Светодиод сгорает от напряжения или тока

Почему перегорают светодиодные лампочки в машине

Технологии не стоят на месте — в автомобилях начали активно использовать светодиодные лампы, и, казалось бы, проблема с габаритами и противотуманными фарами решен а. На практике все сложнее — LED-лампы перегорают намного быстрее ламп накаливания. Происходит это по ряду причин, которые нужно учесть и не забывать при эксплуатации светодиодов.

Зачем все это знать и почему выгорают модули

Дело в том, что модуль потребляет, например 0,72 ватт, а резистор рассчитан на 100 мВт. В случае закорачивания или пробоя любого из диодов, каждый из которых рассеивает 0,2 Вт, эта самая мощность добавляется на резистор, и происходит троекратная перегрузка, в следствии чего токоограничивающее сопротивление выходит из строя. Закорачивание диода может произойти в случае попадания на плату воды. Защитный силикон, которым заливают плату зимой и весной в условиях России начинает «дышать», причем «дышит» вся плата . Когда вся масса начинает расширяться, затем сужаться, образуются микропоры, в которую «насасывается», да и вообще, силикон гигроскопичен по определению. Водичка закорачивает диоды, нагрузка падает на резистор — результат такой же.

Другая причина — неправильный подбор источника питания. Некоторые рекламисты ставят регулируемый источник питания и поднимают напряжение до 13 и даже 18 вольт! Они хотят чтобы их буквы светились ярче чем у конкурентов, и при этом экономить на количестве источников света. На этом напряжении в резисторе рассеивается (18-9)*(18-9)/56 = 1,44 ватт. На короткое время может модули и будут работать, но резисторы сгорят быстро.

Третья причина — выгорание одного из светодиодов в цепи. Обычно, в новых диодах встроено шунтирующее сопротивление. Это нужно при использовании их через питание постоянным током от драйвера. Это применяется в осветительных линейках для светильников. Умирает один диод — остальные продолжают гореть. Есть и светодиодные модули со встроенным драйвером тока, но они стоят дороже обычных и не очень популярны.

А при использования схемы из первого рисунка если выгорает диод, то через шунтирующее сопротивление ток поступает на резистор, который не готов к лишним 0,2 Ватт.

А что происходит когда выгорает сопротивление? Смотрите эту картинку

По картинке видно, что происходит разрыв цепи и ток не идет через светодиоды. Это все равно как перекрыть кран и ждать что вода будет литься.

В следующей статье мы расскажем о Законе Ома для полной цепи и законе Киргофа и узнаем отчего выгорают провода и как правильно их подобрать для вывески.

Как обезопасить себя и продлить жизнь вывески?

Для этого есть очень простое решение — использовать импульсный диммер, который предназначен для регулирования силы света за счет подачи импульсных токов через ШИМ модулятор. Дело в том, что если прямой ток у диода составляет, например 60 мА, то импульсный может быть в три раза выше. Просто подключите диммер или контроллер яркости, сделайте силу света в 90% и ваши объемные буквы будут жить дольше.

Проблемы с драйверами

Если диагностика лампочки, переставшей работать, не выявляет сгоревших диодов и разрушенных контактов, проблема заключается в работе блока питания. Впрочем, если речь идет не о лампочке, а о светильнике с интегрированной LED матрицей, проверку следует начинать сразу с замера выходного напряжения на драйвере. О неисправности этого блока также свидетельствуют:

• Мерцание (мигание с частотой 1 – 40 Гц).
• Гудение, жужжание или шум иного рода.

В LED лампочке хорошего качества БП на компактной плате расположен в цоколе. Каждый производитель разрабатывает собственные схемы драйверов, поэтому нет подробных общих рекомендаций по ремонту.

Рис. 7. Две из сотен возможных схем драйверов

Можно лишь посоветовать придерживать таких направлений проверки и ремонта:

1. Диагностика обратного сопротивления транзисторов.
2. Контроль емкости конденсаторов.
3. Если есть управляющий чип/контроллер — измерение напряжения на контактах.
4. Замена выявленных поврежденных деталей.

Рис. 8. Замер напряжения на выходе драйвера

Разумеется, все действия необходимо согласовывать с параметрами, указанными в паспорте на проверяемое изделие.

