Содержание
- Почему лампы перегорают?
- Скачки напряжения
- Фатальные скачки напряжения
- Наведённая пульсация
- Паразитарная пульсация
- Что такое стабилитрон?
- Светодиод для стабилизации напряжения
- Локализация проблемы и чуть-чуть теории
- Переходим к практике!
- Рекомендуем посмотреть:
Главная и, пожалуй, единственная причина выхода из строя обыкновенных ламп накаливания, галогенных и люминесцентных лампочек – перегорание спирали. С точки зрения физики этот процесс легко объясним. С раскалённой спирали постоянно испаряются атомы вольфрама.
В обыкновенных лампах быстрее, в галогенных – медленнее. После выключения часть испарившихся атомов оседает назад на спираль, часть на колбу. Как следствие неравномерного оседания, со временем образуются истончённые участки. А что приводит в негодность светодиодные лампы?
Почему лампы перегорают?
Все лампы со спиралью накаливания работают по принципу термоэлектронной эмиссии, то есть при прохождении тока спираль раскаляется, излучая свет видимой части спектра. Интенсивность тепловыделения обратно пропорциональна толщине проводника, соответственно истончённые зоны спирали нагреваются значительно сильнее, теряя прочность. На этих участках и происходят разрывы.
В качестве методов борьбы с этой «болезнью» разработано множество схем плавного розжига спирали, что действительно способно значительно увеличить срок её службы. Все эти схемы относятся к устройствам защиты.
Наряду с устройствами защиты ламп со спиралью накаливания появляются устройства защиты светодиодных ламп. Казалось бы, для чего они нужны, если у светодиодов нет спирали…
Действительно, свечение кристалла светодиода происходит благодаря возбуждению электронов в полупроводниковом слое, а не за счёт раскалённой спирали. Но в основе эффекта лежит тот же эффект термоэлектронной эмиссии. С годами очень тонкий полупроводниковый слой прогорает. Если внимательно присмотреться к светодиодной лампочке через несколько лет её работы, можно заметит отдельные потускневшие или нерабочие кристаллы, у которых произошёл пробой слоя полупроводника.
Существует ряд факторов, способных существенно сократить срок жизни таких устройств. К ним относятся:
- Скачки напряжения;
- наведённая пульсация;
- паразитарная пульсация.
Скачки напряжения
Перепады в сети напряжения довольно привычное событие в нашей стране. Как ни странно, но к повышению напряжения выше номинального значения светодиодные лампы относятся достаточно спокойно. Драйверы питания способны легко с ними справиться.
Более опасны для светодиодов падения напряжения, когда за доли секунды ток, проходящий через полупроводниковый слой, падает, а потом возвращается к исходным величинам. Тогда в пространстве p-n перехода может произойти точечный пробой. Драйвер питания способен отсечь избыток тока, но не способен компенсировать его выраженное падение.
Защита светодиодных ламп частично решается установленным перед драйвером высоковольтным конденсатором средней ёмкости, играющим роль сглаживающего фильтра.
Фатальные скачки напряжения
Ситуация, которой я хочу коснуться скорее исключение из правил, тем не менее, такие случаи происходят с завидной регулярностью. Речь идет об ударах молний. Но не в линию электропередачи – такие ситуации как раз безопасны, поскольку из-за мгновенного расплавления проводов, заряд, скорее всего, не дойдёт до конечного потребителя электроэнергии. Опасны удары молний в непосредственной близости от линии электропередачи.
Читайте также: Что такое синхронный электродвигатель
Напряжение коронного разряда достигает миллионов вольт и вокруг канала молнии образуется мощнейшее электромагнитное поле. Если в зоне его действия окажется линия передач, произойдет мгновенный скачок силы тока и напряжения.
Фронт нарастания амплитуды напряжения настолько быстрый, что защитные каскады электроники не успевают справиться и выгорают целые платы. В светодиодной лампочке будут многочисленные пробои кристаллов. Мы отнесли такие скачки напряжения к фатальным, поскольку адекватной защиты от такого форс-мажора нет.
При штатном режиме эксплуатации возникает такое явление как мерцание ламп в выключенном состоянии.
Подробно о мигании включенных ламп мы уже рассматривали в этой статье.
Наведённая пульсация
Сила тока, требующаяся для работы светодиодов очень мала — микроамперы. Если две линии внутриквартирной проводки находятся в непосредственной близости, а в одной из линий включена мощная нагрузка, электромагнитные волны способны возбуждать ток в проводнике достаточный для свечения светодиода.
