Защита светодиодных ламп от скачков напряжения

Блок защиты для светодиодных ламп 220В

Защита светодиодных ламп от скачков напряжения

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.

Подробнее о расчете конденсатора.

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.

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.

Читайте также  Защита трехфазного двигателя от пропадания одной фазы

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.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)
Загрузка…

Источник: https://svetodiodinfo.ru/texnicheskie-momenty/blok-zashhity-dlya-svetodiodnyx-lamp-220v.html

Защита светодиодных ламп – : , ,

Защита светодиодных ламп от скачков напряжения

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?

Что нужно светодиоду — стабилизатор напряжения или тока?

Защита светодиодных ламп от скачков напряжения

Все светодиоды, независимо от форм-фактора и электрических параметров, питаются током. Правильно заданный ток – это гарантия длительной и стабильной работы осветительного прибора. Так почему же производители светодиодной продукции часто вместо стабилизатора тока устанавливают стабилизатор напряжения? Как это сказывается на работе светодиодных ламп, лент, фонарей и прожекторов? Попробуем разобраться.

Стабилизаторы напряжения

Исходя из названия, эти устройства предназначены для поддержания напряжения в нагрузке на определённом уровне. При этом величина выходного тока зависит от самой нагрузки. Другими словами, сколько потребуется нагрузки, столько она возьмёт, но не более максимально возможного значения. Допустим, стабилизатор напряжения обладает такими выходными параметрами: 12В и 1 А. То есть на выходе всегда будет поддерживаться 12В, а ток потребления может быть в диапазоне от нуля до одного ампера. Существует два вида стабилизаторов напряжения: линейные и импульсные.

Читайте также  Защита от эми своими руками

Как правило, регулирующим элементом в схеме стабилизатора является биполярный или полевой транзистор. Если этот транзистор работает в активном режиме, то стабилизатор называют линейным. Если же регулирующий транзистор работает в ключевом режиме, то стабилизатор называют импульсным.

Наиболее распространенными и недорогими являются линейные стабилизаторы напряжения, однако они имеют ряд недостатков:

  • низкий КПД;
  • при большом токе нагрузки нуждаются в теплоотводе;
  • имеют достаточно высокое падение напряжения.

Чтобы не сталкиваться с подобными недостатками, рекомендуется использовать стабилизаторы напряжения импульсного типа. Они бывают трех типов: повышающие, понижающие и универсальные. Импульсные стабилизаторы имеют высокий КПД, не нуждаются в дополнительном отводе тепла при больших токах нагрузки, но имеют более высокую стоимость.

Стабилизаторы тока

Простейший ограничитель тока – резистор. Его часто называют простейшим стабилизатором, что неверно, так как резистор не способен стабилизировать ток при колебании напряжения на своем входе.

Применение резистора в схеме питании светодиода допустимо только при стабилизированном входном напряжении. В противном случае все скачки напряжения передаются в нагрузку и негативно отражаются на работе светодиода. Эффективность резистивных ограничителей тока очень низкая, так как вся потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.

Немного выше КПД у конструкций на базе готовых интегральных микросхем (ИМ) линейных стабилизаторов. Схемы линейных стабилизаторов на базе ИМ выделяющиеся минимальным набором элементов, отсутствием помех и простой настройкой.

Чтобы избежать перегрева регулирующего элемента, разность входного и выходного напряжения должна быть небольшой, но достаточной (3-5 вольт). Иначе корпус микросхемы вынужден будет рассеивать невостребованную энергию, тем самым снижая КПД.

Драйверы для светодиодов на основе готовых ИМ линейных стабилизаторов выделяются дешевизной и доступностью элементов для сборки своими руками.

Наиболее эффективными принято считать токовые драйверы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Их конструируют на базе специализированных микросхем с цепью обратной связи и элементами защиты, что в несколько раз повышает надёжность всего устройства.

Наличие в них импульсного трансформатора ведет к удорожанию схемы, но оправдано высоким КПД и сроком службы. Токовые ШИМ стабилизаторы с питанием от источника 12В несложно сделать своими руками, используя специализированную микросхему.

Например, ИМС PT4115 от компании PowTech, которая разработана специально для схем питания светодиодов мощностью от 1 до 10 Вт.

Параметры питания светодиодов

У светодиодов, кроме номинального тока существует ещё один важный параметр – прямое падение напряжения. Роль этого параметра также существенна, именно поэтому его указывают в первом ряду технических параметров полупроводникового прибора.

Чтобы через p-n переход начал протекать ток, к нему нужно приложить какое-то минимальное прямое напряжение Uмин.пр.. Значение минимального прямого напряжения указывается в документации светодиода и отражается на графике вольт — амперных характеристик (ВАХ).

На зеленом участке ВАХ светодиода видно, что только при достижении Uмин.пр. начинает протекать ток Iпр. Дальнейший незначительный рост Uпр приводит к резкому росту Iпр. Именно поэтому даже небольшие перепады напряжения свыше Uмакс..пр. губительны для кристалла светодиода. В момент превышения Uмакс.пр. ток достигает своего пика и происходит разрушение кристалла. Для каждого типа светодиодов существует номинальный ток и соответствующее ему напряжение (паспортные данные), при которых прибор должен отработать заявленный срок службы.

Читайте также  Прозвонка цепей защит

Правильное и неправильное включение

Больше всего ошибок допускают автомобилисты, когда пытаются сэкономить на схеме питания светодиодного освещения. Часто автолюбители включают светодиодные приборы напрямую от аккумулятора, а потом жалуются на разные неполадки: моргание, потерю яркости и полное погасание кристалла. Всё это происходит из-за отсутствия промежуточного преобразователя, который должен компенсировать перепады напряжения в интервале от 10 до 14,5В.

Ещё одна ошибка владельцев авто – подключение только через резистор, рассчитанный на среднее показание аккумулятора 12В. Резистор – линейный элемент, а значит, ток через него растет пропорционально напряжению. Подключение через резистор допускается при условии его расчета на 14,5В, но тогда придется смириться с неполной светоотдачей светодиодов при низких и средних значениях напряжения в бортовой сети.

Поэтому однозначный верный способ подключения светодиодов в автомобиле – это использование стабилизатора тока, желательно импульсного типа.

В различных осветительных конструкциях на основе светодиодов часто используются именно стабилизаторы напряжения. Почему так происходит? Во-первых, они намного дешевле качественных токовых драйверов. Во-вторых, чтобы из стабилизатора напряжения получился более-менее надёжный драйвер достаточно на выходе установить резистор, грамотно рассчитав его мощность и сопротивление. Такое схемотехническое решение часто применяется в недорогих LED лампах и осветительных конструкциях с применением светодиодных лент.

Большинство светодиодных лент питается стабильным напряжением 12В. Если рассмотреть конструкцию ленты более детально, то можно увидеть, что она разделена на небольшие участки. Как правило, каждый участок состоит из трёх SMD­ светодиодов и одного токозадающего резистора.

Падение напряжения на одном светоизлучающем элементе в среднем составляет 2,5-3,5 В, то есть максимум 10,5В в сумме. Остаток гасится резистором, номинал которого изготовитель подбирает под тип используемых светодиодов.

Поэтому подключение светодиода через связку из стабилизатора напряжения и резистора можно считать правильной.

Выходная мощность стабилизатора должна быть больше потребляемой мощности нагрузки примерно на 30%.

Если использовать простой блок питания без стабилизации (трансформатор, диодный мост и конденсатор), то при небольшом увеличении напряжения сети, его пропорционально уменьшенная часть будет равномерно распределяться на всех четырёх элементах каждого участка ленты. В итоге вырастет ток, температура кристалла и, как следствие, начнется необратимый процесс деградации светодиодов.

Самым правильным схемотехническим решением является применение стабилизатора тока импульсного типа. На сегодняшний день – это оптимальный вариант, который используют все ведущие производители светодиодных изделий. Токовый драйвер с ШИМ регулятором практически не греется, эффективен и надёжен.

Так чему же отдать предпочтение: дешевому стабилизатору напряжения с резистором или более дорогому токовому драйверу? Правильный ответ скрыт в выражении: «Любая экономия должна быть оправдана». Если Вам нужно подключить десяток слаботочных светодиодов или не более одного метра ленты, то выбор в пользу первого варианта нельзя назвать ошибочным.

Но если ваша цель – запитать фирменные светодиоды с мощностью каждого кристалла более 1 Вт, то без качественного токового драйвера не обойтись. Потому что стоимость таких излучающих диодов намного выше цены на драйвер.

Источник: https://ledjournal.info/vopros-otvet/stabilizator-toka-ili-napryazheniya.html