Как устроена светодиодная лампа: принцип работы. схемы лампы светодиодные

Расчет подключения светодиодов в схемах на 12 и 220 вольт

Отдельный светодиод невозможно напрямую подключить к источнику питания на 12 В поскольку он сразу же сгорит. Необходимо использование ограничительного резистора, параметры которого рассчитываются по формуле: R= (Uпит-Uпад)/0,75I, в которой R является сопротивлением резистора, Uпит и Uпад – питающее и падающее напряжения, I – ток, проходящий по цепи, 0,75 – коэффициент надежности светодиода, являющийся постоянной величиной.

В качестве примера можно взять схему, используемую при подключение светодиодов на 12 вольт в авто к аккумулятору. Исходные данные будут выглядеть следующим образом:

• Uпит = 12В – напряжение в автомобильном аккумуляторе;
• Uпад = 2,2В – питающее напряжение светодиода;
• I = 10 мА или 0,01А – ток отдельного светодиода.

В соответствии с формулой, приведенной выше, значение сопротивления будет следующим: R = (12 – 2,2)/0,75 х 0,01 = 1306 Ом или 1,306 кОм. Таким образом, ближе всего будет стандартная величина резистора в 1,3 кОм. Кроме того, потребуется расчет минимальной мощности резистора. Данные расчеты используются и при решении вопроса, как подключить мощный светодиод к 12 вольтам. Предварительно определяется величина фактического тока, которая может не совпадать со значением, указанным выше. Для этого используется еще одна формула: I = U / (Rрез.+ Rсвет), в которой Rсвет является сопротивлением светодиода и определяется как Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в цепи составит: I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 А.

В результате, фактическое падение напряжения светодиода будет равно: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54 В. Окончательно значение мощности будет выглядеть так: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 Вт). Для практического подключения значение мощности рекомендуется немного увеличить, например, до 0,125 Вт. Благодаря этим расчетам, удается легко подключить светодиод к аккумулятору 12 вольт. Таким образом, для правильного подключения одного светодиода к автомобильному аккумулятору на 12В, в цепи дополнительно понадобится резистор на 1,3 кОм, мощность которого составляет 0,125Вт, соединяющийся с любым контактом светодиода.

Расчет подключения светодиода к сети 220В осуществляется по такой же схеме, что и для 12В. В качестве примера берется такой же светодиод с током 10 мА и напряжением 2,2В. Поскольку в сети используется переменный ток напряжением 220В, расчет резистора будет выглядеть следующим образом: R = (Uпит.-Uпад.) / (I х 0,75). Вставив в формулу все необходимые данные, получаем реальное значение сопротивления: R = (220 — 2.2) / (0,01 х 0,75) = 29040 Ом или 29,040 кОм. Ближайший стандартный номинал резистора – 30 кОм.

Далее выполняется расчет мощности. Вначале определяется значение фактического тока потребления: I = U / (Rрез.+ Rсвет). Сопротивление светодиода рассчитывается по формуле: Rсвет = Uпад.ном. / Iном. = 2.2 / 0,01 = 220 Ом. Следовательно, ток в электрической цепи будет составлять: I = 220 / (30000 + 220) = 0,007А. В результате, реальное падение напряжение на светодиоде будет следующим: Uпад.свет = Rсвет х I = 220 х 0,007 = 1,54В.
Для определения мощности резистора используется формула: P = (Uпит. — Uпад.)² / R = (220 -1,54)² / 30000 = 1,59Вт. Значение мощности следует увеличить до стандартного, составляющего 2Вт. Таким образом, чтобы подключить один светодиод к сети с напряжением 220В понадобится резистор на 30 кОм с мощностью 2Вт.

Однако в сети протекает переменный ток и горение лампочки будет происходить лишь в одной полуфазе. Светильник будет выдавать быстрый мигающий свет, с частотой 25 вспышек в секунду. Для человеческого глаза это совершенно незаметно и воспринимается как постоянное свечение. В такой ситуации возможны обратные пробои, которые могут привести к преждевременному выходу из строя источника света. Чтобы избежать этого, выполняется установка обратно направленного диода, обеспечивающего баланс во всей сети.

Использование светодиодных лампочек взамен газоразрядным

Если пройти в любой офис или учебное заведение, то можно заметить, что везде установлены лампы дневного света – газосветные (люминесцентные). Как правило, мощность этих приборов составляет не больше 35 Вт.

Кончено, каких-то семь лет назад подобные устройства были лучшими, потому что их считали экономичными. Тем не менее, время не стоит на месте, что позволило получить долговечные LED-лампы, которые превзошли ожидания.

Постепенно пользователи переходят на более современные лампочки

Теперь во всех учреждениях начали менять устаревшие конструкции на светодиоды. К примеру, если в офисе установлен стандартный потолочный светильник, то достаточно только поменять лампочки.

Главной проблемой является необходимость замены светодиодных лампочек для люминесцентных осветительных приборов. Не стоит в этом случае выбрасывать светильник, потому что приобрести новый значительно дороже. Для этого потребуется изменение схемы подключение лампы, которую мы рассмотрим ниже.

Схема подключения LED-лампы взамен газоразрядной

Здесь потребуется конструкция, которая имеет типовой размер – Т8. Ведь она предполагает возможность монтажа в светильник лампочек разной конфигурации, но одной длины. Модернизация заключается в отсоединении внутреннего наполнения, но это не требует слишком много времени.

Схема замены люминесцентных лампочек

Здесь можно заметить, что схема не представляет сложностей, в разъем дросселя фиксируется перемычка. Тем не менее, если установлено устройство защиты отключение, то оно может срабатывать, поэтому балласт рекомендуется отсоединить.

Лампы Т8 имеют четыре штыря, но для того, чтобы выполнить подключение, понадобится два.

Переделка люминесцентного светильника в светодиодный: пошаговая инструкция

Шаг первый: для начала понадобится отключить питание люминесцентного прибора. Причем рекомендуется сделать это путем отключения автоматики на распределительном щите, чтобы обезопасить себя от удара током.

Отключаем питание на распределительном щите

Шаг второй: теперь следует удалить старые лампочки. При этом необходимо открутить трубки, как перед очередной заменой.

Демонтируем старые трубки

Шаг третий: потребуется отсоединить проводку, которая отходит от стартера.

Демонтируем проводку и дроссели, потому что они не нужны в этой схеме. Снять их не трудно, потребуется открутить винты с обратной стороны

Шаг четвертый: необходимо отсоединить патроны на конструкции. Далее следует сделать перемычку из одножильного провода и вставить между полюсами на патроне конструкции.

Так будет выглядеть перемычка между контактами

Шаг пятый: далее останется закрепить провод напрямую.

Теперь патрон можно вернуть на место. Здесь на каждую лампу должен идти отдельный провод

Шаг шестой: далее останется проверить конструкцию на работоспособность, а затем закрепить штыревые лампочки.

Таким образом будет выглядеть светильник в собранном виде

Схемы светодиодных ламп

Существует два основных
варианта схем для светодиодных ламп, которые можно изготовить своими руками:

1. На диодном мосте.
2. С резисторным сопротивлением.

Рассмотрим их подробно,
а также как изготовить светодиодный элемент на их основе.

Вариант с диодным мостом

Данная схема включает
четыре разнонаправленно подключаемых диодных элемента. Подобный мост
преобразует обычный ток сети на 220 В синусоидального характера в необходимый
для самодельной лэд-лампочки – пульсирующий. Принцип его работы достаточно
прост: каждая полуволна пропускается через два диода-модуля, и потому они
переменяются, теряя свою полярность. Подключение выглядит следующим образом:

1. Перед самим
   мостом (со стороны подсоединения бытовой сети) на «+» подводится конденсатор,
   например, С10,47х250 В.
2. Перед контактом
   «-» устанавливается блок сопротивления на 100 Ом.
3. С тыла моста
   параллельно монтируется еще один с аналогичными параметрами конденсатор. Его
   назначение – сглаживание перепада напряжения сети.

Изготовление светодиодного элемента

Проще всего сделать
самому лэд-светильник, взяв за основу плату от уже отработанного аналогичного
прибора. Однако прежде чем начать сборку, нужно удостовериться в том, что все
компоненты сохраняют работоспособность. Для этой цели можно применить блок
питания от компьютера, телефонной подзарядки или любой АКБ. Главное, чтобы их
выходное напряжение не превышало значения в 12 вольт.

Как вариант, цепочка на
светодиодах может собираться полностью с нуля. В этом случае алгоритм действий своими
руками выглядит следующим образом:

1. Десять светодиодных элементов последовательно спаиваются по принципу – анод одного к катоду соседнего.
2. В итоге девять соединений и пара свободных проводников по краям цепочки.
3. Далее концы припаиваются к проводникам.

Приборы с резисторным сопротивлением

Собрать своими руками
схему также можно на двух резисторах 12 k.
Для этого потребуется спаять последовательно состоящие из одинакового
количества светодиодных кристаллов две цепочки. При этом если одна из них
присоединяется к первому модулю катодом, то другая ко второму – анодом.

Ввиду того, что
инициация лэд-элементов происходит в схеме последовательно, эффект пульсации
сглаживает и свет от нее идет мягкий, полезный и не раздражающий зрение.
Поэтому ее можно рекомендовать для замены стандартной настольной лампы.

Чтобы получить светильник большой яркости можно подобным образом своими руками соединить до 40 led-кристаллов. Большее количество светодиодных элементов требует особых навыков и опыта в сборке электросхем.

Начнем, пожалуй, с преимуществ

По сути их всего лишь два. Первое: это действительно уменьшенное энергопотребление, приблизительно в десять раз меньше в сравнении с лампой накаливания. Во вторых — длительность их службы (по словам производителей). Светодиодная лампа выдерживает около ста тысяч часов работы, это почти одиннадцать полных лет непрерывного свечения, что, согласитесь, привлекательно для экономии. Как бонус можно назвать их безвредность и простую утилизацию в связи с отсутствием ртути в составе, но все это относительно, и еще неизвестно есть ли в составе какие-либо другие вредные вещества, о которых не упоминается производителями.

Как устроена светодиодная лампа на 220 В?

Это современный вариант LED-лампы, который производится по усовершенствованной технологии. Здесь светодиод цельный, имеется несколько кристаллов, поэтому не предполагается необходимость пайки множества контактов. Как правило, присоединяют только два контакта.

Таблица 1. Строение стандартной LED-лампы

Драйвер светодиодной лампочки

Еще одним отличием светодиодных ламп от других изделий является местонахождение зоны сильного нагрева. У других источников света происходит распространение тепла по всей внешней части, в то время как кристаллы светодиодов способствуют только нагреву внутренней платы. Именно поэтому возникает необходимость установки радиатора для быстрого отведения тепла.

Если возникает потребность сделать ремонт осветительного прибора с вышедшим из строя светодиодом, то его полностью заменяют. По внешнему виду эти лампы могут быть как круглыми, так и в виде цилиндра. К питанию они подключаются через цоколь (штырьковый или резьбовой).

Работа с патроном

Патроны в светильниках могут быть установлены по-разному: горизонтально или вертикально, в отдельных моделях под углом

Так как лампы люминесцентного типа освещают на 360 градусов, для них неважно, как они будут установлены в патрон

Световой поток ламп светодиодного типа является направленным, поэтому здесь необходимо обратить внимание на размещение прорези в патроне. Может случиться так, что световой поток подключённых ламп будет направлен не вниз, а в сторону

В данном случае наиболее универсальными будут цоколи поворотного типа. Они подходят к любым моделям светильников и позволяют регулировать направленность света.

Люминесцентные лампы, благодаря своим революционным, для своего времени, характеристикам: низкому энергопотреблению, высокой световой эффективности и долгому сроку службы, получили очень широкое распространение.

Именно трубчатые лампы дневного света освещают большинство школ, больниц, офисов, цехов и т.д., наиболее часто они установлены в растровых светильниках, знакомых каждому.

Главным недостатком люминесцентных ламп является наличие внутри них ртути, пары которой смертельно опасны для человека.

Но технологии не стоят на месте, их активное развитие привело к созданию светодиодных ламп, которые превзошли практически по всем показателям люминесцентные. В настоящее время, единственным их недостатком является стоимость в сравнении с лампами дневного света, по сумме же всех характеристик и выгод, а главное по соображениям безопасности, они вне конкуренции.

Менять старые люминесцентные светильники целиком на аналогичные светодиодные не выгодно, хотя бы просто экономически, лучше просто заменить лампы, ведь производители давно уже выпускают трубчатые светодиодные лампы Т8 под цоколь G13 и можно установить их, оставив старый корпус светильника, лишь немного модернизировав его.

Чтобы поставить светодиодные лампы вместо люминесцентных, необходимо несколько доработать светильник, сделать его проще, убрав из схемы подключения несколько лишних компонентов. Сейчас я подробно покажу как это легко сделать самому.

В первую очередь давайте рассмотрим схемы стандартных растровых светильников, рассчитанных на установку четырех люминесцентных ламп, такие чаще всего монтируются в потолки, типа «армстронг».

Их всего две разновидности, две различных схемы, первая с балластом и стартером, встречается чаще всего:

Вторая схема более современная, с электронным пускорегулирующим аппаратом:

Как видите, светильники с люминесцентными лампами, содержат внутри различное дополнительное оборудование, которое требуется для их работы. Подробнее читайте об этом в материале – Схема подключения люминесцентных светильников

В современных же трубчатых LED лампах, в частности т8 под цоколь g13, драйвер, необходимый для того, чтобы светодиоды горели, уже встроен в корпус самой лампы и дополнительно устанавливать что-то не требуется.

Соответственно, переделка любого люминесцентного светильника, сводится к демонтажу всего лишнего оборудования: балласта, стартера, эпра и т.д. и подключению питания напрямую к контактам LED лампы. Для обоих типов светильников, схема подключения общая, все зеленые проводники на схеме, подключаем к нулевому проводу, а все красные к фазному, должно получится примерно так:

Схемы подключения светодиода к 220В

Полупроводник пропускает ток только в одном направлении. Однако в сети в 220В имеется переменный ток, где с частотой в 50 Гц направление тока меняется. Чтобы компенсировать этот эффект и подключить светодиодную лампу, требуется выпрямитель какого-либо типа, способный погасить обратное напряжение.

В таком качестве выступает резистор, конденсатор, выпрямительный мост. Соответственно, подключить светодиод к сети в 220 Вольт можно несколькими способами. Чаще всего в быту используется схема с резистором, поскольку такой способ прост в монтаже и доступен по стоимости.

Как подключить светодиодный светильник последовательным способом

Такое подсоединение выполняется очень легко и вполне годится для бытовых светодиодных приборов и сети в 220 Вольт.

1. Для начала рассчитывают требуемую мощность резистора и учитывают необходимость в защите от обратного напряжения. Теоретически при подсоединении светодиода, мощностью, например, в 3 Вольта, «избыток» в 217 Вольт оседает на резисторе. Однако на деле обратная полуволна в этом случае подается на светодиод, а не на резистор, а так как обратное напряжение у полупроводников невелико – до 30 Вольт, прибор быстро выходит из строя.
2. Все элементы цепи – резистор, диод защиты и светодиод подключаются последовательно.

Важно! В схеме следует установить резистор мощностью не менее 2 Вт, так как устройство здесь заметно нагревается.

Как подключить светодиодный светильник к 220В параллельным способом

Подсоединить светодиодный светильник можно и параллельно. Такая схема более надежна, хотя не исключает эффект мерцания.

1. Индикаторный диод подключают параллельно светодиоду. Диод должен иметь обратное включение. При первой полуволне работает индикаторный диод, при второй – светодиод. Напряжение, падающее на последний, не превышает 1 Вольт, что делает такую схему более долговечной.
2. Мощность резистора и здесь должна быть избыточной – он нагревается.

Снизить эффект мерцания позволяет параллельная установка 2 светодиодов. При подсоединении к сети в 220В при одной полуволне включается 1 светодиод, при второй – параллельный ему. При таком расположении оба элемента в нужной степени защищены от избыточного обратного напряжения.

Важно! Окончательно от эффекта мерцания и в этом случае избавиться нельзя.

Схема включения светодиода в сеть 220 вольт лучевым соединением

Запитать светодиод от сети 220В таким способом – лучший вариант, так как метод предупреждает излишний нагрев всех деталей цепи и исключает заметные для глаза мерцания. Кроме того, цепь, включающая конденсатор, потребляет меньше тока. Минус схемы – подключение светодиодных ламп требует больше времени и подразумевает цепь из большого количества элементов.

1. Вместо резистора основную нагрузку по выпрямлению тока берет на себя конденсатор. Использовать необходимо пленочное устройство – электролит не годится. Рассчитано на напряжение как минимум в 250 Вольт, а лучше в 400 Вольт.
2. Параллельно конденсатору в цепь включают резистор. Его задача – разряд конденсатора после того, как светильник отключают от сети в 220 Вольт.
3. Параллельно светодиоду подсоединяют диодный мост – его можно приобрести готовым, а можно самостоятельно сделать из 4 диодов с подходящими характеристиками. Максимальная сила тока моста должна быть выше, чем аналогичный показатель у светодиода. Возможное обратное напряжение – не менее 400 Вольт. Мост подсоединяется в обратном направлении по сравнению со светодиодным элементом.
4. Последовательно конденсатору в цепь вставляют еще один резистор – токоограничительный. Его цель – защитить схему от случайных скачков напряжения в сети на 220 Вольт.

В такой схеме все элементы нагреваются незначительно, что обеспечивает высокую долговечность и надежность.

Схема шунтирования светодиода обычным диодом

Необходимость шунтирования доказана практикой. Теоретическая схема подключения светодиода без дополнительного элемента оказывается несостоятельной.

Рабочая схема включает индикаторный обычный диод с той же полярностью, что и светодиодное устройство. При этом излишне высокое напряжение обратной волны оседает на диодном элементе, а остаточное напряжение светодиод пробить уже не может. Диод монтируют между резистором и светодиодом.

Преимущество и недостатки самодельной лампы

Специализированные магазины предлагают большой выбор светодиодных аппаратов. Однако порой в ассортименте невозможно найти прибор, отвечающий необходимым параметрам. Кроме того, LED-приборы традиционно отличаются высокой стоимостью.

Между тем, вполне возможно сэкономить средства и получить идеальную лампу, выполнив сборку самостоятельно. Сделать это несложно и достаточно будет элементарных технических знаний и практических умений.

Выполненное своими руками LED-устройство имеет ряд значительных преимуществ над приобретенным в магазине аналогом.  Они отличаются экономичностью: при аккуратной сборке и использовании качественных деталей период эксплуатации достигает 100 тысяч часов.

Такие приборы показывают высокую степень энергоэффективности, которая определяется соотношением потребляемой мощности и яркости выработанного света. Наконец, их стоимость на порядок ниже, чем фабричных аналогов.

Элементы светодиодной лампы

В состав стандартной светодиодной лампы входят следующие элементы:

• Основные внешние детали – рассеиватель и цоколь.
• Светодиоды, установленные на плате. Вся конструкция называется. кластером.
• Радиатор.
• Светодиодный источник питания – драйвер.

В большинстве ламп используются стандартные цоколи типа Е27. Его крепление к корпусу происходит точечными углублениями, наносимыми по окружности. Для снятия цоколя места углублений высверливаются или пропиливаются ножовкой.

К центральному контакту цоколя подключается провод красного цвета. Черный провод припаивается к резьбе. Оба проводника имеют очень короткую длину и в случае возможного ремонта лампы нужно иметь запас для наращивания.     После снятия цоколя, в рассеивателе открывается отверстие, через которое хорошо заметно драйвер. Его крепление к корпусу выполняется силиконом, а его извлечение возможно только через рассеиватель.
Питание кластера, представляющего собой светодиодную плату, осуществляется с помощью драйвера. Под его действием происходит преобразование переменного напряжения 220 вольт в постоянный ток. У драйверов существуют такие параметры, как выходной ток и мощность.

Таким образом, взаимодействие всех элементов обеспечивает устойчивую и бесперебойную работу всей лампы. Выход из строя хотя бы одного из них вызовет отказ в работе всей системы.

Основные выводы

Подключить светодиодные светильники к бытовой электросети с напряжением в 220В можно по трем вариантам:

1. Последовательной.
2. Параллельной.
3. Лучевой.

Последовательный способ распределения ламп позволяет сэкономить на проводке и сократить монтажные работы по ее укладке и восстановлению поверхности стен. Его главный недостаток – зависимость всех приборов друг от друга – если один перегорит, выйдут из строя все. Параллельная схема лишена этого минуса. Однако платой за это является больший расход проводников и необходимость подключения к каждой люстре по две-три жилы.

Еще один плюс такого способа – возможность использовать полную заданную светосилу лэд-элемента, чего не дает последовательная схема, где напряжение распределяется между всеми светильниками поровну. Лучевой метод – это разновидность параллельного, где все подсоединяемые фонари находятся примерно на равном расположении от центра – распредмодуля. Применяется, когда, например, лампы нужно установить по периметру потолочной поверхности.

В бытовую сеть на 220В также можно подключить светодиодные светильники на 12В. Однако нужно учесть, что они рассчитаны на постоянный ток. Поэтому для последовательной цепочки потребуется выпрямитель, а для параллельной в добавок понижающий трансформатор.

Предыдущая
СветодиодыКак подобрать и установить светодиодный драйвер своими руками
Следующая
СветодиодыТаблица сравнения светового потока светодиодов и ламп накаливания и другие показатели эффективности освещения