СЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ, СВЕТИЛЬНИКИ, ЛЕНТЫ

    Наконец то решился собрать в кучу все, что имеется на сегодня по поводу светодиодов, светодиодных ламп и матриц освещения. Разумеется на полноту предлагаемой информации притендовать не могу, тем не менее используя и свой собственный опыт и опыт жителей интеренета постараюсь все упорядочить.
    Немного истории:
    Впервые создан 1962, разработал Ник Холоньяк в Университете Иллинойса для компании General Electric, годом раньше был опробован инфракрасный светодиод Робертом Байардом и Гари Питтманом из компании Texas Instruments.
    Свечение в полупроводниковом кристалле возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Область p-n-перехода, образуется контактом двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.
    Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).
    При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.
    Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.
    В рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому для светодиодов необходимо стабилизировать ток. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

    Для начала стоит разобраться из чего же состоят светодиодные лампы. Разумеется из цокля, корпуса и светорасеивателя. Разумеется, что внутри каждой лампы есть не много электроники.
    Самый простой и популярный среди радиолюбителей источник питания для светодиодов состоит из конденсаторного баласта и установленного стабилитрона, правда некоторые стремяться упростить схему и емксоть подбираютт таким образом, чтобы не ставить стабилитрон, но это уже на собственное усмотрение:

    Не смотря на свою простоту данный "драйвер" имеет существенный недостаток - он стабилизирует напряжения, а для светодиодов необходим стабилизатор тока. Разумеется, что С1 должен быть пленочным.
    Для тех, кто запамятовал напоминаю, что емкость конденсатора расчитывается исходя из необходимого напряжения на нагрузке и потребляемого нагрузкой тока. Формула выглядит следующим образом:

    Для расширения диапазона питающих напряжений можно использовать аналог стабилитрона на транзисторе. В этом случае выделяемое тепло якобы стабилитроном может быть гораздо больше, поскольку максимальное тепло популярных стабилитронов 1,5 Вт, а транзистор в корпусе ТО-126 может расеивать до 10-15 Вт, в корпусе ТО220 до 20 Вт, а с радиатором еще больше. Следовательно можно увеличить емкость конденсатора для сохранения работоспособности при пониженном напряжении питания, а при повышенном тепло все равно будет успевать отводится на радиатор транзистора. Схема драйвера приобретает следующий вид:

    Положение может исправить введение в данную схему стабилизатора тока. Однако проблема будет решена не полностью - на транзисторе все равно будет выделяться тепло, которое придется рассеивать, а значит придется использовать радиатор повышенной площади (мощным светодиодам тоже нужен радиатор). В конечнои итоге схема линейного драйвера для светодиодов приобретает вид:

    Но это все любительские схемы, а это значит, что имеет смысл посмотреть, что творят инженеры заводов - производителей светодиодных ламп. Врать не буду - обзор не мой, но уровень подхода автора заставил аплодировать стоя. Оригинал статьи ТУТ, у себя я лишь помещую выжимку:
    Лампа BBK P653F, лампа P654F выглядит так же.
   Лампа разборная, конструкция у ламп P653F и P654F абсолютно одинаковая, отличаются они только излучающим узлом.
   32 светодиода установлены на алюминиевой плате и включены последовательно, на один светодиод приходится 49.3 / 32 = 1.54 вольта. Плата через термопасту прилегает к радиатору. Температура платы возле светодиода 53°C.

   Контроллер построен на микросхеме SM7525, дает на выходе 49.3V 0.106A. Не понравилось в конструкции лампы то, что контроллер установлен наполовину в цоколь, наполовину в алюминиевом радиаторе, но никакой изоляции между радиатором и платой контроллера нет.
   Схема простая, однако немного запутанная из-за непривычного включения индуктивности и ключа. На входе диодного моста на плате имеется место для предохранителя, но он не установлен.

   Пульсации светового потока почти такие же, как и у ламп PC73C и PC74C (9% на частоте 50 кГц).
   
