О ресурсе и доработке cветодиодных источников света

Современные недорогие светодиодные лампы и источники света с LED-элементами обычно имеют достаточно скромный ресурс. После окончания гарантийного срока (иногда и раньше) они довольно быстро выходят из строя.

В большинстве случаев это происходит из-за постепенной деградации светодиодов, работающих с повышенной яркостью на предельных токах. Ситуация усугублятся экономией на теплоотводящих элементах, которые сознательно делаются очень тонкими и с малой площадью.

На продолжительность безаварийной эксплаутации LED-ламп влияют следующие факторы:

• температура эксплуатации. Чем она больше, тем короче продолжительность работы светодиодов. Даже качественные светодиоды за 1-2 года теряют примерно треть светоотдачи во время работы при температуре порядка 100 градусов по Цельсию. Если их эксплуатировать при температуре 50-60 градусов, то наработка на отказ увеличивается в 3-4 раза — до примерно 6-7 лет!
  

Графики деградации светодиодных ламп разных производителей в зависимости от температуры эксплуатации:

• величина тока, протекающего через светодиоды. При его увеличении увеличивается яркость свечения, но сокращается время работы LED-элементов;
  

• качество изготовления и дизайн источников света. Продуманная конструкция позволяет улучшить условия охлаждения, обеспечить более комфортные условия для работы LED-компонентов, что увеличвает их срок службы. В лучшую сторону в этом отношении можно отметить продукцию таких компаний, как Nichia, Cree, Philips.
  

Зависимость времени эксплуатации одной и той же светодиодной лампы в закрытом светильнике, слабовентилируемом корпусе и на открытом стенде:

Как выбрать качественный светодиодный светильник?

Учитывая информацию, изложенную выше, при покупке светодиодных ламп, прожекторов, фонарей и других источников света с LED-элементами следует ориентироваться на продукцию с хорошими радиаторами, вентилируемым корпусом, качественным блоком питания, обеспечивающим работу светодиодов в щадящем режиме.

Хорошие светодиодные лампы имеют массивный ребристый радиатор из меди (теплопроводность 120-240Вт/(м*K)) или алюминия (400Вт/(м*K)) с керамическим патроном, который не боится высокой температуры и обеспечивает дополнительное охлаждение (120-200Вт/(м*K)). В них устанавливаются качественные светодиоды, которые работают в комфортном режиме, без турбобуста (задирания тока для увеличения яркости свечения).

Хорошие товары порой стоят в разы дороже дешевых аналогов, но они и работают в разы дольше. При желании можно значительно увеличить продолжительность работы даже дешевых источников света с LED-излучателями, уменьшив до минимума ток, подающийся на светодиоды.

Уменьшение яркости свечения светодиодов после снижения потребляемого тока можно компенсировать увеличением количества задействованных светодиодных ламп, либо приобретением LED-светильника с запасом по мощности с последующей его доработкой «напильником». Благодаря снижению потреблямого тока электронные элементы светильника станут меньше нагреваться, накопительные конденсаторы будут лучше сглаживать питающее светодиоды напряжение, что снизит вредную для глаз пульсацию.

Дешевые потолочные LED-светильники разных мастей диаметров и мощности можно купить на AliExpress всего за несколько долларов:

Светодиоды таких потолочных светильников работают с повышенной светоотдачей на больших токах. В них используются очень дешевый пластик корпуса с плохой вентиляцией и теплопроводностью, светодиоды установлены на тонком радиаторе недостаточного диаметра.

Например, в модели мощностью 36 ватт используется тонкий алюминиевый радиатор и диаметром 214 мм (площадь 359 см2):

Такой радиатор даже в хорошо вентилируемом корпусе не может обеспечить качественного охлаждения LED-элементов.

Считается, что для охлаждения каждого ватта мощности на светодиоде нужно использовать радиатор площадью не менее 35 кв.см, то есть для лампы мощностью 36 ватт площадь радиатора должна равняться хотя бы 36×35=1260 см2. Учитывая плохие условия охлаждения в закрытом корпусе светового прибора, радиатор должен быть еще больше.

Имея желание врем я и прямые руки можно сделать неплохой светильник и из недорого осветительного прибора.

Как модернизировать дешевую светодиодную лампу (светильник)?

Для увеличения срока службы практически любого современного светодиодного источника света нужно уменьшить до минимума рабочий ток светодиодов. Для этого обычно достаточно увеличить сопротивление резистора-датчика тока контроллера источника питания (драйвера). Это позволяет значительно снизить температуру работы светоизлучающего элемента и в разы увеличить время его работы.

Нормальная температура эксплуатации светодиодов не должна превышать 60-65°С. Чем ниже температура эксплуатации полупроводикового элемента, тем продолжительней его работа (см. статью О деградации памяти видеокарт при майнинге).

Для доработки светодиодного светильника нужно разобраться со схемой его драйвера (блока) питания. Обычно это понижающий AC-DC преобразователь со специализированной микросхемой управления, гальванически неразвязанный от сети (без трансформатора на AC-входе).

Микросхема BP2867D (Non-isolated Buck Offline LED Driver), обеспечивающая постоянный ток через светодиоды:

Разобрав источник света, следует найти микросхему управления источника питания и определить, какой резистор используется в качестве токового шунта. Если не удается найти на микросхему управления даташит, резистивный датчик можно найти самостоятельно — обычно это элемент с очень малым сопротивлением (до нескольких Ом).

Параллельно включенные токозадающие резисторы R4 на 1.8 Ohm, R5 на 1.69 Ohm на плате драйвера питания китайского светодиодного потолочного светильника с контроллером BP2866D:

На плате этой светодиодной лампы в цоколе E27 с микросхемой FM8301SS может устанавливаться два параллельно соединенных токозадающих резистора R1 и R3. В лампах без буста используется только один (элемент R1 на 2.1 Ohm):

В мощных лампах может использоваться несколько светодиодных цепочек, включенных параллельно, либо работающих отдельно, от сдвоенного блока питания. Например, у китайского потолочного светильника на 36 ватт используются две одинаковые понижающие DC-DC цепи на микросхемах BP2867 после выпрямляющего диодного моста:

Типовая схема включения контроллера BP2867 простого LED-светового прибора:

Ток через светодиоды в этой схеме задается токоограничивающим сопротивлением CS (Current Sense). На указанной в качестве примера плате ток двух групп последовательно включенных светодиодов регулируется токозадающими резисторами R10 (1.69 Ohm) и R11 (1.8 Ohm) с результирующим сопротивлением 0.87 Ohm и аналогичной парой элементов R8, R9 по второму каналу:

Для модернизации LED-светильника с драйвером питания с параллельно включенными токозадающими резисторами достаточно снять один из них, таким образом увеличив Rшунта.

При перегреве контроллера драйвера питания LED-светильников они перестают качественно выполнять функцию регулировки тока. Поэтому следует обеспечить им более щадящий режим работы, наклеив на них термоскотчем радиаторы охлаждения.

Доработанная плата драйвера питания дешевого китайского потолочного LED-светильника с увеличенным сопротивлением (снятым резистором) токового датчика и дополнительными радиаторами охлаждения микросхемы управления:

При доработке дешевого светового прибора его можно дополнительно улучшить, добавив предохранитель и варистор, защищающий от всплесков напряжения в питающей сети:

Кроме того, увеличить ресурс работы драйвера питания можно путем оптимального размещения сглаживающих электролитических конденсаторов, которые следует устанавливать подальше от греющихся участков, например, так:

Более продуманное размещение электролитического конденсатора улучшает охлаждение платы драйвера и самой емкости:

Изначально электролитический конденсатор этого LED-светильника был размещен возле греющихся элементов драйвера питания (накопительный дроссель и выпрямительный мост), затрудняя отвод от них тепла, которое знаительно ускоряло его высыхание и выход из строя:

Вариант доработки узла питания светодиодного светильника с уменьшением потреблямого тока, наклейкой дополнительных радиаторов, добавлением предохранителя, варистора и более рациональным размещением электролитического конденсатора:

После доработки самыми греющимися элементами драйвера стали выпрямительные диоды S2M, их можно заменить на более мощные: