Высокоэффективная узконаправленная светодиодная лампа в стеклянном корпусе

С развитием полупроводниковой промышленности, сверх-яркие высокоэффективные светодиоды быстрыми темпами ворвались не только в радиоэлектронику, но и в нашу жизнь, и завоевали практически все области применения искусственных источников света, начиная с индикаторных и доходя до освещения целых зданий, улиц и городов. Главная причина этому как раз в их высоко-эффективности, позволяющая с меньшим энергопотреблением получать больший световой поток по сравнению с традиционными лампами накаливания и даже по сравнению с КЛЛ (компактная люминесцентная лампа). В добавок светодиоды имеют различные цвета свечения и разную цветовую температуру на выбор, и для них придумано множество хитрых решений питания и регулировки яркости свечения.

В статье предлагается короткий обзор современной довольно высококачественной светодиодной лампы (далее лампа) с разборкой и зарисовкой принципиальной схемы для дальнейшего использования в возможном ремонте. Такие лампы можно использовать для настольного освещения, объединять в люстры, или массивы и сегменты в качестве дополнительного освещения комнат, коридоров, залов и прочего.

Лампа имеет стеклянный корпус и цоколь типа GU10. По надписям не корпусе, при потребляемой мощности 5,9 Ватт она обеспечивает световой поток 350 Люмен с цветовой температурой 2700 Кельвин. Питается лампа от сети переменного тока с напряжением 230 Вольт и может работать совместно с диммером:

С внутренней стороны корпус покрыт отражающим слоем, образующим рефлектор, а с лицевой стороны светодиодная матрица (далее матрица) лампы прикрыта своеобразной линзой, определённым образом направляющей и рассеивающей световой поток от неё:

Для разборки лампы, линза снимается вместе с матрицей на составном алюминиевом радиаторе, который обмотан белым уплотнителем и запрессован в стеклянный корпус. Сама линза пластиковая, и имеет штыри, удерживающие её на радиаторе матрицы. Радиатор состоит из двух частей, в одной из которых имеются два отверстия для подведения питания к матрице, а на второй образованы направляющие для сопоставления с платой драйвера. Светодиодная матрица собрана из пяти последовательно соединённых светодиодов поверхностного монтажа, каждый из которых в своём корпусе имеет два последовательно соединённых кристалла. Конечные контакты матрицы подведены к пружинящим лепесткам, и имеют соответствующие обозначения полярности:

В глубине стеклянного корпуса лампы была вставлена небольших размеров плата питания (LED-драйвер) светодиодной матрицы, с двухсторонним расположением радиокомпонентов смешанного типа. На плате использованы как выводные, так и детали поверхностного монтажа:

На одном конце плата имеет контактные отверстия, для подачи питания от осветительной сети, а на другом конце образованы штыри с контактными площадками, для снятия напряжения с них пружинящими лепестками матрицы. Контактные отверстия и площадки имеют соответствующие обозначения. Самыми высокими и массивными элементами на плате являются конденсаторы и дроссели:

По рисунку печатной платы и прозвонкой соединений, была составлена принципиальная схема светодиодной лампы в целом. Сетевое напряжение проходит через гасящий резистор и предохранитель (который по сути так же является резистором) выпрямляется диодным мостом и подаётся на преобразователь, выполненный на восьми-выводной микросхеме с маркировкой "J1139J". Как видно из схемы, энергия запасается в дросселе L2 и передаётся в нагрузку через диод D3. На выходе установлен сглаживающий фильтр из конденсаторов C5 и C7. Резисторы R4, R5, R7, R8, R9 и R11 прецизионные, с допустимой погрешностью сопротивления ±1%. Могут удивить обозначения и позиционные номера элементов на схеме, но они соответствуют обозначениям на самой плате устройства, и сохранены для совместимости, большей ясности и избежания путаницы при возможном ремонте:

На рисунке схема выглядит очень простой, хотя на печатной плате всё довольно запутано и детали расположены в хаотичном порядке. Данная лампа представлена на рынке в 2019-ом году, и к сожалению не удалось найти техническую документацию на используемую здесь микросхему LED-драйвера J1139J, но зарисованную принципиальную схему вполне можно использовать для справки во время ремонта или дальнейшей переделки осветительного прибора. По схеме так же видно, что матрица не имеет гальванической развязки от осветительной сети, и при включённой лампе нужно проявлять осторожность и меры безопасности даже при работе со светодиодами.

Прежде чем перейти к тестированию лампы, будет описана её небольшая переделка, а точнее переделка корпуса, ради чего собственно говоря и начиналась эта затея. Всё дело в том, что в оригинале лампа имеет менее распространённый цоколь GU10. К нему претензий нет, он довольно удобный и надёжный, но в месте, где планировалось использовать эту лампу, был установлен патрон типа E27, который не представлялось возможным заменить. Поэтому было решено пойти более сложным путём, и заменить цоколь, а вместе с ним и весь корпус самой лампы. Для этого была разобрана отслуживший свой срок другая светодиодная лампа с таким же цоколем, но с другим типом корпуса:

Корпус лампы-донора состоит и массивного ребристого радиатора с углублениями на внутренней и лицевой стороне. Во внутреннее углубление может поместиться часть платы драйвера, а с лицевой стороны устанавливается светодиодная матрица с накрывающим её рефлектором. Рефлектор имеет три защёлки, которые удерживают его на месте, в наружном углублении радиатора:

Так как весь радиатор рассматриваемой лампы составной, то он легко разделяется на две части, одна из которых основная, с установленными на ней светодиодами. Эта часть хорошо подходит под новый ребристый радиатор лампы-донора и ровно вставляется в его лицевое углубление. Единственное - на толщину радиатора матрицы пришлось сточить узкую часть рефлектора, что бы он до конца защёлкивался и устанавливался на своё место. Рефлектор изготовлен из пластика и легко поддаётся обработке: При установке он прижимает матрицу к основному радиатору, а его узкая часть образует ровный круг для светодиодов матрицы:

Далее матрица была зафиксирована на основном радиаторе теплопроводным клеем и соединена с платой питания проводами в термостойкой изоляции. В качестве цоколя E27 был использован цоколь от старой ненужной КЛЛ. Часто приходится использовать такие цоколи и в самодельных светодиодных лампах, поэтому по возможности стараюсь не выбрасывать отслужившие свой срок КЛЛ и собираю корпуса и детали от них. Из плат балласта так же несколько раз делал импульсные блоки питания и высокочастотные паяльники, но это уже другая тема, и если кого-то интересует, то можно поговорить об этом.
Так вот, для удлинения цоколя в полноценный корпус, к нему был приклеен отрезок пластиковой трубы из магазина сантехники. Для лучшего обтекания воздуха и хорошего охлаждения радиатора, на трубе были сделаны треугольные вырезы. Труба свободно режется и обрабатывается полотном ножовки:

Затем, предварительно заизолированная, плата питания матрицы, помещается в пространство между радиатором и цоколем, а сам радиатор приклеивается к образовавшимся лучам пластиковой трубы с помощью клея "Akfix". Может это не самый хороший и надёжный способ крепления, но данная лампа светит так уже несколько месяцев по 5-6 часов в день, и пока ни одно место не отошло и всё держится на прежних местах. Переделанная готовая лампа имеет следующий вид:

Может она выглядит не очень презентабельно, но в данном случае это было не критично, и просто нужно было быстро получить результат, особо не заботясь о внешней красоте, а описанная переделка не обязательна для нормальной работы устройства. После сборки в корпус пришло время проверить лампу на работоспособность и протестировать её технические параметры. Для этого лампа ввинчивается в патрон и на неё подаётся напряжение сети. Так как под рукой не было ваттметра, то для вычисления потребляемой мощности, сначала было измерено напряжение, а затем и ток потребления лампы, который при напряжении 234 В составил 30 мА. При этом она светит довольно ярко, и субъективно даже немного ярче других подобных ламп такой же мощности, а новый рефлектор прекрасно сфокусировал световой поток в нужном месте:

Да, для измерений использовался мультиметр, описанный в ранней статье, и он умеет измерять силу переменного тока в довольно широких пределах. Из показаний прибора можно вычислить, что лампа потребляет мощность Р = U*I = 234 В * 0,03 А ≈ 7 Ватт. На глаз, да и на камеру лампа почти не мерцает, что хорошо видно на демонстрационном видео. После двух часов работы была так же измерена температура радиатора, которая поднялась до 68 °C при комнатной температуре окружающей среды, что заметно ощутимо на ощупь, но никак не критично для самой лампы:

Под конец была проверена работа лампы с совместимым димером на микроконтроллере. Световой поток корректно затемняется, а потребляемая мощность снижается, и так же, как и без димера, на глаз не наблюдается никакого мерцания, хотя димер срезает полу-волну питающего напряжения и как правило, вследствие этого появляются большие пульсации. В конечном итоге лампа показала высокую надёжность и эффективность, а в случае поломки она довольно ремонтно-пригодна, хотя на данном этапе никакого ремонта и не понадобилось. 

Если читателя интересует тема светодиодного освещения, то её можно продолжить, и в следующих статьях поговорить о димерах и драйверах, а так же о возможности самостоятельно собрать светодиодные осветительные приборы под конкретные задачи своими руками.

Статьи по теме:

• Простая светодиодная лампа своими руками
• Быстрый ремонт светодиодной лампы
• Светодиодный драйвер повышенной точности на микросхеме LM3406HV
• Автономный светодиодный прожектор на Arduino
• Простой способ стабилизации больших токов с малыми потерями на измерительном элементе
• Инфракрасный датчик препятствия на компараторе LM393

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• LED драйвер