Schemat żarówki LED: budowa najprostszych sterowników

LED-owe źródła światła szybko zdobywają popularność i wypierają nieekonomiczne żarówki oraz niebezpieczne lampy fluorescencyjne. Efektywnie zużywają energię, służą długo, a niektóre z nich po awarii nadają się do naprawy.

Aby prawidłowo dokonać wymiany lub naprawy uszkodzonego elementu, potrzebny będzie schemat lampy LED oraz znajomość cech konstrukcyjnych. Tę informację szczegółowo omówiliśmy w naszym artykule, poświęcając uwagę rodzajom lamp i ich budowie. Przedstawiliśmy również krótki przegląd budowy najpopularniejszych modeli LED od znanych producentów.

Jak zbudowana jest lampa LED?

Dokładne poznanie konstrukcji oprawy LED może być potrzebne tylko w jednym przypadku – gdy konieczna jest naprawa lub ulepszenie źródła światła.

Domowi majsterkowicze, mając w rękach zestaw elementów, mogą samodzielnie złożyć lampę na diodach LED, ale dla początkującego jest to zbyt trudne.

Biorąc pod uwagę, że urządzenia z diodami LED stały się podstawą systemów oświetleniowych we współczesnych mieszkaniach, umiejętność rozumienia budowy lamp i ich naprawy może zaoszczędzić znaczną część domowego budżetu.

Natomiast, po przestudiowaniu schematu i posiadając podstawowe umiejętności pracy z elektroniką, nawet początkujący będzie w stanie zdemontować lampę, wymienić uszkodzone części, przywracając funkcjonalność urządzenia. Aby zapoznać się ze szczegółowymi instrukcjami dotyczącymi wykrywania usterki i samodzielnej naprawy lampy LED, proszę przejść pod ten link.

Czy naprawa lampy LED ma sens? Oczywiście. W przeciwieństwie do odpowiedników z żarnikiem po 0,4 zł za sztukę, urządzenia LED są drogie.

Załóżmy, że "gruszka" GAUSS – około 3,2 zł, a bardziej jakościowa alternatywa OSRAM – 4,8 zł. Wymiana kondensatora, rezystora lub diody będzie tańsza, a żywotność lampy można przedłużyć poprzez terminową wymianę.

Istnieje wiele modyfikacji lamp LED: świece, gruszki, kule, reflektory, kapsuły, taśmy itp. Różnią się one kształtem, rozmiarem i konstrukcją. Aby zobaczyć różnicę w stosunku do żarówek, rozważmy popularny model w kształcie gruszki.

Zamiast szklanej bańki – matowy dyfuzor, żarnik zastąpiono „długowiecznymi” diodami na płytce, nadmiar ciepła odprowadza radiator, a stabilność napięcia zapewnia sterownik.

Jeśli oderwać się od typowego kształtu, można zauważyć tylko jeden znajomy element – trzonek. Gama rozmiarów trzonków pozostała taka sama, dlatego pasują one do tradycyjnych oprawek i nie wymagają zmiany instalacji elektrycznej. Na tym jednak podobieństwo się kończy: wewnętrzna budowa urządzeń LED jest znacznie bardziej skomplikowana niż w przypadku żarówek.

Lampy LED nie są przeznaczone do bezpośredniej pracy z sieci 220 V, dlatego wewnątrz urządzenia znajduje się sterownik, który jest jednocześnie zasilaczem i układem sterującym. Składa się on z wielu małych elementów, których głównym zadaniem jest wyprostowanie prądu i obniżenie napięcia.

Rodzaje schematów i ich cechy

Aby uzyskać optymalne napięcie do pracy urządzenia na diodach, sterownik montuje się w oparciu o układ z kondensatorem lub transformator obniżający napięcie. Pierwszy wariant jest tańszy, drugi stosuje się do zasilania mocnych lamp.

Istnieje również trzeci rodzaj – układy inwerterowe, które stosuje się do montażu lamp z możliwością ściemniania lub do urządzeń z dużą liczbą diod.

Wariant #1 — z kondensatorami do obniżania napięcia

Rozważmy przykład z kondensatorem, ponieważ takie układy są powszechnie stosowane w lampach domowych.

Podstawowy schemat sterownika lampy LED. Głównymi elementami obniżającymi napięcie są kondensatory (C2, C3), ale tę samą funkcję pełni również rezystor R1.

Kondensator C1 chroni przed zakłóceniami sieci elektrycznej, a C4 wygładza tętnienia. W momencie podania prądu dwa rezystory – R2 i R3 – ograniczają go i jednocześnie zabezpieczają przed zwarciem, a element VD1 przekształca napięcie zmienne.

Gdy podanie prądu zostaje przerwane, kondensator rozładowuje się za pomocą rezystora R4. Nawiasem mówiąc, R2, R3 i R4 nie są stosowane przez wszystkich producentów produktów LED.

Do sprawdzenia kondensatora dość często używa się multimetru.

Wady układu z kondensatorami:

1. Możliwe przepalenie diod, ponieważ nie ma stabilności dostarczanego prądu. Napięcie na obciążeniu całkowicie zależy od napięcia zasilania.
2. Brak izolacji galwanicznej, co stwarza ryzyko porażenia prądem. Nie zaleca się dotykania elementów przewodzących prąd podczas demontażu lamp, ponieważ znajdują się one pod fazą.
3. Praktycznie niemożliwe jest osiągnięcie wysokich prądów świecenia, ponieważ wymagałoby to zwiększenia pojemności kondensatorów.

Jednakże zalet jest również niemało, to właśnie dzięki nim kondensatory pozostają popularne. Zaletami są prostota montażu, szeroki zakres napięć wyjściowych i niski koszt.

Można śmiało eksperymentować z samodzielnym wykonaniem, tym bardziej, że część elementów znajdzie się w starych odbiornikach lub telewizorach.

Wariant #2 — ze sterownikiem impulsowym

W przeciwieństwie do liniowego drivera z kondensatorem, impulsowy skutecznie chroni diody LED przed wahaniami napięcia i zakłóceniami w sieci.

Przykładem impulsowego urządzenia jest popularny model elektroniczny CPC9909. Przyjrzyjmy się bliżej jego cechom. Sprawność jego użytkowania sięga 98% — wskaźnika, przy którym naprawdę można mówić o oszczędności energii i oszczędnościach.

Układ scalony CPC9909, opracowany przez firmę Clare, jest często używany do samodzielnego montażu lamp LED, w tym o zwiększonej mocy. Kontroler zamknięty jest w kompaktowej obudowie z plastiku.

Zasilanie urządzenia może odbywać się bezpośrednio z wysokiego napięcia – do 550 V, ponieważ driver wyposażony jest we wbudowany stabilizator. Dzięki temu samemu stabilizatorowi układ stał się prostszy, a koszt – niższy.

Schemat LED-drivera oparty na układzie scalonym CPC9909. Zalety schematu: możliwość pracy w zakresie temperatur od -55 °C do +85 °C oraz zasilanie prądem zmiennym.

Układ scalony z powodzeniem stosuje się do opracowywania sieci elektrycznych awaryjnego i rezerwowego oświetlenia, ponieważ nadaje się do schematów przetwornic podwyższających.

W warunkach domowych na bazie CPC9909 najczęściej montuje się lampy zasilane bateryjnie lub sterowniki o mocy nieprzekraczającej 25 V.

Wariant #3 — ze sterownikiem ściemnianym

Regulacja jasności świecenia opraw oświetleniowych pozwala ustawić w pomieszczeniu odpowiedni poziom oświetlenia. Jest to wygodne przy tworzeniu stref, zmniejszaniu jasności światła w ciągu dnia lub do podkreślania elementów wystroju wnętrz.

Za pomocą ściemniacza korzystanie z energii elektrycznej staje się bardziej racjonalne, a żywotność urządzenia elektrycznego wzrasta.

Przykład oprawy w stylu retro ze ściemniaczem. Z wyglądu lampa stołowa przypomina lampę naftową i z boku posiada pokrętło do regulacji jasności świecenia.

Istnieją dwa rodzaje ściemnialnych driverów, każdy z nich ma swoje zalety. Pierwsze działają z regulacją PWM.

Instaluje się je między lampą a zasilaczem. Energia podawana jest w postaci impulsów o różnym czasie trwania. Przykład zastosowania sterownika z regulacją PWM – biegnący napis.

Test dimmowalnego sterownika o mocy 40 W. Jest on przeznaczony do opraw biurowych, a także urządzeń dla parkingów samochodowych i budynków użyteczności publicznej, gdzie wymagany jest tryb oszczędzania energii elektrycznej.

Sterowniki dimmowalne drugiego rodzaju oddziałują bezpośrednio na źródło zasilania i są stosowane w urządzeniach ze stabilizowanym prądem.

Podczas regulacji prądu może nastąpić zmiana odcienia świecenia: diody białe przy zmniejszaniu prądu zaczynają emitować lekko żółte światło, a przy zwiększaniu – niebieskie.

Krótki przegląd i testowanie popularnych lamp LED

Choć zasady budowy schematów sterowników różnych urządzeń oświetleniowych są podobne, występują między nimi różnice zarówno w kolejności podłączania elementów, jak i w ich doborze.

Rozważmy schematy 4 lamp, które są dostępne w sprzedaży. W razie potrzeby można je naprawić samodzielnie.

Jeśli ma się doświadczenie w pracy z kontrolerami, można wymienić elementy układu, przelutować go, nieco ulepszyć.

Jednak żmudna praca i wysiłki w poszukiwaniu elementów nie zawsze są uzasadnione – łatwiej kupić nową oprawę oświetleniową.

Wariant #1 – lampa LED BBK P653F

U marki BBK istnieją dwie bardzo podobne modyfikacje: lampa P653F różni się od modelu P654F jedynie konstrukcją zespołu emitującego. Odpowiednio, zarówno schemat sterownika, jak i konstrukcja urządzenia jako całości w drugim modelu są zbudowane według zasad pierwszego.

Płyta ma kompaktowe rozmiary i przemyślane rozmieszczenie elementów, do mocowania których wykorzystano obie płaszczyzny. Obecność tętnień tłumaczy się brakiem kondensatora filtrującego, który powinien znajdować się na wyjściu.

W konstrukcji łatwo dostrzec wady. Na przykład miejsce montażu kontrolera: częściowo w radiatorze, przy braku izolacji, częściowo w podstawce. Zestaw na układzie scalonym SM7525 daje na wyjściu 49,3 V.

Wariant #2 – lampa LED Ecola 7w

Radiator wykonany z aluminium, trzonek – z termoodpornego polimeru w kolorze szarym. Na płytce drukowanej o grubości pół milimetra zamocowano 14 diod połączonych szeregowo.

Między radiatorem a płytką – warstwa pasty termoprzewodzącej. Trzonek przymocowany wkrętami samogwintującymi.

Schemat sterownika jest prosty, zrealizowany na kompaktowej płytce. Diody LED nagrzewają płytkę bazową do +55°C. Pulsacji praktycznie nie ma, zakłócenia radiowe również są wykluczone.

Płytka jest całkowicie umieszczona wewnątrz trzonka i połączona skróconymi przewodami. Wystąpienie zwarć jest niemożliwe, ponieważ wokół znajduje się tworzywo sztuczne – materiał izolacyjny. Wynik na wyjściu sterownika – 81 V.

Wariant #3 – lampa rozbieralna Ecola 6w GU5,3

Dzięki rozbieralnej konstrukcji można samodzielnie przeprowadzać naprawy lub ulepszać sterownik urządzenia.

Jednak psuje wrażenie nieestetyczny wygląd i konstrukcja urządzenia. Gabarytowy radiator zwiększa wagę, dlatego przy mocowaniu lampy do oprawki zaleca się dodatkowe umocowanie.

Płyta ma kompaktowe rozmiary i przemyślane rozmieszczenie elementów, do mocowania których wykorzystano obie płaszczyzny. Obecność tętnień tłumaczy się brakiem kondensatora filtrującego, który powinien znajdować się na wyjściu.

Wadą schematu jest obecność zauważalnych pulsacji strumienia świetlnego oraz wysoki poziom zakłóceń radiowych, co z pewnością wpłynie na okres eksploatacji. Podstawą sterownika jest układ scalony BP3122, wartość na wyjściu – 9,6 V.

Więcej informacji o żarówkach LED marki Ecola omówiliśmy w innym naszym artykule.

Wariant #4 – lampa Jazzway 7,5w GU10

Elementy zewnętrzne lampy odłączają się łatwo, więc do sterownika można dostać się dość szybko, odkręcając dwie pary wkrętów samogwintujących. Szkło ochronne trzyma się na zatrzaskach. Na płytce zamocowano 17 diod połączonych szeregowo.

Jednak sam sterownik, znajdujący się w trzonku, jest obficie zalany kompoundem, a przewody są wprasowane w zaciskach. Aby je uwolnić, należy użyć wiertła lub zastosować rozlutowanie.

Wadą schematu jest to, że funkcję ogranicznika prądu pełni zwykły kondensator. Przy włączaniu lampy występują skoki prądu, czego skutkiem jest albo przepalenie diod LED, albo uszkodzenie mostka LED.

Zakłóceń radiowych nie obserwuje się – a wszystko dzięki braku sterownika impulsowego, ale przy częstotliwości 100 Hz obserwuje się odczuwalne pulsacje światła sięgające 80% maksymalnego wskaźnika.

Wynik pracy kontrolera – 100 V na wyjściu, ale ogólnie rzecz biorąc, lampa należy raczej do słabych urządzeń. Jej cena jest wyraźnie zawyżona i zrównana z ceną marek, które wyróżniają się stabilną jakością produktów.

Inne cechy i parametry lamp tego producenta przedstawiliśmy w następnym artykule.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Jak zbudowane są sterowniki do diod LED, jakie są ich cechy i funkcje, można dowiedzieć się z poniższych filmów.

Analiza schematu lampy LED MR-16:

Schemat sterownika do samodzielnego montażu lamp o mocy do 15 W:

Jak wygląda i działa sterownik FT833A:

Własnoręczne wykonanie z dostępnych elementów:

Obecnie na komercyjnych platformach internetowych można nabyć zestawy i pojedyncze elementy do montażu urządzeń oświetleniowych o różnej mocy.

W razie chęci można naprawić uszkodzoną lampę LED lub ulepszyć nową, aby uzyskać lepszy efekt. Przy zakupie zalecamy dokładne sprawdzanie parametrów i zgodności części.

Czy mają Państwo pytania po przeczytaniu powyższego materiału? A może chcą Państwo dodać cenne informacje i inne schematy żarówek, opierając się na własnym doświadczeniu w naprawie lamp LED? Proszę pisać swoje zalecenia, dodawać zdjęcia i schematy, zadawać pytania w bloku komentarzy poniżej.