ПОЧЕМУ ГАСНУТ СВЕТОДИОДНЫЕ ЛАМПЫ?

Светодиодные лампы (сокращённо — СЛ) сегодня можно увидеть почти в каждом доме. И неспроста -они экономичны. Энергосбережение заключается в том, что СЛ, к примеру, с заявленной мощностью 9 Вт при токе потребления всего от 0,065 А, является аналогом по выдаваемой освещённости лампе накаливания в 60 Вт, которая потребляет энергии в несколько раз больше.

На фото 1 представлен вид на светильник с тремя СЛ типоразмера Е14.

Покупая лампу, вы прочтёте на её упаковке: «срок службы не менее 50 000 часов» — более пяти с половиной лет непрерывной работы. На самом же деле срок службы СЛ зачастую не так уж долог (иногда в десятки раз меньше заявленного). Почему бытовые СЛ не вырабатывают расчётный (производителем) срок службы и можно ли их починить?

Для этого разберёмся в устройстве бытовых СЛ и их типичных неисправностях.

Современные светодиодные лампы изготовляют на основе полупроводниковых источников белого цвета излучения — сверхъярких светодиодов. Если разобрать СЛ типоразмера Е14 (фото. 2), то увидим теплоотвод и преобразователь входного напряжения (в диапазоне 170 — 250 В) в постоянное (модулированное) напряжение 14 В. Таким образом, в корпусе СЛ (её колбе) функционирует источник питания: адаптер 220 В — 14 В.

Фото 1. Внешний вид потолочного светильника с тремя однотипными СЛ

Фото 2. СЛ в разобранном виде: охлаждающий теплоотвод — часть корпуса и плата с дискретными радиоэлементами, составляющими схему источника питания — преобразователя 220 В — 14 В

Начнём с электронного импульсного источника питания, встроенного в цоколь (типа Е27, Е14); он чувствителен не только к напряжению сети, но и к его частоте. На моём примере эта лампа «прослужила» чуть меньше года, если быть точным, то 116 часов во включённом состоянии, а включений/выключений «пережила» не более 100, поскольку пользовался загородной мастерской в этот период времени не часто. Температурный режим в мастерской соответствовал требованиям производителя СЛ — температура не опускалась ниже +16 °С. Светильник также был лишён вредных воздействий атмосферных осадков, поскольку находится в доме. Подача напряжения в осветительную сеть осуществляется через специальный стабилизатор с выходной мощностью 10 кВт. Таким образом, сеть защищена от перегрузок (перенапряжений). И тем не менее, при очередном включении летом 2015 года одна СЛ (из трёх в составе потолочного светильника) погасла. При следующем включении (после выключения) погасла вторая. При этом третья СЛ продолжает светить и по сей день.

Чтобы разобрать СЛ, выкрутите её из патрона и работайте на столе -так удобнее и безопаснее (фото 3), далее надо снять колбу (с усилием и поворотом — она поставлена на клей) и затем отвернуть винты крепления светодиодного кластера с помощью тонкой крестовой отвёртки.

После этого откроется доступ к «начинке» цоколя СЛ, а именно к печатной плате источника питания (фото 4).

Фото 3. Разборка корпуса СЛ с патроном Е14

Фото 4. Вид на печатную плату источника питания

Фото 5. Иллюстрация работы дополнительной пропайки выводов элементов источника питании

Самое слабое звено платы — оксидный конденсатор ёмкостью 2,2 мкФ на рабочее напряжение 400 В. Если он даже незначительно теряет ёмкость и тем более полностью выходит из строя, выходное напряжение источника питания-адаптера значительно падает, и светодиоды могут не зажигаться вообще. Вторая возможная причина из всех, которые мне удалось установить опытным путём, — окисление контактов на дорожках печатной платы. Если электрический контакт на печатной плате в месте соединения с ней выводов неполярного конденсатора, обозначенного на плате С1, теряется (или становится нестабильным), то с учётом малого тока потребления устройства источник питания СЛ также не выдаёт расчётное напряжение на выходе. Обе эти возможные неисправности устраняются без особого труда. Первая — путём проверки и замены оксидного конденсатора, вторая — пропаиванием всех дорожек на печатной плате (монтажные работы по пропайке выводов элемента платы источника питания СЛ представлены на фото 5). Следующий шаг (если СЛ осталась неисправна) — проверка диодного моста. Затем переходят непосредственно к светодиодному кластеру, на котором установлено 10 светодиодов (вид на светодиодный кластер — плату C37-10SMD-2835V1 представлен на фото 2).

Конструкция и технология изготовления СЛ оказывают определяющее влияние не только на ресурс работы и надёжность, но и на стоимость готовых изделий. Хорошая конструкция призвана обеспечить отвод тепла от кристалла, что достигается качеством монтажа кристалла и материалом теплоотводящего основания.

