Схема светодиодной лампы: устройство

Немного об основах схемотехники светодиодных ламп

Судя по комментариям, многих людей интересуют не только параметры светодиодных ламп, но и теория их внутреннего устройства. Потому я решил немного поговорить об основах схемотехнических решений, чаще всего применяемых в этой области.

Итак, ядром и главным компонентом светодиодной лампочки является светодиод. С точки зрения схемотехники светоизлучающие диоды ничем не отличаются от любых других, разве только тем, что в смысле применения их как собственно диодов они обладают ужасными параметрами – очень маленьким допустимым обратным напряжением, относительно большой емкостью перехода, огромным рабочим падением напряжения (порядка 3.5 В для белых светодиодов – например, для выпрямительного диода это был бы кошмар) и т.д.

Однако мы понимаем, что главная ценность светодиодов для человечества состоит в том, что они светятся, причем порой достаточно ярко. Чтобы светодиод светился долго и счастливо, ему необходимо два условия: стабильный ток через него и хороший теплоотвод от него. Качество теплоотвода обеспечивается различными конструкционными методами, потому сейчас мы не будем останавливаться на этом вопросе. Поговорим о том, зачем и как современное человечество достигает первой цели – стабильного тока.

Понятное дело, что для освещения более всего интересны белые светодиоды. Делаются они на основе кристалла, излучающего синий свет, залитого люминофором, переизлучающим часть энергии в желто-зеленой области. На заглавной картинке хорошо видно, что токоведущие проволочки уходят в нечто желтое — это и есть люминофор; кристалл расположен под ним. На типичном спектре белого светодиода хорошо виден синий пик:


Спектры светодиодов с разными цветовыми температурами: 5000K (синий), 3700K (зеленый), 2600K (красный). Подробнее тут.

Мы уже разобрались, что в схемотехническом смысле светодиод отличается от любого другого диода только значениями параметров. Здесь надо сказать, что прибор это принципиально нелинейный; то есть, знакомому со школы закону Ома он совершенно не подчиняется. Зависимость тока от приложенного напряжения на таких устройствах описывается т.н. вольт-амперной характеристикой (ВАХ), причем для диода она носит экспоненциальный характер. Из этого следует, что самое незначительное изменение приложенного напряжения приводит к огромному изменению тока, но и это еще не все – при изменении температуры (а также старении) ВАХ смещается. Кроме этого, положение ВАХ слегка разное для разных диодов. Оговорю отдельно – не только для каждого типа, но для каждого экземпляра, даже из одной партии. По этой причине распределение тока через диоды, включенные параллельно, обязательно будет неравномерным, что не может хорошо сказаться на долговечности конструкции. При изготовлении матриц стараются либо использовать последовательное включение, что решает проблему в корне, либо выбирать диоды с примерно одинаковым прямым падением напряжения. Чтобы облегчить задачу, производители обычно указывают так называемый «бин» — код выборки по параметрам (по напряжению в том числе), в которую попадает конкретный экземпляр.


ВАХ белого светодиода.

Соответственно, чтобы все работало хорошо, светодиод необходимо подключать к устройству, которое вне зависимости от внешних факторов будет с высокой точностью автоматически подбирать такое напряжение, при котором в цепи протекает заданный ток (например, 350 мА для одноваттных светодиодов), причем контролировать процесс непрерывно. Вообще, такое устройство называется источником тока, но в случае светодиодов в наши дни модно употреблять заморское слово «драйвер». В целом, драйвером часто называют решения, главным образом предназначенные для работы в конкретном применении – например, «драйвер MOSFET» — микросхема, предназначенная для управления конкретно мощными полевыми транзисторами, «драйвер семисегментного индикатора» — решение для управления конкретно семисегментниками, и т.д. То есть, называя источник тока драйвером светодиодов, люди намекают, что этот источник тока по задумке предназначен именно для работы со светодиодами. Например, он может иметь специфичные функции – что-нибудь в духе наличия светового интерфейса DMX-512, определения обрыва и короткого замыкания на выходе (а обычный источник тока, вообще, должен без проблем работать и на короткое замыкание), и т.п. Тем не менее, понятия часто путают, и, например, называют драйвером самый обычный адаптер (источник напряжения!) для светодиодных лент.

Кроме того, устройства, предназначенные для задания режима осветительного прибора, часто называют балластом.

Итак, источники тока. Самым простым источником тока может быть сопротивление, включенное последовательно со светодиодом. Так делают при малых мощностях (где-то до полуватта), например, в тех же светодиодных лентах. С увеличением мощности потери на резисторе становятся слишком велики, а требования к стабильности тока повышаются, и потому возникает необходимость в более продвинутых устройствах, поэтичный образ которых я нарисовал выше. Все они строятся по одинаковой идеологии – в них имеется регулирующий элемент, контролируемый обратной связью по току.

Стабилизаторы тока разделяются на два типа – линейные и импульсные. Линейные схемы – родственники резистора (сам резистор и его аналоги также относятся к этому классу). Особого выигрыша в КПД они обычно не дают, зато повышают качество стабилизации тока. Импульсные схемы являют собой наилучшее решение, однако они сложнее и дороже.

Давайте теперь кратко пробежимся по тому, что в наши дни можно увидеть внутри светодиодных ламп или рядом с ними.

1. Конденсаторный балласт

Конденсаторный балласт являет собой развитие идеи насчет включения сопротивления последовательно со светодиодом. В принципе, светодиод можно подключить в розетку прямо так:

Встречновключенный диод необходим для того, чтобы не допустить пробоя светодиода в момент, когда сетевое напряжение сменит полярность – я уже упоминал, что светодиодов с допустимым обратным напряжением в сотни вольт не встречается. В принципе, вместо обратного диода можно поставить еще один светодиод.

Номинал резистора в схеме выше рассчитан для тока светодиода около 10 – 15 мА. Поскольку напряжение сети гораздо больше падения на диодах, последнее можно не учитывать и считать прямо по закону Ома: 220/20000

11 мА. Можно подставить пиковое значение (311 В) и убедиться, что даже в предельном случае ток диода не превысит 20 мА. Все выходит замечательно, кроме того, что на резисторе будет рассеиваться мощность около 2.5 Вт, а на светодиоде – около 40 мВт. Таким образом, КПД системы составляет порядка 1.5% (в случае одного светодиода будет еще меньше).

Идея рассматриваемого метода заключается в том, чтобы заменить резистор конденсатором, ведь известно, что в цепях переменного тока реактивные элементы обладают способностью ограничивать ток. Кстати, использовать дроссель тоже можно, более того, так делают в классических электромагнитных балластах для люминесцентных ламп.

Считая по формуле из учебника, легко получить, что в нашем случае требуется конденсатор емкостью 0.2 мкФ, либо катушка индуктивностью около 60 Гн. Здесь становится ясно, почему в подобных балластах светодиодных ламп никогда не встречаются дроссели – катушка такой индуктивности представляет собой серьезное и дорогое сооружение, а вот конденсатор на 0.2 мкФ добыть гораздо проще. Разумеется, он должен быть рассчитан на пиковое сетевое напряжение, причем лучше с запасом. На практике применяются конденсаторы с рабочим напряжением не менее 400 В. Немного дополнив схему, получаем то, что уже видели в предыдущей статье.

«Микрофарад» сокращется именно как «мкФ». Я останавливаюсь на этом потому, что достаточно часто вижу людей, пишущих в этом контексте «мФ», в то время как последнее — сокращение от «миллифарад», то есть 1000 мкФ. По-английски «микрофарад», опять же, пишется отнюдь не как «mkF», но, напротив, «uF». Это потому, что буква «u» напоминает букву “μ” с оторванным хвостиком.

Итак, 1 Ф/F = 1000 мФ/mF = 1000000 мкФ/uF/μF, и никак иначе!

Кроме того, «Фарад» — мужского рода, так как назван в честь великого физика-мужчины. Так что, «четыре микрофарада», но не «четыре микрофарады»!

Как я уже говорил, преимущество у такого балласта только одно – простота и дешевизна. Подобно балласту с резистором, здесь обеспечивается не слишком хорошая стабилизация тока, и, что еще хуже, присутствует значительная реактивная составляющая, что не особо хорошо для сети (особенно при заметных мощностях). Кроме того, при увеличении желаемого тока будет расти необходимая емкость конденсатора. Например, если мы хотим включить одноваттный светодиод, работающий при токе 350 мА, нам потребуется конденсатор емкостью около 5 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В. Это уже дороже, больше по габаритам и сложнее в конструкционном плане. С подавлением пульсаций здесь тоже все непросто. В целом можно сказать, что конденсаторный балласт простителен только для небольших ламп-маячков, не более того.

Читайте также:
Что такое полукоммерческий линолеум

2. Бестрансформаторная понижающая топология

Это схемотехническое решение относится к семейству бестрансформаторных преобразователей, включающему в себя понижающую, повышающую и инвертирующую топологии. Кроме того, к бестрансформаторным преобразователям также относится SEPIC, преобразователь Чука и другая экзотика, вроде переключаемых конденсаторов. В принципе, драйвер светодиодов можно построить на основе любой из них, однако на практике в этом качестве они встречаются гораздо реже (хотя повышающая топология применяется, например, во многих фонариках).

Один из вариантов драйвера на основе бестрансформаторной понижающей топологии приведен на рисунке ниже.

В живой природе такое включение можно наблюдать на примере ZXLD1474 или варианта включения ZXSC310 (которая в исходной схеме включения, кстати, как раз повышающий преобразователь).

Здесь светодиод включается последовательно с катушкой. Схема управления отслеживает ток с помошью измерительного резистора R1 и управляет ключом T1. Если ток через светодиод падает ниже заданного минимума, транзистор открывается, и катушка с включенным последовательно с ней светодиодом оказывается подключенной к источнику питания. Ток в катушке начинает линейно нарастать (красный участок на графике), диод D1 в это время заперт. Как только схема управления регистрирует достижение током заданного максимума, ключ закрывается. В соответствии с первым законом коммутации катушка стремится поддержать ток в цепи за счет энергии, накопленной в магнитном поле. В этот момент ток протекает через диод D1. Энергия поля катушки расходуется, сила тока линейно убывает (зеленый участок на графике). Когда ток падает ниже заданного минимума, схема управления регистрирует это и снова открывает транзистор, подкачивая энергию в систему – процесс повторяется. Таким образом, ток поддерживается в заданных пределах.

Отличительная особенность понижающей топологии – возможность сделать пульсации светового потока сколь угодно малыми, поскольку в таком включении ток через светодиод никогда не прерывается. Путь приближения к идеалу лежит через увеличение индуктивности и повышение частоты коммутации (сегодня существуют преобразователи с рабочими частотами до нескольких мегагерц).

На основе такой топологии был сделан драйвер лампы Gauss, рассмотренной в предыдущей статье.

Недостатком метода является отсутствие гальванической развязки – когда транзистор открыт, схема оказывается напрямую соединенной с источником напряжения, в случае сетевых светодиодных ламп – с сетью, что может быть небезопасно.

