Как продлить ресурс автомобильных светодиодных ламп без применения стабилизаторов
Предупреждение: Будет много букв, но вроде все по делу. Статья рассчитана на новичков, умеющих пользоваться паяльником.
Часть 1. Предисловие
Наверное, многие из вас меняли штатные лампы накаливания в плафонах салона, в подсветке номера, в габаритных огнях, в приборной панели и т.д., на светодиодные лампы.
Как правило, при подобных заменах используются уже готовые автомобильные светодиодные лампы, рассчитанные на напряжение 12 вольт.
По сравнению с лампами накаливания, преимущества светодиодных ламп известны, это малое энергопотребление, большой выбор цветов свечения, меньший нагрев, а также существенно больший срок службы.
Однако, для долгой и счастливой жизни светодиода весьма важно, чтобы протекающий через него ток не превышал заданных производителем величин. При превышении максимально допустимого тока, происходит быстрая деградация кристаллов светодиодов, и лампа выходит из строя.
Поэтому, в «правильные» светодиодные лампы уже встроен стабилизатор тока (драйвер). Но такие лампы, как правило, стоят недешево. В связи с этим, в автолюбительской среде гораздо большее распространение получили дешевые светодиодные лампы, не имеющие встроенного стабилизатора. Примеры таких ламп на фото 1:
Из-за отсутствия стабилизатора, такие лампы весьма чувствительны к скачкам напряжения в бортовой сети автомобиля. Кроме того, хитрые узкоглазые производители ламп рассчитывают их параметры, как правило, на максимальное напряжение 12В. Однако, как известно, при работе двигателя напряжение в бортсети составляет 13.
Один из способов продлить жизнь таким лампам — это подключение их через стабилизаторы напряжения, которые защитят лампы от скачков напряжения в бортовой сети автомобиля и подадут на лампы стабильные 12В. Однако, такой способ имеет ряд существенных недостатков:
Недостаток 1. Для установки стабилизаторов требуется вмешательство в электропроводку автомобиля, на что пойдет не каждый автовладелец, особенно в гарантийный период.
Недостаток 2. По схемотехнике, стабилизаторы делятся на линейные и импульсные. Линейные довольно сильно греются при относительно небольших токах, а импульсные генерируют высокочастотные помехи, которые влияют на качество приема радио.
Недостаток 3. Ламп в автомобиле много, и на каждую (пусть даже группу ламп) поставить стабилизатор проблематично.
Недостаток 4. Возврат к штатным лампам накаливания может потребовать демонтажа ранее установленных стабилизаторов.
Поэтому, в данной статье я предлагаю способ, как существенно продлить срок службы светодиодных ламп, без использования стабилизаторов. Речь пойдет о простой доработке самих светодиодных ламп.
Часть 2. Немного теории
Мне приходилось разбирать множество автомобильных светодиодных ламп. Несмотря на разный внешний вид, тип цоколя и габаритные размеры, практически все недорогие лампы конструктивно похожи, с небольшими вариациями, которые я отмечу далее.
Итак, среднестатистическая автомобильная светодиодная лампа выполнена по типовой схеме, представленной на рис. 2 (приведен пример для 9 светодиодов):
Обозначение элементов на схеме, слева направо:
R0 : Резистор-обманка для систем контроля исправности ламп. О нем я, возможно, сделаю отдельный материал, здесь его пока не рассматриваем. Этот резистор может присутствовать, а может и нет. I0 — ток через резистор R0.
VDS1 : Диодный мост. Так как для светодиодов важна полярность подключения, диодный мост позволяет подключать лампу как обычную лампу накаливания, не думая о полярности. Самые дешевые лампы не имеют диодного моста, но, в последнее время, он часто присутствует даже в малогабаритных бесцокольных лампах. Диодный мост установлен в лампу чисто для удобства пользователя.
R1-R3 : Токоограничивающие резисторы для цепочек из трех светодиодов HL1.1-HL1.3 и т.д. Эти резисторы задают ток, протекающий через каждую из цепочек светодиодов. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше ток через светодиоды.
HL1.1-HL1.3 : Цепочка из трех светодиодов. В разных по конструкции светодиодных лампах, количество цепочек и количество светодиодов в цепочке может быть различным, но часто используются именно цепочки из трех светодиодов. На данной схеме для примера показана лампа с тремя цепочками по три светодиода в каждой. Есть лампы, состоящие вообще из одного светодиода, но схемотехника у них такая же.
I1-I3 : ток через цепочки, например, I1 — ток через цепочку R1-HL1-HL2-HL3 и т.д. Суммарный ток, потребляемый лампой, равен сумме токов Iобщ=I0+I1+I2+I3.
Чтобы повысить надежность работы лампы, правильно ставить на каждую из цепочек отдельный токоограничивающий резистор R1-R3. В этом случае выход из строя светодиодов в одной из цепочек не повлияет на ток через другие цепочки. Однако, в целях экономии, производители дешевых ламп ставят один общий резистор на все цепочки. Такие лампы менее надежны, но выяснить это суждено уже покупателю. Упрощенная схема лампы с одним токоограничивающим резистором приведена на схеме на рис. 3:
От теории перейдем к практике. Я не буду грузить вас сложными расчетами, просто покажу, что и как делать.
Часть 3. Доработка автомобильных светодиодных ламп, не имеющих встроенного стабилизатора тока
Для доработки ламп понадобятся:
1. Паяльные принадлежности — паяльник на 25-40 Вт, флюс, припой.
2. Наличие мультиметра и паяльного фена приветствуется.
3. Набор резисторов требуемой мощности и номиналов. Возможно, для определения типа и номиналов резисторов, придется предварительно разобрать одну лампу для изучения.
Пример 1: Цилиндрические лампы типа C5W или C10W
Отпаиваем металлические контактные колпачки, нагревая их феном или паяльником сбоку, в месте соприкосновения с платой. Под одним из колпачков видим резистор-обманку R0, о нем поговорим в следующей записи (фото 4):
На фото 5 слева направо видим диодный мост VDS1, две цепочки светодиодов HL1-HL2 по три светодиода в каждой, и общий токоограничивающий резистор R1. Это означает, что данная лампа выполнена по упрощенной схеме с одним резистором (см. рис. 3).
Для сравнения, на фото 6 приведена более «правильная» лампа, где используются три токоограничивающих резистора, по одному на каждую цепочку:
На фото 7 показана светодиодная лампа со светодиодной матрицей (технология COB). Такие лампы легко отличить по внешнему виду, на них не видно отдельных светодиодов. Для матрицы COB используется один токоограничивающий резистор R1. В данном конкретном случае, это не удешевление:
Доработка лампы очень простая и сводится к замене токоограничивающих резисторов на резисторы большего номинала. Тем самым мы уменьшаем ток через светодиоды, в результате они меньше греются и дольше служат.
Я провел ряд измерений на различных светодиодных лампах, и для себя сделал следующие выводы:
Вывод 1: Большинство дешевых ламп рассчитаны производителем на максимальное напряжение 12В, не более. При работе в реальных условиях, при напряжении в бортсети порядка 13.5-14.5В, светодиоды работают с перегрузкой и быстро выходят из строя.
Вывод 2: Увеличение номинала токоограничивающего резистора в 2-3 раза не сильно сказывается на яркости свечения лампы, но пропорционально снижает ток через светодиоды, чем существенно продлевает их ресурс.
Вывод 3: Даже при уменьшении тока в 3-5 раз по сравнению с исходным, светодиодные лампы светят ярче, чем аналогичные лампы накаливания.
Отпаяв колпачки и получив доступ плате, выпаиваем заводской резистор и вместо него впаиваем свой, с увеличенным сопротивлением.
На фото 8 заводской резистор сопротивлением 22 Ом заменен на резистор сопротивлением 100 Ом (почти в 5 раз больше):
Подбором номинала резистора можно изготовить лампы для различных применений, например, для освещения салона сделать поярче, в подсветку номера — поменьше яркостью и т.д. Например, на фото 9, для подсветки номера, я поставил резисторы сопротивлением 150 Ом (в 7 раз больше штатного 22 Ом), яркость все равно осталась больше штатных ламп накаливания:
Пример 2. Бесцокольные лампы T10 W5W
Отгибаем контактные усики и разбираем лампу (фото 10):
Видим, что лампа имеет простейшую конструкцию, без диодного моста, питание на светодиоды подается через один токоограничивающий резистор (фото 11):
Еще одна распространенная разновидность лампы W5W, с одним мощным светодиодом. Разбирается аналогично предыдущему примеру (фото 12):
Здесь в конструкции питание подается через два последовательно включенных резистора. Это сделано для того, чтобы резисторы поменьше грелись (фото 13):
Пример 3. Малогабаритные лампы T5 для приборной панели
Как правило, из-за ограниченного размера, в конструкции таких ламп оставлен лишь один светодиод и один токоограничивающий резистор. Разбираются аналогично лампам W5W, путем отгибания усиков (фото 14-15):
14. Лампы для приборной панели
Все рассмотренные лампы дорабатываем аналогично, просто заменяем штатные резисторы на свои, с увеличенным в 2-3-5 раз номиналом. Сопротивление резистора подбираем, в зависимости от требуемой яркости свечения.
Часть 4. Некоторые практические советы
Совет 1. В лампах различного размера и конструкции, могут использоваться различные по типу и размеру элементы. Как правило, компоновка деталей лампы довольно плотная, поэтому запаять вместо штатных другие типоразмеры часто бывает затруднительно, из-за ограниченного свободного места. Поэтому, заранее подбирайте подходящие детали, но при этом чтобы мощность нового резистора не была меньше мощности штатного (фото 16):
Совет 2. При работе с паяльным феном, легко повредить горячим воздухом соседние детали, например, светодиоды. Поэтому, перепаивая резисторы, закрывайте другие детали от воздействия горячего воздуха. Я, например, просто прикрывал светодиоды пинцетом (фото 17):
Совет 3. При выпаивании колпачков ламп C5W и C10W, часть припоя может вытечь. При сборке лампы, для надежной пайки колпачков, можно заранее добавить припоя на контактные пятачки платы, тогда при нагреве припой надежно соединит плату и колпачок.
Совет 4. Некоторые лампы со светодиодными матрицами COB, для красоты прикрыты декоративными пластиковыми стеклами. Эти стекла ухудшают теплоотвод, рекомендую их снять, на внешний вид подсветки по факту это никак не влияет, а охлаждаться лампа будет лучше (фото 19):
И в завершение, небольшой прикол. Интересно, откуда на лампе взялась надпись «КОЛЯ», нанесенная промышленным способом? (фото 20):
Данная простая доработка позволяет существенно продлить ресурс автомобильных светодиодных ламп, даже без использования стабилизаторов тока или напряжения.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Применение диодов в автоэлектрике. Примеры схем.
Если рассказать о диоде простыми словами, то это клапан, который пропускает ток в одном направлении. Тестером «прозванивается» в одном направлении и при этом показания прибора показывают сопротивление примерно 100-700 Ом, сопротивление может быть и больше, в зависимости от марки диода. Так же можно проверить и лампочкой.
На схемах диод обозначается следующим образом:
1) Первое где его можно применить, это в реле, для защиты электронных схем управления им от обратного тока другой полярности, так как при отключении реле возникает напряжение самоиндукции. Диод ставят параллельно катушке реле так, чтобы катод был на плюсовом контакте (см. схему ниже). Например в реле 75.3777 уже предусмотрено место для диода внутри корпуса. С диодом нужно не забывать, что теперь важна полярность подключения.
2) Второе применение. При подключении сигнализации и различных дополнительных блоков. Например в сигнализации есть три выхода: двери, багажник и капот, а в автомобиле сигнал открытия водительской двери идёт отдельно на блок штатной противоугонной системы. Чтобы подключить сигнализацию без лишних глюков штатного оборудования предлагаю следующую схемку:
3) Для «Джиперов». Иногда на внедорожнике нужно принудительно включить вентилятор охлаждения, чтобы это реализовать смотрим следующую схему ниже. Для примера взял штатную схему управления вентиляторами на автомобиле Нива Шевроле с контроллером Бош 7.9.7. Реле управляются минусами. Чтобы контроллер не принял диод Д1 за обрыв, нужно подобрать его с наименьшими сопротивлением или использовать их несколько в параллель.
4) Защита от «переполюсовки». Если хотите защитить какой нибудь прибор от ошибочного подключения наоборот вместо «+» на «-«, тогда тоже можно применить диоды.
Для более мощной нагрузки можно использовать более крупный диод, но есть и вариант с реле (см. схему ниже).
5) Схема подключения дневных ходовых огней. Здесь диоды Д1 и Д2 нужны чтобы ДХО не включались при поднятом «ручнике» и Д3, Д4 на не заведённом двигателе.
Есть ещё не мало схем применения диодов в автомобиле, так что может буду дополнять эту статью новыми. Желаю всем удачи в ваших делах!
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СВЕТОДИОДОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Светодиодом (светоизлучающим диодом, СД, СИД) называют полупроводниковый прибор, который при пропускании через него электрического тока создает оптическое излучение. Простыми словами, это свет, который обычно лежит в узком диапазоне спектра. Он имеет определенный цвет, который определяет химический состав используемых полупроводников. Рассмотрим подробнее виды светодиодов, их характеристики и внешний вид.
КАКИЕ ВИДЫ СВЕТОДИОДОВ СУЩЕСТВУЮТ
По основной классификации выделяют следующие типы светодиодов:
- Индикаторные светодиоды: DIP-светодиоды, Super Flux Piranha («Пиранья») , Straw Hat, SMD-светодиоды. Это маломощные (около 0,2 В) кристаллы с невысокой яркостью. Их назначение – цветовая индикация, дополнительно их используют для подсветки приборных панелей, дисплеев и прочих приборов.
- Осветительные светодиоды: SMD-светодиоды , COB-светодиоды, Filament LED. Эти диоды используют непосредственно для освещения, внутреннего и наружного. Их можно встретить в фонарях, светодиодных лентах, автомобильных фарах и пр. Их отличие от индикаторных – более высокая мощность, достигающая десятков ватт.
УСТРОЙСТВО И ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДОВ
Сам светодиод представляет собой кристалл с простым устройством. В структуре элемента выделяют несколько составляющих:
- линза ;
- силиконовый слой;
- полупроводниковый кристалл;
- металлическая основа (из меди или алюминия);
- анод (+) и катод (-);
- защитный корпус.
В качестве полупроводника могут применяться разные неорганические материалы: арсенид галлия, селенид цинка, нитрид бора, карбид кремния и пр. Для каждого цвета используется определенный материал.
Для получения белого свечения необходимо сочетание 3 основных цветов (кристаллы должны гореть на полную мощность): красного, синего и зеленого, – или люминофор. Последним покрывают сам кристалл, в результате чего он дает белое свечение. Сочетанием трех цветов (красный – Red, зелёный – Green, синий – Blue) можно получить любой цвет – для этого меняют яркость свечения каждого кристалла в отдельности. По такому принципу работают RGB-светодиоды .
Основные характеристики светодиодов:
- Сила тока на кристалле. От нее зависит стабильность работы светодиодной ламы. При сильных скачках тока диод может перегореть. Чтобы это предотвратить, мощные светодиоды дополняют драйверами . Обычно каждый кристалл в диоде рассчитан на 0,02 А. Соответственно, светодиод с одним кристаллом работает с током 0,02 А, с 2 – 0,04 А и т. д.
- Напряжение. Важное значение имеет падение напряжения – его указывают на упаковке. Это значение соответствует величине напряжения на выходе после прохождения тока по LED-элементу. Напряжение зависит от типа диодов: у синих, фиолетовых, зеленых и белых – 2,2-4 В, у желтых, оранжевых и красных – 1,6-2,2 В, ультрафиолетовых – 3,1-4,4 В.
- Сопротивление. Меняется в зависимости от величины напряжения – чем оно выше, тем ниже сопротивление.
- Светоотдача и угол свечения. Величина светового потока определяется типом кристалла. Например, кристалл 5 мм имеет светоотдачу 5 Лм. Угол рассеивания светового потока составляет 20-120°.
- Цветовая температура. Определяет цвет свечения светодиодов, варьируется в пределах 1800-7500 К.
- Размер кристалла. Измеряется в Мил (mil), 1 mil = 0,0254 мм. Диоды, рассчитанные на 1-2 В, имеют размеры 30 или 45 Мил, более мощные (10-100 В) – 24х24, 24х44, 44х44 Мил.
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ПОЛЯРНОСТЬ СВЕТОДИОДОВ
Полярность светодиода определяют по виду корпуса. Обычно катод и анод маркируются соответственно знаками «+» и «-».
Еще катод можно определить по специальному скосу на одном из углов корпуса.
