Переделал светодиодную лампочку. Теперь она служит в 3 раза дольше и светит ярче в 2 раза

Секрет долголетия светодиодных ламп

Заметил такую штуку. Светодиодные лампочки позиционируются на рынке как самые надежные, экономичные и долговечные. Производители обещают, что они будут служить 10 лет. По факту работают они ровно до окончания срока гарантии. Хотя могли бы светить дольше.

Китайцы экономят на всем, чем только можно – компонентах драйвера, светодиодах, материалах платы и корпуса. Как следствие, лампочки перегружаются и перегреваются. Светодиоды эксплуатируются в предельных режимах!

Заметил я это, когда очередная лампочка перестала светить через год. Я решил ее разобрать и посмотреть, в чем проблема. Оказалось, что резисторы и конденсаторы подобраны так, чтобы светодиоды работали на всю свою мощь. Неудивительно, что один из них сгорел.

Сборочный процесс

В первую очередь люминесцентную лампу надо разобрать. Нас в этой конструкции интересует цоколь с отражателем. Именно здесь расположены все необходимые детали, которые объединены в электрическую схему, включающую лампу. Разбирать ее надо аккуратно, не повредив тех самых деталей.

Обратите внимание, что сама схема КЛЛ для светодиодного светильника не подходит. Поэтому ее надо разобрать

Из цоколя нам пригодится предохранитель, его вытаскивать их схемы нет необходимости. Далее, пригодится и диод, кстати, его марка 1N4007. В новую схему придется добавить любой электролит, главное, чтобы его напряжение не было ниже 50 вольт, а емкость не меньше 100 мкФ. И еще одна деталь пригодиться – это конденсатор емкостью 1 мкФ напряжением 630 вольт.

Конечно, понадобятся сами светодиоды. Их можно взять из светодиодной ленты, которая разрезается на участки, включающих в себя по три светодиода. Такой отрезок питается от напряжения 12 вольт. В общем, понадобиться четыре отрезка светодиодной ленты.

На рисунке ниже показана схема сборки всех деталей.

Чтобы они в самом цоколе не болтались, необходимо их прикрепить, используя любой клеевой состав. Лучше чтобы это был супер-клей. А вот под куски светодиодной ленты нужно соорудить каркас. В принципе, это может быть любой легко гнущийся плотный материал. Идеально, если это не будет металл или любой другая токопроводящая конструкция.

Опытные мастера для таких дел используют пенокартон, потому что он легко поддается обработке. Его необходимо свернуть в трубочку так, чтобы диаметр наращиваемой конструкции был чуть меньше диаметра цоколя. Это делается для того, чтобы пенокартон вошел в цоколь, где его также приклеивают.

На схеме выше четко видно, что отрезки ленты соединены последовательно. Но в конструкции они будут располагаться одна над другой. Кстати, увеличить число отрезков (уровней) можно без проблем. Просто придется подбирать конденсатор и электролит под мощность всего светильника, увеличивая емкость.

Кстати, приклеивать ленту к основе лучше жидкими гвоздями, потому что, используя этот клей, можно выравнивать расположение светодиодов. Ведь жидкие гвозди сохнут дольше, чем супер-клей. К тому же саму ленту можно залить жидкими гвоздями, оставив снаружи только светодиоды, придав своеобразный дизайн светильнику. Клей в данном случае будет играть и еще одну функцию – защитную, чтобы при механических нагрузках лента не повредилась.

Самое удивительное, что собранная своими руками такая лампа может работать даже при напряжении 40 вольт. Но это еще не все.

• При напряжении 220 вольт на каждом отрезке светодиодной ленты будет напряжение 11,5 вольт.
• При повышении напряжения до 240 вольт, напряжение на отрезках будет 12 вольт.

Отсюда вывод – перепады напряжения такой самодельной светодиодной лампе не страшны. Кстати, яркость такого источника света достаточно приличная. К примеру, если для сборки использовать ленту 5050 SMD, то каждый светодиод выделяет световой поток яркостью 10-15 люмен. Умножьте этот показатель на количество светодиодов, то в сумме получите общую яркость светильника, которая будет варьироваться в диапазоне 120-180 люмен. А это приличная яркость.

Конечно, у этого вида источника света есть и недостаток. Это электрическая связь открытого типа между светодиодами и сетью 220 вольт

Поэтому с такой светодиодной лампой надо обращаться очень осторожно, придерживаясь стандартных норм безопасности

Разборка

Решено было продлить срок службы лампочки самым варварским способом. Начну сначала – с разборки.

1. Берем острый нож. Надеваем перчатки, чтобы не порезаться.
2. Кладем лампочку на стол.
3. Вставляем лезвие ножа в микрощель между рассеивателем и средней частью лампы.
4. Они соединены чем-то вроде герметика.
5. Слегка надавливаем сверху на нож и перекатываем лампу.
6. Пара минут, и герметик срезается, а плафон выходит из защелок средней части.
7. Под крышкой покажутся последовательно подключенные светодиоды на плате.
8. Откручиваем 2 винта, отпаиваем. Вырезаем по кругу термоклей.
9. Достаем плату, поддев ножом.
10. За ней находится драйвер, который можно вытащить пальцами. Собственно все, лампочка разобрана.

Устроена она очень просто:

Восстановление

Сделать самому лампочку меня надоумило вот это видео:

Рекомендуем: Стерилизация банок в микроволновке: как за 5 минут подготовить тару для закатки?

1. Находим сгоревший светодиод (или несколько).
2. Обычно они отмечены черной точкой. В моем случае весь светодиод был выгоревший.
3. Выкрашиваем погорельца ножом или отверткой.
4. Капаем на оголившийся контакт флюсом и наносим капельку припоя.

Таким образом мы восстанавливаем цепь и лампочка снова начинает работать. Но! Есть одна загвоздка. Напряжение после этого повышается, и светодиоды будут гореть один за другим. Возможно, лампочка проработает еще месяц. А может быть, только один день.

Повышение яркости

На этапе замены резистора можно было бы остановиться – собрать лампу обратно, приклеить (примотать скотчем) рассеиватель… Но мне свет показался недостаточно ярким. Стал вопрос, как это исправить. Я пошел самым простым путем.

Чтобы увеличить яркость лампочки, взял старенький компакт-диск. Немного доработал и получил мощный отражатель.

1. Расширил центральное отверстие диска. Для этого использовал столярное «перо» на 35. Можно прорезать отверстие любым другим подручным инструментом. Не суть.
2. Приклеил плату со светодиодами к диску. Взял термоклей. Намазал его на отражающую сторону CD (по кругу отверстия). Прижал плату задней частью.
3. Собрал лампочку в обратном порядке. Где нужно, контакты подпаиваем. Местами провода не меняем, даже если длина позволяет. Лампочка будет мерцать.
4. Проклеил шов в месте прилегания корпуса к CD, чтобы конструкция получилась крепкой и не распалась. Рассеиватель выкинул.

Итог. Из нерабочей светодиодной лампочки получился эдакий мини-прожектор. Смотреть на него некомфортно, но зато гараж освещен на все 200%! Конечно, для дома такой вариант не подойдет. Равно как и для улицы (сырых помещений). Там яркостью придется пожертвовать ради эстетики и безопасности.

Рекомендуем: Нужно ли смазывать молнию, если плохо застёгивается или заедает? Спасаем замок

Предвижу, что многие скажут, а зачем вообще ремонтировать и продлять жизнь светодиодным лампам? Сегодня цена на них ну очень доступная. Выкинуть старую, и купить новую может позволить себе каждый. Но я из принципа решил выжать из нее максимум. Результатом доволен на все сто. В гараже светло как днем. За 3 года ни один светодиод не перегорел. Лампа стала ярче в два раза, и дольше служит уже в три раза (и это не предел)!

Общий и дифференциальный режим

Большинство пользователей светодиодов, вероятно, знакомы со сценариями, изложенными выше. Прежде чем исследовать дальнейшие ситуации, вызывающие EOS, важно понять отраслевые правила и классы защиты.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) и МЭК 61140: 2016 определяют правила защиты людей от поражения электрическим током. В зависимости от страны и типа продукта существуют различные требования к уровню изоляции для устройств, продаваемых на каждом рынке.

Наиболее часто используемые классификации изоляции – это класс I и класс II. Светильники класса I должны иметь корпус, подключенный к электрическому заземлению с помощью специального кабеля. Светильники класса II, с другой стороны, предназначены для обеспечения необходимого уровня безопасности без какого-либо электрического заземления.

Эти две разные классификации позволяют твердотельным осветительным приборам вести себя совершенно по-разному при воздействии внешних воздействий. В общем, если электрическое заземление выполнено эффективным и надежным способом, светильники класса I меньше страдают от отказа EOS, но в действительности оба типа светильников должны быть сконструированы эффективно, чтобы предотвратить повреждение EOS. Другим важным правилом, который следует рассмотреть, является IEC60598-1: 2014, в котором определены общие требования и испытания для светильников, включая твердотельные светильники. Это издание 2014 года заменило версию 2008 года и содержит соответствующие изменения для продуктов класса II.

Пункт 10; Раздел 4 МЭК 60598-1: 2014 «Конструкция» посвящен светильникам с двойной изоляцией класса II. В подпункте 4 (IV.10.4) главы указывается устройство защитного импеданса, в котором говорится, что доступные проводящие части, разделенные двойной изоляцией, могут выступать в качестве проводящего моста с использованием резисторов или конденсаторов Y2. Они должны состоять как минимум из двух отдельных компонентов с одинаковым номинальным значением.

Эти компоненты должны соответствовать требованиям норм IEC. Светильники класса II позволяют добавлять специальные компоненты, соединяющие светодиодные платы с корпусом светильника. Это позволяет проанализировать, как выглядит светодиодная схема во время быстрых переходных напряжений. На рисунке 8 показаны два светодиода, соединенных последовательно с простой моделью, на которой показаны светодиод и встроенный в их комплект защитный экран от электростатического разряда. Эта модель не учитывает все паразитные компоненты или влияние светодиодной тепловой накладки. Тепловая подушка является жизненно важной подкладкой, которая позволяет светодиоду эффективно передавать тепло от источника (соединения) к воздуху через множество металлических деталей.

Рисунок 8. Простая модель из двух последовательно соединенных светодиодов с защитой от электростатического разряда.

Для очень хорошей теплопередачи термоподушка должна быть подключена к очень большой медной области на печатной плате. Это распределяет тепло по горизонтали, а затем эффективно переносит его вертикально на алюминиевый слой печатной платы, благодаря большой площади переноса. Два металла, разделенные изолятором, создают конденсатор, а это означает, что печатные платы являются конденсаторами, которые следует учитывать в данном конкретном анализе. Эта паразитная емкость может быть большой или маленькой в ​​зависимости от конструкции печатной платы и используемого материала. Его нельзя игнорировать, и важно понимать, как им управлять, чтобы избежать проблем с EOS.

LED и TVS могут быть смоделированы очень сложным способом, и для людей, которые любят проводить часы в симуляции, это отличный способ повеселиться. Для целей этой статьи используется только упрощенная модель с конденсатором, подключенным электронным способом параллельно с другими компонентами, как показано на рисунке 9. Из-за паразитной емкости между каждой тепловой подушкой и землей важно понимать, как соедините их. Есть два варианта: оставить их отдельно или соединить их.

Рисунок 9: Упрощенная модель светодиода и TVS с конденсатором

Существует также возможность оставить их электрически плавающими или подключить их к потенциалу электрического напряжения. Оставлять их плавающими является относительно небезопасным вариантом, так как любое синфазное напряжение прикладывается непосредственно между тепловой подушкой и электрическими площадками светодиода – анодом и катодом. Это создает фатальный EOS, как только падение напряжения между точками, отмеченными синими стрелками (Рисунок 10), превышает изоляцию пакета светодиодов. Что касается материала корпуса светодиода, керамика обеспечивает намного лучшую изоляцию, чем пластик, и в зависимости от расстояния между контактными площадками возможно иметь напряжение изоляции пакета в диапазоне от нескольких десятков до сотен вольт. В любом случае синфазные сигналы могут легко достигать тысяч вольт, создавая тем самым электрическое перенапряжение на светодиодах.

