Локализация проблемы и чуть-чуть теории
Вот типичный пост с одного из «светодиодных» форумов:
— Поменял в машине лампы на светодиоды (никакого драйвера, тупо понижающие сопротивления) в плафоне салона, габаритах и подсветке багажника, через 3-4 месяца начал мерцать плафон в салоне (именно моргать как стробоскоп, одна линейка SMD-диодов, потом две), затем такая же мутотень с одним габаритом произошла.... Поменял в плафоне лампу на новую — через 2 месяца эффект повторился... Вопрос — почему это происходит? Дело в качестве компонентов или тут другая проблема?
Ernesto
Попробуем разобраться! И начнем с теории. Светодиод питается строго определенным током, который нормирован производителем. Меньше – можно, больше – нельзя! Поэтому последовательно с «гирляндой» диодов включается элемент, ограничивающий или стабилизирующий ток через них до значения, рекомендованного производителем диодов.
Собственно, к долговечности диодов в лампах со встроенным стабилизатором тока (который часто называют «драйвером») нет претензий. Однако большинство продающихся сегодня LED-ламп небольшой мощности (габаритные огни, подсветка салона, приборной панели, поворотников и т.п.) – это лампы, сделанные без «драйвера», по упрощенной схеме: не со стабилизатором тока, а с ограничителем, роль которого выполняет простой резистор. С ним схема простейшей диодной лампочки небольшой мощности выглядит так:
Наиболее характерные неисправности таких светодиодных ламп:
- Полное перегорание – выход из строя одного диода в цепочке. Если цепочка в лампе одна, то из-за сгорания любого из диодов последовательная цепь разрывается, и лампа гаснет целиком.
- Частичное перегорание – выход из строя одной из цепочек, если их в лампе несколько. Не вызывает погасание, но яркость падает.
- Мерцание-«стробоскоп» – своеобразный дефект «умирающего» диода в цепочке, когда от перегрева меняется p-n-структура кристалла – на полупроводнике образуется нестабильная область, то пропускающая ток, то нет...
Так почему LED-лампочки перегорают? В чем кроется проблема их недолговечности? В том, что производители не используют стабилизаторы тока, а применяют элементарные резисторные ограничители? Отчасти да... но не только!
Даже простейший резистор неплохо выполняет свою функцию в качестве «бронежилета» для светодиодов, защищая их от избыточного тока и преждевременной гибели. Но только в том случае, если:
- Номинал этого резистора корректно рассчитан и обеспечивает безопасный ток через диоды;
- Напряжение питания стабильно.
А вот ни того, ни другого зачастую нет... Китайские горе-инженеры знают, что автовладельцы, как правило, покупают LED-лампочки по принципу: «А включите мне её, я посмотрю, как светит!». И продавцы готовы идти навстречу покупателям – у них всегда под рукой специальный стенд с разнообразными патронами и аккумулятором, на котором они готовы зажечь любую лампу на пробу. А раз клиент «любит глазами», то производители ламп рассуждают следующим образом – нужно поставить такой токоограничительный резистор, чтобы лампочка загорелась отчаянным светом и выглядела привлекательно даже на 10-11 вольтах питающего стенд старого аккумулятора, который давно не заряжался!
В итоге диоды лампы даже при 12 вольтах УЖЕ работают с перегрузкой, а после того, как двигатель завели, напряжение в бортсети, питающее диоды, поднимается с 12 до 14,2 вольт – а это, на минуточку, почти 20% разницы! Ток еще вырос – уже до опасных величин. Вырос ток – выросла температура кристаллов диодов, что дало лавинообразно еще больший рост тока – и диоды перешли в режим работы на износ!
Переходим к практике!
Чтобы продемонстрировать, как это выглядит, переходим к экспериментам – элементарным, но наглядным! Просто подадим на несколько наобум купленных диодных ламп стандартное для автомобильной бортсети напряжение 14,2 вольта и посмотрим на потребляемый лампой ток, разогрев лампы и дальнейший рост тока.
