Филаментная LED лампа
Устройство, схема, пример ремонта
Светодиодная филаментная лампа – это искусственный источник света, в котором световая энергия вырабатывается нитевидным элементом, называемым филаментом (filament), состоящим из множества включенных последовательно светодиодных кристаллов.
Филаментная лампа была разработана японской компанией «Ushio» в 2008 году, но из-за малой мощности для освещения была непригодна. И только в 2013 году китайским компаниям удалось добиться величины излучения светового потока филаментной лампы, сравнимого с лампой накаливания мощностью 60 Вт. Внешний вид филаментной лампочки показан на фотографии.
Филаменты
Источником излучения светового потока в филаментной лампе являются филаменты, откуда и произошло название лампы.
На фотографии показано шесть филаментов, извлеченных из перегоревшей лампы. Филаменты могут иметь любую форму, даже спирали. Это позволяет дизайнерам создавать эксклюзивные лампочки.
Устройство светодиодного филамента
Филаменты изготавливают по технологии Chip-On-Glass, сокращенно COG, что переводится как чип на доске.
Основанием филамента служит стеклянный или сапфировый стержень круглой формы с вплавленными в него по торцам электродами. Диаметр стандартного стержня составляет 2 мм, длина – 30 мм.
Вдоль стержня закреплено последовательно соединенных 28 светодиодных миниатюрных кристаллов синего и красного цветов излучения. Сверху светодиоды покрыты слоем лака, пропускающим только белый свет.
Мощность филамента составляет около 1 Вт, напряжение, необходимо для свечения составляет около 60 В. Рабочий ток, соответственно, около 16 мА.
Филаменты в лампочках размещают в герметичную стеклянную колбу, но они успешно могут работать и на открытом воздухе, что позволяет из них делать оригинальные самодельные светильники.
Устройство филаментной лампочки
Если посмотреть на филаментную лампочку издалека, то можно и не отличить ее от лампы накаливания. Такая же стеклянная колба и внутреннее устройство. Только спирали толще и расположены вертикально.
Но это только внешнее сходство, так как работает филаментная лампа по принципу светодиодной лампочки.
Для подачи питающего напряжения в лампе имеется металлический цоколь с резьбой Эдисона. В настоящее время лампы оснащают цоколями только типоразмеров Е14 и Е27. В цоколе размещен драйвер, который обеспечивает преобразование переменного напряжения сети в постоянное напряжение, стабилизированное по току.
С драйвера питающее напряжение подается через два проводника, вплавленных в герметичную стеклянную колбу, на выводы размещенных в ней филаментов. Филаменты между собой и токовводами соединяются с помощью точечной сварки. Для эффективного отведения тепловой энергии от филаментов колба заполнена гелиевой газовой смесью, которая обладает высокой теплопроводностью.
Анализ причины перегорания филаментной лампы
Чтобы не отставать от технического прогресса при появлении на рынке филаментных ламп приобрел двенадцать таких лампочек с цоколем Е14 мощностью 6 Вт для двух люстр.
Лампы красиво смотрелись в люстре и хорошо освещали помещение, но через год эксплуатации одна из них ярко вспыхнула и перестала светить. Решил выяснить, в чем причина отказа.
Попытка отделить цоколь от колбы лампы не увенчалась успехом. Клей-компаунд скрепил цоколь с колбой намертво. Пришлось применить разрушающий метод разборки с помощью тисков.
Для извлечения драйвера из цоколя пришлось, вращая его сжимать по немного тоже в тисках. Компаунд и остатки стекла колбы при этом крошились.
В результате удалось извлечь из лампы филаменты и драйвер без их повреждения. На фотографии показано как выглядит филаментная лампа без колбы и цоколя.
При осмотре драйвера сразу бросилось в глаза, что рядом с токоограничивающим конденсатором резистор был покрыт слоем копоти, что свидетельствовало о сгорании одной из деталей. Проверка резистора показала его исправность. Следовательно, вышел из строя конденсатор.
На противоположной стороне печатной платы драйвера был распаян только мостовой выпрямитель и нанесена маркировка для подключения. Прозвонка диодов мультиметром показала, что все диоды исправны.
Электрическая схема филаментной лампы
Для дальнейшего анализа причины отказа с печатной платы драйвера срисовал электрическую принципиальную схему филаментной лампы. Как видно из схемы, она практически не отличается от стандартной схемы светодиодной лампы, собранной на обыкновенных светодиодах с токоограничивающим конденсатором.
Ток стабилизируется с помощью конденсатора С1, выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и далее поступает на филаменты HL1-HL6, соединенные последовательно двумя параллельными группами по три. Резисторы служат для разряда конденсаторов после выключения лампы. С2 сглаживает пульсации.
Достоинством этой схемы драйвера является простота, позволяющая поместить его даже в цоколь Е14, высокий КПД и практически отсутствие выделения тепла. Недостатком является большой коэффициент пульсаций светового потока, что исключает использование ламп с таким драйвером для освещения рабочих мест с напряженным трудом.
Если необходима филаментная лампа с малым коэффициентом пульсаций, то нужно приобретать с драйвером на микросхеме. На фото классическая схема такого драйвера, но он больше по размерам, поэтому устанавливается только в филаментные лампы с цоколь Е27.
Проверка филаментов лампы
Для проверки филаментов необходимо на их выводы подать напряжение постоянного тока не менее 60 В. Поэтому мультиметром, который выдает в режиме измерения сопротивления напряжение не более 9 В прозвонить филамент невозможно.
Поэтому для проверки филаментов был использован драйвер, извлеченный из лампы. Конденсатор С1 был в обрыве, поэтому был выпаян и вместо него запаян исправный навесной такой же емкости.
При подаче напряжения на драйвер, засветился только один из шести филаментов, и то участками, что указывало на возможную неисправность всех филаментов лампы.
Для проверки филаментов они были разъединены и проверены по отдельности. Подключались к родному драйверу, последовательно с которым по цепи подачи питающего напряжения был запаян дополнительных конденсатор такой же емкости.
Как и ожидалось, все филаменты оказались неисправными. Один из них засветился, как и ранее, участками, что не позволяло его дальнейшее использование.
Причина перегорания филаментной лампы
Филаментная лампа перегорела из-за электрического пробоя токоограничивающего конденсатора С1. В результате все напряжение питающей сети (220 В) было приложено к выводам светодиодных филаментов и через них потек ток, превышающий допустимый.
Светодиоды от перегрева перегорели, как и сам конденсатор. От него и покрылась копотью печатная плата.
Ремонт филаментной лампы
Схемы драйверов у филаментных ламп такие же, как и обыкновенных светодиодных и ремонт их отличается только способом разборки. Приведу пример из личной практики ремонта филаментной лампы.
Через некоторое время перегорела еще одна лампа в люстре из этой же партии. С учетом полученного опыта решил применить неразрушающий способ ее разборки, так как внешний осмотр не выявил перегорания филаментов.
Для этого была использована мини дрель с установленным в нее наждачным диском, как у болгарки. Такая мини дрель в комплекте имеет большой набор инструментов, позволяющий выполнять практически любые ювелирные работы, начиная от сверления и заканчивая гравировкой на металле и стекле.
Цоколь филаментной лампы был зажат за резьбовую часть в тисках и прорезан абразивным диском по всей длине его окружности, как показано на фотографии.
Далее при одновременном разогреве центрального контакта цоколя паяльником резьбовая его часть была отсоединена. В результате получен доступ к печатной плате драйвера. Драйвер был обвернут изоляционной прозрачной пленкой.
Изоляция была удалена и диоды выпрямительного моста проверены с помощью мультиметра. Они оказались в обрыве. Мост был заменен диодным мостом, взятым из драйвера разбитой описанной выше лампы.
Для исключения перегорания филаментов последовательно с установленным в драйвере конденсатором был впаян навесной емкостью 0,5 мкФ и на схему подано напряжение.
Филаменты засветились, правда с меньшей яркостью, так как при последовательном соединении конденсаторов суммарная их емкость всегда становится меньше, чем емкость конденсатора в цепочке с меньшей емкостью. Слабое свечение филаментов свидетельствовало о исправности конденсатора на плате. При подаче питающего напряжения на выводы лампы она засветила на полную яркость.
Для восстановления целостности цоколя отпаянный вывод драйвера был заведен в предварительно освобожденный от припоя центральный контакт и половинки цоколя соединены в четырех местах с помощью пайки. Для надежности были использованы отрезки выводов от советского транзистора.
Осталось только вкрутить отремонтированную своими руками филаментную лампу в патрон люстры для проверки. Как видите все лампочки светят одинаково ярко.
Достоинства и недостатки филаментных ламп
Достоинства филаментных ламп:
- Большой срок службы;
- Большой угол рассеивания светового потока, как у ламп накаливания;
- Красивый внешний вид, что позволяет использовать их в любых видах светильников;
- Полная взаимозаменяемость с лампами накаливания, что позволяет устанавливать филаментные лампы в любые старые люстры и светильники;
- Возможность дистанционного изменения яркости свечения (диммирование);
- Безопасная температура нагрева стеклянной колбы, что исключает возможность получения ожога при случайном прикосновении;
- Утилизируются как бытовые отходы.
Недостатки филаментных ламп:
- Цена больше, чем у обыкновенных светодиодных;
- Выпускаются только для сети напряжением 220 вольт;
- Доступно только два вида цоколя – E27 и E14;
- Мощность не превышает 6 Вт (эквивалент лампочки накаливания 60 Вт);
- В случае перегорания филаментов не подлежат ремонту;
- Требуют бережного отношения из-за стеклянной колбы.
Заключение
Как видите, недостатки филаментных ламп, кроме цены, на практике мало ограничивают возможность их применения в бытовых условиях.
Хотя максимальная мощность лампы в настоящее время небольшая, но четырех или пятирожковая люстра с лампочками мощностью 6 ватт вполне обеспечит достаточное освещение помещения площадью до 20 м2. А если понадобиться осветить комнату большей площади, то можно повесить две люстры.
Филаментная лампа являются образцом последних достижений светотехники и в ближайшее время вытеснит все остальные источники искусственного освещения в помещениях.