Блок питания для мигающей светодиодной ленты

Здравствуйте.
Сейчас наверно дома почти у каждого есть светодиодная подсветка. Так как это красиво, модно, необычно. Да и наверно много, кто может сам проложить светодиодную ленту, рассчитать мощность БП, купить и всё это собрать.
Но в последнее время блоки для светодиодных лент стали просто ГАВНО! То трансформаторы гудят, то перегреваются, то конденсаторы вздуваются.
Мой блок питания (12в 100вт 8,5A) отработал 1,5 года. И перестал работать. Включаю и начинается моргание, как стробоскоп. Перегрузки не было, а конденсаторы вздулись. Гарантия закончилась и пришлось самому перепаивать.
Пошел, купил конденсаторы 4 штуки: Jamicon 25v 1000uf и перепаял.
При разборе нужно было открутить транзисторы от корпуса и снять старую термопасту.

Конечно здесь ничего нового нет, много кто может сам паять. Просто пишу для тех, кто может не знает в чем причина отказа БП и собирается его выбросить. А они стоят не дёшево.
Первоначально я тоже собирался брать новый, но решил глянуть.

Повсеместное увлечение светодиодными лентами в быту – явление, обусловленное, в первую очередь, их экономичностью. Утверждается, например, что разница в мощности обычных и светодиодных ламп — чуть ли не десятикратная.

На самом деле реальный эффект намного меньше, поскольку в расчёт вступают как экономические факторы (стоимость), так и конструктивные (включая и фирму-производителя). Однако световой поток, создаваемый лентами светодиодного освещения, всё-таки достаточно мощный, что во многих случаях предопределяет конечный выбор.

Тем не менее, со временем светодиод начинает мигать. Раньше это произойдёт с изделиями и источниками питания китайского производства, но и вроде бы надёжный Armstrong, как оказывается, также далеко не безгрешен. Разобраться почему моргает светодиодная лента во включенном состоянии мы и попробуем с помощью материалов этой статьи.

Почему вредна любая пульсация напряжения в источнике света

Изменение текущего значения светового потока особенно неблагоприятно сказывается при выполнении работ повышенной точности. С этой целью СНиП 52.13330-2011 ограничивает предел перепадов освещённости величиной в 12…20%. Однако эта норма касается только производств, на которых выполняется изготовление или сборка мелких и особо мелких деталей и узлов.

Здесь всё понятно: уставшие глаза сборщицы могут пропустить какой-то особенно важный с точки зрения качества переход, неправильно расположить компонент электронной схемы и т.д. В итоге – брак, финансовые потери и прочие неприятности. А как с пульсацией дело обстоит в быту?

Обычные лампы накаливания работают, как известно, от сети переменного тока с номинальным напряжением 220 В и частотой 60 Гц. Мигают они соответственно, точно такое же количество раз. Период между пульсациями составляет 10 мс, что человеческим глазом не воспринимается. Если напряжение стабильное, так и будет.

Однако на практике скачки напряжения в бытовых электросетях многоэтажных зданий довольно заметны, что можно проверить при помощи обычного пилота со встроенным конденсатором. Фактическое напряжение может колебаться в пределах 215…240 В (на что и рассчитано большинство бытовых электроприборов). Много это или мало?

Мы не слишком ошибёмся, если предположим прямую зависимость между напряжением и освещённостью, создаваемой лампой накаливания, поскольку тепловая мощность разогрева колбы и корпуса так же будет увеличиваться или уменьшаться. Тогда коэффициент пульсации составит:

Обычно напряжение в бытовых генерирующих сетях может снижаться и до 190…200 В, тогда коэффициент пульсации увеличится до 22…22,5%., Это, в общем, соответствует верхнему пределу колебаний, которые допускаются вышеупомянутыми СНиП 52.13330-2011. Таким образом, относительно ламп накаливания проблем с мерцанием не возникает. Со светодиодами же дело обстоит далеко не так просто.

Почему мерцает светодиодная лента во время работы

Вспомним, что светодиод представляет собой полупроводниковый прибор, работающий от автономного блока питания постоянного тока, причём для стабилизации условий работы в цепь включается ещё и сглаживающий конденсатор. По какой же причине появляются пульсации освещенности?

Причина подобной неприятности следующая. Для того, чтобы лента из LED-светильников давала требуемую освещённость, кроме надёжного источника питания, необходимо наличие двух микросхем:

• Для преобразования исходного переменного тока в постоянный, которая состоит из ключа управления (драйвера), детекторов тока и напряжения, выпрямителя, балластного резистора, катушки индуктивности и двух конденсаторов. На выходе эта схема даёт 5…6 В (зависит от рабочего напряжения на светодиодной ленте) при 100 мА тока. Отметим (это важно!), что напряжение на выходе не имеет гальванической развязки;
• Для стабилизации параметров яркости свечения схема включает в себя два мощных транзистора, балластный резистор, дроссель и высокочастотный диод, который и передаёт результирующую мощность от блока питания на светодиоды в ленте.