3. Обратноходовый преобразователь

Несмотря на то, что обратноходовый преобразователь содержит нечто, похожее на трансформатор, в данном случае эту деталь правильнее называть двухобмоточным дросселем, поскольку ток никогда не течет через обе обмотки одновременно. В действительности по принципу действия обратноходовый преобразователь похож на бестрансформаторные топологии. Когда T1 открыт, ток в первичной обмотке нарастает, энергия в запасается в магнитном поле; при этом полярность включения вторичной обмотки сознательно подбирается такой, чтобы диод D3 на этом этапе был закрыт и тока на вторичной стороне не текло. Ток нагрузки в этот момент поддерживает конденсатор С1. Когда T1 закрывается, полярность напряжения на вторичной обмотке становится обратной (поскольку производная тока в первичной обмотке меняет знак), D3 открывается и накопленная энергия передается на вторичную сторону. В смысле стабилизации тока все то же самое – схема управления анализирует падение напряжения на резисторе R1 и подстраивает временные параметры так, чтобы ток через светодиоды оставался постоянным. Чаще всего обратноходовый преобразователь применяется при мощностях не более 50 Вт; далее он перестает быть целесообразным из-за возрастающих потерь и необходимых габаритов трансформатора-дросселя.

Надо сказать, что существуют варианты обратноходовых драйверов без оптоизолятора (например). Они полагаются на тот факт, что токи первичной и вторичной обмоток связаны, и при определенных оговорках можно ограничиться анализом тока первичной обмотки (или, чаще, отдельной вспомогательной обмотки) – это позволяет сэкономить на деталях и, соответственно, удешевить решение.

Обратноходовый преобразователь хорош тем, что он, во-первых, обеспечивает изоляцию вторичной части от сети (выше безопасность), а, во-вторых, позволяет относительно легко и дешево изготавливать лампы, совместимые со стандартными диммерами для ламп накаливания, а также устраивать коррекцию коэффициента мощности.

Немного о пульсациях

Как уже было упомянуто, импульсные источники работают на достаточно высоких частотах (на практике – от 30 кГц, чаще около 100 кГц). Потому ясно, что сам по себе исправный драйвер не может быть источником большого коэффициента пульсаций – прежде всего потому, что на частотах выше 300 Гц этот параметр просто не нормируется, ну и, кроме того, высокочастотные пульсации в любом случае достаточно легко отфильтровать. Проблема заключается в сетевом напряжении.

Дело в том, что, разумеется, все перечисленные выше схемы (кроме схемы с гасящим конденсатором) работают от постоянного напряжения. Потому на входе любого электронного балласта прежде всего стоит выпрямитель и накопительный конденсатор. Предназначением последнего является питать балласт в те моменты, когда сетевое напряжение уходит ниже порога работы схемы. И здесь, увы, необходим компромисс – высоковольтные электролитические конденсаторы большой емкости, во-первых, стоят денег, а, во-вторых, занимают драгоценное место в корпусе лампы. Здесь же коренится причина проблем с коэффициентом мощности. Описанная схема с выпрямителем имеет неравномерное потребление тока. Это приводит к возникновению высших гармоник оного, что и является причиной ухудшения интересующего нас параметра. Причем чем лучше мы будем пытаться отфильтровать напряжение на входе балласта, тем более низкий коэффициент мощности мы получим, если не предпринимать отдельных усилий. Этим объясняется тот факт, что почти все лампы с низким коэффициентом пульсаций, которые мы видели, показывают очень посредственный коэффициент мощности, и наоборот (разумеется, введение активного корректора коэффициента мощности скажется на цене, потому на нем пока что предпочитают экономить).

Пожалуй это все, что в первом приближении можно сказать на тему электроники светодиодных ламп. Надеюсь, что этой статьей я в какой-то мере ответил на все вопросы схемотехнического толка, которые были заданы мне в комментариях и личных сообщениях.

Как устроена светодиодная лампа

С развитием электротехники традиционная лампа накаливания перестает быть единственным вариантом для освещения жилья. На смену ей пришли сначала люминесцентные, а затем и светодиодные (LED) источники света. Светодиодные лампы – энергоэффективные, яркие, безопасные для окружающей среды. Но их устройство заметно сложнее. В статье будет рассмотрено устройство светодиодной лампы, ее плюсы и минусы.

Принцип работы и устройство ламп.

Конструкция LED лампы.

Светодиодный источник света состоит из нескольких элементов, соединенных в одном корпусе. Это цоколь, драйвер, радиатор, светодиод и светорассеивающая колба.

  • Цоколь – элемент, который вкручивается в патрон люстры или другого светильника. Чаще всего для бытового применения выпускают винтовой цоколь типа Е27 и Е14. Он изготовлен из латуни с никелевым антикоррозийным покрытием. Для других нужд выпускаются источники света со штырьковым цоколем.
  • Драйвер – элемент, который стабилизирует поступающее напряжение, преобразуя переменный ток в постоянный. Также он обеспечивает питание светодиода. Драйвер состоит из микросхем, импульсного трансформатора, конденсаторов. В недорогих LED изделиях драйвер может отсутствовать. Вместо него применятся простой блок питания, не обеспечивающий стабилизации тока и напряжения. Также драйвер не устанавливают в миниатюрных лампочках из-за нехватки места внутри корпуса.
  • Радиатор – элемент, который отводит тепло от светодиодов и обеспечивает для них оптимальный температурный режим работы. Обычно он составляет видимую часть корпуса осветительного прибора. Радиатор может изготавливаться из различных материалов: от дорогой керамики до дешевого пластика. Алюминиевые и композитные материалы занимают среднюю нишу: они достаточно бюджетны и качественно отводят тепло.
  • Рассеиватель – прозрачный «колпак», который помогает распределять свет в пространстве. Изготавливается в виде полусферы для рассеивания пучков света под широким углом. В качестве материала применяют поликарбонат или пластик. Кроме этого рассеиватель предотвращает попадание внутрь корпуса пыли и влаги. Для смягчения резкости света и уменьшения раздражающего влияния на глаза этот элемент изнутри покрывают люминофором. При этом достигается цветовая температура, аналогичная естественному освещению.
  • Светодиоды – главный рабочий элемент лампы. За счет работы диода и появляется свечение.
Читайте также:
Совмещение кухни с комнатой

Принцип работы светодиодных ламп основан на физических процессах в полупроводниках. Свечение появляется после прохождения электрического тока через границу соприкосновения двух полупроводников (n и p), в одном из которых должны преобладать отрицательно заряженные электроны, а в другом – положительно заряженные ионы. Стоит отметить, что данные материалы пропускают ток только в одну сторону. При его прохождении в носители заряда осуществляют рекомбинацию – электроны переходят на другой энергетический уровень. В результате появляется видимое глазу световое излучение. Кроме свечения происходит еще и выделение тепла, которое отводится от светодиода при помощи радиатора.

Схема появления оптического излучения в LED-элементе.

На заре появления светодиоды могли испускать только определенную световую волну: зеленую, красную или желтую. Поэтому LED-элементы встраивались в электрические схемы в виде индикаторов. В процессе развития микроэлектроники были найдены материалы, позволяющие получить световую волну широкого спектра. Однако полностью эта проблема не решена: в свечении светодиодных ламп преобладает или синяя длина волны или красная с желтым. По этой причине они и делятся на холодные и теплые соответственно.

Виды и типы светодиодных ламп.

Четкая классификация у светодиодных ламп отсутствует: изделия производятся слишком разных форм, цветов и конфигураций.

По способу применения:

  1. Источники света общего назначения для освещения квартир и офисов. Характеризуются углом рассеивания от 20 0 до 360 0 .
  2. Изделия направленного света. Такие лампочки называют спотами. Они используются для создания подсветок или выделения интерьерных зон в комнате.
  3. Изделия линейного типа, схожие с привычными люминесцентными лампами. Изготавливаются в виде трубок. Применяются в технических помещениях, офисах, залах магазинов и в других пространствах, где важна пожарная безопасность. Создают яркую, красивую подсветку, которая подчеркнет необходимые детали.

По назначению светодиодные лампы делятся на:

  1. Изделия для уличного применения. Изготавливаются в пыле- и влагозащищенном корпусе.
  2. Изделия для производственных целей, коммунальных служб. Дополняются антивандальным прочным корпусом. Изготавливаются с особыми требованиями к характеристикам освещения: стабильность, срок службы, условия эксплуатации.
  3. Бытовые лампы. Характеризуются невысокой мощностью, стильным дизайном, электро- и пожаробезопасностью, качеством светового потока (индекс цветопередачи, коэффициент пульсации и др.).

Исходя из потребляемого напряжения тоже выделяют три вида ламп:

  1. С питанием 4 В. Маломощные светодиоды, которые потребляют от одного до 4,5 В. Излучают свет разных длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового.
  2. С питанием 12 В. Такое напряжение безопасно для человека, поэтому эти источника света подходят для помещений с повышенной влажностью. Часто выпускаются со штырьковыми цоколями, что усложняет процесс подключения. Дополнительная трудность может быть в необходимости специального блока питания, который снизит напряжение сети до 12 В. Удобны для использования автолюбителям и туристам: они могут организовать освещение от аккумулятора.
  3. С питанием 220 В. Самый распространенный вид. Широко применяются для бытовых нужд.

Типы цоколей.

Чтобы LED источники света подходили к уже применяемой схеме электроснабжения домов, их оснащают винтовыми цоколями. В качестве альтернативы светильникам галогенного типа выпускают лампы со штырьковыми цоколями. Основные типы представлены в таблице.

Самый распространенный винтовой тип для бытовых источников света.

Винтовой цоколь для маломощных ламп.

Винтовой цоколь для мощных источников света ( в основном уличных).

Штырьковые контакты для маленьких лампочек.

Штырьковый контакт для мебельных и потолочных источников света.

Аналогично GU5.3, но расстояние между контактами составляет 10 мм.

Штырьковый контакт для плоских светильников.

Контакт, аналогичный люминесцентным трубчатым лампам.

Технические характеристики и маркировка светодиодных ламп.

Выпуском светодиодных источников света занимается множество мировых и российских компаний: OSRAM, Gauss, ASD, Philips, Navigator, ЭРА и другие. О самых популярных из них можно прочитать в статье «Рейтинг светодиодных ламп 2019 года».

Перед покупкой LED лампы стоит внимательно изучить технические ее свойства, указанные на упаковке. Их довольно много. Чтобы не запутаться, рассмотрим их подробнее.

Пример маркировки технических свойств на упаковках.

Мощность (измеряется в Вт). Показывает, сколько электричества потребляет осветительный прибор. По этому параметру светодиодные источники света на порядок превосходят лампы накаливания. На упаковке указывается фактическая и эквивалентная мощность. Лампа на рисунке фактически потребляет 9 Вт. Она заменяет лампу накаливания мощностью 75 Вт. За счет этого достигается экономия электроэнергии и семейного бюджета.

Мощность промышленных и уличных светодиодных источников света может доходить до 1000 Вт. Но для бытовых нужд фактической мощности от 2 до 20Вт вполне хватит. Для удобства пользователей составлены специальные таблицы с эквивалентными мощностями.

Мощность светодиодных, Вт Мощность люминесцентных, Вт Мощность ламп накаливания, Вт
1 3 15
3 7 35
5 11 50
7 15 70
9 19 90
12 25 120
15 31 150
18 36 180

Световой поток (измеряется в Лм). Этим параметром описывается яркость. Чтобы было понятнее можно представить свет от ламп накаливания мощностью 40, 60 и 100 Вт. Их световой поток аналогичен яркости LED-элементов в 400, 600 и 1000 Лм соответственно. Для удобства стоит запомнить последнюю пару цифр и ориентироваться по ним: традиционная 100 ваттная лампа «Ильича» имеет яркость в 1000 Лм.

Срок службы в часах. Количество часов, которое проработает источник света. По этому показателю LED-элементы лидируют: в среднем они работают в 25 раз больше, чем традиционные лампы.

Однако стоит иметь в виду, что яркость лампы напрямую зависит от количества выработанных часов. Чем старше лампа, тем тусклее она светит. В мире принят стандарт L70. И если на упаковке написано, что световой поток по L70 равен 50000 часов, то означает, что по истечении времени яркость составит всего 70% от первоначальной.

Некоторые производители указывают большой срок службы, но приписывают, что гарантируют его при определенных условиях работы: например, если лампа будет работать в сутки не более трех часов. Это тоже прописывается на упаковке, но как правило сбоку.

Тип цоколя. На рисунке указан тип цоколя Е14 − для небольших светильников.

Цветовая температура (измеряется в К). Характеризует теплоту света. Из-за конструктивных особенностей светодиоды способны давать световой поток разной теплоты: с преобладанием синего спектра или красного с желтым.

Цветовая температура имеет широкий диапазон:

  • До 2800 К – теплый желтый свет с красным оттенком (аналогичен лампам накаливания небольшой мощности);
  • 3000 К – теплый белый свет с желтым оттенком (аналог – галогенные источники света);
  • 3500 К – естественный нейтральный белый свет (аналог – люминесцентные лампы; цвет не искажает цветовосприятие, глаза не устают);
  • 4000 К – холодный белый (хорошо освещает пространство, подходит для кухни, офисов, кабинетов);
  • 5000-6000 К – дневной свет (очень яркий, подходит только для производственных помещений);
  • 6500 К и выше – холодный дневной с голубоватым оттенком (применяется в больницах, технических помещениях, при фото- и видеосъемке).

Цветовая температура led-ламп

При подборе цветовой температуры для освещения жилого помещения стоит отметить, что чем она ниже, тем более способствует расслаблению и спокойствию. Более холодные цвета бодрят и настраивают на рабочую обстановку.

Индекс цветопередачи. Определяет, будет ли искажение цветов в помещении. Обозначается латинскими буквами CRI или Ra и цифрами от 1 до 100. Чем ниже его значение, тем сильнее искажение цветов. При индексе 100 искажения не будет совсем. Для использования в доме советуют применять лампы с индексом цветопередачи не менее 80-90.

Габаритные размеры (указываются в мм). Размеры светодиодных источников света чуть больше, чем у аналогичных ламп накаливания. Поэтому, подбирая лампочку к определенному плафону или светильнику, не забудьте проверить габариты. Иначе есть вероятность, что она просто не поместится, куда нужно.

Угол рассеивания. Это угол, на который расходятся световые лучи от источника. Чем параметр выше, тем больше освещаемая площадь. Из-за конструктивных особенностей светодиод всегда светит в основном прямо. Поэтому в лампу встраивают несколько LED-элементов. В зависимости от их расположения внутри корпуса светильника угол рассеивания света может составлять от 30 0 до 360 0 .

Это позволяет создавать, как узконаправленные световые потоки, так широко освещать помещение. Дает возможность для интересных дизайнерских решений. Выбирать угол рассеивания стоит исходя из задачи светильника: для потолочных спотов достаточно 90 0 -180 0 , а для точечной подсветки подойдет и 30 0 .

Также на упаковках указывается:

  • в каком диапазоне напряжений работает источник света (чем он шире, тем выше вероятность того, что источник света, особенно недорогой, не перегорит при скачках в электросети);
  • возможность подключения через диммер – обозначается вот таким значком;
  • коэффициент пульсации (мерцания). Определяется равномерностью свечения. У хороших светодиодных ламп он составляет около 5%, что комфортно для глаз. Источники света с коэффициентом пульсации выше 35% использовать не стоит.

Как подключить светодиодную лампу.

Подключение аналогично лампам накаливания и люминесцентным — следует обесточить патрон и вкрутить в него лампу.

Если необходимо подключить несколько LED источников света, то возможны следующие варианты соединения: последовательный и параллельный.

Однако данное подключение не стоит применять на практике. Даже светодиоды из одной партии не гарантируют одинакового падения напряжений. Из-за этого ток на отдельном LED элементе может превысить допустимый, что может спровоцировать выход элементов из строя.

Последовательный вариант требует минимального количества проводов, но применяется крайне редко. Причиной этому служат два недостатка. Во-первых, при перегорании одной лампочки из строя выходит вся цепь. Во-вторых, лампы работают не в полную силу, так как при последовательном соединении напряжение суммируется. Пожалуй, единственные случаи, где оправдано последовательное соединение – это елочная гирлянда и освещение подъездов. В этих случаях допустимы низкие показатели мощности у многих источников света.

Схема довольно проста:

  • от распределительной коробки фаза идет на выключатель;
  • от выключателя фаза переходит к светодиодной лампе;
  • ко второму контакту последней лампы в цепи подключают нулевой провод;
  • от ламп к друг к другу переходит фазовый провод.

Последовательная схема подключения светодиодных ламп.

Параллельный способ применяется чаще всего. Главное преимущество – подача одинакового напряжения ко всем лампочкам в цепи. В случае перегорания из цепи выпадает лишь, вышедший из строя источник света, который легко заменить.

Параллельно можно соединить двумя способами: лучевым и по шлейфной схеме.

Лучевой метод отличается надежностью. Хотя при этом требуется большое количество кабеля. И важно продумать момент соединения всех элементов. Чаще всего для этого используют клеммную колодку. С одной стороны на ее перемычки подают фазу. С обратной стороны подключают провода, тянущиеся от лампочек. Внутри клеммную колодку рекомендуется заполнить антиокислительной пастой. Также вместо колодки использовать скрутку проводов со спайкой.

Схема параллельного лучевого подключения через клеммную колодку.

При использовании шлейфной схемы фазный и нулевой провода от щитка и выключателя подключаются к первой лампочке. От нее кабель подается на вторую и так далее. Таким образом, каждая лампочка (кроме последней) соединяет с четырьмя проводами: двумя фазными и двумя нулевыми.

Схема параллельного подключения по шлейфной схеме.

Подключение лампочек, работающих от напряжения 12В, аналогично, только в схему необходимо включить понижающий трансформатор.

Схема параллельного подключения точечных светильников 12В через трансформатор.

Преимущества и недостатки светодиодных ламп.

  • энергоэффективность – потребляемая мощность в 8-10 раз меньше, чем у ламп накаливания;
  • большой срок службы – светят примерно в 25 раз дольше ламп накаливания;
  • практически не нагреваются;
  • широкий выбор цветовых температур позволяет «играть» с освещением интерьера;
  • стабильная яркость при перепадах напряжения;
  • мгновенное включение;
  • количество включений не влияет на работоспособность;
  • стойкость к механическим повреждениям и вибрациям;
  • возможность применения в «умном доме»;
  • отличные декоративные качества – выпускается множество интересных форм и размеров;
  • не привлекают мошек и других насекомых из-за отсутствия ультрафиолетового свечения;
  • безопасная утилизация и эксплуатация из-за отсутствия в составе опасных веществ.
  • сравнительно высокая стоимость, хотя она постоянно снижается;
  • мерцание (пульсация), которое невидно невооруженному глазу, но очень опасно для зрения (более распространено в дешевых моделях, которые часто производятся без драйвера);
  • сложность конструкции приводит к повышению стоимости и снижению надежности в сравнении с лампами накаливания;
  • непригодны для использования при очень низких и очень высоких температурах;
  • во многих моделях яркость невозможно регулировать при помощи диммера;
  • если используется выключатель с подсветкой, то LED лампа может мерцать или светиться в выключенном состоянии (как этого избежать, читайте в статье «Почему моргает светодиодная лампа»);
  • снижение яркости в процессе эксплуатации;
  • высокий процент брака среди изделий, особенно среди недорогих.

В заключение стоит отметить, что светодиодные источники света – действительно экономичные осветительные приборы. Только перед выбором надо внимательно изучить технические характеристики.

Во-первых, ими экономически целесообразно заменять лампы накаливания мощностью свыше 60 Вт. Иначе стоимость самой светодиодной лампы не окупится.

Во-вторых, стоит заменять только источники света в светильниках, которые работают максимальное количество часов в день.

И, в-третьих, специалисты советуют вначале опробовать несколько марок светодиодных ламп, чтобы определить, чья цветовая температура (и другие параметры) устроит ваши глаза на 100%.

Как устроены светодиодные лампы

В статье рассказывается об устройстве светодиодных ламп. Рассматриваются несколько разных по сложности схем и даются рекомендации по самостоятельному изготовлению светодиодных источников света, подключаемых к сети 220 В.

Преимущества энергосберегающих ламп

Преимущества энергосберегающих ламп широко известны. В первую очередь это собственно низкое потребление энергии, а кроме того высокая надежность. В настоящее время наиболее широко распространены люминесцентные лампы. Такая лампа, потребляющая мощность 20 Ватт, дает такую же освещенность как стоваттная лампа накаливания. Нетрудно подсчитать, что экономия электроэнергии получается в пять раз.

В последнее время в производстве осваиваются светодиодные лампы. Показатели экономичности и долговечности у них намного выше, чем у люминесцентных ламп. В этом случае электроэнергии потребляется в десять раз меньше, чем лампами накаливания. Долговечность же светодиодных ламп может достигать 50-ти и более тысяч часов.

Источники света нового поколения, конечно, стоят дороже простых ламп накаливания, но потребляют значительно меньшую мощность и обладают повышенной долговечностью. Два последних показателя призваны скомпенсировать дороговизну ламп новых типов.

Практические схемы светодиодных ламп

В качестве первого примера можно рассмотреть устройство светодиодной лампы разработанной фирмой «СЭА Электроникс» с применением специализированных микросхем. Электрическая схема такой лампы показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема светодиодной лампы фирмы «СЭА Электроникс»

Еще десять лет назад светодиоды можно было использовать только в качестве индикаторов: сила света составляла не более 1,5…2 микрокандел. Сейчас появились сверхяркие светодиоды, у которых сила излучения доходит до нескольких десятков кандел.

При использовании мощных светодиодов совместно с полупроводниковыми преобразователями появилась возможность создания источников света, выдерживающих конкуренцию с лампами накаливания. Подобный преобразователь и показан на рисунке 1. Схема достаточно проста и содержит небольшое количество деталей. Это достигнуто за счет применения специализированных микросхем.

Первая микросхема IC1 BP5041 – AC/DC преобразователь. Ее структурная схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема BP5041.

Микросхема выполнена в корпусе типа SIP показанный на рисунке 3.

Преобразователь, подключенный к осветительной сети 220В, обеспечивает на выходе напряжение 5В при токе около 100 миллиампер. Подключение к сети производится через выпрямитель, выполненный на диоде D1 (в принципе возможно использование мостовой схемы выпрямителя) и конденсаторе C3. Резистор R1 и конденсатор C2 устраняют импульсные помехи. Смотрите также – Как подключить светодиодную лампу к сети 220 В.

Все устройство защищено предохранителем F1, номинал которого не должен превышать указанный на схеме. Конденсатор C3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения преобразователя. Следует заметить, что выходное напряжение не имеет гальванической развязки от сети, что в данной схеме совсем не нужно, но требует особой внимательности и соблюдения правил техники безопасности при изготовлении и наладке.

Конденсаторы C3 и C2 должны быть на рабочее напряжение не менее 450 В. Конденсатор C2 должен быть пленочным или керамическим. Резистор R1 может иметь сопротивление в пределах 10…20 Ом, что достаточно для нормальной работы преобразователя.

Использование данного преобразователя позволяет отказаться от применения понижающего трансформатора, что значительно уменьшает габариты всего устройства в целом.

Отличительной особенностью микросхемы BP5041 является наличие встроенной катушки индуктивности как показано на рисунке 2, что позволяет уменьшить количество навесных деталей и в целом размеры монтажной платы.

В качестве диода D1 подойдет любой диод с обратным напряжением не менее 800 В и выпрямленным током не менее 500 мА. Таким условиям вполне удовлетворяет широко распространенный импортный диод 1N4007. на входе выпрямителя установлен варистор VAR1 типа FNR-10K391. Его назначение защита всего устройства от импульсных помех и статического электричества.

Вторая микросхема IC2 типа HV9910 представляет собой ШИМ стабилизатор тока для суперярких светодиодов. При помощи внешнего MOSFET транзистора ток может устанавливаться в пределах от нескольких миллиампер до 1А. Этот ток задается резистором R3 в цепи обратной связи. Микросхема выпускается в корпусах SO-8 (LG) и SO-16 (NG). Ее внешний вид показан на рисунке 4, а на рисунке 5 структурная схема.

Рисунок 4. Микросхема HV9910.

Рисунок 5. Структурная схема микросхемы HV9910.

С помощью резистора R2 частота внутреннего генератора может изменяться в диапазоне 20…120 КГц. При указанном на схеме сопротивлении резистора R2 она будет около 50 КГц.

Дроссель L1 предназначен для накопления энергии в то время, когда транзистор VT1 открыт. Когда транзистор закроется, то энергия, накопленная в дросселе, через высокоскоростной диод Шоттки D2 отдается светодиодам D3…D6.

Здесь самое время вспомнить о самоиндукции и правиле Ленца. Согласно этому правилу индукционный ток имеет всегда такое направление, что его магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, которое (изменение) вызвало этот ток. Поэтому направление ЭДС самоиндукции имеет направление противоположное направлению ЭДС источника питания. Именно поэтому светодиоды включены в обратную сторону по отношению к питающему напряжению (вывод 1 микросхемы IC2, обозначенный на схеме как VIN). Таким образом светодиоды излучают свет за счет ЭДС самоиндукции катушки L1.

В данной конструкции применены 4 сверхярких светодиода типа TWW9600, хотя вполне возможно применение других типов светодиодов производства других фирм.

Для управления яркостью светодиодов в микросхеме имеется вход PWM_D, ШИМ – модуляция от внешнего генератора. В этой схеме такая функция не используется.

При самостоятельном изготовлении такой светодиодной лампы следует воспользоваться корпусом с винтовым цоколем размера E27 от негодной энергосберегающей лампы, мощностью не менее 20 Вт. Внешний вид конструкции показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Самодельная светодиодная лампа.

Хотя описанная схема достаточно проста, рекомендовать ее для самостоятельного изготовления можно не всегда: либо не удастся купить указанные на схеме детали, либо недостаточная квалификация сборщика. Некоторые просто могут испугаться: «А вдруг у меня не получится?». Для подобных ситуаций можно предложить еще несколько вариантов более простых как по схемотехнике, так и в вопросе приобретения деталей.

Простая светодиодная лампа для изготовления в домашних условиях

Более простая схема светодиодной лампы показана на рисунке 7.

На этой схемы видно, что для питания светодиодов используется мостовой выпрямитель с емкостным балластом, который ограничивает выходной ток. Такие источники питания экономичны и просты, не боятся коротких замыканий, их выходной ток ограничивается емкостным сопротивлением конденсатора. Подобные выпрямители часто называют стабилизаторами тока.

Роль емкостного балласта на схеме выполняет конденсатор C1. При емкости 0,47 мкФ рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 630В. Емкость его рассчитана так, чтобы ток через светодиоды был около 20 мА, что является для светодиодов оптимальным значением.

Пульсации выпрямленного мостом напряжения сглаживаются электролитическим конденсатором C2. Для ограничения зарядного тока в момент включения служит резистор R1, который также выполняет функцию предохранителя в аварийных ситуациях. Резисторы R2 и R3 предназначены для разряда конденсаторов C1 и C2 после отключения устройства от сети.

Для уменьшения габаритов рабочее напряжение конденсатора C2 выбрано всего 100 В. В случае обрыва (перегорания) хотя бы одного из светодиодов конденсатор C2 зарядится до напряжения 310 В, что неизбежно приведет к его взрыву. Для защиты от подобной ситуации этот конденсатор зашунтирован стабилитронами VD2, VD3. Их напряжение стабилизации может быть определено следующим образом.

При номинальном токе через светодиод в 20 мА на нем создается падение напряжения в зависимости от типа в пределах 3,2…3,8 В. (Подобное свойство в некоторых случаях позволяет использовать светодиоды в качестве стабилитронов). Поэтому нетрудно подсчитать, что если в схеме используется 20 светодиодов, то падение напряжения на них составит 65…75 В. Именно на таком уровне будет ограничено напряжение на конденсаторе C2.

Стабилитроны следует выбрать так, чтобы суммарное напряжение стабилизации было несколько выше падения напряжения на светодиодах. В этом случае при нормальном режиме работы стабилитроны будут закрыты, и на работу схемы влиять не будут. Указанные на схеме стабилитроны 1N4754A имеют напряжение стабилизации 39 В, а включенные последовательно – 78 В.

При обрыве хотя бы одного из светодиодов стабилитроны откроются и напряжение на конденсаторе C2 будет стабилизировано на уровне 78 В, что явно ниже рабочего напряжения конденсатора С2, поэтому взрыва не произойдет.

Конструкция самодельной светодиодной лампы показана на рисунке 8. как видно из рисунка она собрана в корпусе от негодной энергосберегающей лампы с цоколем Е-27.

Печатная плата, на которой размещаются все детали выполняется из фольгированного стеклотекстолита любым из доступных в домашних условиях способов. Для установки светодиодов на плате просверлены отверстия диаметром 0,8 мм, а для остальных деталей 1,0 мм. Чертеж печатной платы показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Печатная плата и расположение деталей на ней.

Расположение деталей на плате показано на рисунке 9в. Все детали, кроме светодиодов устанавливаются со стороны платы, где нет печатных дорожек. На этой же стороне устанавливается перемычка, также показанная на рисунке.

После установки всех деталей со стороны фольги устанавливаются светодиоды. Монтаж светодиодов следует начинать от средины платы, постепенно передвигаясь к периферии. Светодиоды должны быть запаяны последовательно, то есть плюсовой вывод одного светодиода соединяется с отрицательным выводом другого.

Диаметр светодиода может быть любым в пределах 3…10 мм. При этом следует выводы светодиодов оставлять длиной не менее 5 мм от платы. В противном случае светодиоды можно просто перегреть при пайке. Длительность пайки, как рекомендуют во всех руководствах, не должна превышать 3-х секунд.

После того, как плата будет собрана и налажена, ее выводы надо подпаять к цоколю, а саму плату вставить в корпус. Кроме указанного корпуса возможно применение более миниатюрного корпуса, однако при этом придется уменьшить размеры печатной платы, не забывая, однако, о габаритах конденсаторов С1 и С2.

Самая простая схема светодиодной лампы

Такая схема показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Самая простая схема светодиодной лампы.

Схема содержит минимальное количество деталей: всего 2 светодиода и гасящий резистор. На схеме видно, что светодиоды включены встречно – параллельно. При таком включении каждый из них защищает другой от обратного напряжения, которое у светодиодов невелико, и напряжение сети явно не выдержит. Кроме того такое двойное включение увеличит частоту мерцания светодиодной лампы до 100 Гц, что будет не заметно на глаз и не будет утомлять зрение. Здесь достаточно вспомнить, как в целях экономии подключали через диод обычные лампы накаливания, например, в подъездах. На зрение они действовали весьма неприятно.

Если нет в наличии двух светодиодов, то один из них можно заменить обычным выпрямительном диодом, который защитит излучающий диод от обратного напряжения сети. Направление его включения должно быть тем же, что и у недостающего светодиода. При таком включении частота мерцания светодиода составит 25 Гц, что будет заметно на глаз, как уже было описано чуть выше.

Для ограничения тока через светодиоды на уровне 20 мА резистор R1 должен иметь сопротивление в пределах 10…11 КОм. При этом его мощность должна быть не менее 5 ватт. Для уменьшения нагрева его можно составить из нескольких, лучше всего трех, резисторов мощностью 2 Вт.

Светодиоды можно применить те же, что были упомянуты в предыдущих схемах или какие удастся приобрести. При покупке следует точно узнать марку светодиода, чтобы определить его номинальный прямой ток. Исходя из величины этого тока, и подбирается сопротивление резистора R1.

Конструкция лампы, собранная по этой схеме мало отличается от двух предыдущих: ее также можно изготовить в корпусе от негодной энергосберегающей люминесцентной лампы. Простота схемы даже не предполагает наличия печатной платы: детали могут быть соединены навесным монтажом, поэтому, как говорят в таких случаях, конструкция произвольная.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Как устроена светодиодная лампа: принцип работы

Прежде чем понять, как устроена светодиодная лампа на 220 вольт, нужно разобраться, что она собой представляет и в чем ее преимущество перед лампами накаливания или люминесцентными светильниками. Конечно же, основной их плюс – это долговечность в работе и минимальное потребление электроэнергии. Почему так недолго работают обычные лампы, объяснять не приходится. И так понятно, что вольфрамовая нить – не слишком надежный материал. Но все же до недавнего времени лампы на основе этого материала практически не имели конкуренции. Сейчас же, хотя цена светодиодных ламп выше, чем у их предшественников, они быстро завоевывают рынок, пользуясь у потребителя все большим спросом.

  1. Что же такое светодиод?
  2. Схема светодиодной лампы
  3. Схема с диодным мостом
  4. Резисторная схема
  5. Устройство LED-ламп
  6. Схема светодиодного драйвера
  7. Ремонт LED–лампы
  8. Особенности ламп со штыревым цоколем
  9. Как проверить светодиодную лампу при покупке?
  10. Общие сведения

Что же такое светодиод?

По своему строению это многослойный полупроводниковый кристалл, который преобразует электроэнергию в обычный свет. А как это происходит, нужно разобрать более детально.

При различных вариациях компоновки чипов можно создать четыре варианта светодиодов:

  • DIP – кристалл с двумя проводниками, над которым находится увеличитель. Это более распространенный вариант (гирлянды, уличные вывески и т. п.).
  • «Пиранья» – по своей сути то же, что и DIP, только с 4 выводами, за счет чего является более надежной. Основная сфера применения – автомобили (подсветка, ходовые огни).
  • SMD – с улучшенным теплоотведением и уменьшенными размерами за счет размещения сверху. По этой же причине имеет и много вариаций сборки. Применяется в различных световых приборах.
  • СОВ – впайка кристалла производится непосредственно в плату. Плюс в более высокой защите от перегревания, к тому же свечение более интенсивно. Из минусов – при перегорании одного чипа меняется все полностью, т. к. отдельный чип заменить нет возможности.

Светодиодная лампа 220 В.

Схема светодиодной лампы

Поняв суть устройства светодиодной лампы, легко разобраться в особенностях работы и даже изготовить ее самому (схема светодиодной лампы на 220 вольт представлена на рисунке ниже). Естественно, в любом из магазинов можно приобрести такой светильник, но иногда бывает трудно подобрать таковой именно с необходимыми параметрами. А кому-то просто не интересно покупать, а куда более привлекательно изготовить самому. Главное – решить вопросы расположения схемы и светодиодов, изолирования системы, а также обеспечения теплообмена.

Итак, с чего следует начать сборку? Есть множество систем, позволяющих этим осветительным приборам функционировать от сети 220 V. У всех них существует 3 главные цели:

  1. Получение пульсирующего тока из сети 220 V.
  2. Выравнивание тока до постоянного.
  3. Трансформирование тока до 12 V.

Для этого можно воспользоваться 2 вариантами – изготовить либо плату с диодным мостом, либо резисторную схему. При втором варианте необходимо использование четко определенного количества светодиодов. Нужно понять, какие плюсы и минусы есть у каждого из этих вариантов.

Схема с диодным мостом

Устройство этой схемы включает в себя четыре диода, подключенных разнонаправлено. По своему принципу диодный мост должен ток из сети 220 V трансформировать в пульсирующий. Суть действия в следующем: синусоидальные полуволны при проходе по двум диодам изменяются, в результате минус теряет полярность. При сборке нужно подключить к плюсовому выходу конденсатор до моста в месте подачи переменного тока. Сопротивление в 100 Ом присоединяется перед минусом. Для сглаживания перепадов напряжения сзади моста нужен еще один конденсатор.

Такую схему несложно собрать, даже любитель при минимальных навыках справится с этой работой. Саму плату лучше позаимствовать от отработавшего свое светильника. Главное запомнить – светодиоды нужно соединять по 10 шт. последовательно, после получившиеся несколько цепей соединить параллельно.

Резисторная схема

Ее тоже совершенно несложно изготовить. При даже небольших навыках вполне по силам собрать подобную лампу даже новичку. Собирается эта схема из 2 резисторов и 2 цепочек светодиодов, состоящих из одинакового числа элементов, соединенных последовательно, но имеющих разную направленность. От первого резистора соединение идет от одной полосы светодиодов к катоду, от другой – к аноду. От второго резистора – наоборот. Оптимальное число диодов в полосе – 10-20. Вывод: изготовить самодельный драйвер и в последующем лампу на светодиодах – совершенно несложная задача.

Устройство LED-лампы на 220 V.

Устройство LED-ламп

Основные 6 частей LED-лампы – это корпус, цоколь, рассеиватель, радиатор, блок светодиодов LED и бестрансформаторный драйвер (на картинке представлено устройство светодиодной лампы на 220 V). Эти лампы вполне подлежат ремонту, если один или несколько кристаллов прогорели. Вообще в LED-светильниках обычно горит драйвер, для которого чаще всего используются такие микросхемы, как bp 3122, bp 2832а или bp 2831а. Помимо прочего, драйвер стабилизирует скачки напряжения.

На рисунке сверху изображена лампа варианта СОВ. Ее светодиод представляет собой единую пластину, в которую включено множество чипов. Если у такой лампы перегорает светодиод, то он меняется целиком, т. к. отдельные чипы невозможно поменять.

Схема светодиодного драйвера

Схема драйвера светодиодной лампы (можно понять на примере MR-16) настолько проста, насколько это возможно (драйвер LED-лампы ничем от него не отличается). Она работает так: переменный ток в 220 V проходит на мост (диодный) через конденсатор С1. Далее уже прямой ток идет на светодиоды НL1–НL27, которые подключены последовательно. Число их может достигать 80 шт. Ну а более ровного света, без мерцания, добиваются как раз при помощи конденсатора С2. Желательно, чтобы он был как можно большей емкости. Схема драйвера для светодиодов от сети 220 V представлена на рисунке.

Простейшая схема драйвера MR-16

Ремонт LED–лампы

Устройство светодиодного светильника представляет собой обычную LED-лампу, и если светодиоды в ней отдельные, а не единой пластиной с кристаллами, то ее возможно отремонтировать, заменив сгоревшие (прогоревшие) элементы. Ее с легкостью можно разобрать. Нужно разделить корпус с цоколем. Если для примера взять лампу МR-16, то как раз внутри будет находиться 27 светодиодов. Подобраться к плате с элементами можно путем снятия защитного стекла. Делается это при помощи обычной отвертки.

Иногда именно этот этап становится самым трудным. Если светодиод прогорел, то это сразу видно. Сгоревшие элементы придется поискать при помощи тестера, либо подавая на них по 1.5 V. Неисправные светодиоды необходимо заменить. Причиной мигания лампы может быть поломка конденсатора С1. При этом нужно поставить другой, с напряжением 400 V.

Особенности ламп со штыревым цоколем

По сути, лампа со штыревым цоколем практически ничем не отличается. Единственное, что необходимо знать, это маркировку, которая наносится на корпус. Относится она именно к особенностям цоколя.

  • G – это как раз указывает на то, что у лампы штыревой цоколь.
  • U – маркер того, что лампа энергосберегающая.
  • 10 – расстояние от одного до другого штыря в миллиметрах.

Как проверить светодиодную лампу при покупке?

Примером послужит лампа с цоколем Е-27 и питанием в 220 V. Как при покупке не ошибиться, выбрав качественный товар? Необходимо внимательно осмотреть всю конструкцию светодиодной лампы. Изначально нужно посмотреть на радиатор. Он должен быть литым, а не наборным, т. к. в том числе и от него зависит долговечность работы выбранной лампы. Радиатор стоит в прямой зависимости от мощности, следовательно, чем мощнее лампочка, тем больше охладитель. Очень хорошо себя показывают алюминиевые, керамические либо графитовые.

Наилучший вариант – термопластиковое покрытие радиатора. После необходимо убедиться в отсутствии люфтов в цоколе, а также видимых механических повреждений. В любом магазине электротоваров имеется возможность включения лампы в сеть для проверки. При подаче питания на лампу нужно обратить внимание на исходящий от нее свет. Даже если мерцания не видно, необходимо посмотреть на прибор через камеру сотового телефона. На экране будет четко видно наличие или отсутствие мерцания. Если же имеется пульсация, такую лампу покупать не стоит. Что касается маркировки, то она должна быть четкой и хорошо читаемой, т. к. именно на основе этой информации выбирается тип светодиодной лампы.

Общие сведения

Применение светодиодных ламп необычайно широко. Это и бытовое освещение, и промышленное, и даже уличное. По своей сути такие световые приборы являются самыми экологически чистыми, т. к. не содержат опасных веществ (таких, как ртуть и т. п.) в отличие от люминесцентных или ртутных (ДРЛ) ламп. Световые приборы, имеющие в основе нить из вольфрама, дают много света, но их эффективность весьма сомнительна, т. к. 95 процентов уходит на выработку тепла, в чем и состоит отличие от принципа работы светодиодной лампы. Очень интересно, что после того, как было запрещено продавать лампы мощностью свыше 100 Ватт, их все равно не перестали выпускать. Только теперь они называются не лампочки, а «теплоизлучатели», что по своей сути правильно. Есть различные корпуса светодиодных ламп, а также различные типы цоколя. На картинке указаны маркировки, по которым можно определить, какая именно лампа нужна для того или иного прибора. Интересен также и цвет таких ламп. С первого взгляда может показаться, что он просто белый, однако это не так. Есть специальный индекс цветопередачи – CRI. Если он низок, то освещение будет казаться неприятным, хотя будет непонятно почему, ведь оно визуально не отличается. Если брать за пример солнце или обычную лампочку, то их CRI будет равен 100. Качественная светодиодная лампа имеет CRI 90. Ну а если CRI менее 80, то такие световые приборы не рекомендуется использовать в местах проживания.

Виды светодиодных ламп

Так что же в итоге? Конечно, личное дело каждого, какие осветительные приборы использовать, но то, что светодиодные лампы помимо своей экологичности еще и очень экономичны – это неоспоримый факт, а значит, они будут продолжать завоевывать рынок электротехники до тех пор, пока не появится что-то новое.

Схема светодиодной лампы: устройство простейших драйверов

Светодиодные источники света быстро завоевывают популярность и вытесняют неэкономичные лампы накаливания и опасные люминесцентные аналоги. Они эффективно расходуют энергию, долго служат, а некоторые из них после выхода из строя подлежат ремонту.

Чтобы правильно произвести замену или починку сломанного элемента, потребуется схема светодиодной лампы и знание конструкционных особенностей. А эту информацию мы в деталях рассмотрели в нашей статье, уделив внимание разновидностям ламп и их конструкции. Также мы привели кратких обзор устройства самых популярных led моделей от известных производителей.

Как устроена светодиодная лампа?

Близкое знакомство с конструкцией LED-светильника может потребоваться только в одном случае – если необходимо отремонтировать или усовершенствовать источник света.

Домашние умельцы, имея на руках комплект элементов, могут самостоятельно собрать лампу на светодиодах, но новичку это не по силам.

Зато, изучив схему и имея элементарные навыки работы с электроникой, даже новичок сможет разобрать лампу, заменить сломанные детали, восстановив функциональность прибора. Чтобы ознакомиться с подробными инструкциями по выявлению поломки и самостоятельному ремонту светодиодной лампы, переходите, пожалуйста, по этой ссылке.

Имеет ли смысл ремонт LED-лампы? Безусловно. В отличие от аналогов с нитью накаливания по 10 рублей за штуку, светодиодные устройства стоят дорого.

Предположим, «груша» GAUSS – около 80 рублей, а более качественная альтернатива OSRAM – 120 рублей. Замена конденсатора, резистора или диода обойдется дешевле, да и срок службы лампы своевременной заменой можно продлить.

Существует множество модификаций LED-ламп: свечи, груши, шары, софиты, капсулы, ленты и др. Они отличаются формой, размером и конструкцией. Чтобы наглядно увидеть отличие от лампы накаливания, рассмотрим распространенную модель в форме груши.

Если отвлечься от привычной формы, можно заметить только один знакомый элемент – цоколь. Размерный ряд цоколей остался прежним, поэтому они подходят к традиционным патронам и не требуют смены электросистемы. Но на этом сходство заканчивается: внутреннее устройство светодиодных приборов намного сложнее, чем у ламп накаливания.

LED-лампы не предназначены для работы напрямую от сети 220 В, поэтому внутри устройства заключен драйвер, являющийся одновременно блоком питания и управления. Он состоит из множества мелких элементов, основная задача которых – выпрямить ток и снизить напряжение.

Разновидности схем и их особенности

Чтобы создать оптимальное напряжение для работы устройства на диодах, драйвер собирают на основе схемы с конденсатором или понижающим трансформатором. Первый вариант – более дешевый, второй применяют для оснащения мощных ламп.

Существует и третья разновидность – инверторные схемы, которые реализуют или для сборки диммируемых ламп, или для устройств с большим числом диодов.

Вариант #1 — с конденсаторами для снижения напряжения

Рассмотрим пример с участием конденсатора, так как подобные схемы являются распространенными в бытовых лампах.

Конденсатор C1 защищает от помех электросети, а C4 сглаживает пульсации. В момент подачи тока два резистора – R2 и R3 – ограничивают его и одновременно предохраняют от короткого замыкания, а элемент VD1 преобразует переменное напряжение.

Когда прекращается подача тока, конденсатор разряжается при помощи резистора R4. К слову, R2, R3 и R4 используются далеко не всеми производителями светодиодной продукции.

Для проверки конденсатора довольно часто используют мультиметр.

Минусы схемы с конденсаторами:

  1. Возможно перегорание диодов, так как стабильности подачи тока не наблюдается. Напряжение на нагрузке полностью зависит от напряжения питания.
  2. Отсутствует гальваническая развязка, поэтому существует риск удара током. Не рекомендуется во время разборки ламп прикасаться к токоведущим элементам, так как они находятся под фазой.
  3. Практически невозможно достичь высоких токов свечения, потому что для этого потребуется увеличение емкостей конденсаторов.

Однако преимуществ также немало, именно благодаря им конденсаторы остаются популярными. Плюсами являются простота сборки, широкий диапазон напряжений на выходе и невысокая стоимость.

Можно смело экспериментировать с самостоятельным изготовлением, тем более, часть деталей отыщется в старых приемниках или телевизорах.

Вариант #2 — с импульсным драйвером

В отличие от линейного драйвера с конденсатором, импульсный эффективно защищает светодиоды от перепадов напряжения и помех в сети.

Примером импульсного устройства служит популярная электронная модель CPC9909. Рассмотрим подробнее ее особенности. Эффективность ее использования достигает 98% — показателя, при котором действительно можно говорить об энергосбережении и экономии.

Питание устройства может происходить напрямую от высокого напряжения – до 550 В, так как драйвер оснащен встроенным стабилизатором. Благодаря этому же стабилизатору схема стала проще, а стоимость – ниже.

Микросхему успешно используют для разработки электросетей аварийного и резервного освещения, так как она подходит для схем повышающих преобразователей.

В домашних условиях на базе CPC9909 чаще всего собирают светильники с питанием от батарей или драйверы с мощностью, не превышающей 25 В.

Вариант #3 — с диммируемым драйвером

Регулировка яркости свечения осветительных приборов позволяет установить в помещении нужный уровень освещения. Это удобно при создании отдельных зон, снижении яркости света в дневное время или для подчеркивания предметов интерьера.

С помощью диммера использование электроэнергии становится более рациональным, а ресурс службы электроприбора увеличивается.

Существует два вида диммируемых драйверов, каждый из которых обладает своими преимуществами. Первые работают с ШИМ-управлением.

Их устанавливают между лампой и блоком питания. Энергия подается в виде импульсов разной длительности. Пример использования драйвера с ШИМ-регулировкой – бегущая строка.

Диммируемые драйверы второго вида воздействуют непосредственно на источник питания и применяются для устройств со стабилизированным током.

При регулировании тока может происходить изменение оттенка свечения: диоды белого цвета при уменьшении тока начинают излучать слегка желтый свет, а при увеличении – синий.

Краткий обзор и тестирование популярных LED-ламп

Хотя принципы построения схем драйверов различных осветительных устройств похожи, между ними имеются отличия и в последовательности подключения элементов, и в их выборе.

Рассмотрим схемы 4 ламп, которые продаются в свободном доступе. При желании их можно отремонтировать своими руками.

Экономия своими руками: ремонт светодиодных ламп

Время чтения: 5 минут Нет времени?

Отправим материал вам на e-mail

Современные экономичные светодиодные лампы стоят недешево. Но они и служат дольше обычных, а электричества потребляют в разы меньше. Обидно, когда такой прибор выходит из строя. Мы привыкли к тому, что лампы – одноразовый товар, который приходится выбрасывать после перегорания. Тема этой статьи – как можно вернуть такую лампу к жизни своими руками. Ремонт светодиодных ламп возможен! Причем задача эта по плечу даже человеку, не особо сведущему в электрике.

Светодиодная лампа значительно экономит ваши расходы на электричество

Устройство и принцип работы светодиодной лампы на 220 вольт

Светодиодные устройства значительно экономят электроэнергию, и при этом дают полноценное освещение. 10-ваттная лампочка с диодами дает такой же мощный поток света, как стоваттная лампа накаливания. Выходит, что этот вид осветительных приборов сокращает ваши расходы в десять раз. При этом такие приборы отличаются долговечностью, если конечно они не произведены в Поднебесной.

Чтобы разобраться с возможным ремонтом, нужно представлять себе принцип работы устройства. Здесь все немного сложнее, чем в традиционных лампах Эдисона. Каждый источник света, диод, состоит из двух полупроводников разного материала. Один содержит преимущественно электроны, второй – ионы.

При пропускании электрического тока между полупроводниками возникает выделение энергии со световым излучением

Такие полупроводники называют светодиодами. На заре этой технологии устройства могли испускать только зеленый, желтый и красный свет. По этой причине их использовали в индикаторах. Современные технологии позволяют охватить весь спектр и использовать теплые и холодные оттенки, в которых преобладают синий или желто-красный цвет.

Теперь непосредственно об устройстве лампы. Внешне она мало чем отличается от традиционной лампочки. Она имеет такой же цоколь с резьбой и подходит для всех видов светильников. Но внутри изделие имеет сложную структуру.

Схема светодиодной лампы на 220 В

Под прозрачной оболочкой колпака скрываются контактный цоколь, корпус, драйвер и плата с полупроводниками. Задача драйвера – понижение стандартного для наших сетей тока 220 вольт до необходимой для работы полупроводников величины. Эта плата питания и управления может быть устроена по-разному в зависимости от решения производителя. Для снижения собственных затрат некоторые не очень порядочные производители не устанавливают на платы необходимые для наших сетей стабилизаторы. В итоге лампочка светит очень ярко, но недолго. Один диод светит недостаточно ярко, поэтом в лампочках их группируют по несколько штук на плате, объединяя в одну цепь. Если один их полупроводников вышел из строя, вся лампа не будет гореть.

Прозрачный колпак лампы на качественных изделиях покрыт изнутри люминофором – веществом, усиливающим свечение. Такие лампочки снаружи выглядят матовыми, непрозрачными. Подобные изделия не раздражают глаза, их свечение схоже с естественным солнечным освещением.

К сведению! В светодиодных приборах мощность и светоотдача напрямую не связаны между собой. Подбирая подходящую лампу, нужно изучить данные на упаковке по уровню светового излучения. Оно измеряется в Люменах.

Схема-чертеж драйвера светодиодной лампы

Схема платы питания светодиодной лампы не отличается особой сложностью. Деталей не много: пара резисторов и встречно-параллельное подключение диодов. Такой тип подключения позволяет защититься от обратного напряжения и увеличить частоту мерцания до 100 Гц. В некоторых лампах может быть установлен всего один резистор.

Схема драйвера светодиодной лампы 220 В

Для сети 220 вольт в устройстве установлен конденсатор ограничения на выпрямляющем мосте.

К сведению! В принципе, один из полупроводников можно поменять на простой выпрямительный, но такое изменение уменьшает частоту мерцания до 25, а это отрицательно сказывается на зрительных ощущениях.

Почему может потребоваться ремонт светодиодной лампы, устройство и электрические схемы

К сожалению, наука пока не изобрела вечных материалов и двигателей, так что рано или поздно каждое устройство выходит из строя. И LED-лампы не исключение.

В среднем такой прибор способен прослужит 10 лет. Сократить продолжительность жизни лампочки могут особые условия эксплуатации и перепады напряжения. В первом случае понятно, что если светильник установлен на улице и работает в жару и мороз или в помещении с повышенной влажностью, прослужит он гораздо меньше обычного. А с перепадами напряжения можно в принципе бороться, устанавливая выпрямители тока в доме или квартире. Устройства эти не из дешевых, и на практике используется немногими, а напрасно, ведь на кону не только жизнь лампочек, но и сохранность более дорогостоящей бытовой техники. Состояние электрических сетей в нашем отечестве оставляет желать лучшего и вряд ли что-то изменится в ближайшем будущем.

К сведению! В процессе эксплуатации неизбежно снижается мощность полупроводников, они постепенно теряют свои способности.

Основные причины выхода LED-ламп из строя:

Причина Описание
Нарушение кристаллической структуры полупроводников Материал диодов может по-разному реагировать на увеличение плотности инжектированного тока. Какие-то полупроводники разрушаются быстрее, какие-то – медленнее. Дольше всего «держатся» системы InGaN/GaN.
Электромиграция Металл электродов в процессе эксплуатации проникает на внутреннюю часть, это вызывает разрушительные процессы. Чтобы замедлить диффузию, на электроды наносят барьерный слой.
Перегрев диода В местах соединения светодиода с подложкой могут остаться каверны. Чаще всего причина в некачественном припое. В результате отвод тепла происходит недостаточно интенсивно и полупроводник перегревается.
Перегрузка и короткое замыкание Электростатические разряды, резкое повышение напряжения и короткое замыкание – все это может привести к разрушению полупроводников

Основы ремонта светодиодной лампы на 220 В своими руками

Прежде чем заниматься ремонтом ЛЕД-лампы, убедитесь, что проблема заключается именно в ней, а не в люстре или проводке.

Сделать это не сложно: нужно проверить наличие напряжения специальным инструментом или просто вкрутить другую лампу. Если и она не загорелась – ищите обрыв провода или нарушение контакта в светильнике.

Если другая лампочка дает свет – значит проблема именно в осветительном приборе

Совет! Приступая к разборке, фотографируйте каждый этап. Так вам потом будет легче сориентироваться в обратном процессе. Мелкие детали выкладывайте в коробочку или блюдце, чтобы они не укатились по столу.

Чтобы найти причины поломки, придется протестировать каждую составную часть светодиодной лампы. В этом деле не обойтись без мультиметра.

Для ремонтных работ потребуется паяльник, набор отверток, медицинский скальпель или тонкий нож.

Как аккуратно разобрать светодиодную лампу и выявить причину поломки

Итак, как починить светодиодную лампу на 220 V? Не всегда причину проблемы можно найти при простом визуальном осмотре. В любом случае, придется потратить время и силы на поиск скрытого недуга. Как правильно разобрать светодиодную лампочку? Главное в этом деле – предельная осторожность и аккуратность. Не прикладывайте чрезмерных усилий, не используйте острые инструменты там, где можно обойтись руками.

Фото Описание работ
Первый этап – снятие купола. Он крепится на радиаторе с помощью тонкого слоя клея. Возьмитесь за обе части руками и вращательными движениями освободите купол. Постарайтесь сильно не сжимать хрупкий пластик, он может лопнуть.
После освобождения купола перед вами встает самая сложная задача – отделение пластины со светодиодами.
Сначала придется выкрутить крепежные болты. Головки у них очень маленькие, так что потребуется набор так называемых претензионных отверток.
После удаления болтов алюминиевую пластину со светодиодами нужно отделить от радиатора. Она закреплена клеем, так что нужно подцепить ее острым предметом и аккуратно оторвать.
Радиатор нужно отсоединить от цоколя. Это делается легко все теми же вращательными движениями.
Для окончательного отделения пластины с полупроводниками придется распаять места крепления питающего провода.
После снятия платы со светодиодами и радиатора вы обнаружите блок питания лампы.
Для проверки работы светодиодной платы потребуется источник питания на 12 вольт и два щупа. Их прикладывают к местам пайки провода. Если плата не загорелась – проблема в ней. Иногда сгоревшие светодиоды видно невооруженным глазом.
Проверка работы блока питания требует предельной осторожности! Цоколь лампы следует вкрутить в патрон и подключить. После мультиметром замеряется напряжение на концах распаянного провода. Процедура опасная!

Процедура замены светодиодов

Если проблема заключается в неисправном светодиоде, лампочка просто перестает работать. Если она мигает – то дело в плате питания.

После обнаружения погасшего диода нужно его удалить. Определить исправность полупроводника можно тремя способами:

Фото Описание работ
Перегоревшие диоды имеют на поверхности точки или пятнышки. Кроме того, можно обнаружить вокруг них следы перегорания.
Можно попробовать прозвонить диоды мультиметром.
Можно снять сомнительные диоды и проверить работоспособность проводами, подключенными к источнику питания на 12 вольт.

Для ремонта лампы хорошо иметь аналогичную лампу – донор. С нее и снимают полупроводники для замены. Как заменить светодиод:

Фото Описание работ
Плату с полупроводниками снизу нагревают строительным феном. Пайка размягчается и диод легко снимается обычным пинцетом. После на ту же разогретую плату ставится новый источник света. После остывания он прочно фиксируется на месте. Обратите внимание: диоды имеют полюса, так что снимая полупроводник, запомните, как он был расположен относительно большего и меньшего контакта. Типоразмер диода указан мелким шрифтом на самой плате, например как в этом случае – 2835.

Для закрепления пройденного видеоурок на эту тему:

Статья по теме:

Зная основные характеристики светодиодов, можно подобрать оптимальный вариант с точки зрения освещенности помещении и эксплуатационных затрат. Предлагаем ознакомить с основными видами диодов, их отличительными особенностями и порядком монтажа.

Ремонт драйвера светодиодной лампы

Мы рассмотрели, как отремонтировать светодиодную лампу своими руками, если перегорел один из полупроводников. Как видите, задача довольно простая. Теперь рассмотрим ситуацию, если из строя вышел блок управления, драйвер лампы.

Мост и микросхему для ремонта, как и другие запасные части можно купить в самом большом китайском интернет-магазине.

Фото Описание работ
Для ремонта драйвера могут пригодиться платы-доноры. Не спешите выбрасывать старые лампы.
Мост и микросхема снимаются с платы тем же способом, что и светодиоды. Строительным феном разогревается поверхность платы и пинцетом легко снимаются детали.
После того, как детали сняты, места их крепления обрабатываются паяльной пастой BGA.
Остается только поставить сменные детали на освободившиеся места и закрепить их тем же строительным феном или паяльником с игольчатым жалом.

Задача эта для тех, у кого руки растут из нужного места. Если не уверены в своих силах или у вас проблема со зрением – просто закажите несколько готовых драйверов и меняйте их по мере необходимости.

Видео, как заменить драйвер:

Замена блока питания

Одна из распространенных причин поломки светодиодной лампы – выход из строя резистора или конденсатора. Проверить состояние этой детали не просто, придется подключить лампу к сети.

Фото Описание работ
Неисправность конденсатора можно определить визуально – он вздувается, как в этом случае.
Вздувшийся конденсатор нужно отпаять от платы с помощью паяльника.
Новый конденсатор соответствующей мощности закрепляется на плате с соблюдением полярности.

Для того, чтобы заменить резистор на лампе, нужно знать основные данные светодиодов.

Видео: инструкция по подбору резистора

Статья по теме:

Немногие знают как рассчитать и подключить блок питания для светодиодной ленты 12В. В этом обзоре мы расскажем о критериях выбора, правилах подключения и ценах.

Причины моргания LED-лампочек

Необходимость ремонта светодиодных прожекторов может быть вызвана частым морганием. Этот режим очень напрягает зрение. У человека может болеть голова и глаза, если частота мигания осветительного прибора выходит за допустимые рамки. Дело может дойти до проблем с психикой.

Такая неисправность может быть вызвана заводским браком лампы или неправильным подключением прибора. Не исключено, что придется заняться ремонтом все светодиодной люстры. Но в большинстве случаев достаточно просто перекрутить лампочку, то есть выкрутить и вкрутить снова. Если проблема кроется в проводе, питающем светильник, следует заменить проводку.

Совет! Попробуйте в один из рожков люстры вкрутить обычную лампу накаливания. Она разгрузит конденсаторы и мигание прекратится.

Подводим итоги: ремонт светодиодных ламп своими руками

Как видите, ремонт светодиодных светильников сделать не сложно. Нужно обладать хорошим зрением и скромным набором инструментов. Выгода от такого занятия очевидна: восстановить лампу можно за копейки. Мультиметр и паяльник вам в помощь! Если у вас остались вопросы или вы готовы поделиться своим опытом, пишите!

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Плоская крыша для частного дома: общий обзор технологии строительства

Для многих плоская кровля ассоциируется с городскими многоэтажными зданиями, безликими и однообразными. Но мы готовы вас удивить! Плоская крыша в частном доме станет для вас приятным открытием, если снега в вашей местности особо много не бывает, зато ветра достаточно сильные. Дело в том, что зимой все снежные накопления с такой кровли будут просто сдуваться. А главное в том, что ни один сильный ураган не сможет сорвать крышу, которой просто нет! А еще перед вами открывается целый океан возможностей, что теперь вы сможете соорудить у себя над головой: кафе, танцплощадку, мини-сад и даже целую теплицу!

Главное только знать обо всех тонкостях устройства домов с плоской крышей, и все получится. А все секреты мы сейчас раскроем.

Содержание

Плюсы и минусы такой конструкции

Вот основные преимущества устройства плоской кровли для частного дома:

  • Такая кровля значительно меньше по площади, чем самая пологая скатная. А это – экономия на материалах.
  • Строится такая крыша куда быстрее двускатной и тем более вальмовой.
  • Комфорт и безопасность всех стропильных работ. Упасть с такой крыши еще нужно умудриться!
  • Удобный последующий ремонт и смена кровельного покрытия.
  • В отличие от двускатной кровли, демонтаж старого покрытия плоской обычно не нужен – это дополнительная гидроизоляция и защита. Новый пирог делают прямо по старому, что немало экономит время и силы.
  • Возможность использовать крышу как дополнительную полезную территорию, где можно разбить цветник, сделать открытую террасу и даже соорудить теплицу.
  • Возможность установить прозрачные элементы крыши (при тщательно гидроизоляции), и сделать, таким образом, вид на ночное небо.
  • Возможность построить дом лаконичной архитектурной формы. Минимализм – на пике моды!

А теперь – о минусах и недостатках:

  • Такая крыша щедро накапливает в себе снег. Ведь ему теперь некуда скатываться, а сам снег часто становится причиной протечек.
  • В особо щедрые дни снег придется счищать механически путем, что нередко повреждает кровельное покрытие.
  • Усложняется структура крыши: теперь нужны водостоки, которые ко всему еще и засоряются.
  • Разница в том, что со скатной кровли вода стекает достаточно быстро (и то бывает, что таки забирается в подкровельное пространство). А вот на плоской она вообще стоит!
    Контроль влажности утеплителя и общего состояния кровли должен быть регулярным.
  • Но, несмотря на то, что для ее обустройства строительных материалов нужно намного меньше, чем для скатной, плоская кровля в плане монтажа куда более сложна. Скажем так, намного больше разных тонкостей и нюансов, о которых важно знать.

Вот почему у многих возникают справедливые сомнения в плане надежности такой крыши. Но европейский и заокеанский опыт частных жилых домов с плоской кровли успешен, а потому вы можете смело браться за дело.

Учитывайте только такие моменты:

  1. В России снега куда больше, чем в более теплых европейских странах.
  2. Хуже снега только большая разница летней и зимней температуры, на которую рассчитаны далеко не все зарубежные кровельные материалы.

А здесь уже все решает технология!

Что собой представляет плоская кровля?

Итак, что выступает в роли несущего основания плоской крыши:

  1. Железобетонная плита.
  2. Кровельные сендвич-панели.
  3. Усиленный стальной профлист.

А благодаря тому, что плоскую кровлю научились делать «дышащей», т.е. с внутренней вентиляцией, теперь стало возможным использоваться совершенно не дышащую гидроизоляцию – рубероид ему подобные.

Любая кровля, которую мы называем плоской, на самом деле все-таки имеет небольшой уклон: в одну из сторон или целенаправленно к водосточной трубе.

Вот самый простой пример устройства плоской кровли для частного дома:

Виды плоской кровли: неэксплуатируемая и инверсионная

Дешевле, конечно, обходятся неэксплуатируемые кровли. А эксплуатируемые, которые правильно называть «инверсионными», включают в себя дополнительные материалы.

Отдельный вид плоской кровли жилого дома – эксплуатируемая. Т.е. та, по которой будут ходить люди и стоять какие предметы. Это тот же сад, или спортплощадка, или летнее кафе. Все это создает немалые нагрузки на кровлю, а потому устройство ее уже отличается от той, которая предназначена только лишь защищать дом от осадков.

Итак, основная разница в устройстве традиционной и инверсионной кровли в том, что во в первой слой теплоизоляции находится под гидроизоляцией, что вполне логично, а во второй – над ним. Но во втором варианте гидроизоляция оказывается более защищенной от ультрафиолетовых лучей и температурных перепадов. Такая конструкция более долговечна и функциональна: на ней смело можно устраивать газон или класть тротуарную плитку.

А теперь более подробно.

Неэксплуатируемая кровля: стандартный пирог

Но на неэксплуатируемую кровлю тоже изредка может подниматься человек – для того же ремонта, например.

Т.е. в традиционной плоской кровле верхним слоем служит гидроизоляция, и именно она подвергается всем механическим и температурным нагрузкам.

Отдельный ее вид — кровля с прижимным слоем, которая рассчитана на то, что по ней может время от времени ходить человек:

Инверсионная кровля: обратный пирог

Стандартный наклон инверсионной кровли – 5-7%. Инверсионный способ предполагает, что слой теплоизоляции располагается уже поверх гидроизоляции, которая теперь одновременно еще и служит пароизоляцией.

Причем пирог инверсионных плоских кровель может быть самым разным. Все зависит от того, что вы собираете устроить на крыше: террасу, мини-бассейн (и такое – не редкость) или сад. Но основание все равно будет общим: делается монолитная стяжка, которая выравнивает всю поверхность, затем укладывается гидроизоляция и все это накрывается утеплителем. А поверх уже – цементно-песчаная смесь или резиновое покрытие.

Заметим, что активная эксплуатация крыши – это частые повреждения изоляционного слоя, из-за чего влага пробирается к утеплителю и замерзает зимой. Со временем портится весь кровельный пирог, а потому без вентиляционной системы плоской кровле не обойтись.

Цементно-песчаная стяжка способна еще лучше распределить слой давления на теплоизолятор, но ее необходимо дополнительно армировать сеткой от растрескивания.

Тонкости утепления плоской кровли

Слой теплоизоляции для плоской кровли – обязателен. Для сравнения: двускатную кровлю утепляют только тогда, когда под ней оборудуют жилую мансарду, а во всех остальных случаях максимум настилают минеральную вату на пол чердака. А вот для плоской кровли утепление обязательно всегда.

Дело в том, что без теплоизолирующего слоя в плоской кровли на потолке в доме будет постоянно выступать конденсат (такая кровля как раз окажется той холодной частью, на которую устремятся водяные пары). И это плохо не только тем, что придется делать ремонт, но и тем, что так портится вся конструкция.

Утеплять плоскую кровлю вы можете как снаружи, так и изнутри – разница небольшая. Более важно то, в сколько слоев необходимо утепление конкретной крыши – в один, или два.

Теплоизоляционные материалы крепить к основанию крыши нужно механическим способом, как шурупы или дюбеля, так и клеевым. Иногда крепление и вовсе не используется, если теплоизолятор находится извне, и на него давит тротуарная плитка или галька.

Почему два слоя? Дело в том, что первый слой теплоизоляции на плоской кровли выполняет функцию утеплителя, это от 70 до 200 мм толщины. А второй, от 40 до 50 мм призван распределять все нагрузки. И толщину обоих слой важно рассчитывать точно, исходя из климатических особенностей местности и будущего использования самой крыши.

При двуслойном утеплении все стыки должны идти вразбежку, в шахматном порядке, чтобы не попадать друг на друга. Причем в местах примыкания плит к стенам и парапету дополнительно необходимо сделать теплоизоляционные бортики. Цементно-песчаная стяжка способна еще лучше распределить слой давления на теплоизолятор, но ее необходимо дополнительно армировать сеткой от растрескивания.

Правильная система водоотвода

А вот это уже задача сложная. Плоские кровли как раз ведь и плохи тем, что совершенно открыты для дождя. Но все решаемо! Главное грамотно организовать водосток, и для удобства мы раскрыли для вас этот вопрос в таких схематических иллюстрациях:

Устройство внутренней вентиляции

Еще один важный момент при обустройстве плоских кровель – вентиляция. Дело в том, что если влага случайным образом попадает в утеплитель, она уже не испаряется – только накапливается. В итоге теплоизолирующий материал гниет, а гидроизоляция вздувается. А причин для протечек немало: нарушенная гидроизоляция, механические повреждения верхнего слоя кровли, трещины и вред от замершей воды.

Влажный теплоизолятор плох также тем, из-за него на плоской кровли в летнюю жару появляются пузыри и трещины – все из-за активного испарения воды. В итоге разрушается и кровельное покрытие. А если влага со временем попадает под старую стяжку, тогда вся кровля начинает отслаиваться. Вот почему плоская кровля должна «дышать».

С этой целью на ней применяются так называемые аэраторы. На вид это простые пластиковые или металлические трубы, накрытые зонтичными колпаками. Располагать их следует равномерно по всей площади крыши, желательно на самых высоких ее точках. Суть такого механизма в том, что внутри кровли создается разное давление и воздух начинает создавать потоки, попутно захватывая с собой все лишние пары влаги.

На практике это выглядит так:

Кроме того, в любом жилом помещении водяные пары поднимаются вверх, к потолку. Причем зачастую успешно преодолевают этот барьер (молекула воды совсем небольшая) и попадают уже в утеплитель, что для него плохо. Вот почему обязательна пароизоляция. Причем не та, что обычно используется для изоляции мансарды, а плотная, из качественного полипропилена или полиэтилена. Еще более надежна битумная мембрана.

Выбираем подходящее кровельное покрытие

Итак, что используется в качестве покрытия для таких кровель?

Вариант #1 — битум и полимерно-битумные материалы

Такие кровли обходятся хозяевам частных домов дешевле всего. В основном речь идет о рубероиде и еврорубероиде. Это рулонные кровельные полотна, в основе которых – синтетическая ткань, а по сторонам – битум. Как эластичный и морозостойкий материал, битум служит отличной защитой и гидроизоляцией.

Тем более, что укладка битумного кровельного покрытия на плоскую крышу абсолютно проста, нужна только газовая горелка. Рулоны легко сплавляются между собой.

Но у такой кровли есть существенный недостаток – недолговечность. И еще то, что рубероид вообще не дышит, т.е. паронепроницаем, а потому вентиляцию такой кровле устраивать нужно обязательно, если только не хотите, чтобы утеплитель загнил уже через год:

Вариант #2 — жидкая резина

Такие кровли имеют огромное преимущество в том, что не содержат никаких швов. Как мы уже говорили, минус плоской кровли прежде всего в том, что на ней накапливается снег, который потом служит причиной протечек.

Но здесь есть свои тонкости. Так, жидкую резину для плоской кровли брать нужно только двухкомпонентную, желательно самую качественную. И крайне важно правильно наносить этот материал на плоскую кровлю: равномерно, избегая лишних наслоений и экономии в отдельных местах. Так, там, где краска была нанесена неравномерно, уже через 8-10 лет стоит ожидать проблем.

Вариант #3 — мембраны ПВХ, ТПО и ЭПДМ

Кровельные мембраны ценны в качестве покрытия для плоской кровли тем, что пропускают пар наружу. Ведь, какая бы ни была используемая пароизоляция, влага все равно хоть немного, но попадает в утеплитель, причем не только снизу, но и сверху – после сильных дождей, например.

Мембран для устройства такой кровли есть целых три вида: ТПО, ПВХ и ЭПДМ. Самая популярная – ПВХ мембрана, она же и самая горючая. ЭПДМ мембрана более прочная и доступная по цене, но, если в ней возникнет механическое повреждение, исправить его будет нельзя ничем, тогда как ПВХ мембрану достаточно расплавить феном. Кроме того, стыки ЭПДМ мембраны нужно проклеивать специальной лентой, что куда менее надежно, чем спайка ПВХ-полотен.

А вот самая дешевая в своем секторе мембрана – ПВХ. Но у нее есть такие существенные минусы, как низкая стойкость к ультрафиолетовым лучам и боязнь контактов с битумом, разными маслами и даже пенополистирилом, иначе срок службы значительно сокращается.

Для склеивания ЕПДМ мембраны нужны профессиональные навыки. ТПО мембрана, как и ПВХ, также сваривается горячим воздухом. Ультрафиолетовых лучшей не боится, более стойка химически и может укладываться прямо на пенополистирол или старую битумную кровлю без геотекстиля. Но срок службы у нее меньше, чем у ЭПДМ, поэтому для устройства плоской кровли жилого частного дома мы рекомендуем использовать именно ПВХ мембрану.

Итак, пирог устройства плоской кровли с ПВХ-мембраной традиционно делают такой:

  • Шаг 1. Устраиваем монолитную плиту-перекрытие.
  • Шаг 2. Кладем прочную на разрыв пароизоляционную пленку.
  • Шаг 3. Делаем разуклонку из утеплителя либо стяжки.
  • Шаг 4. Кладем утеплитель. В частном строительстве это обычно пенопласт с 35 плотностью, а поверх – XPS с 50 мм, который еще прочнее.
  • Шаг 5. Теперь геотекстиль, 300-500 г на каждый квадратный метр.
  • Шаг 6. Переходим к гидроизоляции – это и есть ПВХ-мембрана. Плотности утеплителя достаточно, чтобы по такой крыше можно было ходить. Но, если вы планируете сделать на крыше открытую террасу, то пирог нужно продолжать дальше.
  • Шаг 7. Снова стелем геотекстиль – теперь уже не посредственно на мембрану.
    Кладем резиновую плитку или армированную стяжку 5-7 см, на которую уже кладем плитку тротуарную. Чтобы сделать стяжку, необходим балласт.

А еще такие кровли устраивают из каучука, полимеров или даже фольги. В отличие от битумных, они прочны, пожароустойчивы и крепко держатся на основании. Достигают небольшого уклона при помощи керамзитобетонной или бетонной стяжки.

Как достичь 100% гидроизоляции?

Главная задача при устройстве плоской кровли – сделать все стыки и места примыканий максимально герметичными. Ведь на такую кровлю больше всего воздействует влага, град, перепады температур и разносимый ветром мусор. А потому используемые герметики для заделки таких стыков должны быть качественными и устойчивыми к любым воздействиям. Это тоже своего рода расходы, на которые приходится идти.

С той же целью гидроизоляции уклон плоской кровли рекомендовано делать не менее 2%. Мало? На самом деле этого вполне достаточно, чтобы вся атмосферная влага не задерживалась на поверхности, а стекала вниз, в воронки и трубы, а от них уже – в септик, почву или канализацию. Поэтому еще на стадии проектирования вам нужно точно продумать будущую водоотводную систему.

Причем сам водоотвод делают как внутренним, так и внешним. Так, внутренний водоотвод представляет собой фитинги – расположенные по всей крыше воронки, которые принимают в себя стекающую воды и направляют ее в трубы, которые идут через здания, но изолированы от жилых помещений. Единственный минус такой системы в том, что трубы забиваются мелким мусором и листьями, для чего их желательно снабдить специальными фильтрами и периодически чистить.

Внешние водоотводы крепят уже по наружным стенам здания. Такие чистить, когда забьются, конечно же легче, но в морозы они часто обмерзают. Для чего их дополнительно принято снабжать электроподогревом в виде кабелей.

Что же касается материала для внутренней и внешней водосточной системы плоской кровли, то ПВХ или металл вполне подходит. И у того, и у того варианта есть свои плюсы и минусы. Так, поливинилхлорид не поддается коррозии, но обладает большей хрупкостью, чем металл.

Для того, чтобы водостоки не замерзали зимой, оснастите их кровельными термическими кабелями.

Зеленая зона на крыше: модно и экологично

Зелени и уголков отдыха нередко не хватает не только жителям «каменных джунглей», но даже владельцам частных домов. Все дело в том, что ту же красивую садовую мебель не всегда получается оставить во дворе дома, а красивые редкие цветы на огородной клумбе часто затаптывают домашние питомцы. Поэтому не удивительно, что зеленая зона на крыше стала модной и среди обладателей коттеджей. Особенно, если выход на нее идет сразу из спальни и никто другой ваш утренний покой с чашечкой кофе не сможет нарушить.

Появилась и мода у некоторых кафе делать крышу плоской, а на ней ставить небольшую теплицу. Вся зелень – сразу на стол! И выгодно, потому что привезти на кухню свежий укроп или лук не так-то просто, и экономически выгодно – есть куда отправлять кухонные отходы. И трудно понять, кто у кого позаимствовал эту идею: предприимчивые жители частных домов с плоской крышей, или лучшие умы общественного питания. Но то, что такое расположение закрытого грунта выгодно – это факт: грызуны не подкопаются под грядки, насекомые и вредители не доберутся (как и вредители в виде соседей), а то, что на крыше всегда немного жарче – для тех же помидоров только плюс. Но главное – при строительстве правильно рассчитать нагрузки на такую крышу!

А кровельный пирог зачастую идет стандартный: гидроизоляция на перекрытие, теплоизоляция, геотекстиль, дренаж и снова геотекстиль. А поверх уже можно и землю, и грядки:

Или вот в таком варианте для более мощных перекрытий:

Плоская кровля – это огромный простор для любой фантазии. Дизайнеры и архитекторы обожают водворять в жизнь самые разные для нее проекты: и сад, и оранжерея, и беговая дорожка, и мини-пляж с шезлонгами, и много чего другого. Некоторые умельцы даже умудряются делать на ней автостоянку!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: