Чому може згоріти світлодіод

Світлодіод або світловипромінюючий діод - напівпровідниковий прилад з електронно-дірковим переходом, що створює оптичне випромінювання при пропусканні через нього електричного струму в прямому напрямку.

На ринку світлодіодних ламп та світильників представлений широкий спектр продукції у різних цінових діапазонах. Основна відмінність приладів низького та середнього цінових сегментів полягає переважно не у використовуваних світлодіодах, а в джерелах живлення для них.

Світлодіоди працюють від постійного струму, а не від змінного, який протікає в побутовій електричній мережі, а від якості перетворювача залежить надійність ламп і режим роботи світлодіодів. У цій статті ми розглянемо, як захистити світлодіодні лампи та продовжити життя дешевим моделям.

Все описане нижче справедливо і для світильників, і для ламп.

Два основні види джерел живлення для світлодіодів: конденсатор, що гасить, і імпульсний драйвер

У найдешевшій світлодіодній продукції використовується конденсатор, що гасить, як джерело живлення. Принцип його роботи ґрунтується на реактивному опорі конденсатора. Зазначимо простими словами, що в ланцюгах змінного струму конденсатор є аналогом резистора. Звідси випливають такі самі недоліки, що і при використанні резистора:

1. Відсутність стабілізації за напругою чи струмом.

2. Відповідно при зростанні вхідної напруги збільшується і напруга на світлодіодах, відповідно зростає струм.

Ці недоліки пов'язані між собою.У вітчизняних електромережах, особливо у віддалених районах, дачних селищах, селах та приватному секторі часто спостерігаються стрибки напруги. Якщо напруга просідає нижче 220В це не так страшно для ламп, зібраних за цією схемою, струм через світлодіоди буде нижче, відповідно вони прослужать довше.

Схема світлодіодної лампи з конденсатором, що гасить:

А от якщо напруга буде вищою за номінальну, наприклад 240В, то світлодіодна лампа швидко згорить, через те, що і струм через світлодіоди зросте. Також дуже небезпечні і імпульсні стрибки напруги в мережі, вони виникають внаслідок комутації потужних електроприладів: ви напевно помічали, що при включенні холодильника або пилососа, наприклад, світло «моргає» - це і є прояв цих стрибків. Також вони виникають під час грози чи аварійних ситуаціях на ЛЕП чи електростанції. Виглядає імпульс наступним чином:

Імпульсні драйвери для світлодіодів.

У світлодіодних лампочках середнього та високого цінового сегмента використовуються драйвери імпульсного типу зі стабілізацією струму.

Світлодіоди працюють від стабільного струму, напруга для них не є основною величиною. Тому драйвером називають джерело струму. Його основними характеристиками є сила вихідного струму та потужність.

Стабілізація струму реалізується за допомогою ланцюгів зворотного зв'язку, якщо не вдаватися до подробиць існує два основних типи драйверів, які використовуються у світлодіодних лампочках і світильниках:

1. Безтрансформаторний відповідно без гальванічної розв'язки.

2. Трансформаторний – з гальванічною розв'язкою.

Гальванічна розв'язка – це система, яка забезпечує відсутність прямого електричного контакту між первинним ланцюгом живлення та вторинним ланцюгом живлення. Вона реалізується за допомогою явищ електромагнітної індукції, інакше кажучи трансформаторами, а також за допомогою оптоелектронних пристроїв. У блоках живлення для електричної розв'язки використовується саме трансформатор.

Типова схема безтрансформаторного драйвера 220В для світлодіодів зображена на малюнку нижче.

Зазвичай вони побудовані на інтегральній мікросхемі із вбудованими силовим транзистором. Вона може бути в різних корпусах, наприклад TO92, він використовується також як корпус для малопотужних транзисторів та інших ІМС, наприклад лінійних інтегральних стабілізаторів, типу L7805. Зустрічаються і екземпляри у «восьминогих» корпусах для поверхового монтажу, типу SOIC8 та інші.

Для таких драйверів підвищення або зниження напруги в мережі живлення не страшні. Але вкрай небажані імпульсні перенапруги - вони можуть вивести з ладу діодний міст, якщо драйвер безтрансформаторний, то 220В потраплять на вихід мікросхеми, або міст проб'є на КЗ змінного струму.

У першому випадку висока напруга «вб'є світлодіоди», вірніше один із них, як це зазвичай відбувається. Справа в тому, що світлодіоди в лампах, прожекторах і світильників зазвичай з'єднані послідовно, в результаті згоряння одного світлодіода ланцюг розривається, інші залишаються цілими і неушкодженими.

У другому вигорить запобіжник або доріжка друкованої плати.

Типова схема драйвера для світлодіодів із трансформатором зображена нижче. Вони встановлюються у дорогу та якісну продукцію.

Захист світлодіодних ламп: схеми та способи

Є різні способи захисту електроприладів, всі вони справедливі для захисту світлодіодних світильників, серед них:

1. Використання стабілізатора напруги – це найдорожчий спосіб і для захисту люстри використовувати його вкрай незручно. Однак можна запитати весь будинок від мережевого стабілізатора напруги, вони бувають різних типів – релейні, електромеханічні (сервопривідні), релейні, електронні. Огляд їх переваг та недоліків може стати темою для окремої статті, пишіть у коментарі, якщо вам цікава ця тема.

2. Використання варисторів – це прилад, що обмежує сплески напруги, може використовуватися як для захисту конкретного світильника або іншого приладу, так і на введенні в будинок.

3. Використання додаткового конденсатора, що гасить, послідовному включенні. Таким чином, обмежується струм лампи, розраховують конденсатор виходячи з потужності лампи. Це швидше не захист, а зниження потужності лампи, в результаті при підвищених значеннях напруги в електромережі термін служби не скоротиться.

Варистор для захисту ламп та іншої побутової техніки

Варистор – це прилад, що обмежує напругу, його дія подібна до газового розрядника. Це напівпровідниковий прилад із змінним опором. Коли його висновках напруга досягає рівня напруги спрацьовування варистора, його опір знижується з тисяч мегаом до десятків Ом і через нього починає протікати струм. Його підключають у ланцюг паралельно. Таким чином, відбувається захист електроустаткування.

Зовнішній вигляд варисторів

- Un – класифікаційна напруга. Це таке напруга, у якому через варистор починає протікати струм силою 1 мА;

- Um - максимально допустима діюча змінна напруга (середньоквадратична);

- Um = - максимально допустима постійна напруга;

- Р — номінальна середня потужність, що розсіюється, це та, яку варистор може розсіювати протягом усього терміну служби при збереженні параметрів у встановлених межах;

- W - максимальна допустима поглинається енергія в джоулях (Дж), при дії одиночного імпульсу.

- Ipp - максимальний імпульсний струм, для якого час наростання/тривалість імпульсу: 8/20 мкс;

- З - ємність, виміряна в закритому стані, при роботі її значення залежить від прикладеної напруги, і коли варистор пропускає через себе великий струм, вона падає до нуля.

Для збільшення потужності, що розсіюється, виробники збільшують розмір самого варистора, а також роблять його висновки більш масивними. Вони виступають як радіатор для відведення виділеної теплової енергії.

Для захисту електроприладів у вітчизняних електромережах змінною напругою 220В підбирають варистор більший, ніж амплітудне значення напруги, а приблизно дорівнює 310В. Тобто можна встановлювати варистор із класифікаційною напругою близько 380-430В.

Наприклад, підійде TVR 20 431. Якщо ви встановите варистор з меншою напругою, то можливі його «хибні» спрацьовування при незначних перевищеннях напруги мережі живлення, а якщо встановите з більшим – захист не буде ефективним.

Як уже було сказано, варистори можуть встановлюватися безпосередньо на введенні в будинок, таким чином, ви захистите всі електроприлади в будинку. Для цього промисловістю випускаються модульні варистори, так звані УЗІП.

Ось схема його підключення для трифазної мережі, для однофазної – аналогічно.

Ці схеми з використанням дифавтомата та захистом від високого потенціалу на одному або двох проводах однофазного ланцюга не менш цікаві.

Для захисту одного світильника або лампочки використовують таку схему включення, вона наведена на прикладі саморобного світлодіодного світильника, але при використанні готового світильника або лампи варистор встановлюється також паралельно ланцюгу 220В.

Ви його можете встановити як у корпусі самого освітлювального приладу, так і на проводах живлення зовні. Якщо він підключається до розетки – варистор можна розташувати у розетці. Варістор можна замінити на супресор.

У цьому відеоролику автор цікаво розповідає про такий спосіб захисту.

Готові рішення

Пристрій захисту від імпульсних перенапруг для світлодіодних світильників від виробника LittleFuse. Забезпечують захист від перенапруг розміром до 20 кВ. Залежно від конструкції встановлюється паралель або послідовно.

На ринку є пристрої з різними характеристиками – напругою спрацьовування та піковий струм.

Пристрій захисту світлодіодів зберігає лампи за імпульсів напруги. Підключається паралельно ланцюгу висвітлення після вимикача. Також запобігає мимовільному миготінню світлодіодних лампочок при використанні вимикачів з підсвічуванням.

Суть роботи такого пристрою полягає в тому, що всередині встановлено конденсатор. Струм підсвічування вимикачів тече через нього, також він згладжує сплески напруги.

Подібний або аналогічний пристрій фірми Граніт, модель БЗ-300-Л. Індекс «Л» наприкінці свідчить, що це блок захисту світлодіодних і енергозберігаючих ламп (клл).

Усередині розташовано три деталі, одну з яких ми розглянули вище:

Ось важлива схема. Ви можете її повторити.

Повністю виключити можливість перегорання світлодіодних ламп і світильників неможливо. Однак ви можете продовжити лампочки життя, мінімізувавши вплив стрибків напруги. Зробити це можна або власноруч, або купивши блок захисту світлодіодних ламп заводського виконання.

Раніше ЕлектроВести писали, що у Києві в пілотному режимі запрацювала система Smart lighting, яка керує системою вуличного освітлення.

Чому перегорають світлодіодні лампи?

Незважаючи на запевнення та декларації виробників світлотехнічної продукції, що світлодіодні лампи та світильники пропрацюють не менше 30 – 50 тис. годин, на практиці їм часто буває працювати ненабагато довше за традиційні лампи розжарювання. А як тоді світлодіоди можуть працювати по 50 тис. годин і більше?

Спробуємо сформулювати та пояснити причини чому перегорають світлодіодні лампи? Причин цього явища є кілька.

Але спочатку визначимося, що таке «перегоріла» світлодіодна лампа або світильник.

Для більшості споживачів, не досвідчених у тонкощах світлотехніки, відповідь на запитання «чому перегоріла світлодіодна лампа?» майже очевидний - за аналогією з лампою розжарювання вважається, що це перегоріли один або кілька діодів і лампа згасла.

Теоретично надійності технічних систем існує поняття часткового і повної відмови. А сучасна LED-лампа це досить складна система. Вона містить десятки світлодіодів, контролер управління, часто з підсилювачем, димовані та звичайні джерела живлення, з димерами типу Triac на їх вході та ін. допоміжні підсистеми освітлення.

Причини, через які перегоріла світлодіодна лампа

Основна причина перегорання світлодіодних ламп – їхнє перегрівання. Він може бути через порушення режиму охолодження. Наприклад, накрили настільний світильник біля комп'ютера, щоб він не світив у вічі сплячій дитині. Повітря перестає вільно обтікати зовнішній радіатор лампи біля її цоколя, світлодіоди одержують тепловою пробою і тривіально вигоряють із частиною друкованої плати.

Причини перегорання світлодіодних світильників

У світлодіодних світильниках використовують:

• десятки звичайних світлодіодів часто на алюмінієвій тепловідвідній друкованій платі;
• декілька потужних світлодіодів на індивідуальних платах-радіаторах;
• модулі на COB-світлодіодах та ін. комбінації світловипромінювачів.

Приклад світильника з потужним COB-діодом - світильник AO10221, що вбудовується. Змінною лампочкою в ньому може бути джерело світла зі згаданим діодом.

Причинами виходу з ладу освітлювальних приладів є:

• недорогі блоки живлення, у яких відсутній захист від кидків напруги в мережі 230 В;
• низька якість виготовлення плат та помилки паяння світлодіодів – погана паяння при струмах у кілька амперів може випалити шматочок плати під контактними майданчиками або перегріти світлодіод поряд з собою;
• неякісна електропроводка в будинку – скручування, неізольовані місця з'єднань тощо;
• перевантаження старої проводки побутовими електроприладами можуть виникати провали або кидки напруги і т.д. п.;
• кидки струму від потужних приладів з імпульсним живленням та їх некомпенсованою реактивністю – вони бувають 10 – 15 кратними від номінального робочого струму пристрою.

Високоякісні блоки живлення, перевірені виробником при номінальному навантаженні протягом кількох годин, виберіть на нашому сайті. Зробіть це в магазині нашої компанії.У ньому блок перевірять у вашому присутності.

Чому перегорають лампочки у точкових світильниках?

Ось чому вони перегорають:

• - при неправильному монтажі на фальш-стелі без відведення тепла від корпусу;
• при роботі світильників з датчиками присутності або руху, наприклад, змонтованими на спільних сходах будівлі або в приміщеннях туалетів, кухонь, коридорів, фойє та ін.

Є інші причини цього неприємного явища.

• були обрані лампи та освітлювальні прилади відомих брендів, наприклад, світлодіодна лампа Ledron LDR-GU10 6W;
• покупець не погнався за дешевизною – невідомий виробник, некрасива упаковка, неохайне складання тощо;
• встановлення та підключення робили професійні електрики-монтажники;
• працюючі корпуси не перегріті та забезпечені підходом повітря для охолодження.

У цих випадках і за дотримання рекомендацій виробника сучасні світлодіодні освітлювальні прилади не доставлять турбот за роки експлуатації, про які всі розповідають. І не доведеться вирішувати проблему - що робити і чому перегорів світлодіодний світильник.

Чому швидко перегорають світлодіодні лампи?

Начебто повинні служити довго, а швидко перегорають… Ми розібралися у ймовірних причинах, які можуть призвести до швидкого виходу світлодіодних ламп з ладу.

Ресурс світлодіодних ламп теоретично у кілька разів вищий, ніж у традиційних ламп розжарювання. Але практика дає сюрпризи: наприклад, навіть у наших редакторів такі лампи часто перегоряли вже після кількох місяців використання. У чому річ — це просто шлюб чи є якісь причини? Давайте розберемося.

Конструкція світлодіодної лампи

Для початку трохи теорії: розповімо, як влаштовано світлодіодну лампу.

Влаштування світлодіодної лампи

Як відомо, основним мінусом будь-якого світлодіода є те, що світла він виробляє набагато менше, ніж тепла, отже це тепло необхідно якось відводити. Власне, конструкція лампи вирішує насамперед саме це завдання.

У самому низу нашої схеми розташований стандартний цоколь, який в ідеалі повинен бути виготовлений з матеріалу, що не окислюється і не особливо нагрівається - наприклад, спеціального пластику. При цьому цокольна частина найчастіше забирається в полімерну основу, що забезпечує її надійніший захист.

Якщо такий захист є, у ньому обов'язково мають бути передбачені вентиляційні отвори, оскільки, як ми вже казали, охолодження — неодмінна умова довгого життя такої лампи. Це завдання виконує і радіатор, який займає не менше половини площі лампи і виготовляється з анодованого сплаву алюмінію.

Усередині лампи, під зашитою цоколя, розташований так званий драйвер — мозок лампи, який служить для перетворення змінного струму на постійний. В ідеалі він має бути забезпечений кількома стабілізаторами, оскільки електричні мережі рідко бувають ідеальними і напруга в них може скакати.

На радіатор вбудовується монтажна плата. По суті це алюмінієва пластина, на якій зверху розташовані кілька світлодіодів, а на нижню частину, звернену до радіатора, наноситься термопаста. Власне, саме на монтажну плату припадає майже 90% тепла, що випромінюється світлодіодами. Нарешті, на верхній частині схеми розташована скляна колба, вона розсіювач світлового пучка. Ця частина практично не нагрівається, проте багато в чому саме від конструкції залежить, щоб лампа світила рівно і яскраво.

То чому перегорають світлодіодні лампи?

Причин може бути кілька, і практично всі вони є наслідком економії виробником.

Заощаджують на драйверах

Якісні електронні драйвери для світлодіодних ламп – задоволення недешеве. Але відомі бренди використовують тільки такі драйвери: вони мають хороші можливості зі стабілізації. Існують пристрої й іншого типу: баластові блоки живлення на основі конденсаторів. Такі набагато дешевші, їх і використовують у більшості дешевих ламп. Тут вже стабілізації ніякої, тому при перепадах напруги світлодіоди довго не витримують і перегорають.

Економлять на радіаторах

Світлодіоди не люблять перегріву. Тому практично в кожній лампі використовується радіатор, керамічний чи алюмінієвий. Але це також витрати. На матеріалах радіатора економлять ефективність відведення тепла вкрай низька. В результаті, наприклад, у закритих плафонах, де вентиляції практично немає, світлодіодні лампи швидко перегріваються та перегорають.

Заощаджують на світлодіодах

Звичайно ж, заощадити можуть і на світлодіодах. Перевірити якість цих елементів ми з вами не можемо ніяк, тому залишається сподіватися на совість виробника ламп.

Як продовжити термін служби світлодіодних ламп?

Як ми вже зазначали, ресурс світлодіодів критично впливає висока температура. Тому варто подбати про те, щоб лампи не перегрівалися. Практика показує, що найдовше служать лампи невеликої та середньої потужності – до 10 Вт.

• Якщо вам потрібно багато світла в кімнаті, краще використовувати кілька ламп по 5-7 Втніж одну на 15-20.
• Слідкуйте за якістю з'єднань проводки та станом патронів ламп. Стабільність струму та напруги – гарантія довгої роботи світлодіодів.
• Уникайте частих включень та вимкнень світлодіодні лампи. Наприклад, якщо 7-ватна лампа працюватиме по 5 годин на день, за місяць вона спалить всього 1 кВт - 6 руб. у грошовому еквіваленті. Тож чи варто постійно клацати вимикачем? Докладніше ми розбирали ситуацію тут.
• Не купуйте ноунейм продукцію - Наприклад, на іноземних маркетплейсах. Швидше за все, це найдешевші лампи, при виробництві яких економили на всьому, що тільки можна.

Ну і ще раз нагадаємо: лампи, як і будь-яке інше електроустаткування, мають гарантійний термін. Зазвичай магазини без проблем змінюють перегорілі на нові, звісно, ​​за наявності чека. Тож не поспішайте засмучуватися, якщо перегоріла лише одна з п'яти чи десяти світлодіодних ламп. Це означає, що глобальних причин для занепокоєння у вас немає, а один екземпляр завжди можна змінити.

Як правильно вибирати світлодіодні лампи? Читайте про це у нашому гіді на вибір. А ще у нас є цікава стаття, в якій ми поставили всі популярні питання про світлодіодні лампи експерту компанії LEDVANCE (наступник OSRAM).