Протестируем пару разных моделей ламп типа W5W, лампу C5W, лампу-панель с цоколем C5W, а также влагозащищенные лампы в корпусе с креплением под болт, рассчитанные на монтаж в бампер в качестве ДХЛ:
Берем для начала лампу в виде светодиодного модуля-панели с выносным цоколем, как у стержневых ламп типа C5W и C10W. Предполагается, что этот модуль можно запихнуть в потолочный светильник автомобиля и подключить к контактам, предназначенным для штатной C5W. Модуль готовый, лепится на двусторонний скотч, рассчитан на простую установку своими руками.
При подаче на лампу 14,2 вольт она буквально бьет по глазам нездоровым светом и стремительно раскаляется в руках – потребляемый ток при включении составляет 0,58 ампера (более 8 ватт) и непрерывно растет от саморазогрева кристаллов – через пару минут он доходит до 0,71 ампера (это уже 10 ватт!) и продолжает повышаться. Держать лампу в руке даже в течение секунды становится невозможно, что говорит о том, что температура перевалила за 70-80 градусов, и это не предел... То, что диоды смонтированы на алюминиевой плате, служащей якобы неплохим теплоотводом, им совершенно не помогает!
Вывод: в погоне за яркостью китайцы запитали диоды в лампе экстремальным током, превышающим все здравомыслимые пределы, из-за чего такая лампа заранее обречена. Девайс оправдывает свое название – «бренд», породивший эту лампу, называется... Long Hui... Длинный, стало быть, вам «привет». Из Китая...
Следующим берем LED-аналог популярной бесцокольной пятиваттной автомобильной лампочки типоразмера W5W. Светодиодная W5W-лампа имеет упаковку, фасуется по 2 штуки в блистер, на котором имеется марка некоего российского дистрибьютора, но, по сути, она столь же косоглаза и беспородна, как и панелька Long Hui…
У приличных брендов, типа Osram или Philips, светодиодный аналог 5-ваттной лампы накаливания W5W потребляет 1 ватт, что соответствует току около 0,07 ампера. Китайский LED-аналог W5W, как видим, «кушает» значительно больше – 0,26 ампера (около 3,5 ватт) и также быстро разогревается до болезненных ощущений в ладони, тогда как рабочая температура таких диодов не должна превышать 45-50 градусов...
Вывод: лампа условно пригодна для кратковременной работы (скажем, в плафоне освещения багажника), но при долговременном режиме (скажем, в габаритных огнях) она тоже не жилец...
Еще одна лампа-аналог W5W. Лампа совсем уж беспородная – даже в сравнении с предыдущими, ибо продается без упаковки – «на развес». Яркость её ниже, чем у предыдущей, но и режим работы поэтому более правильный. После подачи на лампу напряжения 14,2 вольта она потребляет ток 0,14 ампера – лампа теплая, но не обжигающая, что свидетельствует о почти корректном режиме работы диодов.
Следующий «клиент» – плоская лампа стандарта C5W. Включаем, смотрим – лампа не слишком яркая, но потребляет меньше ватта и весьма умеренно греется. Должна жить долго.
Ну и под конец – лампочки, выполненные в формате болтов для установки в бампер. Жесть как она есть… Единственные, «благодаря» которым автору удалось получить реальный ожог ладони – пусть и несильный… Потребляют всего 0,2 ампера, но за счет алюминиевого корпуса нагреваются снаружи до полного изумления. Не глядя взяв лампочку в руку после горения в течение нескольких минут, был вынужден с матерщиной и визгом её выронить!