Главный показатель эффективности светодиодной лампы — это её светоотдача. Она измеряется в лм/Вт, где один лм (люмен) — единица светового потока, а Вт — единица потребляемой электрической мощности. Современные мощные СП способны работать с прямым током свыше 1 А, однако при этом требуют постоянного отвода тепла для сохранности кристалла. С ростом мощности СП эффективность работы кристалла (включающая в себя целый комплекс параметров) снижается. Это связано с нелинейной зависимостью светоотдачи от прямого тока кристалла светодиода.

Светодиоды устанавливаются на специальную плату с разводкой печатных дорожек, о которой поговорим далее, поскольку от технологии её изготовления и монтажа сильно зависит качество самой СЛ. Изделие (плата) с логотипом C37-10SMD-2835V1 представляет собой кластер из 10 полупроводниковых светодиодов, смонтированных на печатной плате с алюминиевым основанием. Вид на отдельный светодиод представлен на фото 6.

Фото 6. Вил на отдельный светодиод мощностью 5 Вт фирмы Cree, установленный в СЛ

Источником света (одним из 10) служит сверхмощный светодиод CREE Q5; по данным производителя, светодиод — обеспечивает временной интервал непрерывной службы в 10 лет (наработка до отказа) светодиода 50 000 — 100 000 часов. Световой поток у таких приборов в зависимости от мощности составляет 270 — 530 лм (люменов). Примерно такие же характеристики у других светодиодов. Так, светодиод 3 W — белый холодный с обозначением 270 — 300 lm, 6000 — 6500 К (цветовая температура), 3,2 — 3,4 В (прямое напряжение), угол излучения — 120°. Наиболее важными показателями, на которые стоит обратить внимание при выборе LED-ламп, являются их световая температура, цоколь и мощность. Разумеется, разными производителями СЛ используются и другие типы светодиодов.

Светодиоды в SMD-исполнении монтируются на печатных платах с алюминиевым основанием и могут вариативно комплектоваться вторичной оптикой для получения диаграммы направленности светового потока. Плата выполнена в форме круга или многогранника с несколькими выемками-отверстиями для крепления винтами М3 (фото 7). Такую и подобную ей плату (для монтажа нескольких светодиодов в SMD-корпусах) можно приобрести сегодня оптом и в розницу (отдельно от лампы), однако ремонт изделия по своей себестоимости и затратам времени представляется нерентабельным. Но тем не менее, рассмотрим и этот вопрос.

Фото 7. Печатная плата для монтажа светодиодов (подложка кластера) для других типов СЛ

Фото 8. Результат принудительной деформации платы светодиодного кластера с помощью пальцев рук — светодиоды засветились, но не в полную мощность

Причина неработоспособности СЛ нередко скрывается в микротрещинах или обрыве контактной дорожки на самом кластере. Поскольку все светодиоды подключены в последовательную электрическую цепь, обрыв или плохой контакт в дорожке кластера является вполне существенной причиной для отсутствия свечения всех светодиодов. Это самая неприятная для монтажника и ремонтника ситуация — ползучая неисправность. Если плату кластера со светодиодами незначительно деформировать (пальцами), то свечение появляется (фото 8), тот же эффект может быть достигнут с помощью постукивания платой кластера по столу, но, разумеется, всё это не может удовлетворить монтажника.

На фото 9 показан метод подключения светодиодного кластера и источника питания СЛ для лабораторных исследований, то есть после его отключения от корпуса лампы и выноса на отдельных (дополнительных) проводах — для последующих экспериментов и ремонта.

Фото 9. Метод выноса плат СЛ из корпуса СЛ и подключения новыми проводами для последующих экспериментов и ремонта

В этом случае придётся пропаивать места контактных площадок светодиодов и, при необходимости, контролировать печатные дорожки на плате кластера с помощью лупы (на просвет) в поисках микротрещин. Неисправность общая и часто встречается почти у всех производителей кластеров светодиодных ламп.

Лидирующие производители кристаллов решают эту проблему по-разному. К примеру, одни используют медное теплоотводящее основание, другие — «приклеивают» кристалл к подложке, а технологи фирмы Limileds Lighting используют эвтектический* монтаж. Каждый из методов обладает как положительными, так и отрицательными особенностями. Пайка кристалла на подложку позволяет снизить тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом, но при этом возникает диодный контакт между теплоотводящим основанием и кристаллом, что требует обязательной электрической изоляции СЛ при одиночном или групповом монтаже на печатную плату. Этот «минус» не только снижает технологичность и делает более дорогим производство готовых изделий, но, в итоге, увеличивает тепловое сопротивление между корпусом и теплоотводом (радиатором). Кремниевая подложка и медное теплоотводящее основание имеют значительно отличающиеся коэффициенты объёмного расширения при нагревании, что при «термо-циклировании» приводит к нарушению эвтектики, к повреждению кристалла и, как следствие, к преждевременному старению и даже выходу из строя источника света.

После пропайки с помощью низковольтного (12 В) паяльника с тонким жалом удалось устранить неисправность. При работе СЛ рабочая температура радиатора охлаждения (теплоотвода) может достигать 80 °С. Не рекомендуется смотреть на горящий светодиод — можно повредить глаза, что иллюстрирует фото 10.

Фото 10. Восстановленное состояние кластера после ремонтных работ

После этого светодиодную лампу рассмотренного типа можно продолжать использовать по назначению. Исследованию подвергались светодиодные лампы Camelion LED А60 8,5 Вт, 660 лм, 830, 220 В, Е27 3000 К; LED-A60-standard 11 Вт 160 — 260 В Е27 3000 К 900 лм (российского производства ООО «ASD»); Jazzway PLED-ЕСО-А60 7W и др.

ВЫВОДЫ

Гарантийный срок светодиодной лампы отсчитывается от момента приобретения через розничную сеть и обычно составляет три года. Причём в коробке с изделием нередко находится гарантийный талон с серийным номером и штампом предприятия-изготовителя, что выгодно отличает СЛ от энергосберегающих ламп (не имеющих серийного номера и обеспеченных гарантией по чеку организации-продавца).

Сегодня производители пытаются удешевить производство светодиодных ламп и переходят с алюминиевых радиаторов на теплопроводящую керамику. На практике нередки случаи, когда после очередного включения, примерно через 10 — 20 минут, световой поток у такой «дешёвой» лампы снижается на 10 — 20%. Этот процесс напрямую связан с нагревом корпуса лампы, и после выключения и остывания лампы до комнатной температуры, при повторном включении, он повторяется. Кроме того, при «слабой» технологии изготовления СЛ со временем эксплуатации происходит отслаивание дорожек в светодиодном кластере, что приводит к нарушению контакта и выключению СЛ (проиллюстрировано выше).

Впрочем, описанная неисправность устраняется относительно простым способом. Это актуально для тех, кто умеет держать в руках паяльник и кое-что знает о принципах работы светодиодов и источников питания. Всем остальным потребителям сегодня не позавидуешь. При средней стоимости СЛ мощностью 6 Вт в 140 рублей, с учётом часто возникающих неисправностей, им придётся «облегчать свой кошелёк». Альтернатива, впрочем, тоже есть. Не надо гнаться за дешевизной и за «акциями» снижения цен, а приобретать СЛ проверенного производителя, пусть даже и с более высокой стоимостью. Таким образом, можно защититься от постоянных ремонтов ламп-однодневок. Народная мудрость — «Скупой платит дважды» остаётся актуальной. Ещё дам совет тем, кто иногда выезжает за границу — в Европу. Покупайте световые приборы там. Приведу пример. Из 10 СЛ, купленных мною по случаю в Финляндии (кстати, на сезонной распродаже, а потому недорого) за четыре года ни одна не вышла из строя. На лампах указана страна-производитель — КНР. При прочих равных условиях приобретённые в Санкт-Петербурге отечественные «дешёвые» СЛ уже неоднократно отнимали моё время на ремонт, вызывая справедливое недовольство российской промышленностью (она кое-где ещё осталась). Кроме того, наши производители часто лукавят: к примеру, в характеристиках указан индекс цветопередачи CRI более 80. А на упаковке он скромно не написан. Официальный сайт производителя (к примеру, ASD, Россия) в характеристиках лампы указывает CRI >70 (показатель комфортности восприятия освещения). Это значит, что дешевизна лампы обеспечивается применением светодиодов с посредственными характеристиками. Такая лампа, возможно, сгодится для технического освещения, но не для домашнего уюта. Эту лампу можно сравнить, поставив рядом с чуть более дорогими (на 10 — 20% стоимости) лампами и показателем CRI 80 — 90. К тому же, если подключить СЛ в электрическую цепь последовательно с включателем с подсветкой (неоновый индикатор), то она будет моргать. Регулятор электрической мощности нагрузки (диммер), предназначенный для регулировки свечения (силы света, яркости) ламп в данном случае применять вообще бесполезно.

Ближайшие конкуренты светодиодов — галогенные лампы — имеют эффективность (светоотдачу) порядка 25 лм/Вт. СЛ давно превзошли этот показатель, и в дальнейшем следует ожидать роста их эффективности и заметного снижения цены. Если, к примеру, в квартире установлено 10-15 лампочек, экономия получается достаточно существенной. Но необходимо учитывать все приведённые в статье «опасности» приобретения «дешёвых» светодиодных ламп или в другом случае быть готовым взяться самому за их восстановление. Хотя СЛ не предназначены для ремонта, учтя высказанные в статье рекомендации, это вполне возможно.

А. КАШКАРОВ, г. Санкт-Петербург