Если вы намерены модернизировать старый LED светильник, рекомендуется заменить «ноунейм» драйвер на качественный аналог. Гарантия «Интера Лайтинг на все комплектующие, включая блоки питания, составляет 5 лет.

Определение мощности

Значение рабочей мощности светодиода необходима для его правильного подключения в рабочую схему любого прибора. Многие сталкиваются с проблемой, как узнать мощность светодиода без маркировки на корпусе или упаковки. Есть 2 способа определения этого параметра.

Визуально

Светодиоды производятся различных размеров и цветов. По цвету и размеру можно узнать мощность этой детали:

1. Маленькие инфракрасные работают от напряжения в 20 мА, при мощности менее 2 Ватт.
2. Красные обладают рабочим напряжением до 15 мА при мощности до 1.7 Вт.
3. Маленькие желтые обладают мощностью до 2.2 Вт.
4. Зеленые от 1.9 до 3.6 Вт.
5. Голубые от 2.5 до 3.6 Вт.
6. Фиолетовые от 2.5 до 4 Вт.
7. Большие желтые работают от напряжения до 300 мА, обладают мощностью 2.2 Ватт, при радиаторном охлаждении.
8. Большие белые или розовые потребляют напряжение до 20 мА, при мощности до 3.6 Ватт.

Определить размер светодиода можно обычным штангенциркулем. Маленькими считаются детали от 3 до 10 мм.

Мультиметром

Определить мощность светодиода мультиметром не составит труда, если подключить все компоненты согласно схеме. Далее потребуется:

1. Найти катод светодиода и подсоединить к нему один конец резистора 500 Ом.
2. К аноду подключить «+» выход с блока питания.
3. «Минус» от блока питания подключить ко второму концу резистора.

Для этой схемы потребуется блок питания с регулятором подачи напряжения. Далее:

1. При помощи регулятора поднять напряжение и замерить его до и после проверяемого элемента. Оно должно быть одинаковым.
2. Снова поднять и замерить напряжение.
3. Повторять регулировку и замер напряжения до момента появления разницы.
4. На этом моменте необходимо запомнить последнее значения в вольтах.
5. Сменить резистор 500 Ом на схожий элемент с сопротивлением в 10 Ом.
6. Поднять напряжение до рассчитанного значения.
7. Переключить мультиметр в режим амперметра.
8. Замерить мощность.

Данный способ не требует выпаивания из схемы, если светодиод уже подключен в цепь. Главное правильно определить полярность подключения.

Проверка СМД-диодов в фонарике

Это делается только если из фонарика можно вынуть плату с SMD-светодиодом, не поломав его, и есть запасная плата с таким же диодом. Проверка производится заменой на плату заведомо исправную.

В заключении на видео проверяют светодиод в различных устройствах, если нет специального прибора

СМД-прибор можно проверить разными способами. Наиболее простой и доступный – проверка мультиметром. Позволяет проверить диод, не выпаивая его. Выбирайте удобный для вас способ.

Как проверить светодиодную ленту на работоспособность

На нашем сайте есть целая статья о том, как проверить светодиодную ленту, тут рассмотрим экспресс-методы проверки.

Сразу скажу, что засветить ее целиком мультиметром не удастся, в некоторых ситуациях возможно лишь лёгкое свечение в режиме Hfe. Во-первых можно проверять каждый диод по отдельности, в режиме проверки диодов.

Во-вторых иногда происходит перегорание не диодов, а токоведущих частей. Для проверки этого нужно перевести тестер в режим прозвонки и прикоснуться к каждому выводу питания на разных концах проверяемого участка. Так вы определите целую часть ленты и поврежденную.

Красной и синей линией выделены полосы, которые должны звонится от самого начала до конца светодиодной ленты.

Как проверить светодиодную ленту батарейкой? Питание ленты – 12 Вольт. Можно использовать автомобильный аккумулятор, однако он большой и не всегда есть под рукой. Поэтому на помощь придет батарейка на 12В. Используется в дверных радиозвонках и пультах управления. Ее можно использовать как источник питания при прозвонке проблемных участков LED ленты.

Как проверить диод?

