Схема энергосберегающей лампы: составные компоненты, принцип работы и розжига, ремонт

Как устроена светодиодная лампа?

Близкое знакомство с конструкцией светодиодного светильника может понадобиться только в одном случае — при необходимости ремонта или усовершенствования источника света.

Домашние умельцы, имеющие на руках набор элементов, могут самостоятельно собрать светильник на светодиодах, но это не под силу новичку.

Учитывая, что светодиодные приборы стали основой современных систем квартирного освещения, умение разбираться в конструкции светильников и их ремонте позволяет сэкономить значительную часть семейного бюджета

Но изучив схему и имея базовые навыки работы с электроникой, даже новичок сможет разобрать лампу, заменить сломанные детали и восстановить работоспособность устройства. Подробную инструкцию по устранению неполадок и самостоятельному ремонту светодиодной лампы можно найти по этой ссылке.

Есть ли смысл ремонтировать светодиодную лампу? Несомненно. В отличие от аналогов со светящейся нитью по 10 рублей за штуку, светодиодные приборы стоят дорого.

Допустим, «лампочка» ГАУССА стоит около 80 рублей, а лучшая альтернатива OSRAM — 120 рублей. Замена конденсатора, резистора или диода обойдется дешевле, а срок службы лампы можно продлить своевременной заменой.

Существует множество модификаций светодиодных ламп: свечи, лампочки, шары, прожекторы, капсулы, ленты и т.д. Они отличаются формой, размерами и дизайном. Чтобы наглядно увидеть отличие от лампы накаливания, рассмотрим обычную модель в форме колбы.

Вместо стеклянной колбы — матовый рассеиватель, нить накала заменена на «долгоиграющие» диоды на плате, лишнее тепло отводится радиатором, а драйвер обеспечивает стабильность напряжения

Если не обращать внимания на обычную форму, можно увидеть только один знакомый элемент — основу. Размерный ряд носков остался прежним, поэтому они подходят для традиционных картриджей и не требуют изменения электрической системы. Но на этом сходство заканчивается: внутренности светодиодных светильников намного сложнее, чем у ламп накаливания.

Светодиодные лампы не рассчитаны на работу напрямую от сети 220 В, поэтому внутри устройства заключен драйвер, который является одновременно и блоком питания, и блоком управления. Он состоит из множества мелких элементов, основной задачей которых является выпрямление тока и снижение напряжения.

История изобретения лампочки

Внешний вид лампы накаливания

Продукт разрабатывался и совершенствовался многими исследователями в разные периоды. Первая электрическая дуга была зажжена ученым Петровым В.В в 1802 году. Изобретение состояло из двух угольных стержней, соединенных с полюсами гальванической батареи.

В момент их приближения произошел электрический разряд, и на элементах образовалась дуга. Использование такой лампы в быту было невозможно по ряду причин — недостаток конструкции, быстрое выгорание угольных стержней. Но мировые учёные начали разбираться, из чего сделать лампу.

Через 70 лет в 1872 году Лодыгин А.Н получил патент на лампу накаливания. В качестве спирали в нем использовался стержень из ретортного угля, который находился под стеклянным колпаком.

Уже в 1880 году, 10 мая, в Петербурге на Литейном мосту лампочкой Лодыгина было оборудовано уличное освещение. Срок службы источника света составил всего 2 месяца (пока не сгорел угольный стержень).

В 1880 году Томас Эдисон представил в США усовершенствованную лампу накаливания Лодыгина. Ему удалось добиться исключения воздуха из стеклянной колбы, что обеспечило более длительное горение спирали и более яркое ее свечение. Эдисон также разработал резьбовое гнездо для ввинчивания лампы в гнездо.

В 1910 году было принято решение скрутить вольфрамовую нить в спираль, чтобы увеличить срок ее службы. Таким образом, вместо первоначальных 50-100 часов продукт теперь работает целых 1000 часов.

Принцип получения теплового излучения также используется в производстве люминесцентных галогенных ламп.

Виды энергосберегающих ламп

Существует несколько критериев, по которым классифицируются энергосберегающие лампы. Наиболее распространенными из них являются база и температура отжига.

Розетка — это элемент, используемый для подключения изделия к светильнику и подачи питания. Основными типами являются нити и штифты.

