Светодиодная лампа: схема, работа, ремонт

Ранее была рассмотрена конструкция светодиодной лампы в целом (смотрите "Устройство светодиодной лампы"). Теперь разберёмся с её электронной начинкой, которая в дешёвых лампах довольно незамысловата^*.

^* Будем рассматривать устройство на примере светодиодной лампы "КОСМОС A60 E27 7Вт 3000К 220В/50Гц 0.054А".

Оглавление
Устройство (простейшей) светодиодной лампы
Светодиодная лампа: схема, работа, ремонт

Схема электрическая принципиальная LED-лампы
Исследование вольтамперной характеристики LED
Описание работы схемы
Ремонт светодиодной лампы
Пайка светодиодов в светодиодной лампе

Демонтаж
Монтаж

Доработка драйвера
Целесообразность ремонта

Устройство светодиодной лампы с импульсным драйвером
Устройство светодиодной лампы с импульсным драйвером (часть 2)

Схема электрическая принципиальная LED-лампы

Для питания светодиодов требуется устройство стабилизации тока. Это устройство принято называть драйвером светодиодов. Плата "драйвера" в светодиодной лампе расположена в непосредственной близости к цоколю, её фотографии смотрите на рис. %img:top, рис. %img:bottom (вид сверху и вид снизу).

Рис. %img:top

Рис. %img:bottom

Сами светодиоды, питаемые "драйвером", расположены на отдельной алюминиевой плате, которая способна обеспечить эффективный теплоотвод (в отличие от обычных стеклотекстолитовых плат). Все светодиоды соединены последовательно, благодаря чему сила тока через каждый из них оказывается одинаковой, поэтому достаточно одного устройства стабилизации тока для питания сразу всей цепочки светодиодов.

Рис. %img:cir

Впрочем, как таковой, схемы стабилизации здесь нет (смотрите принципиальную схему, рис. %img:cir). Есть достаточно примитивная схема мостового выпрямителя с емкостным балластом, выходной ток которой очень сильно зависит от параметров электрической сети (напряжения, частоты, коэффициента гармоник) и самой нагрузки. "Правильные" светодиодные лампы оснащаются импульсным драйвером, который при высоком КПД обеспечивает высокую стабильность тока (рассматриваются в статье "Устройство светодиодной лампы с импульсным драйвером").

В данной лампе емкостной балласт образован двумя конденсаторами C1, C2, соединёнными параллельно, общая ёмкость составляет примерно 1.2 мкФ. Интересно, что ёмкость C2 составляет 0.74 мкФ, т.е. не принадлежит к ряду рекомендуемых значений (впрочем, это не имеет никакого значения, просто любопытно). Резистор R1 необходим для быстрой разрядки конденсаторов C1, C2 балласта при отключении питания (в целях безопасности лампы для пользователя, а именно, для предотвращения удара током в случае, если человек возьмётся за цоколь лампы, только что вывернутой из патрона).

Резистор на входе FR1 с малым сопротивлением ограничивает бросок тока, связанный с зарядом конденсаторов при включении лампы в сеть. Кроме того, ограничивает напряжение на цепи светодиодов в начальный момент после включения, когда конденсаторы ещё не заряжены, т.е. напряжение на них нулевое. Тогда цепь светодиодов фактически оказывается подключённой к сети через резистивный делитель напряжения FR1-Rs, где Rs - паразитное последовательное сопротивление сглаживающего конденсатора C3 (пренебрегаем активным сопротивлением балласта - считаем последовательное сопротивление плёночных конденсаторов много меньше сопротивления электролитических). Также FR1 в некоторой степени выполняет функции предохранителя.

Требуемый для питания светодиодов постоянный ток получают с помощью мостового выпрямителя DB1 типа MB10S.

Электролитический конденсатор C3 сглаживает пульсации напряжения на выходе мостового выпрямителя DB1. Впрочем, в данном случае он делает это из рук вон плохо - ёмкости 4.7 мкФ здесь совершенно недостаточно, в результате получаем чудовищный коэффициент пульсаций тока через светодиоды и совершенно недопустимый уровень мерцания лампы. На плате оставлено место под конденсатор C4 такого же размера для подключения его параллельно C3, но он не распаян (для предельного удешевления изделия). Установка C4 заметно бы снизила уровень пульсаций. Резисторы R2, R3 разряжают конденсатор при отключении питания, здесь установлены SMD резисторы; последовательное соединение увеличивает максимально допустимое общее напряжение. Используемый конденсатор имеет максимально допустимое напряжение 400 В, что значительно превышает напряжение, которое может быть на цепочке светодиодов в этой лампе в нормальном режиме. Использование конденсатора на меньшее напряжение позволило бы при том же объёме, выбрать большую ёмкость и получить лучшее сглаживание пульсаций. Однако, перестраховка не является излишней. Конструкция явно рассчитана на то, что светодиоды будут регулярно выгорать, потребляемый цепью светодиодов ток при этом резко падает и C3 заряжается почти до амплитудного значения напряжения в сети (310..350 В при действующем напряжении 220..250 В). Рассчитанный на меньшее напряжение электролитический конденсатор неминуемо взорвался бы, что вряд ли сильно обрадовало хозяина лампы.

На плате есть место под установку резистора последовательно с цепочкой светодиодов, но в данной лампе он не распаян.

Тип светодиодов, к сожалению, неизвестен. Зато можно провести небольшое дополнительное исследование с целью выявить их характеристики для дальнейшего анализа работы схемы.

Исследование вольтамперной характеристики LED

Рис. %img:test_cir

Для снятия вольтамперной характеристики воспользуемся простейшей схемой (рис. %img:test_cir) с регулируемым источником напряжения U, который подключается к исследуемому светодиоду LED через защитный токоограничивающий резистор R (защищает светодиод, ограничивая максимальный ток через него в процессе измерений). Напряжение на светодиоде измеряем вольтметром V, общий ток через светодиод и вольтметр измеряем миллиамперметром A. В процессе измерения предел измерения напряжения не переключается, значит, внутреннее сопротивление вольтметра остаётся неизменным, что позволяет учесть ток через вольтметр внесением соответствующей поправки. Результаты измерения помещены в таблицу.^*

^* Температура воздуха в процессе измерений около 300 К (на самом деле немного ниже, но округлим до этой величины, так как имеет место разогрев кристалла проходящим током).

В точке #1 не наблюдается заметного в нормальных условиях (неяркого естественного освещения) свечения светодиода, в точке #2 уже появляется пока ещё очень слабое свечение. Начиная с точки #3, свечение становится вполне отчётливым. В первых двух точках ток через светодиод крайне мал, он меньше или много меньше тока через вольтметр и не может быть измерен в этой установке с приемлемой точностью. Эти точки не будем учитывать при построении вольтамперной характеристики, однако они важны, так как позволяют оценить сопротивление вольтметра Rv (получается около 930 кОм в нашем случае). Тогда ток через светодиод в остальных точках может быть вычислен как I_led=I-V/Rv, где I, V - измеренные ток и напряжение соответственно.

Первое, что обращает на себя внимание в полученных результатах - очень высокое, порядка 13 В падение напряжения на светодиоде в прямом направлении (в режиме, предположительно близком к номинальному, т.е. при токах 10 мА - несколько десятков мА). Для одиночного светодиода следовало бы ожидать падения напряжения в районе 3.5 В.

Нетрудно догадаться, что на самом деле мы имеем дело не с одиночным светодиодом, а со сборкой из 4 последовательно соединённых светодиодов в одном SMD-корпусе. Это предположение подтверждается при наблюдении светоизлучающего элемента, когда через него проходит небольшой ток и яркость свечения невелика.

Рис. %img:led

Рис. %img:led_cir

Несмотря на то, что SMD-элемент заполнен люминофором, из-за сильного рассеивания света не позволяющего чётко видеть содержимое, всё же хорошо видны 4 отдельных области излучения (рис. %img:led). Даже можно разглядеть соединяющие светодиоды проволочки. Для тех, кто не может разглядеть, рядом помещена эта же фотография с прорисованными от руки светодиодами и соединительными проводниками (рис. %img:led_cir).

Хотя светоизлучающий элемент оказался сборкой из четырёх последовательно соединённых LED, всё же будем рассматривать его при моделировании как единое целое, тем более что доступа к отдельным компонентам всё равно мы не имеем. Для моделирования воспользуемся простейшим вариантом SPICE-модели диода: последовательно соединённые идеальный диод D и резистор RS (рис. %img:spice_led).

Рис. %img:spice_led

Вольтамперная характеристика идеального диода имеет вид: $$ i={IS}\cdot \left(e^{\frac {V_D} {{VT}\cdot N}}-1\right). $$ Здесь VT - зависящий от температуры коэффициент: \( {VT}=kT/q=1.38\cdot 10^{-23}T/1.602\cdot 10^{-19} \), k - постоянная Больцмана; q - элементарный заряд; T - температура p-n перехода в Кельвинах.
i - ток через идеальный диод; V_D - напряжение на идеальном диоде; IS, N, а также сопротивление последовательно соединённого резистора RS - параметры модели, которые следует подобрать таким образом, чтобы вольтамперная характеристика модели была по возможности близка к экспериментально полученной.

В математическом пакете Scilab путём минимизации суммы квадратов относительных ошибок тока, рассчитанного для модели, были получены следующие значения параметров:
IS=2.65e-28;
N=7.2;
RS=65.
В таком случае, используемая SPICE-модель будет следующей:
.MODEL COSMOSLED D (IS=2.65e-28 N=7.2 RS=65)

Рис. %img:g1

Рис. %img:g2

На графиках изображена вольтамперная характеристика светодиодного модуля в линейных (рис. %img:g1) и логарифмических координатах (рис. %img:g2); экспериментальные точки изображены крестиками.

На начальном участке характеристики, до напряжения около 11 В зависимость тока от напряжения является очень резкой - экспоненциальной; для данного модуля происходит удвоение тока при увеличении напряжения примерно на 0.13 В на этом участке. Далее, при больших токах, всё в большей степени сказывается влияние последовательного сопротивления, и характеристика приближается к линейной.

Описание работы схемы

Резкую зависимость тока через светодиод от напряжения на нём можно рассматривать как слабую зависимость напряжения от тока. При изменении тока в широких пределах, напряжение на одном элементе остаётся в пределах 13..15 В, значит, напряжение на всей цепочке из 14 светодиодов в установившемся режиме составляет 180..210 В. Напряжение на светодиодах оказывается достаточно стабильным, а пульсация напряжения - небольшой. Анализ показывает, что размах пульсации напряжения составляет около 10% от среднего напряжения.

Мы видим, что напряжение на светодиодной цепи оказывается высоким, соизмеримым с амплитудой сетевого напряжения, что существенно влияет на работу емкостного балласта и требует обязательного учёта.

Анализ работы выпрямителя с емкостным балластом довольно громоздкий для того, чтобы разместить его тут. Поэтому он помещён в отдельную статью "Выпрямительный мост с емкостным балластом". Здесь приведём лишь полученные там основные выводы.

Будем использовать следующие обозначения: Ua - амплитуда сетевого напряжения; T - период колебаний напряжения в сети; f=1/T - частота; U₀ - напряжение на нагрузке выпрямителя (в используемом приближении наличие пульсаций не учитывается, напряжение на нагрузке считаем постоянным).

Потребляемая мощность (среднее значение) $$ \bar p=4 f C U_0 (U_a-U_0). \tag{1} $$ Действующее значение потребляемого тока $$ \def \%#1% {\mbox {#1} \,} I_e=\pi f C U_a \sqrt{1-\frac{4t_{on}}T-\frac 1 \pi \sin \frac{4\pi t_{on}}T}, \tag{2} \\ t_{on}=\frac T {2\pi} \%arcsin% \left( \frac {2U_0} {U_a} -1 \right). $$ Ток через нагрузку $$ I_{l}=4f C(U_a-U_0). \tag{3} $$ Относительное изменение тока нагрузки при изменении напряжения в сети $$ \varepsilon_{Il}=\frac{\varepsilon_{Ua}}{1-\frac{U_0}{U_a}}. \tag{4} $$

Схема имеет такое неприятное свойство, что относительное изменения тока в нагрузке всегда больше вызвавшего его относительного изменения напряжения сети. Если при малых напряжениях на нагрузке коэффициент превышения близок к 1, то с приближением U₀ к U_a коэффициент может стать много больше 1. Например, для нашей лампы, если считать U₀=200 В, U_a=300 В, то изменение сетевого напряжения на 10% (довольно рядовая ситуация) вызовет изменение действующего тока через светодиоды на 30% (значительное изменение), что может привести к выходу за пределы допустимого диапазона токов.

Потребуется делать очень большой запас по току (невыгодно, нормальный источник питания обойдётся дешевле, чем светодиоды с большим запасом по допустимому току) или намеренно допустить возможность работы светодиодов на предельных и запредельных режимах, что будет иметь весьма очевидное влияние на надёжность изделия.

Впрочем, это не единственный недостаток. Все проблемы выпрямителя с конденсаторным балластом касаются и данной лампы, использующей эту схему. Например, схема весьма чувствительна к отклонению формы сетевого напряжения от "идеального синуса" и к наличию в сети высокочастотных помех. Реактивное сопротивление балласта обратно пропорционально частоте, а ток через него прямо пропорционален частоте колебаний. Так что высокочастотная составляющая спектра сетевого напряжения, даже при небольшой амплитуде, может привести к значительному росту тока, потребляемого лампой и быстрому выходу её из строя. Причинами искажения формы сигнала и источниками высокочастотных помех могут быть мощные нелинейные потребители (мощные импульсные блоки питания без коррекции коэффициента мощности), мощные нестабильные потребители типа сварочных аппаратов, а также помехи, возникающие при коммутации мощных нагрузок, искрении контактов. Во всех этих случаях наша лампа, начисто лишённая каких-либо фильтров и других средств защиты от присутствующих в сети спектральных составляющих, с частотами выше основной, оказывается абсолютно беззащитной. Это одна из причин, по которым срок службы при работе в реальной сети совершенно непредсказуем.

Однако, вернёмся к рассмотрению лампы, подключённой к идеальному источнику синусоидального напряжения.

Рассчитанная по формуле (1) средняя мощность для номинального напряжения сети 220 В (\(U_a=U_e\sqrt 2\)), указанного в маркировке, оказывается ближе к 6 Вт, нежели к заявленным 7 Вт. С другой стороны, с ростом напряжения в сети она быстро растёт и при 240 В расчётное значение уже близко к 7 Вт.

Потребляемый от сети ток, указанный в маркировке лампы, примерно соответствует действующему значению, которое можно рассчитать по формуле (2). Видим, что потребляемая мощность не равна произведению действующего значения тока и действующего напряжения в сети. Это обусловлено тем, что данная лампа является нелинейным потребителем, а кроме того, имеет реактивную составляющую потребляемого тока.

Расчёт по формуле (3) тока нагрузки даёт значение порядка 30 мА. Однако, на самом деле, ток нагрузки является пульсирующим и размах пульсаций очень велик, в отличие от пульсаций напряжения на нагрузке. Связано это с тем, что как уже неоднократно говорилось ранее, зависимость тока через светодиод от напряжения на нём очень резкая. Поэтому, сравнительно малые пульсации напряжения на светодиодах приводят к огромным пульсациям тока (или наоборот, даже значительные пульсации тока не приводят к существенному изменению напряжения на светодиоде).

Вот что показывает численный анализ цепи с использованием модели светодиода, полученной нами при изучении его вольтамперной характеристики. Как видим, в целом графики соответствуют результатам теоретического анализа выпрямителя с балластом.

Используемые на графиках обозначения:
v(V1) - напряжение сети;
v(C) - напряжение на конденсаторе;
v(bridge_in) - напряжение на входе выпрямительного моста;
i(C) - ток через балласт;
v(LEDs) - напряжение на цепочке последовательно соединённых светодиодов;
i(LED) - ток через светодиоды.

Характер нагрузки и недостаточная ёмкость сглаживающего конденсатора приводят к тому, что ток в точках максимума отличается от тока в точках минимума примерно в 3.5 раза, он колеблется в пределах от примерно 12 до 42 мА (при этом действующее значение тока нагрузки чуть менее 30 мА). В результате свет от лампы сильно мерцает, частота мерцания вдвое больше частоты сети и равна 100 Гц. Сильно выраженное мерцание приводит к быстрому утомлению при использовании этих ламп для освещения (на частоте 100 Гц мерцание замечают не все люди, но многие, а утомление возникает даже у тех, кто мерцания не замечает). Опасны эти лампы также из-за стробоскопического эффекта, из-за которого вращающиеся детали инструментов и станков воспринимаются как неподвижные или медленно поворачивающиеся при определённых соотношениях частоты вращения и частоты мерцания. Проявляется подобный эффект не только на производствах или при работе с домашним электроинструментом, но в совершенно бытовых ситуациях, когда любой быстро движущийся предмет оставляет за собой "пунктирный след", что безопасно, но очень раздражает.

В таком виде как она есть, лампа совершенно непригодная для использования (даже в идеальной питающей сети). Используемая в ней примитивная схема в принципе не позволяет добиться хороших результатов. Тем не менее, внеся изменения в лампу (смотрите далее), можно существенно увеличить её надёжность, долговечность, довести коэффициент пульсаций до приемлемого уровня.

Есть у схемы с емкостным балластом и очевидное достоинство (по сравнению с импульсными схемами) - это полное отсутствие радиочастотных помех.

Ремонт светодиодной лампы

Наиболее частая неисправность лампы - выход из строя одного или нескольких светодиодов. Обычно светодиод "выгорает", разрывая цепь. А так как все светодиоды соединены последовательно, то при этом они прекращают светиться все, в том числе и те из них, которые пока ещё исправны.

В простейшем случае ремонт сводится к частичной разборке лампы со снятием верхней части колбы для доступа к плате светодиодов, выявлению неисправных светодиодов и их замене.

Но всё же лучше подвергнуть лампу полной разборке, т.е. дополнительно снять её цоколь, тем самым освободив драйвер, который мы сможем модифицировать. Этот вариант не намного сложнее, но даёт существенно более хороший результат. Будем придерживаться именно этого варианта.

Итак, в случае неисправности, разбираем лампу: снимаем цоколь, разделяем колбу на две части, отпаиваем от платы светодиодов подводящие ток провода (легко отпаиваются простым паяльником, хорошо прогретым, достаточной мощности, допустим 40 Вт), снимаем плату светодиодов, вынимаем плату драйвера.

Теперь можно провести диагностику драйвера. Полезным будет проверить конденсаторы балласта на отсутствие пробоя. Проверка проводится прямо в схеме. Мультиметром измеряем сопротивление между выводами конденсаторов балласта. Сопротивление исправного конденсатора много больше сопротивления разрядного резистора R1, поэтому в результате измерений должны получить сопротивление этого резистора (+/- допуск, обычно 5%).

На всякий случай можно проверить FR1 на отсутствие обрыва. Обрыв возможен при пробое конденсаторов балласта.

При желании можно проверить исправность выпрямительного моста, поочерёдно "прозванивая" каждое из его плеч. Но это необязательно, как правило, проблем с выпрямителем не возникает.

Если имеется прибор для измерения ёмкости, не помешает проверить сглаживающий конденсатор C3. Длительная работа при повышенных температурах, что характерно для подобных ламп, способна привести к потере ёмкости и росту последовательного паразитного сопротивления (желательно, чтобы сопротивление не превышало 50 Ом на частоте 120 Гц). При значительном ухудшении параметров конденсатор подлежит замене.

Убедившись в исправности драйвера, либо выявив все его неисправности, переходим к проверке светодиодного модуля. Прежде всего, отмечаем как неисправные те светодиоды, которые имеют видимые дефекты (значительное изменение цвета люминофора по сравнению с остальными, потемнение, пятна и следы выгорания в объёме люминофора). Остальные светодиоды тестируем, подключая к источнику питания напряжением 15..30 В, обязательно через токоограничивающий резистор сопротивлением не менее 1 кОм (сопротивление увеличиваем, если свечение оказывается слишком ярким для комфортной работы). При подключении обязательно соблюдаем полярность! Светодиоды допускают весьма небольшое обратное напряжение! Полярность определяем по разводке дорожек на плате, правильная полярность указана на плате в точках подключения питания от драйвера. В процессе проверки отбраковываем несветящиеся светодиоды, либо светящиеся значительно слабее по сравнению с остальными.

Следует заменить отбракованные светодиоды на исправные, например, снятые с ненужной однотипной лампы-донора, либо на новые, обязательно подобранные по максимально допустимому прямому току и, желательно, по напряжению в прямом направлении. Для рассмотренной здесь лампы подойдут светодиоды, рассчитанные на ток 60 мА или более.

Допустимо заменить неисправные светодиоды перемычками, если их немного по сравнению с общим количеством светодиодов в лампе (допустим, если не более 10..15% от общего количества или 1..2 штуки для нашего примера). Расчёты по приведённым выше формулам показывают, что исключение из схемы 1..2 светодиодов при общем их количестве 14 штук приведёт к увеличению тока на 20..45%. Это изменение должно быть скомпенсировано путём внесения изменений в драйвер. Об этом далее.

Итак, выявив неисправные элементы и подобрав им замену, можно приступать к пайке.

Пайка светодиодов в светодиодной лампе

Демонтаж

Прежде всего, неисправные светодиоды необходимо отпаять. А в особо запущенных случаях предпочтительнее заменить их все на новые.

Способов демонтажа можно предложить несколько. Но в любом случае, не забываем наносить флюс - флюс помогает не только припаивать, но и отпаивать детали.

Следует учитывать, что задача усложняется высокой теплопроводностью алюминия, из которого изготовлена плата. В результате тепло активно отводится от точки нагрева, снижая её температуру и затрудняя расплавление припоя.

До тотального перехода на более тугоплавкие бессвинцовые припои, светодиоды отпаивались сравнительно легко с помощью фена. Могло потребоваться лишь небольшое увеличение температуры по сравнению с обычной пайкой.

Бессвинцовый припой на алюминиевой пайке поддаётся фену с большим трудом, требуется значительное повышение температуры, что создаёт угрозу повреждения соседних элементов. Поэтому следует использовать нижний подогрев платы. В бытовых условиях можно использовать обычный утюг. Достаточно выставить его на одну точку (температура около 100°C, совершенно безопасная для элементов даже при очень длительном воздействии), чтобы значительно облегчить работу феном.

Ещё один, самый простой способ - разрушающий демонтаж с помощью обычного, достаточно мощного паяльника (например, 40 Вт). Паяльником хорошо прогреваем удаляемый светодиод, после чего соскребаем его верхнюю пластиковую часть. Наносим флюс и легко отпаиваем оставшиеся выводы паяльником с каплей припоя.

Сняв любым из способов все неисправные светодиоды, при необходимости удаляем остатки припоя с контактных площадок платы, используя паяльник и медную оплётку. После этого можно приступать к монтажу новых светодиодов.

Монтаж

В процессе монтажа могут использоваться разные способы пайки, отличающиеся способом нагрева для расплавления припоя. Рассмотрим следующие варианты:
    1) пайка с использованием фена;
    2) дополнительный подогрев + фен;
    3) только подогрев.