Вечные светодиоды такой же миф, как и вечный двигатель. Каждый эпизод включения/выключения на чуть-чуть уменьшает срок его жизни. Никто не измерял такой параметр для светодиодов, но при частоте события пятьдесят раз в секунду (частота пульсации сети 50 Гц) даже очень большие числа — понятие относительное.
Паразитарная пульсация
Паразитарная пульсация светодиодной лампы возникает, когда для её включения используют выключатель с подсветкой. Через светодиод подсветки так же проходит достаточный ток для мигания светодиодов.
Наведённая и паразитарная пульсация – ведущий фактор риска для светодиодного освещения.
Наконец мы подошли к главной теме этого обзора — устройство защиты светодиодных ламп.
Блок защиты светодиодных ламп 220в представляет собой шунт с сопротивлением меньше, чем сопротивление светодиодов в лампочке. При возникновении паразитарных наводок они проходят через шунт, минуя лампу.
Одним из примеров таких устройств является вот такой девайс. Для активации защиты достаточно подключить его к клеммам входного напряжения драйвера питания светодиодной лампы. Применение даже такого элементарного способа защиты во много раз продлит срок жизни светодиодному освещению.
Многие из тех, кто ставил популярные нынче светодиоды на автомобили, сталкивались с проблемой их преждевременного перегорания. Первая реакция – нелестные отзывы о производителе, ведь до гарантированной им продолжительности эксплуатации, установленные светодиоды явно не дотягивают.
К сожалению, о том, что можно использовать светодиод в качестве стабилитрона, обеспечивающего стабильное напряжение тока, подаваемого на светоизлучающие диоды, многим и не известно.
Установит, бывало, автолюбитель в салоне, габаритных огнях, подсветке багажника светодиоды. А пройдет 3-4 месяца, как они начинают мерцать (именно моргать как стробоскоп). Простая замена светодиодов дает результат на пару месяцев, не более. Почему же это происходит? Качество компонентов влияет либо или существует иная причина?
Обусловлено это тем, что светодиод «запитывается» строго определенным током, что нормируется производителем. Меньше – пожалуйста, больше – нельзя. Используемая в домашних условиях «гирлянда» диодов обязательно имеет элемент, ограничивающий/стабилизирующий ток до параметров, рекомендованных производителем.
Читайте также: Рулевые наконечники волга 3110
Относительно долговечности функциональности светодиодов, имеющих встроенный стабилизатор (драйвер), претензий нет, вот только, желая снизить стоимость реализуемой продукции, многие производители выпускают лампы для габаритов, приборной панели, подсветки салона, поворотников, без применения драйвера, устанавливая лишь резистор, ограничивающий напряжение.
Эффективным вариантом защиты от скачков бортового напряжения в автомобиле многие электрики признают стабилитрон для светодиода, монтаж которого для специалиста не составит труда, а срок эксплуатации светоизлучающего диода кардинально возрастает.
Что такое стабилитрон?
При использовании низковольтных источников питания хорошо зарекомендовало себя подключение стабилитрона к светодиоду. Что особенно важно, стабилитрон для светодиода – это полупроводниковый элемент (диод), изготовленный по специальной технологии, что и наделяет его особенным свойством. При подключении в обратном направлении, изменении напряжения – он «пробивается». В дальнейшем, несмотря на возрастание напряжения на входе – на выходе напряжение остается почти неизменным.
Благодаря таким характеристикам часто подключается светодиод через стабилитрон. В том случае, если необходимы малые образцовые напряжения, стабилитроны подключаются в прямом направлении, а напряжение стабилизации 1 стабилитрона равно, при этом, 0,7-0,8 В.
«Хороший» автоэлектрик предварительно изучит устанавливаемый на автомобиль светодиод. Предложит даже свою схему стабилизации напряжения.
Хорошо зарекомендовала себя защита светодиода стабилитроном с применением микросхем L7812 или LM317T.
Светодиод для стабилизации напряжения
Опытные радиолюбители знают о возможности использовать светодиод как стабилитрон, что также может быть применено в системе автомобильного освещения.
Поскольку большинство выпускаемых стабилитронов имеют напряжение стабилизации от 3 до 15 В, то при необходимости работать с более высоким напряжением, могут возникнуть проблемы. Да и стоимость стабилитронов довольно высокая.
Используя же подключенный в обратной полярности светодиод как стабилитрон, можно надежно защитить осветительные элементы от скачка напряжения. Это и надежно, и стоит значительно меньше, чем при использовании специальных диодов.
Локализация проблемы и чуть-чуть теории
Вот типичный пост с одного из «светодиодных» форумов:
– Поменял в машине лампы на светодиоды (никакого драйвера, тупо понижающие сопротивления) в плафоне салона, габаритах и подсветке багажника, через 3-4 месяца начал мерцать плафон в салоне (именно моргать как стробоскоп, одна линейка SMD-диодов, потом две), затем такая же мутотень с одним габаритом произошла. Поменял в плафоне лампу на новую – через 2 месяца эффект повторился. Вопрос – почему это происходит? Дело в качестве компонентов или тут другая проблема?
Ernesto
Попробуем разобраться! И начнем с теории. Светодиод питается строго определенным током, который нормирован производителем. Меньше – можно, больше – нельзя! Поэтому последовательно с «гирляндой» диодов включается элемент, ограничивающий или стабилизирующий ток через них до значения, рекомендованного производителем диодов.
Собственно, к долговечности диодов в лампах со встроенным стабилизатором тока (который часто называют «драйвером») нет претензий. Однако большинство продающихся сегодня LED-ламп небольшой мощности (габаритные огни, подсветка салона, приборной панели, поворотников и т.п.) – это лампы, сделанные без «драйвера», по упрощенной схеме: не со стабилизатором тока, а с ограничителем, роль которого выполняет простой резистор. С ним схема простейшей диодной лампочки небольшой мощности выглядит так:
Читайте также: Размер колес калина спорт
Наиболее характерные неисправности таких светодиодных ламп:
- Полное перегорание – выход из строя одного диода в цепочке. Если цепочка в лампе одна, то из-за сгорания любого из диодов последовательная цепь разрывается, и лампа гаснет целиком.
- Частичное перегорание – выход из строя одной из цепочек, если их в лампе несколько. Не вызывает погасание, но яркость падает.
- Мерцание-«стробоскоп» – своеобразный дефект «умирающего» диода в цепочке, когда от перегрева меняется p-n-структура кристалла – на полупроводнике образуется нестабильная область, то пропускающая ток, то нет.
Так почему LED-лампочки перегорают? В чем кроется проблема их недолговечности? В том, что производители не используют стабилизаторы тока, а применяют элементарные резисторные ограничители? Отчасти да. но не только!
Даже простейший резистор неплохо выполняет свою функцию в качестве «бронежилета» для светодиодов, защищая их от избыточного тока и преждевременной гибели. Но только в том случае, если:
- Номинал этого резистора корректно рассчитан и обеспечивает безопасный ток через диоды;
- Напряжение питания стабильно.
А вот ни того, ни другого зачастую нет. Китайские горе-инженеры знают, что автовладельцы, как правило, покупают LED-лампочки по принципу: «А включите мне её, я посмотрю, как светит!». И продавцы готовы идти навстречу покупателям – у них всегда под рукой специальный стенд с разнообразными патронами и аккумулятором, на котором они готовы зажечь любую лампу на пробу. А раз клиент «любит глазами», то производители ламп рассуждают следующим образом – нужно поставить такой токоограничительный резистор, чтобы лампочка загорелась отчаянным светом и выглядела привлекательно даже на 10-11 вольтах питающего стенд старого аккумулятора, который давно не заряжался!
В итоге диоды лампы даже при 12 вольтах УЖЕ работают с перегрузкой, а после того, как двигатель завели, напряжение в бортсети, питающее диоды, поднимается с 12 до 14,2 вольт – а это, на минуточку, почти 20% разницы! Ток еще вырос – уже до опасных величин. Вырос ток – выросла температура кристаллов диодов, что дало лавинообразно еще больший рост тока – и диоды перешли в режим работы на износ!
Переходим к практике!
Чтобы продемонстрировать, как это выглядит, переходим к экспериментам – элементарным, но наглядным! Просто подадим на несколько наобум купленных диодных ламп стандартное для автомобильной бортсети напряжение 14,2 вольта и посмотрим на потребляемый лампой ток, разогрев лампы и дальнейший рост тока.
Протестируем пару разных моделей ламп типа W5W, лампу C5W, лампу-панель с цоколем C5W, а также влагозащищенные лампы в корпусе с креплением под болт, рассчитанные на монтаж в бампер в качестве ДХЛ:
Источник: