Приветствую тебя, мой дорогой читатель ! Моя предыдущая статья показала, что тема схемотехники светодиодных ламп представляет интерес для многих, и я решил продолжить в данном направлении. В другой статье я пробовал различные методы проверки пульсаций для двух ламп Phillips (на 7 и 12 Вт), в этой же я их разберу, тщательно рассмотрю их схему(со снятием осциллограмм), конструктивные решения и проведу сравнение.
Итак, напоминаю, как выглядят исследуемые лампы:
Проведя некоторые манипуляции...
...я извлекаю на свет подложку, на которой распаян драйвер и светодиоды:
С оборотной стороны это выглядит так:
Сразу хочу отметить следующее:
1) всё собрано на многослойной подложке, которая cодержит в себе алюминиевую пластину и работает и как печатная плата для всех элементов, и как элемент теплоотвода.
2) конденсаторы маркированы 105°С (для "горячих" применений), и вынесены на ножках подальше от подложки, что в непростых условиях внутри лампы продлит им жизнь
3) в корпус лампы впаян алюминиевый стаканчик, в который и становится данная подложка, что так же направлено на улучшение теплоотвода:
Здесь у меня претензий к лампе пока нет, всё более-менее честно, разве что можно было бы сделать вентиляционные отверстия(хотя у этого свои минусы есть) и ещё я не уверен, что герметик нормально проводит тепло от подложки к корпусу.
Переходим к схеме. По маркировке на микросхеме драйвера легко находится его datasheet:
Информации в нём минимум, но есть схема, которая повторена в нашей лампе практически без изменений.
1) входной предохранитель - в лампе есть, в виде fusiable resistor(резистор-предохранитель) номиналом 20 Ом. Играет две роли - при КЗ внутри лампы ограничивает ток этого КЗ(в отличие от обычного предохранителя) и предсказуемо и без "пиротехники" сгорает(в отличие от обычного резистора, который может пожар устроить)
2) диодный мост - не на дискретных диода, а в монолитном исполнении - MB10F (0.5А, до 1000В, прямое падение порядка 1В)
3) конденсаторы - оба фирмы AISHI, оба на 400В 2.2 мкФ, оба с маркировкой 105°С, но разных серий. После моста стоит CD11GAS(более живучая серия), параллельно светодиодам стоит CD11GHS. Даташиты свободно находятся, заявлено, что эти изделия специально под светодиодные лампы спроектированы. Что касаемо фирмы и качества - в Интернете мнение, что средние. Что я думаю - конечно это не Jamicon Nichicon и т.д., но тем не менее фабричный Китай и явно лучше noname мусора, что обычно ставят в дешевые лампы.
4) Светодиоды - 1W 2835(не путать с 3528!), внутри два кристалла, стоит их 8 штук последовательно, замеры мультиметром показали падение около 49В на всей цепочке и 6 на одном. Справедливости ради, замеры делались в разное время и могло напряжение плавать, но в целом режим работы довольно таки нормальный выбран, без перенапряжения.
5) Диод - супербыстрый E1J, 600 вольт 1А. В принципе, неплохо, но падение великовато, но в нашем случае Шоттки не поставить, так как диод в данной схеме испытывает высокое обратное напряжение.
6) Индуктивность промаркирована как 4.2 мГ. Прикинул по осциллограмме, так и есть.
7) Шунт - два резистора на 3.3 Ома, соединенных в параллель, что в итоге даёт 1,65 Ом.
8) В лампе есть ещё один элемент - резистор на 510к, включенный параллельно диодам. Доразряжает конденсатор при выключении лампы, а ещё защищает схему от негативных последствий в случае обрыва цепи светодиодов. Радует, что производитель предусмотрел такое.
Мои впечатления на данном этапе - в целом неплохо, но есть к чему придраться. Основная претензия - отсутствуют фильтры от помех и защитные элементы типа варистора. С другой стороны - в данной ценовой категории таких "наворотов" всё равно ни у кого нет :-)
Давайте попытаемся разобраться, как она работает, для этого я снова расчехляю свой старенький осцилл и приблуду для ремонтов БП:
ВНИМАНИЕ ! В СХЕМЕ ПРИСУТСТВУЕТ ОПАСНОЕ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА НАПРЯЖЕНИЕ ! НЕ ПОВТОРЯТЬ БЕЗ ПОЛНОГО ПОНИМАНИЯ СУТИ ПРОИСХОДЩЕГО ! Я ЗНАЮ, ЧТО И КАК Я ДЕЛАЮ, И ПРИНЯЛ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ! ЗА ВАШИ КОСЯКИ ОТВЕЧАТЬ БУДЕТЕ ВЫ(ЕСЛИ ВЫЖИВЕТЕ), А НЕ Я !
Так вот, приблуда состоит из ТС-180(выдернул из старого лампового телика), который включен в схеме, когда он работает, как трансформатор гальванической развязки. Так же есть патрон для лампы накаливания(для ограничения тока, если в отлаживаемой схеме КЗ), выключатель для отключения препарируемого источника и исключения лампы из схемы. В данную компашку ещё просится ЛАТР, но его в наличии нет.
С входным фильтром всё понятно:
По сути, нас прежде всего интересует вот эта часть схемы, которую я малость перерисовал:
Итак, у нас возможно два состояния схемы:
1) ключ замыкается, при этом ток протекает через светодиоды(конденсатор пока для простоты опустим) дальше через индуктивность, замкнутый ключ и шунт:
2) ключ размыкается, при этом ток протекает через светодиоды(конденсатор пока для простоты опустим) дальше через индуктивность и диод:
При этом я хочу отметить роль индуктивности в этих процессах. Как я уже говорил в другой статье, дроссель для электрического тока как маховик, который нельзя ни мгновенно раскрутить, ни мгновенно остановить. При этом индуктивность дросселя в Генри эквивалентно массе маховика, напряжение на нём - это наши прилагаемые к нему для раскрутки усилия(стоящий маховик сдвинуть тяжелее, чем подталкивать раскрученный, поддерживая вращение - вспомните пусковой и холостой токи электродвигателя !), ну а его обороты - проходящий ток.
Допустим, в данный момент тока через дроссель нет. Замыкаем ключ, прикладывая к дросселю напряжение, при этом оно падает на дросселе полностью, а ток нулевой и начинает расти пропорционально напряжению и значению индуктивности, при этом дроссель запасает энергию. С ростом тока падает и напряжение на дросселе. Если разомкнуть ключ, то запасенная в дросселе энергия будет стремиться поддерживать ток и искать пути для его протекания, и в итоге цепь через диод замкнется на диоды.
Вообще говоря, в таких схемах бывает два режима работы дросселя: непрерывный(неразрывный) и разрывный(прерывный, прерывистый).
Внимание на рисунок:
Как можно видеть, отличие в том, что в непрерывном режиме ток через индуктивность идёт всегда, а в прерывном ток прерывается :-)
В описании на микросхему заявлено, что она работает в Critical Conduction Mode(не знаю, как это по-русски, напишите, кто сталкивался). Это режим на границе непрерывного и прерывного режима, когда режим вроде бы непрерывный, но Imin = 0. Ток падает до нуля и сразу начинает нарастать, в отличие от прерывного режима, когда ток в 0 ещё какое-то время. Как нам это проверить ? Обратимся к осциллографу.
Видно два устойчивых состояния на выводе дросселя, подключенном к ключу и диоду:
1) Напряжение около 0
2) напряжение около напряжения питания(бахрома на осциллограмме как раз от того, что напряжение питания плавает с частотой 50 Гц, смотри предыдущую осциллограмму).
О чём это нам говорит ? О том, что в случае 1 у нас замкнут ключ и ток идёт через него:
А в случае 2 - что ключ разомкнут и ток через индуктивность так же идёт. Почему ток идёт ? Ранее мы выяснили, что при разомкнутом ключе ток индуктивности идёт через диод. На диоде при протекании через него тока устанавливается падение напряжения, которым в нашем случае можно пренебречь, в итоге в точке, где щуп, при протекании тока через индуктивность будет напряжение, примерное равное напряжению питания схемы.
Если бы тока не было, здесь бы было бы напряжение, равное напряжению питания(270 измеренных вольт) минус напряжение на диодах(около 50 измеренных вольт, то есть около 220 вольт. Судя по всему, схема управления смотрит разницу между напряжением на выводах DRAIN и HV и когда она становится выше определенного порога(ток индуктивности стал равен нулю) - замыкает ключевой транзистор, после чего смотрит на напряжение на шунте и если оно пересекло порог(ток в индуктивности достиг нужного значения) - разрывает в цепь. Частота преобразования при такой логике нефиксированная и будет плавать. В данном случае частота порядка 40 кГц, пороговое напряжение на шунте 0.4 вольта, что при сопротивлении шунта 1.65 Ом говорит о максимальном токе в индуктивности 242 мА.
Давайте теперь взглянем на напряжение на светодиодах:
Пульсации при этом таковы:
Амплитуда получается где-то 2.8 вольт, что немного больше 5%. Справедливости ради, СанПин регламентирует пульсации до 300 Гц, а на такой частоте допускаем, что пульсаций нет.
Как понять, какой средний ток диодов ?
А дело вот в чём. Работу данной топологии можно условно разбить на 4 такта:
1) ключ замкнут, ток в индуктивности растёт, но ниже среднего тока светодиодов
2) ключ замкнут, ток в индуктивности растёт и выше среднего тока светодиодов
3) ключ разомкнут, ток в индуктивности падает, но выше среднего тока светодиодов
4) ключ разомкнут, ток в индуктивности падает и ниже среднего тока светодиодов
Здесь в работу вступает конденсатор, который прежде мы убирали из расчётов. В такте 1 он разряжается на светодиоды, подпитывая их током, в такте 2 он заряжается, в такте 3 так же заряжается, а в такте 4 разряжается на диоды.
В итоге сразу после запуска схемы конденсатор разряжен и напряжение на нём меньше порогового на диодах, поэтому в тактах 1 и 2 весь ток уходит в конденсатор. Потом, по мере достижения порогового напряжения начнёт расти ток через диоды, но он будет мал и опять же большая часть тока будет расходоваться на заряд конденсатора. Если же вдруг напряжение на конденсаторе станет такое, что ток светодиодов будет выше 1/2 максимального тока, то у нас соотношение "заряд-разряд" кондесатора станет такое, что он будет больше разряжаться, чем заряжаться.
Таким образом, система входит в равновесие, в котором конденсатор разряжается и заряжается равные периоды времени, а средний ток светодиодов равен 1/2 максимального тока. То есть, в данном случае порядка 120 мА. Что при пересчёте получается ниже 7 ватт, и тут непонятно, то ли я неточно измерил, то ли Филлипс ваттов недоложил.
Давайте я вам более наглядно расскажу и покажу на видео:
А теперь вспомним, что у нас есть вторая лампа:
Данные лампы максимально унифицированы. Разница только в количестве диодов(здесь их 20 против 8) и в номинале шунта - вместо двух по 3.3 Ом стоят два резистора по 4.7 Ом, что даёт ток диодов порядка 85мА.
То есть, в лампе на 12 ватт они упростили жизнь светодиодам, пустив через них меньший ток и уменьшив мощность, приходящуюся на каждый из "светиков". Где раньше 8 диодов давали 7 ватт, теперь 20 диодов дают 12 ! В теории это должно продлить жизнь диодам, но на практике - кто знает, исполнение схожее, по идее теперь в том же объёме трудится более мощная начинка и тепловой режим компонентов должен стать хуже, хотя у двенашки корпус слегка больше.
Ну, собственно, и всё. Статья получилась внушительная - хочется поподробнее рассказать нюансы для новичков, но при этом сложно не скатиться в растянутую тягомотину(но я старался).
Какие выводы я могу сделать по итогу данного "исследования" ? Филипс есть Филипс. Лампа дешевая, но с нормальной схемотехникой и конструктивом, а не очередное убогое поделие китайпрома. За 99 рублей годно, надо брать ! А вы как думаете ? Напишите в комментариях!
Кстати, у меня лежит вот такая вот "свечка" Филипс:
И она не работает ! Хотите статью подробную статью о том, как я её разбираю, диагностирую и чиню ? Смело оставляйте комментарии, если будут желающие, я напишу статью) Так же приветствуется обратная связь о том, на какую тематику вы бы хотели видеть публикации здесь !
Ну и по традиции, поставьте лайк и подпишитесь на мой канал - это очень помогает развивать его !