Принцип работы светодиодной лампы

Фирменные изделия

Конструкция LED-лампы на 220 В от производителей светодиодной продукции с мировым именем аналогична ниже представленному фото. Среди огромной массы лампочек на российском рынке внешне такой образец имеет одно явное отличие – объемный радиатор. Он может быть с ребристой или гладкой поверхностью; металлического цвета или покрыт белым полимером. Но в любом случае такая лампа имеет больший вес в сравнении с дешёвым, некачественным аналогом.

Верхняя часть изделия (рассеиватель) выполняется из стекла или матового пластика в форме полусферы. Как правило, он закреплен на радиатор при помощи специальных защелок или герметика. Под рассеивателем находится печатная плата с SMD-светодиодами, которая надёжно закреплена на радиаторе. Ниже размещается ещё одна плата с радиоэлементами драйвера. Надёжный драйвер – это блок с гальванической развязкой и функцией стабилизации выходного тока. Вся схема драйвера имеет высокую плотность монтажа и состоит из импульсного трансформатор, микросхем, нескольких полярных конденсаторов и множества планарных элементов. Блок драйвера расположен внутри корпуса, который, в свою очередь, соединяет цоколь и радиатор. Электрический контакт между блоком драйвера и платой со светодиодами может быть обеспечен с помощью пайки или коннектора.

Filament лампы

Разнообразие лампочек на светодиодах с цоколем Е14 и Е27 не перестаёт расширяться. Очередным ноу-хау стали, так светодиодные лампы филамент (от англ. filament – нить), которые внешне очень схожи с лампами накаливания. Ученым удалось на практике реализовать светодиодный конструктив, визуально напоминающий нить накала и не требующий дополнительного теплоотвода. Использование филамент лампы (ФЛ) в быту, как правило, основывается на эстетических соображениях. В устройстве светодиодной лампы filament основным элементом являются светодиодные нити, от количества которых зависит суммарная мощность изделия. Каждый отдельный филамент – это тонкий стеклянный стержень, поверхность которого равномерно покрыта электрически связанными SMD-светодиодами. Сверху по всей длине нанесён слой люминофора, что придаёт нити жёлтый оттенок. Отвод тепла в ФЛ происходит через тонкую стеклянную колбу, внутренний объём которой заполнен газовой смесью.

Зачастую нехватка места для драйвера вынуждает производителей устанавливать модуль питания низкого качества непосредственно в цоколе осветительного прибора. Результат такого подхода – чрезмерно высокий коэффициент пульсаций, негативно воздействующий на зрение. Чтобы избавиться от вредного мерцания и составить конкуренцию обычным LED лампам, фирмы-изготовители модернизировали конструкцию ФЛ. Между цоколем и колбой стали делать вставку в виде пластикового кольца, за которым скрывается высококачественный драйвер.

Каждый из рассмотренных образцов пользуется спросом на потребительском рынке, а значит, будет развиваться дальше. Возможно, вскоре в устройстве светодиодной лампы на 220В появятся новые функциональные блоки, о назначении которых мы обязательно расскажем в своих статьях.

Расскажем вам о том, как подключить обычную лампу накаливания через диод. Такую лампочку можно использовать, например, для освещения коридоров, подъездов или любых других помещений, в которых не требуется очень яркий свет. В этом процессе возникает вопрос: какой диод нужно купить, чтобы поставить на лампочку 220 вольт. Это зависит от мощности лампочки, ниже в статье приведен пример диода для лампы на 100 ватт, даны формулы для расчета параметров диода.

Увлекательные электронные вещицы продаются в этом китайском магазине.

Для начала немножко теории. Отнюдь не секрет, что для передачи напряжения на большие расстояния без потерь, используется переменный ток, которым питаются наши лампочки. Чобы понять, что такое переменный ток, достаточно обратить внимание на график зависимости напряжения от времени для переменного тока. Как вы могли заметить, ток меняет свое направление с некоторой частотой. Если исключить один период колебаний, то можно уменьшить их амплитуду вдвое, что на практике даст нам понижение питающего напряжения в 2 раза и, свою очередь, позволит лампочке работает намного дольше, чем обычно, а также защитит лампочку от скачков напряжения и снизит риск для перегорания в момент включения.

Мастера покупают изобретения в китайском интернет-магазине.

Такая лампа не привлечет к себе внимание тех, кто ворует энергосберегающие а также обычные лампочки на лестничных площадках.

Самым простым способом отсечки полупериода колебаний сетевого напряжения является установка последовательно с нагрузкой полупроводникового диода, который будет пропускать ток только в одном направлении. В нашем случае необходимо подбирать диод по трем основным параметрам: максимальный прямой ток, максимальный прямой ток в импульсе и максимальное обратное напряжение.

Максимальный прямой ток можно найти, разделив мощность лампочки на величину питающего напряжения. Максимальный прямой ток в импульсе должен быть минимум в 20 раз больше максимального прямого тока, чтобы диод не выбило при включении лампочки. Значение максимального обратного напряжения должно быть в 3 корня из двух раз больше питающего напряжения.

В нашем случае, поскольку диод будет ставится внутрь дополнительного накладного цоколя, не стоит забывать, что его длина должна быть меньше его длины. Например, в данном случае используется диод 1N5399, который стоит около 8 центов. Он идеально подходит по всем параметрам для 220 вольтовой лампы накаливания мощностью 100 Ватт.

Для того, чтобы сделать вечную лампочку, нам понадобится:

Старая лампочка или цоколь.
Новая лампочка мощностью до 100 Вт.
Диод.
Паяльник мощностью не менее 20 Вт.
Припой.
Бокорезы или кусачки.
Плоскогубцы.
Молоток.
Целлофановый пакет.
Игла или разогнутая скрепка.

Как подключить лампочку через диод

Нам нужно взять диод, откусить у него одну из ножек, припаять его к контакту на цоколе лампы. Для удобства работы лампу можно оставить на это время в упаковке, чтобы она держалась на столе.

Далее готовим второй накладной цоколь из старой лампочки. Если цоколь погнулся, используем плоскогубцы. Дальше на необходимо ее пристроить к основному цоколю, припаяв второй контакт диода к накладному цоколю точнее, к его центральному контакту.

Кстати, если вы решили сделать лампочку вечной и вам не так уж интересно сделать отдельную лампочку эксклюзивной, более простым выходом будет не трогать ее, а просто прикрутить диод в провода внутри выключателя. Делается это намного быстрее и проще.

Лайфхаки с электричеством в другой статье.

Данный вид освещения уже давно используется в различных областях из-за малого энергопотребления и не так давно началось обширное использование в домашнем освещении.

Есть основные области применения:

1. Резервное или ночное освещение.
2. Для освещения знаков и узоров на дверях, стенах , а также потолке в системе «звездное небо».
3. Для светового и цветового зонирования в пространстве.
4. Подсветка ступенек.
5. В качестве дизайнерской подсветки мебели, что придает ей особый фантастический вид.
6. Подсветка для различных предметов (коллекции, книги и так далее).

Светодиоды очень актуальны для различной подсветки, они имеют почти незаметный вид и не нагревают поверхности. Плюс ко всему они легко крепятся с помощью клея и саморезов как на новые предметы интерьера, так и уже старые, устоявшиеся.

Преимущества и недостатки

Плюсы:

1. Низкое электропотребление. Светодиоды потребляют на 70% электричества меньше, чем обычные лампы накаливания. К примеру, светодиод на 10 Ватт выдает столько же света как, и обычная лампочка накаливания на 100 Ватт, а это весьма выгодно!
2. Очень долгий срок эксплуатации. Самые лучшие светодиоды способны служить до 100 тысяч часов, это намного дольше любой другой лампочки.
3. Высокая устойчивость к механическим воздействиям. Светодиоды сделаны из алюминия и пластика, что делает его весьма прочным. Также, отсутствие элементов накаливания устраняет небезопасное нагревание.
4. Нет мерцаний. Обычные лампы работают от переменного тока и мерцают с частотой более 100 мерцаний в секунду, мы, конечно, этого не замечаем, но в долговременной перспективе это очень вредит сетчатке наших глаз. Светодиоды работают от постоянного тока, что исключает возможность мерцаний.
5. Никакого ультрафиолета. Лампы накаливания создают ультрафиолетовое излучение, что ночью привлекает всех близлежащих насекомых (малоприятного, особенно летним вечером, когда хочется посидеть на кухне с открытым окном). Светодиоды дают чистый свет.
6. Работа при разном напряжении. При падении напряжения светодиоды работают лишь чуть менее ярко, а рабочий диапазон от 80 до 230 вольт.
7. Минимальное выделение тепла. Светодиоды практически не нагреваются и могут работать при температуре от минус 50 до плюс 70 градусов.
8. Никакого шума. Очень удобно для ночного освещения для детской комнаты.
9. Очень высокая светоотдача при незначительных энергозатратах. Сравнимо с неоном.
10. Направленный свет. Из-за этого отпадает необходимость использования отражателей.
11. Простота в применении. Очень легко монтировать, даже человеку без навыков в электрике.

Минусы:

1. При большом расстоянии возможна пятнистость света и недостаточно мощное освещение, можно устранить, увеличив количество светодиодов в конструкции.
2. Светодиоды — это полупроводниковый прибор и качество освещения зависит от сопротивления проводника, и из-за этого от температуры будет меняться качество освещения.
3. При выгорании одного светодиода, тухнет вся сеть.
4. Из-за высокой конкуренции, производители ставят светильники всё в более и более жёсткие условия, что плохо сказывается на продолжительности эксплуатации.
5. Светодиодные светильники требуют частого ухода, особенно на улице. Требуется чистка от пыли и проверка креплений.
6. Есть проблема неравномерного распределения света, что ведет к пятнистости и временному ослеплению светом людей.
7. Основным недостатком светодиодов является относительно высокая цена.

Критерии выбора для освещения квартиры

Современные дизайнеры имеют массу вариантов по использованию светодиодов в проектировании помещений и не только.

Рассмотрим всё более подробно:

1. Маленькие помещения, комнаты. Как правило, здесь весьма уместны маленькие светильники и светодиодные ленты. Это позволяет расширить пространство и красиво подчеркнуть контуры помещения. Крупные светильнику тут будут неуместны.
2. Квартиры и дома средних размеров. Тут у нас гораздо больше вольностей. Очень популярно в наше время монтирование различных потолков из гипсокартона самых интересных форм, после чего с помощью светодиодных лент производят обрамление, которое создает ощущение большей высоты. Ещё весьма популярна идея зеркального потолка с расположенными светодиодами по контуру, и чем причудливей его форма, тем интересней это выглядит.
3. Крупногабаритные квартиры и помещения. Большое пространство нам позволяет пробовать сочетать самые различные светильники, по цвету и яркости света. Мы можем сочетать различные светодиодные ленты в многоуровневых потолках, также возможно самое разнообразное зонирование. Можно очень изысканно сделать воздушные перегородки и красиво оформить ниши, с помощью светодиодных лент разной яркости. Очень элегантно смотрится оформление различных потолочных сводов с помощью белого и синего света.

Типы ламп

Есть 3 основных способа разделения светодиодных ламп:

1. По месту применения
2. По виду используемого светодиода.
3. По виду цоколя.

Для простоты понимания разберем более подробно.

По области применения:

1. Уличные. Как правило, это дороги, общественные здания, бассейны и прочие сооружения. Главная особенность тут, это антивандальное исполнение.
2. Для дома и офиса. Схожи с предыдущими, часто применяются для замены обычных источников освещения.
3. Прожектора. Для использования светодиодных ламп разработаны специальные виды прожекторов.
4. Промышленные. Главная характеристика — это повышенная мощность, а также высокая степень защиты.
5. Лампы для цветов. Подбирается особый вид излучения света, который благотворно влияет на рост растений.
6. Для автомобилей. Как для освещения салона, так и с недавних пор светодиоды стали использоваться для фар.

Тип используемых светодиодов:

1. SMD (Surface Mounted Device) самый распространенный светодиод, используемый для освещения. Есть огромное количество разновидностей по энергопотреблению и светоотдаче. Обладает хорошим сроком эксплуатации.
2. Мощные и сверхмощные. Как правило, мощностью до 10 Ватт. Они специально созданы для освещения. Требуют повышенного внимания к охлаждению.
3. COB (Chip on Board). Самая современная технология, обладает повышенной надежностью и равномерным светораспределением.

Срок службы

Принято считать, что у светодиодных ламп очень высокий срок службы. Это правда лишь отчасти. Высоким сроком службы обладают лишь сами светодиоды (до 100 000 часов) и при условии использования внешних источников питания.

Если используется внутренний источник питания (скажем батарея), то срок службы будет значительно ниже заявленной. В качестве внутреннего источника питания, как правило, используют конденсатор и электролит.

Электролит со временем начинает высыхать, что в свою очередь, ведет к менее качественной работе или вообще к полному выходу светодиода из строя.

Большинство конденсаторов при температурном режиме 105 градусов выдают срок службы около 2 000 часов, а при температуре работы на 20 градусов, может прослужить до 20 000 часов. Также, есть специальные серии конденсаторов, которые при тех же условиях работают в 2–3 раза дольше.

Если у светодиода будет нарушен тепловой режим, устройство будет работать значительно меньше. Указанные завышенные сроки эксплуатации для светодиодных ламп с внутренним источником питания не более, чем рекламный ход. Плюс ко всему при использовании некачественных компонентов, срок службы оборудования будет очень низким.

Расчёт

Правильный расчёт очень важен для гармоничного освещения помещений и долгого срока эксплуатации.

Первым делом, необходимо рассчитать мощность блока питания. Мы знаем, что светодиодные ленты продаются рулонами по 5 метров, в каждом метре может быть до 120 светодиодов. Если нам не нужна такая длина, то мы можем обрезать ленту нужной нам длины. Резать следует с шагом в 3 светодиода, обычно производители наносят штрих в возможном месте разреза.

Блок питания необходим по той причине, что светодиодную ленту нельзя подключать напрямую к сети в 220 вольт. Чтобы выбрать блок питания, нам необходимо знать суммарную мощность всей ленты, плюс небольшой запас.

Предположим, нам необходимо осветить участок в 3 метра. Мы покупаем светодиодную ленту SMD 3528, в данной ленте 60 светодиодов на 1 метр и энергопотребление 4.8 Ватт на один метр. Отсюда следует, что наша расчетная мощность будет 14.4 Ватт.

Для качественной работы нашей подсветки необходимо взять запас мощности 20%, а это значит, 14.4 * 1.2 = 17.28 Ватт. Далее, по каталогу блоков питания подбираем необходимую модель со значением не ниже 17.28 Ватт.

Далее, приступаем к расчёту количества светодиодных светильников. Если нам необходим строго точный расчет, то следует использовать специализированные справочники, в которых мы будем ориентироваться согласно мощности светодиодов и общей площади, к таким как СНиП.

Если нам такой точности не нужно, то мы можем рассчитать количество светильников самостоятельно. Для этого нам нужно знать мощность светового потока, он измеряется в люменах, производители указывают его на упаковках, и общая площадь освещаемого помещения.

Для освещения 10 м2 нам необходимо примерно 1300 люмен. 1 Ватт светодиода дает по минимуму 50 люмен, а это значит, что для освещения комнаты в 30 м2 нам необходимо 80 Ватт мощности. Вам только остается решить на какое количество светильников, какой мощности поделить это значение.

Цена и отзывы

Если говорить об отечественных и китайских производителях, таких как скажем «Космос», то самые простые лампочки стоят от 90 рублей. Ну а если говорить о самых дорогих, то это сверхмощные лампы мощностью более 50 Ватт, цены могут быть более 2 000 рублей за одну светодиодную лампу.

Средняя же цена порядка 150 — 300 рублей, на самые востребованные экземпляры.

Отзывы:

Григорий:

«У меня трехкомнатная квартира, и я как-то решил затеять небольшой косметический ремонт. Надо заметить, что на освещение такой квартиры в месяц уходят существенные дивиденды. И тут мне пришла идея заменить обычные лампы накаливания на светодиодные.

Очень много хорошего о них слышал, что они в несколько раз экономичнее любых других ламп. Но вот загвоздка, они и стоят раз в 10 дороже обычных лампочек. Решил для начала заменить 7 штук, для проверки реальной выгоды. Подобрал, как указано на упаковке, эквивалентно тем лампочкам, что у меня были.

Вместо лампочек накаливания на 100 Ватт, взял светодиодные на 12 Ватт. Включил, разницы в освещении особой не заметил. Решил замерить электропотребление. Сперва замерил работу обычных ламп, а потом вместо них вкрутил светодиодные и получил разницу где-то в 7-8 раз. Посчитал и получил, что они окупятся за 2 года, притом, что служить должны лет 30. Очень доволен покупкой.»

Алексей:

«Решил я как-то поменять у себя в квартире лампочки накаливания, на энергосберегающие, светодиодные. Но захотел сэкономить и заказал 10 штук в Китае через интернет. Через 3 недели получил свой заказ.

Все лампочки в отдельных коробочках, но очень уж в простецких. Вкрутил для проверки. Был неприятно удивлен, все лампы горели по-разному, а это уже говорит о плохой сборке. Пришлось купить в магазине нормальные. По одному случаю трудно судить, но лучше стоит покупать фирменные светодиодные лампы с гарантией.»

История создания светодиодов

Факт свечения некоторых полупроводниковых материалов (вернее, границы между проводником и полупроводником) при прохождении электрического тока был замечен учеными очень давно (в 1920 году русским инженером А. Ф. Лосевым). Однако это свечение было очень слабым, и практического применения этот эффект долго не находил. В начале 60-х годов появились первые приборы, использующие этот эффект, — индикаторные элементы со слабым красным, а через несколько лет и зеленым свечением. Приборы получили название светодиодов. В качестве полупроводникового материала в них использовались арсениды алюминия, индия и смеси этих веществ. Световая отдача светодиодов в те годы составляла не более 0,1 лм/Вт (в 100 раз меньше, чем у ламп накаливания), срок службы измерялся сотнями часов, и, естественно, они даже не рассматривались как источники света в общепринятом понимании.

Положение коренным образом начало меняться в конце 80-х годов благодаря работам Ж. И. Алферова и других ученых, когда были созданы принципиально новые полупроводниковые материалы, позволившие сразу на порядки увеличить мощность, яркость, световую отдачу и срок службы светодиодов. В новых материалах используются соединения индия, галлия, алюминия в различных сочетаниях. Светодиоды на основе этих материалов давали уже довольно яркий свет красного, зеленого, желтого и оранжевого цветов. В 1996 году японским специалистам из компании Nichia после двадцатилетних поисков удалось создать первые светодиоды с синим цветом излучения. Синий свет с помощью люминофоров стали превращать в желтый, дающий в комбинации с синим белый свет различных оттенков, и с 1997-98 гг. в разных странах одновременно стали появляться первые осветительные приборы, в которых светодиоды выполняли функции не индикаторных элементов, а именно источников света.

Сегодня светодиоды (иностранное обозначение — LED, Lighting Emitted Diode) — наиболее развивающееся направление в области источников света. Сейчас созданы светодиоды практически всех цветов радуги — от красного до фиолетового, а также диоды, излучающие в инфракрасной области. К производству светодиодов приступили мировые лидеры в области источников света Osram и Philips и десятки более мелких фирм во всех развитых странах.

В настоящее время достигнуты следующие параметры светодиодов массового производства: световая отдача белых до 35 лм/Вт (выше, чем у галогенных ламп накаливания), красных и зеленых — до 50 лм/Вт; срок службы — 50000 часов. На лабораторных образцах белых светодиодов достигнута световая отдача 125 лм/Вт. Фирма Hewlett Packard сообщала о сроке службы светодиодов 1 миллион часов или 120 лет непрерывной работы! Американская фирма TREE в 2005 году в своих рекламных материалах информировала о промышленном выпуске белых светодиодов мощностью 1 Вт со световым потоком 87 лм, то есть со световой отдачей 87 лм/Вт— больше, чем у большинства люминесцентных ламп!

Несомненно, что светодиоды в ближайшие десятилетия вытеснят с рынка и тепловые, и разрядные источники света.
Основу светодиодов составляет полупроводниковый кристалл, расположенный на проводящей подложке. К кристаллу и подложке подводится электрическое напряжение через вводы. Кристалл окружен отражателем, направляющим свет в одну сторону. От внешних воздействий кристалл защищен корпусом из прозрачной эпоксидной смолы или поликарбоната. Верхняя часть корпуса, как правило, делается в виде купола с определенной кривизной и исполняет роль линзы, формирующей световой пучок. Иногда вместо купола делаются «линзы Френеля», то есть наборы кольцевых концентрических микролинз на общем плоском основании.
Внутренний отражатель и корпус-линза формируют световой поток, излучаемый кристаллом, надлежащим образом, поэтому в светильниках со светодиодами не требуется применения какой-либо дополнительной оптической системы, как при «обычных» источниках света.
Для питания светодиодов нужен постоянный ток низкого напряжения, величина которого зависит от цветности излучения: у красных светодиодов это 1,9-2,1 В, у зеленых 2,5 — 3 В, у синих и белых — около 4-х В.

Основную массу выпускаемых в настоящее время светодиодов составляют светодиоды с куполообразным корпусом диаметром 5 мм. Их номинальный рабочий ток — 20 мА. Некоторые фирмы производят светодиоды диаметром 10 мм с рабочим током 40 мА. Наибольшая мощность отдельного светодиода сегодня — 5 Вт.
Кроме большого срока службы, светодиоды имеют много других достоинств: высокую надежность; очень высокую устойчивость к внешним воздействующим факторам (окружающей температуре, влажности, механическим нагрузкам); малые габариты; высокий коэффициент использования светового потока; легкую управляемость; полную экологическую безопасность из-за отсутствия ртути и стекла; безопасность обслуживающего персонала. Широкая цветовая гамма и разнообразие углов излучения (от 3°, то есть очень узкого светового пучка, до 180°, то есть равномерного свечения в полусфере) способствуют использованию светодиодов в различных световых приборах.

До недавнего времени светодиоды использовались прежде всего, в светосигнальных приборах — автодорожных и железнодорожных светофорах, информационных табло, указателях . А в последнее время светодиодное освещение активно вошло в нашу жизнь. Уже на отдельных магистралях и улицах, офисных и торговых помещениях а также в быту можно увидеть новые светодиодные источники света, которые полностью заменили привычное для нас лампы и создали качественно новую модель освещения.

Возврат к списку