1. Если выбрать для работы не слишком тугоплавкий припой (ПОС-61 или его аналог), то вариант пайки только с использованием фена вполне возможен. Способ довольно прост, но следует учитывать, что риск перегрева светодиода присутствует. Как уже отмечалось, в процессе пайки на алюминиевой плате, в связи с её высокой теплопроводностью, происходит интенсивный отвод тепла от точки пайки. Это затрудняет расплавление припоя, вынуждает повышать температуру воздушного потока от фена. Но при этом светодиод ещё не припаян к плате и эффективной отдачи тепла к ней не происходит, поэтому светодиод быстро и сильно нагревается.

2. Комбинированный способ (подогрев + фен) требует больше возни, но пайка происходит значительно легче, а риск перегрева паяемых элементов минимален.

3. Способ с пайкой при помощи печи наиболее выгоден, когда перепаиваются все светодиоды или большая часть из них. То, что для работы не требуется фен, также можно отнести к достоинствам метода. Однако если используется не специализированная печь, а просто утюг, следует убедиться, обеспечивает ли он достаточный нагрев. Дело в том, что на максимуме (регулятор на трёх точках), происходит нагрев примерно до 200°C, в разных моделях температура варьируется в пределах примерно +/- 25°C. То есть, может быть достаточной для выполнения пайки, а может быть и нет. С другой стороны, некоторые модели утюгов допускают установку регулятора за пределами максимального деления, что позволяет получить более высокую температуру. Таким образом, если для пайки приходится пользоваться подручными средствами, требуется предварительная экспериментальная проверка на возможность применения конкретного утюга для пайки конкретным припоем (во избежание перегрева, желательно при этом контролировать температуру нагрева подошвы утюга, например мультиметром с термопарой).

Выбрав наиболее подходящий способ, приступаем собственно к пайке. Для этого наносим на контактные площадки платы паяльную пасту для пайки SMD компонентов (содержащую припой в своём составе). При её отсутствии используем обычный припой, его удобно расплющить в фольгу и разделить на маленькие кусочки, которые помещаем на контактные площадки платы, предварительно нанеся на них флюс в виде пасты. Затем, соблюдая полярность, размещаем на плате светодиоды и выполняем пайку с использованием выбранного способа нагрева.

Доработка драйвера

В стремлении получить максимальную прибыль, недобросовестные производители сознательно идут на выпуск ламп, в которых светодиоды работают в предельных режимах по току и температуре или даже за пределами допустимых режимов. Ведь чем мощнее лампа, тем более она привлекательна с точки зрения маркетинга, а чтобы минимизировать затраты на её производство, выгодно закупать светодиоды как можно меньшей мощности (которые стоят дешевле более мощных) и выжимать из них всё возможное. По сути это обман, поскольку светодиоды на предельных режимах не способны проработать без отказов в течение заявленного срока службы лампы.

Ситуация ещё более усугубляется тем, что кроме недобросовестных производителей ламп, существуют недобросовестные поставщики светодиодов, указывающие в документации больший ток, чем тот, который является в действительности предельно допустимым. В итоге, в готовой лампе светодиод может оказаться подвергнутым двойному "разгону" - как по вине изготовителя лампы, так и по вине поставщика светодиодов.

Закономерным результатом становится крайне малый срок службы лампы, который часто оказывается меньше, чем у лампы накаливания (а не заявляемые 50000 часов, что чуть менее 6 лет).

Наша задача - обеспечить светодиодам щадящий режим работы. Для этого необходимо снизить ток вырабатываемый драйвером. Особенно это важно сделать в том случае, если в процессе ремонта было уменьшено количество светодиодов (вместо неисправных установлены перемычки), т.к. при этом снижается напряжение на цепочке светодиодов, что в случае лампы на емкостном балласте приводит к существенному росту тока (при неизменной ёмкости конденсаторов в балласте).

Снижая ток, вместе с тем снижаем нагрев светодиодов. Как показывают измерения, проведённые на рассматриваемой лампе, при температуре окружающей среды примерно 20°C, происходит разогрев алюминиевой платы со светодиодами до 90°C. Но температура окружающей среды зачастую бывает более высокой, достигая 30°C (и это не предел). Соответственно, температуры платы составит 100°C и более. А температура самого кристалла (p-n перехода), будет выше температуры платы. Это очень много.

Ориентировочно, для обеспечения благоприятного режима работы светодиодов, необходимо снизить ток через них в 1.5..2 раза. В нашем случае для этого следует во столько же раз уменьшить общую ёмкость балласта C1C2. Самое простое, что можно сделать для этого - отпаять конденсатор C1 (согласитесь, идеальный вариант ремонта и модернизации - убрать лишнее).

Понятно, что снижение тока через светодиоды сопровождается падением мощности лампы и её светового потока. С другой стороны, этот факт можно воспринимать с позитивной точки зрения. Не как снижение мощности, а как приведение её в соответствие с конструктивными возможностями данной лампы. Без специальных ухищрений типа дополнительных радиаторов, внешнего теплоотводящего оребрения, не стоит ждать, что компактная лампа при мощности более 5 Вт способна проработать длительный срок.

Чтобы лампа стала пригодной для использования в помещениях, где находятся люди, необходимо снизить уровень пульсаций светового потока, т.е. снизить уровень пульсаций тока через светодиоды. Наиболее очевидный путь достижения этой цели - увеличить общую ёмкость сглаживающих конденсаторов, благо место для размещения дополнительных конденсаторов в лампе имеется:
1. Можно установить на штатное место изначально не распаянный конденсатор C4 (параметры такие же, как у C3: 4.7 мкФ, 400 В, 105°C max).
2. На свободном месте, зарезервированном под R4, который на плате не установлен, можно разместить ещё один, такой же, как C3 конденсатор, включив его параллельно C3, C4 с помощью навесного монтажа.
3. Место, освобождённое при демонтаже C1 и пространство рядом, зарезервированное на плате под элементы входной цепи, которые в данной лампе не установлены, можно использовать для размещения ещё одного или нескольких конденсаторов с суммарной ёмкостью до 4..5 емкостей C3. В итоге общая ёмкость сглаживающих конденсаторов будет доведена до 30..40 мкФ, что снизит уровень пульсаций тока через светодиоды примерно до 15% (коэффициент пульсаций, определённый по размаху пульсаций).

Теперь остаётся только собрать лампу. Если имеется дополнительный теплоотвод, как в нашем случае, необходимо перед установкой на него платы со светодиодами, нанести теплопроводящую пасту. После сборки и проверки работоспособности, лампа готова к использованию.

Целесообразность ремонта

Ремонт дешёвой лампы не имеет особого смысла. Во-первых, затраченные усилия и время не окупаются достигаемой экономией. Во-вторых, велик риск того, что лампа после ремонта не прослужит долго. Это объясняется тем, что если некоторые светодиоды в лампе уже вышли из строя, то оставшиеся, которые проработали столько же времени в таких же условиях перегрева и перегрузки по току, скорее всего, также практически выработали свой ресурс и их срок службы близок к завершению. Даже если светодиоды продолжат работу в идеальных условиях, это не вернёт им того срока службы, на который они были изначально рассчитаны.

С другой стороны, ремонт имеет смысл, если выполнить его до начала эксплуатации лампы, как бы странно это ни звучало. На самом деле, это вполне рациональный вариант. Снизив ток и устранив перегрев светодиодов, мы значительно продлим срок службы лампы. А доработав лампу для снижения уровня пульсаций до приемлемых значений, сделаем возможным её использование для освещения жилых помещений.

Как дальнейшее развитие этой идеи можно предложить использование дешёвой лампы как основы для собственных разработок в области освещения. Если взять готовую лампу, заменить в ней драйвер на собственный с желаемыми характеристиками, перепаять светодиоды, заменив их светодиодами с нужными параметрами от надёжного производителя, то получим очень хорошую лампу за сравнительно небольшие деньги. Главное, что она будет гарантированно иметь требуемые характеристики. Исключается мучительный подбор нужного варианта (с элементами лотереи) среди существующих моделей.

И хотя от готовой лампы используется только корпус и плата для светодиодов (а значит, исправность лампы абсолютно никакого значения не имеет), всё же это здорово упрощает работу.