Чаще всего в бытовой сфере резьбовые муфты вкручиваются в обычные патроны. Они маркируются буквой Е и числовым значением, указывающим диаметр в миллиметрах. Е27 считается стандартным, а Е14 используется в настольных лампах или бра.

И все же резьбовые цоколи чаще устанавливают в ДРЛ и натриевых светильниках, предназначенных для уличного освещения.

Тип штифта используется для определенных приспособлений. Доступны с двумя или четырьмя контактами, сами разъемы отмечены буквой G и числовым значением. Актуально для мощных осветительных приборов.

В зависимости от температуры свечения энергосберегающая лампа излучает свет определенного оттенка (измеряется в Кельвинах):

1. Теплый свет (желтый) — 2700 К. Оттенок подобен свечению обычных ламп (лампы накаливания).
2. Естественный белый свет — 4200 К. Люминесцентные лампы, нейтральный экран.
3. Холодный свет (белый) – 6400 К. Он близок к синему спектру, поэтому характеризуется голубоватым оттенком. Обычно используется на промышленных предприятиях в лампах от 65 Вт и выше.

Энергосберегающие лампы также выпускаются разной формы – они бывают трубчатыми, спиральными, изогнутыми. В первом случае защитные элементы отсутствуют.

Принцип работы и устройство энергосберегающей лампы

КЛЛ состоит из стеклянной колбы полого типа, внутри заполненной парами ртути. При подаче электрического тока между электродами образуется дуговой разряд, связанный с пусковым конденсатором.

За счет этого образуется ультрафиолетовое излучение, спектр которого невидим для человеческого глаза. Для преобразования свечения в видимый свет внутренние стенки покрывают люминофором, гарантирующим яркое свечение.

По сравнению с лампой накаливания при той же потребляемой мощности светоотдача будет значительно выше. Стоимость прибора зависит от того, из чего сделан люминофор.

Недостатком энергосберегающих ламп является то, что их нельзя подключить напрямую к сети 220 В. Пары ртути в них в выключенном состоянии имеют высокое сопротивление, поэтому для формирования разряда необходим импульс высокого напряжения. После образования разряда сопротивление становится отрицательным.

Если в цепи нет защитных элементов, это вызовет короткое замыкание. В трубчатых устройствах используется электромагнитный балласт, который устанавливается непосредственно в лампе.

Вариант #1 — с конденсаторами для снижения напряжения

Рассмотрим пример с конденсатором, поскольку такие схемы распространены в бытовых лампах.

Элементарная схема драйвера светодиодной лампы. Основными элементами, гасящими напряжение, являются конденсаторы (С2, С3), но ту же функцию выполняет и резистор R1

Конденсатор С1 защищает от помех в сети, а С4 сглаживает пульсации. В момент подачи тока два резистора — R2 и R3 — ограничивают его и одновременно защищают от короткого замыкания, а переменное напряжение преобразует элемент VD1.

При прекращении подачи питания конденсатор разряжается с помощью резистора R4. Кстати, R2, R3 и R4 используются далеко не всеми производителями светодиодной продукции.

Мультиметр часто используется для проверки конденсатора.

Недостатки схем с конденсаторами:

1. Возможно выгорание диодов, так как стабильности питания не наблюдается. Напряжение нагрузки полностью зависит от напряжения питания.
2. Гальванической развязки нет, поэтому есть риск поражения электрическим током. Не рекомендуется при разборке ламп трогать токоведущие элементы, так как они находятся под фазой.
3. Достичь больших токов накала практически невозможно, так как это потребовало бы увеличения емкостей конденсаторов.

Однако плюсов тоже немало, именно благодаря им конденсаторы остаются популярными. Преимуществами являются простота установки, широкий диапазон выходных напряжений и низкая стоимость.

Можно смело экспериментировать с самостоятельным изготовлением, тем более, что часть деталей можно найти в старых приемниках или телевизорах.

Вариант #2 — с импульсным драйвером

В отличие от линейного драйвера с конденсатором, пульсирующий драйвер эффективно защищает светодиоды от скачков напряжения и сетевых помех.

Примером импульсного блока является популярная электронная модель CPC9909. Давайте подробнее рассмотрим особенности. Эффективность использования достигает 98% — показатель, при котором действительно можно говорить об энергосбережении и экономии.

Микросхема CPC9909, разработанная Clare, часто используется для самостоятельной сборки светодиодных ламп, в том числе повышенной мощности. Контроллер заключен в компактный пластиковый корпус

Устройство может питаться напрямую от высокого напряжения — до 550 В, так как драйвер оснащен встроенным стабилизатором. Благодаря тому же стабилизатору схема стала проще, а стоимость ниже.

Схема драйвера светодиода на микросхеме CPC9909. Достоинства схемы: возможность работы в диапазоне температур от -55°С до +85°С и питание от переменного напряжения

Микросхема успешно применяется для разработки сетей питания аварийного и резервного освещения, так как подходит для схем повышающих преобразователей.

В домашних условиях на базе СРС9909 чаще всего собирают лампы или драйверы на батарейках мощностью не более 25 В.

Вариант #3 — с диммируемым драйвером

Регулировка яркости осветительных приборов позволяет установить желаемый уровень освещения в помещении. Это удобно при создании отдельных зон, уменьшении яркости днем ​​или для выделения предметов интерьера.

С помощью диммера использование электроэнергии становится более рациональным, а срок службы электроприбора увеличивается.

Тестовая лампа в стиле «ретро» с диммером. По внешнему виду стационарный осветительный прибор напоминает керосиновую лампу и имеет сбоку кнопку регулировки яркости

Существует два типа диммируемых драйверов, каждый из которых имеет свои преимущества. Первая работа с ШИМ управлением.

Они устанавливаются между светильником и блоком питания. Энергия подается в виде импульсов различной длительности. Пример использования драйвера с ШИМ-управлением — тикер.

Тест драйвера с регулируемой яркостью 40 Вт. Предназначен для офисных светильников, а также устройств для автостоянок и общественных зданий, где требуется энергосберегающий режим

Диммируемые драйверы второго типа воздействуют непосредственно на блок питания и применяются для устройств со стабилизированным током.

При регулировке тока может происходить изменение оттенка свечения: белые диоды при уменьшении тока начинают излучать немного желтого света, а при увеличении тока — синего.

Краткий обзор и тестирование популярных LED-ламп

Хотя принципы построения схем драйверов для разных осветительных приборов схожи, между ними есть различия как в последовательности подключения элементов, так и в их выборе.

Рассмотрим схемы из 4-х ламп, продаваемых в бюджетнике. При желании их можно отремонтировать своими руками.

Галерея изображений Изображения из лампы легко разбираются. На алюминиевой плате закреплены 32 диода, каждый из которых рассчитан на 1,54 В. Плата вокруг светодиодов нагревается до +53 ºС. Блок компактен по размеру и не может быть разделен.

Если вам нужно добраться до водителя, попробуйте сначала снять стекло, приклеенное к краям радиатора. Для излучения светового потока используются всего 3 диода. Излучатель играет две роли — рефлектора и корпуса. Стекло с тремя линзами прикручено. Чтобы достать контроллер, нужно аккуратно открутить пару винтов, отсоединить провода и снять плату.

На радиаторе закреплен пластиковый цоколь, в нем контроллер Драйвер для разобранной лампы BBK P653F Компактная лампа Ecola 7w Разборный аналог Ecola GU5.3 Jazzway 7.5w GU10 — пригоден для ремонта

Если есть опыт работы с контроллерами, то можно заменить элементы схемы, перепаять ее и немного улучшить.

Но тщательная работа и усилия по поиску элементов не всегда оправданы – проще купить новый светильник.

Читайте также: Схема самоподхвата пускателя — советы электрика

Вариант #1 – LED-лампа BBK P653F

У марки ББК есть две очень похожие модификации: лампа П653Ф отличается от модели П654Ф только конструкцией блока излучения. Соответственно, и схема драйвера, и конструкция устройства в целом во второй модели построены по принципам первого устройства.

Плата имеет компактные размеры и продуманное расположение элементов, для крепления где используются обе плоскости. Наличие пульсаций связано с отсутствием фильтрующего конденсатора, который должен стоять на выходе

Легко найти недостатки в конструкции. Например, место установки контроллера: часть в радиаторе, при отсутствии утепления, часть в цоколе. Сборка на микросхеме СМ7525 выдает на выходе 49,3 В.

Вариант #2 – LED-лампа Ecola 7w

Радиатор изготовлен из алюминия, основание выполнено из термостойкого полимера серого цвета. На монтажной плате толщиной в полмиллиметра крепятся 14 последовательно соединенных диодов.

Между радиатором и платой находится слой теплопроводной пасты. Основание фиксируется саморезами.

Схема управления проста, реализована на компактной плате. Светодиоды нагревают основание до +55 ºС. Пульсаций практически нет, радиопомехи тоже исключены

Плата полностью размещена внутри базы и соединена короткими проводами. Возникновение коротких замыканий невозможно, так как вокруг пластик — изоляционный материал. Результат на выходе контроллера 81 В.

Вариант #3 – разборная лампа Ecola 6w GU5,3

Благодаря разборной конструкции можно самостоятельно отремонтировать или улучшить драйвер устройства.

Однако впечатление портит неприглядный внешний вид и дизайн устройства. Общий радиатор увеличивает вес, поэтому рекомендуется дополнительное крепление при креплении лампы к патрону.

Плата имеет компактные размеры и продуманное расположение элементов, для крепления где используются обе плоскости. Наличие пульсаций связано с отсутствием фильтрующего конденсатора, который должен стоять на выходе

Недостатком схемы является наличие заметных пульсаций светового тока и высокая степень радиопомех, что обязательно скажется на сроке службы. Основа контроллера — микросхема BP3122, выходной индикатор — 9,6 В.

Вариант #4 – лампа Jazzway 7,5w GU10

Внешние элементы светильника легко отсоединяются, так что до контроллера можно добраться достаточно быстро, открутив две пары саморезов. Защитное стекло держится на замках. На плате 17 последовательно соединенных диодов.

Однако сам контроллер, находящийся в базе, щедро залит соединением, а провода запрессованы в клеммы. Чтобы освободить их, нужно использовать дрель или применить припой.

Недостаток схемы в том, что обычный конденсатор выполняет функцию ограничителя тока. При включении лампы происходят скачки напряжения, в результате чего либо перегорают светодиоды, либо выходит из строя светодиодный мост

Никаких радиопомех не наблюдается — и все благодаря отсутствию регулятора импульсов, но при частоте 100 Гц наблюдаются заметные световые пульсации, достигающие до 80% от максимального показателя.

Результат работы контроллера — 100 В на выходе, но по общей оценке, скорее лампа слабое устройство. Стоимость явно завышена и приравнена к затратам брендов, отличающихся стабильным качеством продукции.

Особенности конструкции

Прежде чем приступить к ремонту, необходимо разобраться в конструкции осветительного блока. Наиболее важные структурные элементы показаны на рисунке 1.

Рис. 1. Блок энергосберегающих ламп

Обозначения:

• А — Колба спиралевидной формы. По сути, это герметичная трубка, внутри нее находится инертный газ (обычно аргон) и пары ртути. С каждого из краев вплавлено по два электрода, между которыми натянута нить. Внутренняя часть трубки покрыта люминофором.
• Б — Верхняя часть корпуса, к которой крепится фляга. Сразу предупреждаем, что извлечь колбу, не нарушив целостность корпуса, нереально, поэтому лучше воспринимать их как единую конструкцию.
• С — балласт, установленный на печатной плате, его еще называют электронным балластом или просто балластом. Как вы понимаете, при выходе из строя осветительный прибор становится предметом вторичной переработки. Устройство балласта будет приведено в соответствующем разделе.
• D — Предохранитель, как правило, его роль играет низкоомное сопротивление.
• Е — Нижняя часть корпуса, в ней установлен балласт, скрепление с верхней частью осуществляется посредством замков.
• Ф — база. В быту чаще встречаются типы Е14 (миньон) и Е27. Нижняя часть корпуса с цоколем также представляет собой единую неразборную конструкцию. На внешней части корпуса нанесена маркировка осветительного прибора, где указаны основные характеристики.

Основные этапы ремонта

Системный подход к любой задаче обеспечивает наилучший способ ее решения, поэтому действовать будем по следующему алгоритму:

1. Подготовка необходимых инструментов.
2. Демонтаж конструкции.
3. Исправление проблем.
4. Сборка конструкции.

Теперь подробно о каждом шаге.

Необходимые инструменты

В процессе работы нам понадобится:

• плоская отвертка;
• цифровой мультиметр;
• паяльник мощностью 25-30 Вт и все необходимое для пайки.

Демонтаж

Все действия делаем аккуратно, стараясь не навредить организму, а тем более колбе светильника, где есть опасные для организма человека пары ртути.

Как было сказано выше, верхняя и нижняя части корпуса соединены замками. Чтобы их разъединить, вставьте отвертку в паз (показан на рис. 2) и слегка поверните ее. Рекомендуем начинать с места нанесения маркировки, как правило там находится один из замков.

Рис. 2. Трек между верхней и нижней частью корпуса

Освободив замок, продвигаемся дальше по дорожке и продолжаем процедуру до тех пор, пока верхняя и нижняя части не отделятся друг от друга.

Части тела сломаны

Теперь нам нужно отсоединить провода, соединяющие нить накала лампы и плату. Всего их четыре. В большинстве конструкций провода не припаяны к плате, а намотаны на специальные штыри.

Пины, к которым прикручиваются провода от лампочки

После этого шага можно переходить к устранению неполадок.

Составляющие схемы

Помимо стандартных конструктивных элементов, таких как колба и цоколь, под корпусом скрыта электронная схема (электронный пускорегулирующий аппарат — балласт). Он есть далеко не в каждой «экономке» (например, в КЛЛ отсутствует). На сегодняшний день самым надежным изделием для работы люминесцентных ламп остается балласт, от качества которого зависит срок службы.

Электронная схема состоит из следующих компонентов:

• пусковой конденсатор – вырабатывает мощный импульс, необходимый для запуска лампы;
• фильтры – необходимы для устранения радиочастотных помех и электромагнитных излучений, попадающих в цепь вместе с током (уменьшают мерцание);
• емкостный фильтр – дополнительный элемент, сглаживающий оставшуюся рябь;
• токоограничивающий дроссель — для защиты цепи от большого тока (поддерживает силу тока на заданном уровне);
• биполярные транзисторы;
• драйвер — для ограничения тока;
• предохранитель — предотвращает выход из строя лампы, исключает возгорание цепи при скачках напряжения.

Как происходит зажигание

Напряжение, падающее на динистор, приводит к формированию импульса, который поступает на транзистор и приводит к открытию элемента. Как только пуск завершен, цепь блокируется диодным мостом. В момент открытия транзистора конденсатор заряжается, предотвращая повторное открытие динистора.

Транзистор работает на ферритовом кольцевом трансформаторе с тремя обмотками в несколько рядов. На нити накала через резонансный контур и конденсатор подается напряжение.

Как только в трубке появляется свечение, оно характеризуется резонансной частотой, определяемой емкостным конденсатором. При розжиге напряжение достигает 600 В (при запуске значение в 4-5 раз выше среднего), поэтому необходимо следить за целостностью и герметичностью колбы. Если это проигнорировать, транзисторы будут повреждены.

Когда газ в колбе полностью ионизируется, конденсатор шунтируют с наибольшей емкостью. Частота падает, управление переходит на второй конденсатор. Напряжение снижается до значения, достаточного для того, чтобы лампа продолжала гореть. Катод и анод сменные, что гарантирует бесперебойную работу электронной схемы и при необходимости упрощает ремонт.

Как производится ремонт

Чтобы найти причину неисправности, следует разобрать светильник на составные части. Снимите верхнюю и нижнюю части и вытащите пробку колбы. Используя омметр, проверьте нити на самой лампе. Если один из них перегорел, отремонтируйте лампочку. Используйте мощный резистор 10 Ом для завершения катушки. Кроме того, удалите диод, шунтирующий эту спираль (если он есть в схеме).

При перегорании сопротивления в лампах мощностью более 30 Вт (включительно) велика вероятность выхода из строя транзисторов, что связано с пробоем конденсатора. Чтобы исправить ситуацию, устанавливается новый резистор, выполняющий роль предохранителя, а также заменяются транзисторы.

Также возможно обновление. Просверлите отверстия в основании для вентиляции. Некоторые модели энергосберегающих ламп уже выпускаются с ними, но есть и недобросовестные производители, которые не думают об охлаждении.

Важно! Никогда не используйте лампы с просверленным цоколем в помещениях с повышенной влажностью. Это может привести к выходу из строя конденсатора или всего блока.