Предварительный, промежуточный вывод выглядит так – вставляя LED-лампочки в своих машинах вместо классических, довольные их яркостью и белым светом автовладельцы закрывают плафоны, фары и прочие светильники так и не узнав о том, что при напряжении 14,2 вольта лампы разогреваются до аварийной температуры…
Выводы
В конце хотелось бы озвучить четкие и исчерпывающие рекомендации по подбору качественных ламп... Но сделать это я не берусь вот по какой причине. Возьмем, к примеру, пресловутую лампочку W5W – пятиваттную, бесцокольную, повсеместно используемую в большинстве автомобилей. Классическая лампа накаливания W5W от хорошего бренда стоит 20-30 рублей. Её безымянный китайский светодиодный аналог стоит уже около 100 рублей – и он, хотя светит ярче, а энергии потребляет меньше, является лотереей в плане надежности. Может проработать долго, если китайцы не переборщили с яркостью и потреблением тока, а может «откинуться» через месяц-другой. Соответственно, светодиодная W5W хорошего бренда, типа упоминавшихся уже Osram или Philips, уж точно будет работать долго и счастливо, но при этом и стоит 500-800 рублей за пару, что лично мне видится за гранью добра и зла.
Собственно, советовать сакраментальное «покупайте бренд!» на фоне вышесказанного трудно, ибо слишком велик ценовой разрыв между качественной лампой накаливания и безымянной «диодкой», не говоря уже о «диодке» именитой... 30 рублей за верную «классику» со спиралькой против 100 рублей за диодную лотерею без гарантии. Или даже 30 против 250-300 за «диодку» европейского производства... Одна лампочка – это еще туда-сюда, но если вы хотите поменять несколько штук, то здравый смысл уже намекает на непродуктивность такого тюнинга, в особенности на фоне кризиса...
Попробуем подобраться к конструктивным и понятным обывателю выводам с другой стороны – как выбрать из изобилия недорогих безымянных китайских LED-лампочек такую, чтобы она служила долго? Теоретически сделать это можно, но вот практически... Чтобы прийти к правильным выводам, нужна слишком сложная процедура плюс навыки радиолюбителя... Взять в руки лампочку, изучить визуально диоды, опознать их породу, вспомнить, какой ток потребляет данный тип диодов, сосчитать их число и вычислить приблизительный потребляемый ток всей лампочки. После чего подать на лампу питание через амперметр и определить – близок ли потребляемый ток к номинальному или завышен... Бред?! Бред...
Другой вариант – купить дешевую LED-лампу и самостоятельно встроить в неё или впаять в разрыв подходящего к патрону провода подобранный резистор, снизив запредельную яркость и температуру диодов. Но тут опять-таки требуются электротехнические навыки и возня, что устроит не каждого...
Так что, похоже, круг замкнулся... Если вышеперечисленные варианты вам не подходят, то либо покупаем дорогой европейский бренд, либо экспериментируем с беспородными лампочками, меняя их одну за другой и ожидая, пока повезет, либо вовсе не вмешиваемся в конструкцию автомобиля и… ждем удешевления LED-девайсов!
Для комментирования вам необходимо авторизоваться
В дополнении к этому не хватает заметки про лампы стоп-сигналов и тем более ламп головного света. Очень много людей ездит со светодиодами в стоп-сигналах и встретить там рабочие лампы очень сложно - чаще всего горит от силы половина, еще часть мигает, а остальное мертво... И все равно отражатель фонарей спроектирован под обычные лампы и от остатков этих светодиодов получается тусклый огонек, частенько еще прикрываемый тонировкой. Увидеть такой стоп-сигнал почти не возможно. Не берегут российские автовладельцы "попы" своих автомобилей.Про лампы головного света вообще молчу - мало того, что они почти не светят, так и светят куда попало. Опять же отражатель фар для галогена рассчитан на лампу с единственным источником света расположенным в определенной точке, и никак он не рассчитан под лампу для новогодней елки с кучей светодиодов, которыми утыкана вся её поверхность.От себя совет - если у вас в габаритах, подсветке или еще где-то лампы W5W, покупайте галогенки - они компактнее, меньше греются и служат долго, а стоят порядка 50-60 руб./шт. (отличить "галогенки" от обычных ламп накаливания можно по меньшему размеру и "пипке" на конце, как в лампах головного света).
Спасибо за дополнение!
Галогенки априори не могут греться меньше, это принцип их работы.
По сравнению с лампами накаливания греются все-таки немного меньше.
Полное перегорание – выход из строя одного диода в цепочке. Ели цепочка в лампе одна, то из-за сгорания любого из диодов последовательная цепь разрывается, и лампа гаснет целиком.Опечатка...еСли
Можно ничего не менять в самих лампах,просто собрать (спаять),стабилизированный источник питания для них,расчитав суммарный ток потребления при оптимальном для них режиме.Уровень школьника радиолюбителя.
Кстати и их мерцание (а они все мерцают,те которые работают от сети 220 v) можно устранить,если питать постоянным напряжением от стабилизированного источника.Правда с переделкой ламп.Вообще диодные лампы и авто и осветительные на 220 v- это пока сырая не отработанная технология и развод на деньги.
Не встречал ещё не одной нормальной дешёвой китайской светодиодной лампы, как автомобильной так и осветительной.У всех завышен рабочий ток. Для нормальной работы, температура светодиодов не должна превышать 60 градусов, а радиатор должен быть площадью не менее 25 см2 на ватт.
Автор пишет: "Однако большинство продающихся сегодня LED-ламп небольшой мощности – это лампы, сделанные без «драйвера», по упрощенной схеме: не со стабилизатором тока, а с ограничителем, роль которого выполняет простой резистор". "Нужно поставить такой токоограничительный резистор, чтобы лампочка загорелась отчаянным светом и выглядела привлекательно даже на 10-11 вольтах" Я не понял, если резистор в этих лампах есть и он занижен, то почему он не защищает от повышения напряжения свыше 12 вольт? Где логика?
> Я не понял, если резистор в этих лампах есть и он занижен, то почему он не защищает от повышения напряжения свыше 12 вольт? Где логика? Вы физику в школе прогуливали что ли? Номинал резистора занижен, это значит что он пропускает ток больше, чем нужно лампам. Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению и прямо пропорциональна напряжению. Соответственно, чем ниже сопротивление и выше напряжение, тем выше сила тока.
Никто не отменял элементарные стабилизаторы напряжения. В том же Китае их изобилие. Есть простенькие DRL контроллеры LED устройствами, в т.ч. и со встроенными стабилизаторами. Такие LED лампы устойчиво работают от 9 вольт, от 10,5 вольт без заметной потери яркости. На регулируемом стабилизаторе выставляете 11 вольт и LED лампы будут жить долго и счастливо. И умрут вместе в машиной. При таком питании нагреваются до 30-35оС. А балластные сопротивления в данной ситуации - это продление агонии. Поставишь большое сопротивление - лампы не горят при выключенном двигателе. Поставишь поменьше - выходят в запредельный режим по току при работе от генератора. Я два года езжу с дешевыми китайскими SMD светодиодами в качестве ДХО с питанием через стабилизатор, объехал пол-Европы, в пути безостановочно по 24 часа ДХО работали, помирать не собираются. Ищущий да обрящет! :)
спасибо автору! Не раскрыта тема стабилизатора тока какой и нужен ли он там.
С стабилизатором или с драйвером при правильной работе светодиодные лампы прослужат долго и умрут в месте с машиной.
Или вместе с хозяином машины во время аварии.
Хорошая статья. И про необходимость регулировки верно подмечено. Про себя могу сказать, что перепробовал разные лампы, пока не наткнулся на celen. Довольно неплохие лампы, работает ярко и стабильно. Более 2-х лет уже езжу, доволен как слон. Надеюсь ещё долго не перегорит.
Стабилизатор нужен. Он подбирается по параметрам ламп с резисторами. Причём он регулирует выходное напряжение в ручную. Драйвер нужен для ламп без резисторов,так как в драйвере встроены резисторы и лампы берут столько сколько им надо.Тоже подбираются по параметрам ламп.