В последнее время популярными осветительными приборами становятся лампы, использующие в качестве источников света светодиоды. Эти светильники отличаются своей энергоэффективностью и экологической чистотой. Для управления диодами используется электронная схема — драйвер. При выходе осветителя из строя, учитывая его дороговизну, ремонт выгодно провести самостоятельно, но для этого понадобится знать устройство светодиодной лампы и уметь её разбирать.
Общие сведения
В основе работы светодиодного устройства лежит изобретение электронно-дырочного перехода. В 1907 году физиком Генри Раундом была открыта электролюминесценция, послужившая началом в создании точечных источников излучения. После изобретения p-n перехода в 1961 году инженеры из Texas Instruments запатентовали технологию инфракрасного светодиода. А через год американский учёный Ник Холоньяк изобрёл источник света, работающий в красном диапазоне.
На протяжении последующего десятилетия были созданы светодиоды, работающие в жёлтом, зелёном и синем спектре. Технология изготовления таких источников излучения была дорогой. Поэтому в качестве освещения они практически не применялись. Пока в 1990 году исследователи из японского концерна Nichia Chemical Industries, не получили дешёвый синий светодиод, который в комбинации с зелёным и красным цветом давал эффективное излучение в белом спектре.
Принцип работы светодиода
Светодиод — это электронный прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Общепринятым его обозначением является аббревиатура LED (light emitting diode). Испускание света происходит при рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода. Этот переход образуется на границе соприкосновения материалов с разным типом проводимости.
При контакте материалов между ними возникает дрейфовый и диффузионный ток, приводящий к динамическому равновесию. Если к такому переходу приложить разность потенциалов, то диффузионный ток увеличится и начнётся активный процесс перехода неосновных носителей заряда через зону соприкосновения материалов. Встречаясь друг с другом на границе, эти противоположные заряды начинают рекомбинировать, то есть происходит их уничтожение с выделением энергии.
Но не каждый электронно-дырочный переход при рекомбинации зарядов может излучать свет. Связанно это с шириной зоны активной области, которая должна быть близкой к квантовой энергии видимого спектра. При этом чем больше зона соприкосновения p-n перехода, тем больше энергии сможет выделиться. Процесс получения законченного светодиода технологически сложен, ведь для его изготовления используются многослойные структуры. Поэтому в случае выхода источника свечения из строя, ремонт светодиодной лампочки своими руками будет заключаться в его замене.
Цветовой спектр свечения определяется шириной зоны электронно-дырочного перехода, которая зависит от полупроводниковых материалов и легирующих примесей. Получение белого свечения достигается тремя способами:
Комбинированием трёх цветов: красного, синего, зелёного (RGB). Кроме, излучателя в корпусе светодиода размещается: отражатель, рассеиватель, экран и световой фильтр.- Нанесением на светодиоды, работающие в ультрафиолетовом спектре, люминофора трёх цветов. При протекании тока люминофор светится разными цветами, излучение которых смешивается с помощью линзы.
- Использованием синего светодиода с нанесённым на него люминофором зелёного и красного излучения.
Характеристики излучателей
Выполняя ремонт светодиодных ламп своими руками, пользователь часто сталкивается с перегоранием одного или группы светодиодов. Чтобы не нарушить сбалансированную производителем работу устройства и не привести к усугублению поломки, перегоревший полупроводник меняют на аналогичный экземпляр.
Каждый тип светодиода характеризуется рядом параметров, зная которые можно без труда подобрать ему замену. К важным характеристикам относят:
Потребление тока. Среднее значение его составляет 0,02 А. Однако существуют конструкции, в которых одновременно интегрированными могут быть два и даже четыре кристалла, каждый со своим p-n переходом. Соответственно, потребление тока возрастёт в два и четыре раза. Увеличение силы тока приводит к изменению цветовой гаммы излучения с последующим перегоранием кристалла. Поэтому совместно с ними в LED осветителях используются электронные драйверы, поддерживающие ток в нужном диапазоне. Использование LED диода с другими параметрами приведёт к перегреву элементов драйвера и его поломке.- Величина падения напряжения. Определяется разностью потенциалов на светодиоде при протекании через него тока. Это значение зависит от цвета излучения, например, синий, зелёный, белый — три вольта, жёлтый, красный цвет — от 1,8 до 2,4 вольта.
- Светоотдача. Устройства, имеющие диаметр пять миллиметров излучают направленный свет с мощностью до 5 люмен. Поэтому в конструкции светодиода важен угол рассеивания, который может составлять от 20 до 120 градусов.
- Цветовая температура. Существует три градации белого цвета: тёплый, дневной, и холодный. Так как восприятие излучения во многом зависит от цветовой температуры, то очень важно при замене использовать светодиод с таким её же значением, как и перегоревший.
- Типоразмер. Этот параметр характеризует размер LED излучателя. Наиболее применяемыми значениями являются: 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 и 5630. Эти цифры показывают ширину и длину SMD матрицы. Например, 5730 — размер матрицы составляет по ширине 5,7 мм, а по длине — 3 мм. Этот показатель в итоге влияет на яркость, цветовую температуру, и мощность.
Устройство драйвера
Драйвер светодиодных ламп представляет собой фактически блок питания, стабилизирующий ток через кристалл диода. При всём разнообразии схем светодиодных ламп на 220 В принцип работы их одинаков. Он заключается в понижении переменного входного напряжения до нужного значения и поддержании его на одинаковом уровне в независимости от изменений на входе.
В качестве основного элемента может использоваться специализированный контроллер, регулируемый интегральный стабилизатор, резисторные схемы. Но наиболее часто применяются микросхемы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Именно они обладают самыми стабильными и надёжными параметрами, обеспечивая нужное выходное напряжение.
Драйвер на базе контроллера работает по принципу частотной модуляции импульсов. Входное напряжение сети выпрямляется с помощью диодного моста и поступает на ёмкость, являющуюся элементом фильтра. Далее сигнал попадает на вход микросхемы, внутри которой он преобразуется в пачки импульсов постоянной величиной. Эти импульсы управляют ключевым элементом схемы, в качестве которого используют полевой транзистор (Mosfet).
Приходящий импульс открывает транзистор и через светодиоды начинает протекать ток, при этом катушка индуктивности накапливает энергию. Как только между импульсами возникает пауза, Mosfet закрывается, а подача тока обеспечивается накопленной энергией из катушки индуктивности. Этот процесс повторяется в цикле с высокой частотой, поэтому через LED-диод протекает ток пилообразной формы.
Наиболее часто применяют следующие микросхемы:
- HV9910.
- HV9961.
- CC28810.
- UCC28810.
- PT4115.
- RCD-24.
Частота импульсов драйвера определяется обвязкой микросхемы, а его стабилизация — путём сравнения опорной разности потенциалов контроллера со значением на датчике тока. Светодиоды — это приборы, наиболее чувствительные к качеству питания, чем другие источники света. Превышение параметров тока на 15% сократит срок их службы в несколько раз. Поэтому к ремонту или замене драйвера следует подходить особенно тщательно.
Самостоятельный ремонт
Специализированных сервисных центров по ремонту светодиодных ламп не существует. В случае гарантии их просто меняют на новые изделия, а старые утилизируют. Хотя есть такие поломки, которые несложно устранить и своими руками. Поэтому, если в гарантийной замене отказано, следует попробовать отремонтировать светодиодную лампу на 220 В самостоятельно. Но перед этим следует разобраться, почему же перегорают лампочки. Причинами могут быть:
Скачки напряжения в сети 220V. Напряжение высокой величины на входе может вызвать пробой в драйвере LED-лампы и привести к перегоранию излучающих кристаллов. Для того чтобы этого не происходило, следует на вводе электричества использовать защитные устройства, например, реле защиты.- Неправильно подобранный светильник. В результате светодиодной лампе не будет обеспечено нужное охлаждение, что приведёт к её перегреву и сгоранию. Поэтому при установке лампочки нужно всегда обращать внимание на инструкцию к светильнику, в которой указана максимально допустимая её мощность.
- Низкого качества элементы, используемые при изготовлении источника освещения. Для избегания такой проблемы необходимо приобретать только изделия именитых производителей, имеющих обязательно сертификат.
Разборка LED-осветителя
Починить лампу, не разобрав её, не получится. Хотя они и отличаются по своим формам их конструктив очень похожий друг на друга. Так, в нижней цокольной части, вкручивающейся в патрон, располагается непосредственно сам драйвер устройства. Над ним — радиаторная пластина, на которой размещаются светодиоды. Сверху они закрываются колпаком, который может быть прозрачным или матовым. Разборка любого типа лампы начинается со снятия защитного колпака, а уже после извлекается драйвер.
Поэтому, например, зная как разобрать светодиодную лампу е27, можно по аналогии разобрать и другие типы цоколей. Тем более что наиболее распространённый тип как раз E27 и его уменьшенная копия — E14 (миньон).
В состав конструкции лампы входят следующие части:
- защитный колпак;
- цоколь;
- радиатор с набором светодиодов;
- драйвер питания.
Нормальные производители делают верхний колпак из пластика, который в дальнейшем застёгивается в цокольном основании. Но при этом существует один нюанс — для фиксации верхней крышки используется герметик.
Для того чтобы разъединить половинки, следует подготовить острый инструмент. Это может быть нож или остриё, согнутое буквой «Г». Под купол лампы вставляют инструмент и круговыми движениями удаляют нанесённый на него клей. Как только клей будет удалён, купол снимают лёгкими покачиваниями и вытягиванием вверх.
В результате откроется доступ к радиатору со светодиодами. Этот радиатор поддевается всё тем же острым предметом и выталкивается на себя. От него будут отходить два провода, идущие на драйвер лампы. Если их длины будет недостаточно для извлечения платы электроники и светодиодной пластинки, то провода отпаивают.
Устранение неисправностей
Самой распространённой причиной поломки является перегорание светодиода. Его целостность легко проверить с помощью мультиметра, переключив его в режим позвонки. Красным щупом дотрагиваются до анода (плюс), а чёрным — до катода (минус). Рабочий светодиод должен загореться. Если он не загорается или на его корпусе видна чёрная точка — он неисправен. Починить его невозможно, поэтому следует его выпаять, а на это место запаять рабочий.
При выпаивании можно столкнуться с тем, что паяльник просто будет прилипать к корпусу светодиода. Это свидетельствует о недостаточной мощности паяльника и хорошо организованном отводе от кристалла тепла. Поэтому понадобится воспользоваться инфракрасной станцией или паяльником с большей мощностью.
Если светодиоды в порядке, то причина поломки в драйвере. В первую очередь проверяется наличие напряжение как на входе, так и на выходе платы. При их отсутствии частой проблемой является лопнувшая пайка или неисправный электролит, стоящий в схеме после диодного моста. Он является и причиной при возникновении эффекта «стробоскоп». Далее, в режиме прозвонки проверяется диодный мост и предохранители. Проверить генерацию микросхемы и ключевого транзистора без осциллографа будет невозможно. Все неисправные детали заменяют на такие же или их налоги. А после делается пробное включение.