Рисунок 10. Отключение светодиодов и TVS является относительно небезопасным вариантом.

Подключение LED тепловой колодки к источнику опорного напряжения защищает светодиод от EOS, генерируемого синфазного напряжением напряжения. Сигнал следует по пути к земле через паразитную емкость термопары, и напряжение на светодиодном блоке ограничено. Теперь необходимость подключения термоподушки к некоторому электрическому потенциалу очевидна, но все же есть возможность оставить их отдельно или подключить их все.

На рисунке 11 показана схема светильника, напряженная дифференциальным режимом. Красная стрелка показывает направление сигнала напряжения при положительном всплеске, а синяя стрелка – при отрицательном всплеске. Для целей этого обсуждения будет рассмотрено соединение термоподушки с анодом, а также его соединение с катодом.

Рисунок 11: Напряжение в светильнике, вызванное дифференциальным режимом (красная стрелка показывает направление сигнала напряжения при положительном всплеске, а синяя стрелка при отрицательном всплеске)

В случае положительного всплеска напряжения, когда термодатчик соединен с анодом, напряжение будет разделено между стандартным путем через светодиодную цепочку и паразитной емкостью между термодатчиком и землей. Коэффициент разделения определяется отношением импеданса пути светодиода к земле и первой паразитной емкостью тепловой площадки. Очевидно, что при подключении термопары паразитная емкость в n раз больше (где n – количество светодиодов), а импеданс в n раз меньше – поглощая большую часть напряжения.

Это означает, что лучше соединить все термоподушки, чем оставлять их отдельно. В случае отрицательного сигнала напряжения весь сигнал будет проходить через CLED, поляризуя светодиод в обратном направлении. Импеданс CLED довольно высок, и поэтому обратное падение напряжения также будет довольно высоким. ESD TVS способствует ограничению сигнала, но поскольку напряжение больше в средней энергии, светодиод EOS поврежден этой обратной поляризацией.

Когда сигнал появляется после первого светодиода, он находит паразитную емкость термопары, чтобы достичь электрического заземления. Другие светодиоды на струне становятся напряженными, но все меньше и меньше, так как каждая C-тепловая прокладка в серии поглощает часть сигнала напряжения.

Когда тепловые прокладки подключены к катоду, положительное напряжение полностью проходит через первый светодиод, повреждая его больше, чем в предыдущем случае с анодным соединением. Тем не менее, в случае отрицательного напряжения последний светодиод серии меньше подвержен стрессу.

Благодаря этому первому анализу светодиодная тепловая прокладка должна быть соединена все вместе, а затем соединена на аноде для положительного напряжения и на катоде для отрицательного напряжения. Невозможно узнать, с каким типом стресса (положительным или отрицательным) сталкивается светильник; поэтому лучшая конфигурация – симметричная, которая разделяет светодиодную цепочку на две группы с зеркальной конфигурацией (рисунок 12). Термоподушка светодиода на положительной стороне должна быть подключена к аноду, а на отрицательной – к катоду.

Рисунок 12. Разделение светодиодной цепочки на две группы с зеркальной конфигурацией является наилучшей конфигурацией, поскольку никто не знает, какой тип напряжения (положительный или отрицательный) будет иметь место

Чтобы еще больше улучшить защиту этого сильного решения, добавлены два дополнительных конденсатора CP и CN на положительные и отрицательные группы светодиодов. Области термопары и CP и CN должны быть спроектированы и выбраны должным образом, но это возможно только при работе на физическом контуре клиента. Не следует забывать, что IEC 60598-1: 2014 позволяет использовать надлежащие компоненты для подключения корпуса светильника к положительной или отрицательной клеммам выхода источника питания. Это еще больше снизит потенциальное воздействие EOS на светодиоды.