Чтобы определить исправность диода можно воспользоваться приведённой далее методикой его проверки цифровым мультиметром.

Но для начала вспомним, что представляет собой полупроводниковый диод.

Полупроводниковый диод – это электронный прибор, который обладает свойством однонаправленной проводимости.

У диода имеется два вывода. Один называется катодом, он является отрицательным. Другой вывод – анод. Он является положительным.

На физическом уровне диод представляет собой один p-n переход.

Напомню, что у полупроводниковых приборов p-n переходов может быть несколько. Например, у динистора их три! А полупроводниковый диод, по сути является самым простым электронным прибором на основе всего лишь одного p-n перехода.

Запомним, что рабочие свойства диода проявляются только при прямом включении. Что значит прямое включение? А это означает, что к выводу анода приложено положительное напряжение ( +), а к катоду – отрицательное, т.е. (—). В таком случае диод открывается и через его p-n переход начинает течь ток.

При обратном включении, когда к аноду приложено отрицательное напряжение (—), а к катоду положительное ( +), то диод закрыт и не пропускает ток.

Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на обратно включённом диоде не достигнет критического, после которого происходит повреждение полупроводникового кристалла. В этом и заключается основное свойство диода – односторонняя проводимость.

У подавляющего большинства современных цифровых мультиметров (тестеров) в функционале присутствует возможность проверки диода. Эту функцию также можно использовать для проверки биполярных транзисторов. Обозначается она в виде условного обозначения диода рядом с разметкой переключателя режимов мультиметра.

Небольшое примечание! Стоит понимать, что при проверке диодов в прямом включении на дисплее показывается не сопротивление перехода, как многие думают, а его пороговое напряжение! Его ещё называют падением напряжения на p-n переходе. Это напряжение, при превышении которого p-n переход полностью открывается и начинает пропускать ток. Если проводить аналогию, то это величина усилия, направленного на то, чтобы открыть «дверь» для электронов. Это напряжение лежит в пределах 100 – 1000 милливольт (mV). Его то и показывает дисплей прибора.

В обратном включении, когда к аноду подключен минусовой (—) вывод тестера, а к катоду плюсовой ( +), то на дисплее не должно показываться никаких значений. Это свидетельствует о том, что переход исправен и в обратном направлении ток не пропускает.

В документации (даташитах) на импортные диоды пороговое напряжение именуется как Forward Voltage Drop (сокращённо V_f), что дословно переводится как «падение напряжения в прямом включении«.

Само по себе падение напряжения на p-n переходе нежелательно. Если помножить протекающий через диод ток (прямой ток) на величину падения напряжения, то мы получим ни что иное, как мощность рассеивания – ту мощность, которая бесполезно расходуется на нагрев элемента.

Узнать подробнее о параметрах диода можно здесь.

Проверка диода.

Чтобы было более наглядно, проведём проверку выпрямительного диода 1N5819. Это диод Шоттки. В этом мы скоро убедимся.

Производить проверку будем мультитестером Victor VC9805+. Также для удобства применена беспаечная макетная плата.

Обращаю внимание на то, что во время измерения нельзя держать выводы проверяемого элемента и металлические щупы двумя руками. Это грубая ошибка. В таком случае мы измеряем не только параметры диода, но и сопротивление своего тела. Это может существенно повлиять на результат проверки.

Держать щупы и выводы элемента можно только одной рукой! В таком случае в измерительную цепь включен только сам измерительный прибор и проверяемый элемент. Данная рекомендация справедлива и при измерении сопротивления резисторов, а также при проверке конденсаторов. Не забывайте об этом важном правиле!

Итак, проверим диод в прямом включении. При этом плюсовой щуп ( красный) мультиметра подключаем к аноду диода. Минусовой щуп (чёрный) подключаем к катоду. На фотографии, показанной ранее, видно, что на цилиндрическом корпусе диода нанесено белое кольцо с одного края. Именно с этой стороны у него вывод катода. Таким образом маркируется вывод катода у большинства диодов импортного производства.

Как видим, на дисплее цифрового мультиметра показалось значение порогового напряжения для 1N5819. Так как это диод Шоттки, то его значение невелико – всего 207 милливольт (mV).

Теперь проверим диод в обратном включении. Напоминаем, что в обратном включении диод ток не пропускает. Забегая вперёд, отметим, что и в обратном включении через p-n переход всё-таки протекает небольшой ток. Это так называемый обратный ток (I_обр). Но он настолько мал, что его обычно не учитывают.

Поменяем подключение диода к измерительным щупам мультиметра. Красный щуп подключаем к катоду, а чёрный к аноду.

На дисплее покажется «1» в старшем разряде дисплея. Это свидетельствует о том, что диод не пропускает ток и его сопротивление велико. Таким образом, мы проверили диод 1N5819 и он оказался полностью исправным.

Многие задаются вопросом: «Можно ли проверить диод не выпаивая его из платы?» Да, можно. Но в таком случае необходимо выпаять из платы хотя бы один его вывод. Это нужно сделать для того, чтобы исключить влияние других деталей, которые соединены с проверяемым диодом.

Если этого не сделать, то измерительный ток потечёт через все, в том числе, и через связанные с ним элементы. В результате тестирования показания мультиметра будут неверными!

В некоторых случаях данным правилом можно пренебречь, например, когда чётко видно, что на печатной плате нет таких деталей, которые могут повлиять на результат проверки.

Неисправности диода.

У диода есть две основные неисправности. Это пробой перехода и его обрыв.

Пробой. При пробое диод превращается в обычный проводник и свободно пропускает ток хоть в прямом направлении, хоть в обратном. При этом, как правило, пищит буззер мультиметра, а на дисплее показывается величина сопротивления перехода. Это сопротивление очень мало и составляет несколько ом, а то и вообще равно нулю.

Обрыв. При обрыве диод не пропускает ток ни в прямом, ни в обратном включении. В любом случае на дисплее прибора – «1«. При таком дефекте диод представляет собой изолятор. «Диагноз» — обрыв можно случайно поставить и исправному диоду. Особенно легко это сделать, когда щупы тестера порядком изношены и повреждены. Следите за исправностью измерительных щупов, провода у них ох какие «жиденькие» и при частом использовании легко рвутся.

А теперь пару слов о том, как по значению порогового напряжения (падению напряжения на переходе — Forward Voltage Drop (V_f)) можно ориентировочно судить о типе диода и материале из которого он изготовлен.

Вот небольшая подборка, составленная из конкретных диодов и соответствующих им величин V_f, которые были получены при их тестировании мультиметром. Все диоды были предварительно проверены на исправность.

На этапе замены резистора можно было бы остановиться – собрать лампу обратно, приклеить (примотать скотчем) рассеиватель… Но мне свет показался недостаточно ярким. Стал вопрос, как это исправить. Я пошел самым простым путем.

Чтобы увеличить яркость лампочки, взял старенький компакт-диск. Немного доработал и получил мощный отражатель.

1. Расширил центральное отверстие диска. Для этого использовал столярное «перо» на 35. Можно прорезать отверстие любым другим подручным инструментом. Не суть.
2. Приклеил плату со светодиодами к диску. Взял термоклей. Намазал его на отражающую сторону CD (по кругу отверстия). Прижал плату задней частью.
3. Собрал лампочку в обратном порядке. Где нужно, контакты подпаиваем. Местами провода не меняем, даже если длина позволяет. Лампочка будет мерцать.
4. Проклеил шов в месте прилегания корпуса к CD, чтобы конструкция получилась крепкой и не распалась. Рассеиватель выкинул.

Итог. Из нерабочей светодиодной лампочки получился эдакий мини-прожектор. Смотреть на него некомфортно, но зато гараж освещен на все 200%! Конечно, для дома такой вариант не подойдет. Равно как и для улицы (сырых помещений). Там яркостью придется пожертвовать ради эстетики и безопасности.

Предвижу, что многие скажут, а зачем вообще ремонтировать и продлять жизнь светодиодным лампам? Сегодня цена на них ну очень доступная. Выкинуть старую, и купить новую может позволить себе каждый. Но я из принципа решил выжать из нее максимум. Результатом доволен на все сто. В гараже светло как днем. За 3 года ни один светодиод не перегорел. Лампа стала ярче в два раза, и дольше служит уже в три раза (и это не предел)!