой светодиодной продукции используется гасящий конденсатор в качестве источника питания. Принцип его работы основан на реактивном сопротивлении конденсатора. Отметим простыми словами, что в цепях переменного тока конденсатор представляет собой аналог резистора. Отсюда следуют такие же недостатки, что и при использовании резистора:

1. Отсутствие стабилизации по напряжению или току.
2. Соответственно при росте входного напряжения увеличивается и напряжение на светодиодах, соответственно растёт и ток.

Эти недостатки связаны между собой. В отечественных электросетях, особенно в отдаленных районах, дачных поселках, деревнях и частном секторе часто наблюдаются скачки напряжения. Если напряжение проседает ниже 220В это не так страшно для ламп собранных по этой схеме, ток через светодиоды будет ниже, соответственно они прослужат дольше.

Схема светодиодной лампы с гасящим конденсатором:

Схема светодиодной лампы с гасящим конденсатором

А вот если напряжение будет выше номинального, например 240В, то светодиодная лампы быстро сгорит, по причине того, что и ток через светодиоды возрастет. Также очень опасны и импульсные скачки напряжения в сети, они возникают вследствие коммутации мощных электроприборов: вы наверняка замечали, что при включении холодильника или пылесоса, например, свет «моргает» - это и есть проявление этих импульсных скачков. Также они возникают во время грозы или аварийных ситуациях на ЛЭП или электростанции. Выглядит импульс следующим образом:

Импульсные драйвера для светодиодов

Импульсные драйвера для светодиодов

В светодиодных лампочках среднего и высокого ценового сегмента используются драйвера импульсного типа со стабилизацией тока.

ВАЖНО:

Светодиоды работают от стабильного тока, напряжение для них не является основополагающей величиной. Поэтому драйвером называют источник тока. Его основными характеристиками является сила выходного тока и мощность.

Стабилизация тока реализуется с помощью цепей обратной связи, если не вдаваться в подробности существует два основных типа драйверов, которые используются в светодиодных лампочках и светильниках:

1. Бестрансформаторный, соответственно без гальванической развязки.
2. Трансформаторный – с гальванической развязкой.

Гальваническая развязка – это система, которая обеспечивает отсутствие прямого электрического контакта между первичной цепью питания и вторичной цепью питания. Она реализуется с помощью явлений электромагнитной индукции, иначе говоря, трансформаторами, а также с помощью оптоэлектронных устройств. В блоках питания для гальванической развязки используется именно трансформатор.

Типовая схема бестрансформаторного 220В драйвера для светодиодов изображена на рисунке ниже.

Типовая схема бестрансформаторного 220В драйвера для светодиодов

Обычно они построены на интегральной микросхеме со встроенными силовым транзистором. Она может быть в разных корпусах, например TO92, он используется также и в качестве корпуса для маломощных транзисторов и других ИМС, например линейных интегральных стабилизаторов, типа L7805. Встречаютcя и экземпляры в «восьминогих» корпусах для поверхностного монтажа, типа SOIC8 и другие.

Для таких драйверов повышения или понижения напряжения в питающей сети не страшны. Но крайне нежелательны импульсные перенапряжения – они могут вывести из строя диодный мост, если драйвер бестрансформаторный, то 220В попадут на выход микросхемы, или же мост пробьёт на КЗ по переменному току.

В первом случае высокое напряжение «убьёт светодиоды», вернее один из них, как это обычно происходит. Дело в том, что светодиоды в лампах, прожекторах и светильников обычно соединены последовательно, в результате сгорания одного светодиода цепь разрывается, остальные остаются целыми и невредимыми.

Во втором – выгорит предохранитель или дорожка печатной платы.

Типовая схема драйвера для светодиодов с трансформатором изображена ниже. Они устанавливаются в дорогую и качественную продукцию.

Типовая схема драйвера для светодиодов с трансформатором

Защита светодиодных ламп: схемы и способы

Есть разные способы защиты электроприборов, все они справедливы для защиты светодиодных светильников, среди них:

1. Использование стабилизатора напряжения – это самый дорогой способ и для защиты люстры его использовать крайне неудобно. Однако можно запитать весь дом от сетевого стабилизатора напряжения, они бывают различных типов – релейные, электромеханические (сервоприводные), релейные, электронные. Обзор их преимуществ и недостатков может стать темой для отдельной статьи, пишите в комментарии, если вам интересна эта тема.

2. Использование варисторов – это прибор ограничивающие всплески напряжения, может использоваться как для защиты конкретного светильника или другого прибора, так и на вводе в дом.