    Лампа BBK PC73C. Лампа PC74C по конструкции такая же.
    Лампа разборная. Пластмассовый цоколь на резьбе (с большим усилием!) выкручивается из радиатора. Белое пластмассовое кольцо придерживает защитное прозрачное стекло и металлический жестяной отражатель. За отражателем прячется сложный многосегментный светодиод (я насчитал 35 сегментов в матрице 7x5).

    Контроллер дает на выходе 21.2V, 0.29A. Температура радиатора возле светодиода 66°C, температура поверхности светодиода 133°C (!).
    Контроллер построен на микросхеме BP9023. К сожалению, микросхема настолько китайская, что даташита на неё на английском языке просто нет.

    Схема построена по принципу обратноходового однотактного преобразователя, очень похожа на схему с контроллером BP2831A. Резисторы RS1 и RS2 задают ограничение по выходному току, резистор R4 скорее всего (по аналогии с контроллером BP2831A) задает порог защиты по напряжению. Цепочка D1R5R6C4 служит для демпфирования высоковольтных выбросов напряжения на стоке ключевого транзистора микросхемы.
   
    Лампа Ecola 7w 4200K GU10
    Лампа не предназначена для разборки, но если Вы все же на это решились, то начинать нужно с матового защитного стекла. Оно приклеено по краям мастикой к алюминиевому радиатору. Отклеить стекло очень сложно, не повредив его (у меня не получилось). Под стеклом прячется печатная плата на алюминиевой основе, на которой стоят 14 светодиодов, включенных последовательно. Печатная плата прижата к радиатору стопорным кольцом, и место контакта платы и радиатора промазано теплопроводящей пастой. Печатная плата односторонняя, и довольно тонкая (0.6 мм), что служит улучшению теплообмена между светодиодами и радиатором.

    Пластмассовый цоколь крепится к радиатору двумя саморезами, головки которых незаметны под мастикой.
    Контроллер дает на выходе 81V, 0.066A. Температура платы возле светодиода 55°C. Контроллер собран на миниатюрной плате, которая целиком помещается в цоколь, входы и выходы контроллера подключены проводами минимальной длины. Вокруг контроллера со всех сторон пластмасса, поэтому замыкания исключены.

    Конструкция в целом очень аккуратная и продуманная, и не удивительно, что контроллер совсем не излучает радиопомех, и пульсации светового потока не улавливаются фотоприемником (их просто нет!). Контроллер построен на микросхеме BP2831A, схема очень простая.
   
    Лампа Ecola 6w 2800K GU5.3
    Лампа полностью разборная. Но выглядит по сравнению с предыдущей лампой Ecola 7w 4200K GU10 как бедная родственница. Куда подевались лоск разработки конструкции и качество сборки? Несмотря на цоколь GU5.3, лампа имеет большие размеры и из-за массивного радиатора довольно тяжелая. В патроне без дополнительного крепления держаться она не будет. При выкручивании нижних винтов (которые крепят цоколь к радиатору) будьте осторожны, потому что головки винтов некачественные, и винты выкручиваются с усилием.

    Свет излучают 3 включенных последовательно светодиода. Радиатор сделан так, что служит и корпусом лампы, и рефлектором. Температура платы возле светодиода 60°C. Спереди имеется защитное стекло с тремя линзами, которое крепится на винтах.
   Контроллер построен на микросхеме BP3122, выдает на выходе 9.6V, 0.41A. Плата контроллера спроектирована очень тщательно и имеет маленькие размеры. Для монтажа используются обе стороны платы, и многие SMD-компоненты смонтированы прямо под трансформатором. Меня несколько удивило, что на выходе контроллера нет фильтрующего конденсатора. Наверное этим как раз и объясняются высокочастотные пульсации светового потока.

    К сожалению, лампа не может похвастаться низким уровнем радиопомех, и световой поток на выходе имеет большие пульсации на частоте 67.5 кГц
   
    Лампа Navigator NLL-MR16 3K GU5.3
Лампа не только неразборная, но даже внутри залита эластичным белым пластиком, напоминающим резину. Радиатора нет, 10 светодиодов установлены на алюминиевой плате.

    Контроллер построен на микросхеме BP2832A, дает на выходе 59V, 0.096A. Температура платы возле светодиода 83oC, т. е. светодиоды имеют не самый лучший тепловой режим.

    Микросхема BP2832A по цоколевке полностью совпадает с микросхемой BP2831A (да и по параметрам они отличаются только мощностью, BP2832A мощнее). Поэтому принципиальная схема контроллера отличается от схемы BP2831A (применена в лампе Ecola 7w 4200K GU10) только наличием дополнительных фильтрующих элементов (C1, L1).
   Несомненные достоинства лампы - малые размеры, почти полное отсутствие радиопомех, малые высокочастотные пульсации тока потребления и маленький уровень пульсаций светового потока.
   
    Лампа Navigator NLL-PAR16 4K GU10
   Лампа неразборная. Для вскрытия мне пришлось распилить её корпус дремелем. Лампа имеет маленький рефлектор для многосегментного светодиода, который совсем не прикрыт защитным стеклом. Радиатор отсутствует. Температура алюминиевого основания возле светодиода 87oC.

   К сожалению, при попытке сковырнуть крышку я случайно ударил отверткой по поверхности светодиода, в результате в нем получился обрыв. Поэтому измерять параметры контроллера пришлось с похожим многосегментным светодиодом из другой лампы.
   В испорченном светодиоде было 17 излучающих сегментов. По выходному току 0.13A, потребляемой мощности лампы 8 Вт и предполагаемому КПД я высчитал ориентировочно выходное напряжение 53 вольта.
   Контроллер построен на микросхеме SL21083 компании NXT (в даташите она именуется как SSL21083T).

   Схема традиционная, с дополнительными фильтрующими элементами входного тока Rf1, C1, L1. По уровню радиопомех это очень хороший контроллер, помех почти нет. Пульсации светового потока незначительные, и они на высокой частоте 86 кГц.
    Архив с PDF файлами показанных микросхем можно СКАЧАТЬ ЗДЕСЬ.
   
    Теперь вернемся к самоделкам и немного поразмышляем. Как видно из фото, приведенных выше ламп в светодиодных лампах используются и наборы SMD светодиодов и одинарные более менее мощные светодиоды. Несколько месяцев назад я заказал и успешно получил светодиоды серии 5730. На стренице продавца было указанно, что это светодиоды на 0,5 Вт, однако после сборки матрицы выяснилось, что это несколько не то, что хотелось увидеть - светодиоды намного слабее и тусклее, чем должны быть.

    После небольшого разбирательства выяснилось, что цена прямо пропорциональна качеству и далеко не все продавцы пишут истинные параметры светодиодов. Благодаря ссылке подписчика была найдена довольно ИНТЕРЕСНАЯ СТАТЬЯ как раз на эту тему. Вкратце статья выглядит так:

    Насобиралось у меня немного китайских светодиодов smd5730, решил рассказать вам немного о них. Всего у меня 4 разных светодиода. Первые — неплохие, китайские светодиоды, они уже обозревались здесь. Вторые — самые дешевые 5730 на aliexpress. Я их покупал по $ 1.15 за 200шт. Третьи и четвертые с самой обычной метровой светодиодной линейки на алюминиевой подложке, купленной в оффлайне за 2$, холодной и теплой цветовой температуры.
   Что бы было легче их сравнивать, я разрезал ту же алюминиевую линейку на минимально делимые кусочки, по 3 диода. Две оставил с родными диодами, а на остальных двух перепаял на купленные на Али. Фена, к сожалению, у меня пока нету. Выпаивать светодиоды паяльником как-то не очень — чаще всего он плавится или ломается. Я сделал по простому — нагрел утюг, и положил кусочки линейки на рабочую поверхность на рабочую поверхность утюга. Перед этим, конечно же, диоды промазал флюсом.

   Как только алюминиевая подложка нагрелась, снимаю светодиоды пинцетом, и убираю ее с утюга. Намазываю еще раз флюсом, прохожусь по контактам паяльником, для того, что бы на них набралось немного припоя. Потом сверху кладу новые светики и акуратно кладу линейку обратно на утюг. Как только припой расплавился, линейку акуратно, что бы светодиоды не «уплыли», убираю. После того как кусочек линейки остыл, хорошенько протираю его изопропиловым спиртом, что бы смыть остатки паяльной пасты. Припаиваю провода. Получается как-то так:

   Когда «подопытные» готовы — проверяю как они светят. Взял чистый белый лист бумаги, Он будет служить фоном. На фотоаппарате выставил ручной баланс белого по листу бумаги. Настройки экспозиции в ручном режиме, для того что бы можно было оценить яркость разных диодов. Кусочки линейки прикладываю перпендикулярно листу бумаги, подав на них напряжение 12в, и фотографирую. Не забываю померить ток. Получилось так:
    Так же решил померить ток и падениенапряжения при 150мА каждого диода по отдельности. Напряжение выбрал среднее — 3,2в. Фотографировать не стал, просто напишу:
    ток при 3,2в/напряжение при 150мА
   1. 151,1мА/3,2в
   2. 84 мА/3,65в
   3. 81,2мА/3,55в
   4. 49,8мА/4,26в

    Как видите, разница большая. Кристаллы у диодов тоже разные:

    Итоги:
   Первые светодиоды наиболее качественные, кристал у них действительно 0,5Вт. Его размер 15х30mil. Раньше у этого продавца были диоды с еще большим кристаллом — 20х40 mil, но мощность его была такой же. Наверное технология изготовления кристала усовершенствовалась.
   Продавец обещает 50-50Lm при 3,0-3,2в и 150мА. Так же есть в наличии диоды с температурой 3000-3500К, 5000-5500К и 6000-6500К. КУПИТЬ СВЕТОДИОДЫ.
   Вторые и третьи среднего качества, мощность где-то 0,25Вт. Больше о них ничего сказать не могу.
Последние самые дешевые и, соответственно, самые плохие. Мощностью менее 0,2Вт. Кристал мелкий, думаю от 2838. В описании продавец не указывает ни производителя кристалла, ни его параметров. Только то что это smd5730.

    Однако далеко не всем нужны именно 5730, поэтому немного порывшись по отзывам перепроверил данную мне ссылку и выяснилось, что на Али есть МАГАЗИН ПРОИЗВОДИТЕЛЯ светодиодов, и светодиоды там весьма приличного качества.
   
    Откровенно говоря монтаж вручную 84-х светодиодов оказалось той еще задачкой и оставшиеся светодиоды я решил на лампы пока что не использовать - на подсветку аппаратуры, или может еще куда пригодятся, а паять лампы... Уж увольте... Смысл полуторачасового сидения за ручной пайкой утрачивается, ведь есть уже ГОТОВЫЕ МАТРИЦЫ самых различных размеров, цветов и мощностей, идеально подходящие под потолочные светильники:

    Разумеется, что подобная матрица решает далеко не все задачи и в некоторых случая SMD светодиоды будут удобней, тем не менее наличие матриц существенно упрощает изготовление самодельных светильников.
    Разумеется, что обременять себя пайкой светодиодных драйверов решится далеко не каждый, да иногда и цена готовой светодиодной лампы бывает меньше самодельной. Просто у самодельных ламп больше универсальность - их можно использовать в оформлении интерьера, изготовлении оригинальных светильников и подсветок.
    Готовые драйвера для светодиодных светильников так же присутствуют на Али. Не скажу, что довольно много потратил сил на поиски приличного магазина, тем не менее таковой нашелся. Единственным недостатком магазина является мелкооптовая торговля (отправка от 3 штук). Тем не менее цены более чем примелемые. Если заниматься изготовлением самодельных светодиодных ламп даже от случая к случаю, то приобретенные драйвера лишними не окажутся. Мощностная линейка довольно большая, есть варианты и в герметичном корпусе для установки на улице. есть варианты и с гальванической связью с сетью и с развязкой от сети. В общем выбирать уже Вам: МАГАЗИН ДРАЙВЕРОВ
   
    Готовые лампы такой большой оригинальностью не отличаются... Не отличались. Совсем не давно нашел довольно интересный магазин, специализирующийся именно на светодиодных лампах и просмотрев несколько позиций товаров пришел к выводу, что эти лампы вполне приличного качестве - положительных отзывов порядка 95-98% в среднем. Разумеется, что всем угодить трудно. Цены тоже вполне приемлемы - светодиодная лампа на 7 Вт стоит 1,2$. МАГАЗИН ЗДЕСЬ.
    Однако при выборе светодиодной лампы не стоит гнаться за низкой ценой. Понятно, что это Китай, однако Китай тоже разным бывает и не секрет, что кто то из производителей гонится за низкой ценой снижая себестоимость ламп, а кто то за качеством нарабатывая авторитет. А некоторые успевают и то и другое. Тут стоит остановится немного подробней...
    Дело в том, что наиболее ответственные производители кроме фотографии самой светодиодной лампы выкладывают фотографии ее начинки и просмотрев не один десяток фотографий уже не трудно сделать вывод о том, что это за лампа, как хорошо и как долго она будет работать. Например подавляющее большинство светодиодных ламп имеющих внешний вид, приведенный на фото ниже догловечностью отличаться не будет, особенно в тех случаях, когда в сети 220 вольт хронически повышенное напряжение:

    Эти лампы могу отличаться и по габаритам и по мощности, но как правило у них аналогичная начинка - конденсаторный баласт, диодный мост, электролит и несколько токоограничивающи резисторов, т.е. схема еще проще, чем показанная на втором рисунке этой страницы. Кто то из производителей об этом умалчивает, а кто то не скрывает всю примитивность драйвера и показывает это прямо на странице продажи:

    Естественно, что яркость свечения данной светодиодной лампы будет на прямую зависеть от сетевого напряжения 220 вольт - меньшее напряжение уменьшит яркость, большее увеличит яркость и увеличит нагрев светодиодов, что соответсвенно уменьшит из ресурс работы.
    Лампы, которые не боятся изменения сетевого напряжения и не меняют свою яркость, причем иногда в ОЧЕНЬ широком диапазоне питающих напряжений, выглядят несколько иначе, да и вес имеют как минимум раза в 2 больший. Обычно и продавцы и производители хотят подчернуть то, что их лампы отличают от так называемого ширпотреба и показывают то, что стоит внутри лампы, и именно и радиатор для светодиодов, и драйвер, и иногда даже работу лампы в проверочных стендах, демонстрирующию силу света, отдаваемую их изделием:

    Как видно из фотографий лампы имеют полноценные блоки питания и гарантируют создание оптимальных режимов работы светодиодов. Однако увеличение электроники внутри данного светильника не безвозмездное - данные лампы стоят как миниму в полтора раза дороже, но эти деньги не будут выброшены на ветер - в межсезонье обычно сетевое напряжение плавает в дольно большом диапазоне и отсутствие изменения освещености в помещении будет только радовать. Кроме этого стабилизированное питание самих светодиодов значительно увеличчивает их ресурс работы - при перегреве светодиоды довольно быстро выходят из строя, а это чревато покупкой новой лампы.
   
   
    В заключении хотелось бы сказать, что пробовались и лично мной варианты нескольких драйверов:
    ЛИНЕЙНЫЕ
    ИМПУЛЬСНЫЕ
    HV9910 пока отложен - ждемс транзисторы, а вот на базе IR2153 драйвер мне понравился и как только появятся "лишние" деньги обязательно куплю светодиодов на 100 Вт.