Увеличение срока службы светодиодных ламп

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Светодиодные лампы

Опубликовано: 26.06.2017 07:35

Просмотров: 6425

Б. ОЛЕЙНИК, г. Королёв Московской обл.
В настоящее время светодиодные светильники всё больше внедряются в быт человека. Хотя постепенно цены на светодиодные лампы снижаются, они всё ещё остаются сравнительно высокими. Поэтому светодиодные лампы китайского производства чаще всего привлекают внимание потребителя своим внешним видом и меньшей ценой. Тем не менее они далеко не всегда отличаются продолжительным сроком безотказной работы и продуманностью конструкции. Автором статьи в одном из интернет-магазинов была приобретена светодиодная лампа с заявленной мощностью 18 Вт (рис. 1). Она действительно светила достаточно ярко, но при этом сильно нагревалась. Можно было предположить, что светодиоды — одни из самых чувствительных к нагреву элементов лампы, работали со значительным перегревом. При этом вентиляционные отверстия в виде узких прорезей, выполненных в корпусе лампы, явно не обеспечивали ей необходимое охлаждение. Вскрытие лампы показало, что в качестве источников света производитель использовал 36 светодиодов типоразмера 5730, предположительно каждый мощностью по 0,5 Вт, расположенных на круглом основании-теплоотводе толщиной 1 и диаметром 120 мм, изготовленном из алюминиевого сплава (рис. 2).

Светодиоды были включены попарно-параллельно, в итоге — всего 18 пар.
Драйвер (стабилизатор тока) для питания светодиодов выполнен в виде отдельного модуля на печатной плате, механически закреплённой внутри цокольной части лампы, не имеющей вентиляционных отверстий. При наиболее вероятном расположении лампы излучающей поверхностью вниз нагрев воздуха в цокольной части лампы максимален. Таким образом, драйвер находится в ещё более тяжёлых условиях, чем светодиоды. При этом для обеспечения электрической изоляции он помещён в термоусаживаемую трубку. Схема драйвера показана на рис. 3.

В его состав входят два оксидных конденсатора. Судя по маркировке на корпусе, они рассчитаны на работу при температуре до +105 °С. Можно смело предположить, что их рабочая температура превышает это значение. Указанные обстоятельства позволяли сделать вывод о том, что в этой лампе как её драйвер, так и светодиоды работают в условии значительных температурных перегрузок.
При составлении схемы драйвера особое внимание было уделено определению элементов схемы, задающих ток цепочки светодиодов. Типы и номиналы остальных элементов схемы не определялись.
Основа драйвера — специализированная микросхема ВР9833А производства компании Bright Power Semiconductor [1, 2]. Ток светодиодов задан с помощью датчика тока, который составлен из двух включённых параллельно резисторов Rcs1 и Rcs2 сопротивлениями 1,6 и 1,8 Ом.
Было решено уменьшить ток через светодиоды. Естественно, при этом снижается и яркость лампы в целом. Задача заключалась в нахождении оптимального баланса между яркостью лампы и увеличением срока её службы. Следует отметить, что какого-либо точного критерия, позволяющего решить эту задачу, нет. Насколько это удалось автору, покажет время.
Снизить ток через светодиоды можно, увеличив сопротивление датчика тока. Для этого надо перерезать печатный проводник, идущий от выходов CS (выводы 7 и 8) микросхемы DA1 к резисторам датчика тока Rcs1 и Rcs2, и установить дополнительный резистор Rд(на рис. 3 выделен цветом). Для измерения тока через светодиоды был временно и аналогично установлен резистор RT сопротивлением 1 Ом и мощностью 0,5 Вт. Этот резистор не влияет на ток в цепи светодиодов, потому что драйвер обеспечивает стабилизацию тока, текущего через неё, а не напряжение на ней. По завершении измерений резистор R, следует удалить, заменив его проволочной перемычкой.
После подключения лампы к сети переменного тока 230 В были проведены измерения температуры теплоотво-да через 0,5, 1, 1,5 и 2 часа работы. Это было сделано для выбора оптимального
номинала резистора датчика тока, а также определения динамики изменения температуры теплоотвода лампы. Полученные результаты приведены в таблице.
www
По результатам проведённых работ можно сделать следующие выводы:
— производители (в большинстве случаев китайские) недорогих светодиодных ламп довольно часто прибегают к использованию электронных компонентов в условиях, не соответствующих их техническим характеристикам;
— температура теплоотвода лампы без дополнительного резистора Rд достигала +97 °С. Очевидно, что температура кристаллов светодиодов ещё больше. При этом производители светодиодов рекомендуют ограничивать верхний предел их рабочей температуры значением +85 °С;
— температура теплоотвода в процессе работы устанавливалась очень быстро и со временем менялась незначительно;
— в недоработанной лампе значение падения напряжения на каждой паре светодиодов — около 3,15 В. Поэтому суммарная мощность Р = 0,234*3,15*18 =13,3 Вт, что меньше заявленного производителем значения 18 Вт;
— при уменьшении тока через светодиоды яркость лампы снижается, но увеличивается срок её службы, поскольку снижается температура. Выбор оптимального соотношения между этими параметрами должен сделать пользователь лампы. Автор выбрал сопротивление дополнительного резистора около 0,5 Ом. В сделанный разрез проводника, идущего от выводов CS (выводы 7 и 8) микросхемы к резисторам датчика тока Rcs1 и Rcs2 были установлены два включённых параллельно резистора по 1 Ом для поверхностного монтажа типоразмера 1206;
— изменяя сопротивления резисторов Rcs1 и Rcs2, ток через светодиоды можно увеличить до установленного производителем микросхемы максимального значения — 350 мА. Эта возможность может быть использована в других проектах в случае использования драйвера на основе микросхемы ВР9833А. Однако для лампы, рассматриваемой в статье, это нецелесообразно;
— в каком температурном режиме работает драйвер, выяснить не удалось, так как он полностью изолирован и находится внутри корпуса лампы. Вполне вероятно, что его температура все же превышает допустимые +105 °С. Оба оксидных конденсатора (С1 и СЗ) драйвера были изготовлены неизвестным производителем, что позволяет сомневаться в надёжности их работы. Чтобы уменьшить вероятность их отказа, конденсаторы были заменены аналогичными более надёжного производителя (Jamicon);
— подход некоторых производителей к изготовлению светотехнической продукции (яркая, но недолговечная), преднамеренно игнорирующий вопросы надёжности продукции в процессе эксплуатации, не столь безобиден, как кажется на первый взгляд. При сравнительно высоких ценах на светодиодные источники света, по сравнению с другими, быстрые отказы светодиодных ламп подрывают доверие к ним потребителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВР9833А— http://www.bpsemi. com/en/product_result.php?id=152
(01.02.17).
2. Драйверы высоковольтных светодиодов на ВР9833А. — http://9zip.ru/aliexpress_high_voltage_led_driver bp-9833a.htm (01.02.17).
Радио №6, 2017