Переделка энергосберегающей лампы в светодиодную

Что такое драйверы для светодиодов и зачем они нужны

Светимость полупроводникового
лед-кристалла напрямую зависит от силы тока, проходящего через него.
Нестабильность этого параметра, характерная для бытовой сети 220 В, приводит к
быстрой деградации материала и выходу из строя светодиода. Поэтому и требуется
для него драйвер. В его задачу входит преобразование параметров электрического
тока в следующих направлениях:

1. Стабилизация силы в точном значении выходных параметров.
2. Задание амплитуды.
3. Выпрямление из переменного в постоянный.

Особенности драйвера светодиодов на 220 В

Главная особенность
драйвера для светодиодов, питание которых осуществляется от 220 В, состоит в
том, что он изменяет напряжение и предназначен для работы с электрическим током
подобных характеристик. Поэтому для подключения лампочки не пригодны его
низковольтные аналоги – например, от фонарика или автомобиля на 12 вольт. Кроме
того, модели последнего типа могут включать в состав понижающий блок –
трансформатор.

При изготовлении
преобразователя своими руками следует знать его основные характеристики:

1. Потребляемый ток. Должен совпадать со значением аналогичного параметра светодиодов, в противном случае они либо не будут выдавать полной яркости, заложенной производителем, либо перегорят.
2. Мощность. Эта характеристика выражается в ваттах и равняется суммарной мощности всех led-узлов схемы.
3. Напряжение на выходе. Находится в прямой зависимости от способа подключения и количества лед-элементов и падения напряжения на них – рассчитывается из суммарного их значения.

Расчет мощности при выборе ленты из последовательно соединенных светодиодов позволяет правильно подобрать драйвер для питания подсветки от 220 В. Итоговое значение равняется сумме данного параметра всех элементов плюс 25% (запас на возможную перегрузку). Например, в лед-полоске 20 элементов по 0,5 Вт каждый, общее значение составит 10W. Однако на практике лучше купить или изготовить своими руками прибор на 12-13 ватт.

Теория питания светодиодных ламп от 220В

Лэд-лампа, как правило,
представляет собой набор пространственно расположенных в определенной
композиции небольших, но достаточно мощных светодиодов (3,3 вольт и 1 ватт).
Чтобы изготовить своими руками замену стандартной лампочке накаливания в 70-80
Вт, потребуется дюжина недорогих лед-элементов. Однако бытовая сеть 220 В имеет
для них избыточные параметры.

Поэтому потребуется понизить
амплитуд и силу, а также трансформировать переменный электрический ток в
постоянный. Для этого понадобится драйвер, для изготовления своими руками
которого применяется делитель напряжения на емкостной или резисторной нагрузке,
а также стабилизаторы.

Схемы светодиодных ламп

Выравнивание переменного пота и создание необходимой мощности и сопротивления для светодиодных светильников решается двумя способами. Схемы условно можно разделить на:

• с диодным мостом;
• резисторные, с четным количеством светодиодных элементов.

Каждый вариант имеет простые схемы и свои преимущества.

Схема преобразователя с диодным мостом

Диодный мост состоит из 4 диодов, направленных в разные стороны. Его задача превратить синусоидальный переменный ток в пульсирующий. Каждая полуволна проходит через два элемента, и минус меняет свою полярность.

В схеме, для светодиодной лампы, перед мостом со стороны источника переменного тока на плюс подсоединяется конденсатор С10,47х250 v. Перед минусовой клеммой ставится сопротивление на 100 Ом. Позади моста, параллельно ему, устанавливается еще один конденсатор – С25х400 v, который сглаживает перепад напряжений. Сделать своими руками такую схему легко, достаточно иметь навыки работы с паяльником.

Светодиодный элемент

Плата со светодиодными элементами применяется стандартная, от вышедшего из строя светильника. Необходимо проверить перед сборкой, чтобы все детали были рабочими. Для этого используется аккумулятор на 12 V, можно от автомобиля. Нерабочие элементы можно заменить, распаяв аккуратно контакты и поставив новые. Внимательно следите за расположением ножек анода и катода. Они соединяются последовательно.

При замене 2 – 3 деталей, вы просто припаиваете их в соответствии с положением, которое занимали вышедшие из строя элементы.

Собирая новый светодиодный светильник своими руками, нужно помнить простое правило. Лампы соединяются по 10 последовательно, затем эти цепи подключаются параллельно. На практике это выглядит так:

1. 10 светодиодов ставите в ряд и спаиваете ножки анод одной с катодом второй. Получается 9 соединений и по одному свободному хвостику по краям.
2. Все цепочки припаиваете к проводам. К одному катодные концы, к другому анодные.

В текстах часто используется словесное обозначение контактов, на схемах значки. Напоминание для начинающих электриков:

• катод, положительный — «+», присоединяется к минусу;
• Анод отрицательный – «-», присоединяется к плюсу.

При сборке схем своими руками, следите, чтобы спаянные концы не касались других. Это приведет к замыканию и сгорит вся схема, которую вы сумели сделать.

Схемы для более мягкого свечения

Чтобы светодиодная лампа не раздражала глаза миганием, в схему сборки надо добавить несколько деталей. В целом преобразователь тока состоит из:

• диодный мост;
• конденсаторы на 400 нФ и 10 мкФ;
• резисторы на 100 и 230 Ом.

Для защиты от скачков напряжения, вначале ставится резистор на 100 Ом, и за ним впаивается конденсатор в 400 нФ. В предыдущем варианте они установлены на разных концах входа. За конденсатором после диодного моста устанавливается еще один резистор 230 Ом. За ним идет последовательная цепочка светодиодов (+).

Блок питания мощностью 20 Ватт.

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов – 42ºC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП.

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт.
Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц
Температура трансформатора – 60ºС
Температура транзисторов – 42ºС

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

Состав и принцип работы

Любая газоразрядная энергосберегающая лампа состоит из стеклянной колбы с инертным газом или парами ртути внутри. Внутрь колбы выведены два электрода, на которые от сети подается напряжение.

Устройство ЭСЛ

Принцип работы следующий: ток вызывает нагрев электродов. Между ними возникает дуговой разряд. Процессами управляет пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА), электронная схема с транзисторами и конденсаторами.

Дуговой разряд между электродами воздействует на находящиеся внутри колбы пары ртути и вызывает появление ультрафиолетового излучения. Оно невидимо для глаз, поэтому внутренние стенки колбы покрывают люминофором. Проходя через люминофор, ультрафиолетовое излучение превращается в белый свет видимого спектра. Конкретный оттенок и температура свечения зависят от состава люминофора. Выбор покрытия влияет на стоимость.

Главный недостаток энергосберегающих ламп — невозможность подключения к сети 220 В напрямую. Пары ртути имеют высокое сопротивление, и для формирования нужного разряда требуется высоковольтный импульс.

Принцип работы энергосберегающей лампы

В момент разряда сопротивление внутри колбы становится отрицательным. Если не предусмотреть в схеме защитных элементов, неизбежно проявление короткого замыкания. Защитную функцию в трубчатых установках выполняет электромагнитный балласт старого образца, который монтируется прямо в светильник.

В компактных современных ЭСЛ электромагнитный балласт заменен небольшой электронной схемой ЭПРА. От качества пускорегулирующего аппарата зависит долговечность и эффективность всей конструкции.

Импульсный блок и его назначение

С обоих концов этой трубки установлены электроды, катод и анод. После подачи на них тока, они начинают нагреваться. Достигнув необходимой температуры они выпускают электроны, которые ударяются об молекулы ртути и та начинает излучать ультрафиолетовый свет.

Ультрафиолет конвертируется в видимый для человеческого глаза спектр благодаря люминофору, который находится в трубке. Таким образом, лампа зажигается спустя некоторое время. Обычно скорость загорания лампы зависит от срока её выработки. Чем дольше лампа работала, тем больше будет промежуток между включением и полным зажиганием.

Чтобы понять предназначение каждой из составляющих ибп, следует разобрать по отдельности какие функции они выполняют:

• R0 – работает ограничителем и предохранителем блока питания. Он стабилизирует и останавливает излишний поток питания тока в момент включения, который протекает через диоды выпрямляющего устройства.
• VD1, VD2, VD3, VD4 – используются как мостовые выпрямители.
• L0, C0 – фильтруют подачу тока и делают её без перепадов.
• R1, C1, VD8 и VD2 – запускная цепь преобразователей. Процесс запуска происходит следующим образом. Источник зарядки конденсатора С1 является первый резистор. После того как конденсатор набирает такой мощности, что способен пробить динистор VD2, он самостоятельно открывается и попутно открывает транзистор, что вызывает автоколебание в схеме. Затем прямоугольный импульс направляется на катод диода VD8 и возникающий минусовый показатель закрывает второй динистор.
• R2, C11, C8 – делают стартовый процесс преобразователей более лёгким.
• R7, R8 – Делают закрытие транзисторов более эффективным.
• R6, R5 – создают границы для тока на базах каждого транзистора.
• R4, R3 – работают как предохранители в случае резкого повышения напряжения в транзисторах.
• VD7 VD6 – предохраняют каждый транзистор бп от возвратного тока.
• TV1 – обратный трансформатор для связи.
• L5 – дроссель балластный.
• C4, C6 – конденсаторы разделения, где всё напряжение и питание разделяется пополам.
• TV2 – трансформатор для создания импульсов.
• VD14, VD15 – диоды, работающие от импульсов.
• C9, C10 – фильтрующие конденсаторы.

Благодаря правильной расстановке и тщательному подбору характеристик всех перечисленных составляющих, мы и получаем блок питания необходимой нам мощности для дальнейшего использования.

Собираем простую лампочку из светодиодов

Прежде чем решиться на
сборку светодиодной лампы своими руками, нужно тщательно продумать, где и как
будет крепиться и помещаться такая схема. Рассмотрим, какие основные материалы
для этого понадобятся, какие варианты корпусов для них можно применить и как
выглядит пошагово процесс сборки самодельного светильника.

Материалы для изготовления

Для изготовления
светодиодной лампы с заданными характеристиками своими руками потребуются
следующие материалы:

1. Светодиоды. Это могут быть как отдельные элементы, например, НК6 с силой тока 100 мА и падением напряжения в 3 В, так и готовые лед-полоски.
2. Диоды-выпрямители или мосты, например, 1N4007.
3. Предохранитель (можно извлечь из цоколя отработанной лампы).
4. Конденсатор, емкостью и величиной напряжения равными лэд-кристаллам в собранной цепочке.
5. Основа для крепления светодиодов. Это может быть пластиковая или картонная конструкция с хорошими электроизолирующими и пожаробезопасными свойствами.
6. Клеящее средство для монтажа диодов к каркасу.

Корпуса для светодиодных приборов

Для максимальной просты
и быстроты сборки светодиодной схемы можно использовать следующие варианты
корпуса:

1. Цоколь лампы
   накаливания.
2. Корпус
   люминесцентного светильника.
3. Галогеновая
   лампочка.
4. Специально
   изготовленный каркас.

Использование первого
метода предполагает извлечение колбы и спирали, а затем размещение внутри
схемы, а снаружи на плате диодных элементов. Собранную конструкцию можно
закрутить в любой патрон, однако эстетичность такого светильника будет не на
высоте. Поэтому подходит больше для закрытых плафонов.

Второй способ более
удобен и практичен. При этом сначала колбу нужно демонтировать, а плату из
цоколя извлечь. Далее возможны следующие варианты сборки:

1. Лед-кристаллы вставляются в заранее просверленные отверстия в крышке, размещаемой под колбой, а компоненты устанавливаются в цоколь.
2. Плата со светодиодами помещается внутри цоколя, при этом лэд-элементы крепятся в крышке из-под пластиковой бутылки или подходящего размера кружка из пластика.

Оба варианта имеют эстетичный вид и вполне позволяют использовать такую светодиодную лампу в открытой люстре. Применение галогенок для этой цели весьма ограниченно – ввиду невозможности потом вкрутить их в стандартный патрон. Такой метод применим для изготовления своими руками индикаторов и специальных приборов.

Пошаговая инструкция

Рассмотрим, как
изготовить своими руками простейшую светодиодную лампу на базе люминесцентного
цоколя типа Е27. Для начала необходимо подготовить следующие материалы:

1. Цоколь модификации Е27 от перегоревшей старой энергосберегающей лампы.
2. RLD2-1-драйвер.
3. НК6-диоды.
4. Фрагмент плотного картона, лучше пластика.
5. Моментальный клей.
6. Провода.
7. Ножницы, паяльная станция, плоская отвертка, плоскогубцы и прочие сопутствующие инструменты.

Сама инструкция по
сборке своими руками элементарной светодиодной лампы выглядит так:

• Разбирается старая люминесцентная лампа. Для этого на цоколе находятся углубления с защелками. Их нужно просто поддеть отверткой, и трубка с платой отсоединится.
• Далее нужно демонтировать светоизлучающие трубки и извлечь круглую пластинку с шестью отверстиями.
• К пластике закрепляется аналогичного диаметра картонное или пластиковое основание – для надежного крепления светодиодов.
• В основании прокалываются по два отверстия под каждый из шести монтируемых диодов. Если используется картон, то последние нужно приклеить, а если пластик – просто прижать лед-элементы за счет электродов.
• К каждой паре из 3 светодиодов по 0,5 Вт подсоединяется параллельно по одному драйверу RLD2-1 в соответствии со следующей схемой.

• Припаять входные контакты драйверов к клеммам цоколя и установить их внутрь.
• При этом между ними и платой обязательно положить еще одну картонную или пластиковую прокладку для электроизоляции.
• Вставить основание с диодами в цоколь.
• Подключить к сети и проверить работоспособность светодиодной лампы.

Собранный своими руками
по такой схеме лед-светильник будет потреблять всего 3 ватта и выдавать
светимость порядка 120 Лм. Ее можно закрутить в любой подходящий по параметрам
электропатрон.

Балласт люминесцентной лампы

В каждой энергосберегающей лампочке имеется небольшая схема, которая предотвращает мигание во время включения, а также способствует постепенному разогреву спиралей устройства. Её название — электронный балласт. Именно с помощью него газ может испускать свечение (частота 30−100 кГц, а иногда и 105 кГц).

Значительным преимуществом таких устройств является отсутствие какого-либо шума во время работы, а также электромагнитного поля, который негативно воздействует на организм человека.

Важную роль в схеме балласта энергосберегающей лампы играет электронный дроссель. Именно он определяет, будет ли устройство загораться сразу же с полной силой или же разогреваться постепенно в течение нескольких минут. Стоит отметить, что производитель никогда на упаковке не указывает время разогрева. Проверить это можно лишь во время эксплуатации устройства.

Те балластные схемы, которые выполняют функцию преобразования напряжения (а таковых большая часть), собираются на полупроводниковых транзисторах. В дорогостоящих устройствах схема более сложная, чем в дешёвых лампочках.

Из сгоревшей энергосберегающей лампы можно сделать заготовки для будущего импульсного блока питания. Также для этого можно взять и работающее устройство.

В составе компактной люминесцентной лампочки (КЛЛ) имеются следующие элементы:

1. Биполярные транзисторы с защитными диодами. Как правило, они выдерживают напряжение в 700 В, а также силу тока до 4 А.
2. Трансформатор импульсного тока.
3. Электронный дроссель.
4. Конденсатор (10/50 В, а также 18В).
5. Двунаправленный триггерный неуправляемый диод (динистор).
6. Очень редко в устройстве содержится униполярный транзистор.

Вам это будет интересно Ремонт светодиодных светильников своими руками

Во время изготовления БП из энергосберегающей лампы своими руками с использованием недешёвых экономок достаточно дополнить источник некоторыми деталями. Также в качестве основы будущего блока можно взять драйвер для светодиодов, которые зачастую устанавливают в фонарики.

Общие сведения

Элемент питания

По сути, такая схема является практически готовым импульсным блоком питания. Не хватает в нём только разделительного трансформатора с выпрямителем. Поэтому, если колба цела, можно не боясь ртутных испарений, попытаться разобрать корпус. Кстати именно осветительные элементы лампочек чаще всего выходят из строя: из-за выгорания ресурса, нещадной эксплуатации, слишком низких (или высоких) температур и т.д. Внутренние платы более-менее защищены герметичным корпусом и деталями с запасом прочности. Советуем перед началом ремонтно-восстановительных работ поднакопить некоторое количество ламп (можете поспрашивать на работе или у знакомых – обычно такого добра везде хватает). Ведь не факт что все они будут ремонтопригодны. В данном случае нам важна именно работоспособность балласта (т.е. платы, встроенной внутри лампочки).

Возможно, в первый раз и придётся немного покопаться, но зато потом вы за час сможете собрать примитивный блок питания для устройств, подходящих по мощностям. Если Вы планируете создавать блок питания, выбирайте модели люминесцентных ламп помощнее, начиная от 20 Вт. Впрочем, менее яркие лампочки тоже пойдут в ход — они могут использоваться как доноры нужных деталей. И в результате из пары-тройки сгоревших экономок вполне можно создать одну вполне дееспособную модель, будь то рабочая лампочка, блок питания или зарядное устройство для аккумуляторов. Чаще всего мастера-самоучки используют балласт экономок для создания 12-ваттных блоков питания. Они могут подключаться к современным светодиодным системам, ведь 12 V – это рабочее напряжение большинства самых распространённых в быту приборов, в том числе и осветительных. Такие блоки обычно прячутся в мебели, поэтому внешний вид узла особого значения не имеет. И даже если внешне поделка получится неаккуратной – ничего страшного, главное позаботиться о максимальной электробезопасности. Для этого тщательно проверяйте созданную систему на работоспособность, оставляя поработать её в тестовом режиме на продолжительное время. Если скачков напряжения и перегрева не наблюдается – значит, Вы всё сделали правильно. Понятно, что намного жизнь обновлённой лампочке вы не продлите — всё равно рано или поздно ресурс исчерпывается (выгорает люминофор и нить накала). Но согласитесь, почему бы не попытаться восстановить вышедшую из строя лампу в течение полугода-года после покупки.

Ремонт блока питания светодиодной ленты

Многие блоки питания, рассчитанные на среднюю и большую мощность (30 и более Вт), построены на интегральном драйвере со встроенным силовым ключом, типа KA5l0365, FSDH065RN и т.д. Такие решения применяются и в бытовой технике, например, в блоках питания DVD проигрывателей. Такие микросхемы взаимозаменяемы, стоит только определить цоколевку сгоревшего чипа и установить тот, который вам удалось найти.

Для ремонта блока питания для светодиодной ленты на 12В (и не только), схема почти не изменяется. Нужно совершить подключение подобно тому, что изображено ниже. Разумеется, с учетом распиновки.

Более сложные и надежные блоки построены на ШИМ-контроллерах:

• TL494;
• KIA494AP;
• MB3759;
• KA7500;

Они аналогичны, ниже схема блока питания для светодиодной ленты с их использованием:

ШИМ-контроллер расположен в нижней части схемы, с помощью P1 (справа на схеме) осуществляется регулировка. Подбирая его величину, можно добиться нужного напряжения на выходе, чем-то похоже на регулировку 431 стабилизатора.

Даже если на вашем блоке нет потенциометра или подстроечника, вы можете его установить самостоятельно, заменив постоянный, аналогично приведенной мной схеме.

При ремонте смотрите на сигнал на выходе ШИМ, силовые ключи Т12 и Т13 подключенные к выводам 8 и 11 TL494.

На картинке ниже более наглядно изображена регулировка, потенциометр подключается к 1 вывод ИМС.

Таким образом вы можете своими руками экспериментальным путем сделать питание для светодиодной ленты из любого БП на 494 ШИМ-контроллере.

Практически все блоки питания можно своими руками перенастроить в узких пределах на необходимое напряжение питания светодиодной ленты. При этом вы обойдетесь минимальными затратами.

Составляющие схемы

Стандартные бытовые
энергосберегающий лампы любой мощности имеют одну схему работы и включают
следующие элементы со своими особыми функциями:

1. На пусковом конденсаторе происходит зажигание лампы.
2. Фильтр электромагнитных помех предотвращает мерцание и прочие сбои, идущие из сети.
3. Стабилизирующий фильтр-емкость обеспечивает подачу тока заданных параметров, тем самым продлевая срок эксплуатации прибора.
4. Токоограничитель защищает схему от избытка напряжения и поддерживает его постоянное значение.
5. Транзисторы биполярные.
6. Предохранитель-резистор предотвращается электронику от резкого повышения напряжения в сети.

Основные компоненты
энергосберегающей лампы показаны на рисунке ниже:

Если энергосберегающая лампа вдруг перестала светить, ее можно попытаться восстановить своими руками. Необходимо сделать ремонт колбы или электронной схемы. Для доступа запчастей потребуются другие аналогичные лампочки, для разборки – плоская отвертка, а для прозвонки компонентов – мультиметр

Особую осторожность нужно проявлять при контакте с колбой. Ни в коем случае нельзя ее повреждать, так как выход находящихся в ней паров ртути опасен для здоровья!