Фирма PHILIPS снова расстроила. Размышления о схемотехнике светодиодных ламп.
Написать данный пост меня подтолкнула необходимость починки очередной светодиодной лампы. На этот раз это PHILIPS 13W 3000K 1400lm E27.
В Сети можно встретить много рекомендаций по ремонту светодиодных ламп, сводящихся к тому, что неисправный светодиод нужно замкнуть. Различаются только "технологии" этого замыкания. Кто-то рекомендует электропроводный клей, кто-то наклеивает на соскобленный светодиод кусок фольги с помощью изоленты, кто-то замыкает светодиод куском провода или каплей припоя. Однако это слишком упрощённый подход. Вначале нужно понять устройство ремонтируемой лампы. Общим для всех светодиодных ламп является источник стабильного тока, питающий светодиоды. Благодаря этой схеме ток через светодиоды поддерживается относительно стабильным независимо от напряжения в сети и температуры светодиодов. А вот схемы включения светодиодов могут быть различными. "Филаментные" лампы рассматривать не будем ввиду невозможности их простого ремонта.
Обычно в светодиодной лампе есть последовательная цепь из нескольких светодиодов. Как только один из светодиодов перегорает, вся лампа гаснет. В этом случае обычно достаточно замкнуть этот сгоревший светодиод, и лампа будет светить снова.
Реже встречается схема, когда в последовательной цепи стоит несколько ячеек, в каждой из которых стоят два светодиода, соединённых между собой параллельно. В таком случае, если в одной из ячеек вдруг один светодиод перегорает, то весь ток направляется в парный ему светодиод ячейки, и он тоже вскоре перегорает, в результате вся лампа гаснет. В таких лампах светодиоды перегорают парами. Для восстановления достаточно замкнуть сгоревшую пару, но лучше также снизить вдвое общий ток, чтобы при сгорании одного из светодиодов в паре ток через другой светодиод пары не приводил к его немедленному перегоранию. При этом мощность лампы снижается вдвое, но повышается надёжность. Вечной такая лампа всё равно не становится (проверено).
Бывает, что в лампе сделано две параллельных друг другу независимых цепи из последовательно соединённых светодиодов. Вот это, на мой взгляд, самая ужасная схема. Встречается она редко, но уже мне попадалась раньше. Именно она и применена в лампе PHILIPS. При перегорании одного из светодиодов вся последовательная цепь гаснет, и весь ток лампы перенаправляется во вторую цепь светодиодов. Естественно, от такого вдвое завышенного тока вторая цепь тоже вскоре перегорает, но сколько светодиодов в ней сгорит, один или несколько, предсказать невозможно.
Два сгоревших светодиода были заметны невооружённым глазом - они были покрыты копотью. Они были из разных цепей. Я их замкнул. Лампа горит, но явно в каждой из цепей есть ещё, как минимум, по одному готовящемуся откинуться светодиоду. Цепи перемигиваются. Надо бы и их найти и исключить, пока они всё не испортили. Но пока отложил её.
А теперь поделюсь своими соображениями о лампочке мечты, "вечной лампе", в которой светодиоды будут перегорать по одному, и которая не потребует ремонта до полного перегорания всех светодиодов. В такой лампе перегорание одного светодиода не должно изменять режимы работы остальных светодиодов. Из этого следует, что схема лампы должна представлять собой источник постоянного напряжения, от которого параллельно питаются все светодиоды, каждый из которых должен быть подключен к нему через свой индивидуальный источник стабильного тока.
На первый взгляд такая схема представляется чудовищно громоздкой, но это не так. В качестве источников стабильного тока вполне можно использовать резисторы. Таким образом, приходим к известной схемотехнике светодиодной ленты. Обычно в светодиодных лентах, рассчитанных на 12 В, тройки последовательных светодиодов подключаются к питающему напряжению через резистор. Если принять напряжение на одном светодиоде равным 3 В, получим отношение напряжения на светодиодах к питающему напряжению, равное 9/12 = 0.75. Очевидно, что таким же будет отношение мощности, потребляемой светодиодами, к мощности, отдаваемой источником напряжения, и поэтому это отношение можно назвать "КПД источника тока". В такой светодиодной ленте светодиоды сгорают тройками, поэтому это ещё не совсем лампочка мечты. Чтобы сделать настоящую лампочку мечты, нужно подключить все светодиоды к источнику напряжения через индивидуальные резисторы. Если задаться тем же КПД источника тока, напряжение питания всех светодиодов следует выбрать равным 4 В. Не исключено, что светодиодные ленты на такое напряжение производятся.
Может показаться, что тем самым проблема создание вечной лампы решена. Однако, если мы хотим создать лампу, в которой светодиоды потребляют мощность 10 Вт, нам потребуется источник напряжения 4 В с током 10/3 = 3.3 А, что снова выглядит громоздко. Поэтому для создания такой мощной лампы придётся пойти на компромисс и применить 12-вольтовую светодиодную ленту и источник напряжения 12 В на ток 1.1 А.