3. Использование дополнительного гасящего конденсатора последовательном включении. Таким образом, ограничивается ток лампы, конденсатор рассчитывают исходя из мощности лампы. Это скорее не защита, а понижение мощности лампы, в результате при повышенных значениях напряжения в электросети срок её службы не сократится.

Варистор для защиты ламп и другой бытовой техники

Варистор – это прибор ограничивающий напряжение, его действие подобно газовому разряднику. Это полупроводниковый прибор с переменным сопротивлением. Когда на его выводах напряжение достигает уровня напряжения срабатывания варистора, его сопротивление снижается с тысяч мегаом до десятков Ом и через него начинает протекать ток. Его подключают в цепь параллельно. Таким образом, происходит защита электрооборудования.

Варисторы

Внешний вид варисторов

Для увеличения рассеваемой мощности производители увеличивают размер самого варистора, а также делают его выводы более массивными. Они выступают в качестве радиатора для отвода выделенной тепловой энергии.

Для защиты электроприборов в отечественных электросетях переменным напряжением в 220В подбирают варистор больший, чем амплитудное значение напряжения, а примерно равно 310В. То есть можно устанавливать варистор с классификационным напряжением около 380-430В.

Например, подойдет TVR 20 431. Если вы установите варистор с меньшим напряжением, то возможны его «ложные» срабатывания при незначительных превышениях напряжения питающей сети, а если установите с большим – защита не будет эффективной.

Как уже было сказано, варисторы могут устанавливаться непосредственно на вводе в дом, таким образом, вы защитите все электроприборы в доме. Для этого промышленностью выпускаются модульные варисторы, так называемые УЗИП.

Вот схема его подключения для трёхфазной сети, для однофазной – аналогично.

Схема подключения УЗИП
Эти схемы с использованием дифавтомата и защитой от высокого потенциала на одном или двух проводах однофазной цепи не менее интересны.
Схема защиты ламп
Схема защиты ламп

Для защиты одного светильника или лампочки используют такую схему включения, она приведена на примере самодельного светодиодного светильника, но при использовании готового светильника или лампы варистор устанавливается также – параллельно по цепи 220В.

Схема самодельного светодиодного светильника

Вы его можете установить как в корпусе самого осветительного прибора, так и на питающих проводах снаружи. Если он подключается к розетке – варистор можно расположить в розетке. Варистор можно заменить супрессором.

Готовые решения

Устройство защиты от импульсных перенапряжений для светодиодных светильников – от производителя LittleFuse. Обеспечивают защиту от перенапряжений величиной до 20 кВ. В зависимости от конструкции устанавливается в параллель или последовательно.

– от производителя LittleFuse. Обеспечивают защиту от перенапряжений величиной до 20 кВ. В

На рынке имеются устройства с разными характеристиками – напряжением срабатывания и пиковый ток.

Устройство защиты светодиодов сохраняет лампы при импульсах напряжения. Подключается параллельно цепи освещения после выключателя. Также предотвращает самопроизвольное мигание светодиодных лампочек при использовании выключателей с подсветкой.

Интересно:

Суть работы такого устройства заключается в том, что внутри установлен конденсатор. Ток подсветки выключателей течет через него, также он сглаживает всплески напряжений.

Подобное или аналогичное устройство от фирмы Гранит, модель БЗ-300-Л. Индекс «Л» в конце говорит о том, что это блок защиты для светодиодных и энергосберегающих ламп (клл).

Устройство защиты ламп Гранит

Внутри расположено три детали, одну из которых мы рассмотрели выше:
1. Варистор.
2. Конденсатор.
3. Резистор.

Устройство защиты ламп Гранит

Вот принципиальная схема. Вы можете её повторить.

Принципиальная схема устройства для защиты ламп
Раздел I. Светодиодный драйвер: развенчание мифов.

   Я уже не помню чью статью и откуда я когда-то скачал. Мне понравилась логика товарища и я этот текст скачал исключительно для внутреннено использования. Но "все течет и все меняется". Вот и у меня появились дополнения, изменения и, в некоторых вопросах, несогласие с автором. И по этому (да простит меня автор) я размещю этот материвл на своём сайте с некоторыми комментариями.

   Я хочу, чтобы меня правильно поняли: я не восхваляю конденсаторную схему подключения LED - диодов свыше того, что она может дать, но в большинстве случаев её оказывается достаточно. Если она правильная, конечно. В теории она должна быть ещё и надёжнее электронных драйверов, в ней деталей меньше, ломаться нечему. При бросках в сети конденсаторная схема надёжнее.
 

  "При бросках..." - утверждение сильно спорное. В какой момент чаще всего "сгорает" лампочка? Правильно, при включении. В лампах накаливания это бросок тока в холодной нити накаливания, в "конденсаторной схеме" (КС) - переходные процессы при прохождении тока через конденсатор. Вспомним физику на уровне садика: выключатель, мгновеная подача напряжения (а если еще и с искрой...) равнозначна сильно высоко частотному колебанию, а значит реактивное сопротивление конденсатора в этот момент приближается к нулю. Бросок тока достаточен что б "убить светодиод". Решение простое - в лучшем случае дросель или термистор на входе, в худшем просто резистор. Резистор ограничит бросок, но и малек полезный ток.

  Я ничего не имею против ХОРОШИХ электронных LED-драйверов, но надо знать некоторые их особенности. Да, они улучшают характеристики СД-ламп. И улучшают, и улучшают, и улучшают и т.д., до бесконечности. Но улучшение сверх разумного и необходимого уже является неразумным, то есть дурацким действием, маразмом.
К тому же всё хорошее дорого, а лучшее ещё дороже. Где разумный предел улучшению и стоимости? Не плохо бы этот предел знать, чтоб не переплачивать.
 
Миф 1-й. LED-драйвер стабилизирует ток светодиодов, отчего они становятся бессмертны и будут светить вечно! Ну-ну, слыхали такие речи.
 
   10-ти процентную нестабильность тока даст простейшая схема с конденсаторным балластом (когда я говорю "простейшая", я всё таки имею ввиду, что она грамотно посчитана, а не тяп-ляп). Эту нестабильность тока даёт исключительно напряжение сети 220в +/- 10%. При ХОРОШЕМ теплоотводе (радиаторе) светодиод, в отличие от лампы накаливания, даже не заметит превышение тока на 10% от номинала. Сами вы, на глаз, без специальных приборов тоже не заметите изменение яркости СД на +/- 10%.

  Товарищь "передернул карты". В моей молодости за такое за карточным столом пивной кружкой по лбу. Нельзя сравнивать времЕнные интервалы нестабильности сети 220 В +/- 10% с пульзацией постоянного напряжения питания светодиодов. Тем паче нельзя сравнивать инертность излучения светодиода и лампы накаливания.  

   Поднимите мне веки и ткните меня носом: где, в каких исследованиях сказано о пагубном влиянии повышения тока светодиода на 10% выше нормы!! На сколько тысяч или десятков тысяч часов сократится срок службы светодиода, если его питающий ток будет не 100, а 110 % ?
Нет таких исследований, никому они не нужны потому, что чушь полная, бессмыслица. Во всех статьях и графиках речь идёт только о температуре СД.
Если в вашей розетке не выше 240 вольт наплюйте на драйвер, лучше возьмите лампу с пульсациями 10 - 15% зато с хорошим радиатором.

  В предыдущем абзаце атор рассуждал о напряжении, а тут вдруг об токе... Опять кружкой... Повышение напряжения на 10% не значит, что и ток через светодиод увеличится на 10%. Не буду всех грузить квантовой физикой, просто проведите опыт. Подайте на диод 3V, а потом 3,3V. Сравните токи. Специально для автора сделал лабораторную работу: 3V →21,5mA; 3,3V→47,5mA. А это, прошу пардону, 220%!    

   Миф 2-й О разумной достаточности.    Светодиодный драйвер даёт пульсации света менее 1% !
  
Ну, да, я сам такое видал. Вернее, попытался увидеть. Человеческий глаз - очень инерционный фотохимический преобразователь света. Выше 300 герц он не заметит даже 100% пульсации. Зачем мне 1% на частоте 50 000 герц? Если я поставлю такой драйвер в СД лампу, у меня что, просветление в мозге наступит? Гениальность осветИт?

  Скоки-скоки... Ну ладно, опИсался, бывает. Но спутать 50 Гц и 100 Гц это уже не описка. Это непонимание процесса. Просветление не помешает. Об гениальности промолчу...  

В лампах накаливания пульсации 15-20%, но я ни разу не слышал ни от кого из 7-ми миллиардов жителей планеты каких-то жалоб на их мерцание. В правильно рассчитанной конденсаторной схеме СД-лампы мерцания будут те же 15-20% и их можно ещё уменьшить. 20% - российские санитарные нормы на мерцание света. Для особо тонких работ - 10%. Эти нормы приняты не потому, что у ламп накаливания пульсации 15-20%, а потому, что человек не в состоянии уловить разницу освещения в 15-20%. Кстати, поэтому ни кто и не жалуется на мерцания ламп накаливания.
   Уменьшение пульсаций света менее 10 - 15% - это чисто рекламный ход для выкачивания денег.

  Не спрю т.к. лично знаком с этими нормами, но когда на работе санэпидстанция меряла на моем рабочем месте, то тетка сравнивала лампочку накаливания монитор и свет за окошком. Монитор забраковали, а слнце от лампочки не отличалось.   

   Миф 3-й.   О надёжности.
   Упомянутый мной суперсовременный диммер со встроенным драйвером HV9961, представляет из себя микросхему объёмом в несколько кубических миллиметров (две спичечных головки), которая разогревается до 125 - 150*С. Для микросхемы такая температура является предельной и даже экстремальной. Что-то сомневаюсь я, что в таком режиме эта хрень, особенно в китайском исполнении, протянет 50 000 часов. Думаю, сдохнет раньше лампы. Да при наших-то бросках в сети... Двухкиловатные индукционные плитки до углей выгорают, чего уж там... Применение электронного драйвера в СД-лампах уменьшает их надёжность. Это не ля-ля. Сам менял выгоревшие драйверы в СД-лампах, при чём дорогих, европейского производства. Даже в правильной схеме, чем меньше элементов - тем надёжнее. Теорию надёжности не я выдумал.
 
   К тому же в ХОРОШИХ электронных драйверах используются электролитические конденсаторы, срок службы которых в несколько раз меньше срока службы светодиодов.
  
   Миф 4-й. О Вечном Жиде, то бишь Вечном драйвере.
 
   В схеме правильных драйверов всегда есть электролитические конденсаторы, электролиты. Кроме брендов они различаются ещё предельной рабочей температурой, указанной на корпусе: 105 и 85 *С. Гарантийный срок службы обоих типов - 2000 часов при макс. температуре. Реальный срок службы увеличивается в 2 (два) раза при снижении температуры кондёра на 10*С от максимальной. Такой расчёт принят во всём мире и работает до темп. + 40*С. К примеру берём кондёр на 85*С, считаем, и получаем срок службы в 16 тыс. часов при 40*С. Прекрасный показатель. НО. Плата драйвера очень плотно запихивается в корпус малогабаритной СД-лампы, которая нагревается как светодиодами, так и другими элементами драйвера. Температура внутри корпуса в зависимости от конструкции будет 70-80*С. Вот и считайте, сколько он продюжит. 105-е получше, но они подороже и габаритами чуть больше. Китайцы вообще ставят безрОдные электролиты с неизвестными параметрами Основная неисправность таких кондёров - ускоренное высыхание электролита при высокой температуре и потеря ёмкости, что выражается в увеличении мерцания. Если при покупке лампы драйвер давал 2% пульсаций света, то через год-два вполне может стать 10%. Дальше - больше. На глазок вы это можете не заметить, но зрение сАдится. И ведь что особо противно, визуально дохлый, высохший электролит ни чем не отличается от живого, рабочего. Во избежание перегрева драйвера и продления его жизни, плата драйвера должна находится вне корпуса СД-лампы. Я таких ламп не встречал. А вы? В офисных светильниках типа "Армстронг" более-менее нормальное охлаждение СД, а вот драйверы в них сгорают в разы чаще, чем светодиоды. При питании СД-ленты от блока питания на 12в та же картина: если лента не перегревается, то БП дохнут каждые 3-4 года. А стоят они, ох не дёшево.
Так, что мой вам совет: возьмите за правило раз в 1 - 2 года проверять в доме все СД-лампы на пульсации света. Хуже не будет.
 

 Тут, батенька, Вы сам сабе кружкой...
1. То Вам 20% "рекламный ход" и ничего страшного, а тут уже 10% "зрение сАдится".
2. Открою секрет, визуально живой конденсатор и по емкости не отличается от годного. Прочитай про ESR...
3. А конденсаторы дохнут не от того, что их сушит температура, а от безграмотного использования. В любых импульсных БП их надо шунтировать керамическими малой емкости. Они вздуваются медленно, но верно т.к. им на мозги постоянно капают очень нороткие импульсы генератора высокой частоты с напряжением до 500V, которые можно обнаружить только на экране ВЧ осцилографа..
  

   Миф 5-й. О среднем сроке службы в 50 000 часов.
 
   Почитайте внимательно, что написано на упаковке КЛЛ или СД-лампы: средний срок службы ХХХХ тысяч часов. Ключевое слово здесь - СРЕДНИЙ. Кто из вас знает, что означает это слово? Средний срок службы - это конструкторский параметр, заложенный в технические условия изготовления и эксплуатации ламп.
Что это значит? Как он считается?
Например, берётся 1000 ламп КЛЛ со средним сроком службы 8000 часов и включается. Через 1% времени (80 часов) сгорает 1% ламп, через 2% времени (80 + 80 час) сгорает 1% от оставшихся, и так далее. Но суть такая: к концу срока испытания, через 8 000 часов в живых остаётся ровно половина - 500 ламп. Если ваша лампа сдохла через год гарантии, не важно сколько часов она проработала, значит вам не повезло, вы попали в тот самый прОцент. И никто вам её менять не будет, даже через суд: вас ведь предупреждали? Была надпись на коробке? Если вы не поняли, что означает эта надпись - это ваши проблемы. Гуляй, Вася. То же самое с СД-лампами.
Так что когда покупаете лампу, не надо смотреть на СРЕДНИЙ срок службы в 30 - 50 тыс. часов, надо смотреть на срок гарантии.
И это касается не только ламп, а всех изделий со СРЕДНИМ сроком службы.
Первые 9 строк можно было не писать.   
  
   Миф 6-й Ещё немного о маразме и переплате.
 
   Сейчас входят в моду и рекламируются драйверы с гальванической развязкой от сети 220 вольт, якобы в целях электробезопасности потребителя, чтобы ёбом не токнуло. В лампах КЛЛ, гораздо более хрупких, чем СД-лампы, ни кто не озаботился гальванической развязкой, хотя напряжение в них более 600 вольт. Такие драйверы (обратноходовые) более сложны, более дороги и к тому же у них более низкий КПД. Так зачем они? Я так считаю, что если какой-то идиот захочет, чтобы его ёб...ло током, он не полезет разбирать СД-лампу вкрученную в патрон. Такой идиот просто воткнёт два гвоздя в розетку и полижет их языком. И что, прикажете теперь на каждую розетку ставить разделительный трансформатор на 2 киловатта? Чтобы не дай Бог этот козёл включенный утюг или чайник не разобрал? Полный маразм. Подумаешь, одним идиотом меньше будет, вот я опечалюсь.
Таким образом СД-драйверы с гальванической развязкой более сложны и дороги, но абсолютно бессмысленны.
 
 
   Миф 7-й, самый свежий: о Великолепии драйверов.  
Когда я говорю про ХОРОШИЙ драйвер, я имею ввиду, что бывают и НЕхорошие. В последнее время китайцы, да и наши ребята выдумали новый тип LED-драйвера исключительно на ЧИПах. Он монтируется прямо на печатную плату рядом с СД. Это ШИМ в чистом виде, без накопительной ёмкости и индуктивности. Да, светодиоды светятся, но они работают в очень плохом режиме. Для поддержания среднего светового потока, импульсный ток светодиодов будет в 3 - 4 раза больше номинального. Кроме медленного убийства диодов такой ШИМ даёт ещё и 100% пульсаций света на 100 герцах. Коричневые точки L и N - контактные площадки для пайки 220 в. Всё. Больше тут ни хера нет. Здесь нет электролитов, но долго такая лампа всё равно не проживёт. И всё это время вы будете любоваться переливами света с частотой 100 герц. И вся эта ...уйня гордо называется драйвером. И за неё с нас берут денежки.
 
     Добивка.
   Чтобы совсем вас добить, вот что я скажу. То, что вы сейчас читаете, вы читаете на экране монитора со светодиодной подсветкой, который при средней яркости даёт мерцания 20-40%. На хрена вам супер-драйвер в лампочке, если вы всё равно гробите зрение, читая то, что я пишу?
И ещё. Эти пульсации яркости экрана, как раз и даёт всеми любимый и обожаемый ШИМ-контроллер, управляющий яркостью светодиодов подсветки. Бывают, конечно, приятные исключения, но прежде, чем выкладывать приличные бабки за пупер LED-освещение, на всякий случай проверьте экраны своего монитора, планшета и смартфона на пульсации.
 
   Могут быть сюрпризы.
    Нету сюрпризов хотя бы потому, что хваленые тут простые драйвера пульсируют несравнимо больше чем мониторы. Это раз. Два - пульсации монитора зависят от схемотехники блоков питания их LED-подсветки. Дешовых в этих яшиках не водится. Они питаются стабилизированным постоянным током повешенным на стабилизатор напряжения. Причем: у меня двух-мониторная конфигурация. Первый - ну очень дорогой, с IPS матрицей для работы с цветом. Второй дешовый китайский. На дорогом пульсации в фотике чуть заметны. На дешовом их нет!!!