Таким образом, в схеме управления присутствует сразу два выпрямителя (иногда вместо них используют мостовую схему). По причине последовательности процесса выпрямления тока, интервалы между пульсациями возрастают вдвое, а фактическая частота мерцаний может ставить 30…35 Гц, что болезненно воспринимается человеческим глазом.

Мерцание светодиодной лампы хорошо видно, если снимать ее на видео:

Как выглядит мерцание светодиодной лампы, если снимать на видео

Почему светодиодная лента начинает мерцать со временем

Во-первых, важно, в каких условиях производился монтаж светодиодной ленты. Повышенная влажность в помещении, отсутствие влагопоглощающей подложки и, как следствие, неизбежное окисление контактов вызывает повышенный нагрев светодиодов в ленте при их эксплуатации.

Причина интенсивности нагрева также и в росте длительности включений и мощности светодиодов в ленте. Поскольку окислы значительно хуже проводят ток, то места соединений разогреваются, и контакт ухудшается. Частота мерцания светодиодов в ленте при этом будет соответствовать полупериодной частоте выпрямленного тока, т.е. 30 Гц.

Во-вторых, важно качество изготовления как самой светодиодной ленты, так и блока питания. Например, светодиоды от Phillips частоту мерцаний со временем практически не повышают более 2,.5…3%. Это подтверждено многочисленными исследованиями. В то же время светодиодные светильники Armstrong увеличивают свои пульсации до 40…45%, при этом фактический уровень освещённости может колебаться в диапазоне 3200…6500 Лм.

Характерно и распределение спектра пульсаций у светодиодов от Armstrong. Преобладающая доля таких пульсаций падает на диапазон 10…20 Гц (до 40…45%), в то время как высокочастотные пульсации – от 100 Гц и выше – составляют всего лишь 20…25% случаев, притом, что и интенсивность (амплитуда) таких пульсаций также менее интенсивна.

Способы устранения мерцания светодиодной ленты

Кардинальным способом решения причин с миганием является приобретение светодиодной ленты с блоком питания от проверенного и надёжного производителя, и притом — в магазинах, где имеются сертификаты соответствия на подобные изделия. Не стоит стесняться попросить продавца показать необходимый документ. Правда, цена вопроса окажется значительно более высокой. Именно по этой причине многие владельцы специализированных маркетов, продающих светильники, отказываются брать на реализацию светодиодную продукцию от торговых марок Phillips или Osram: цена велика, а успешная реализация сомнительна.

Как выглядит сертификат соответствия

Для лент LED-светильников китайского производства необходимо подбирать соответствующие управляющие схемы (умельцы паяют их самостоятельно, благо, в интернете — на специализированных форумах — имеется достаточное количество схем на все схемы подключения светодиодов). При изготовлении схемы необходимо учитывать, что она должна иметь гальваническую развязку по току. Принцип заключается в том, чтобы гарантированным образом обеспечить передачу мощности между отдельными элементами схемы без их непосредственного контакта.

Вариантов немного: либо емкостная развязка через конденсатор с небольшой ёмкостью, либо индуктивная, при помощи катушки. Конденсаторная развязка более выгодна, поскольку габариты схемы, управляющей работой светодиодов в ленте практически не увеличиваются, а инерционность срабатывания будет весьма малой. Недостаток состоит в том, что емкость конденсатора для каждого варианта включения светодиодной ленты следует подбирать индивидуально.

Более простые способы устранения неисправностей

1. Отказаться от подсветки в выключателе или в блоке питания. Эффектность работы возрастает, если в выключателе смонтирована подсветка, однако следствие взаимодействия двух групп светодиодов в ленте может привести к обратному эффекту.
2. Проверить текущее значение напряжения: как уже было показано выше, отдельные производители светодиодов в ленте не в состоянии обеспечивать разумную амплитуду возникающих пульсаций. В таком случае придётся обеспечивать двухполупериодное выпрямление тока, что снизит амплитуду колебаний напряжения примерно вдвое. Недостаток в том, что модернизированная схема может не разместиться в прежнем корпусе.
3. Самый простой вариант: вышел из строя (либо близок к тому) один из светодиодов. Неисправность одного из светильников LED-ленты (которая включает в себя, как правило, до трёх источников, располагающихся последовательно) приводит к миганию всей ленты. Бракованный элемент имеет чёрные точки или потемнение на своём внешнем корпусе.
4. Неисправен пульт дистанционного управления: либо функционально (для китайских производителей это не редкость), либо просто села батарейка. Неисправность легко диагностируется тестером, настроенным на диапазон 12 В. Возможно также и обычное механическое загрязнение кнопки на пульте или блоке питания. Пульт проверяется во всём рабочем диапазоне напряжений, при которых функционирует светодиодная лента, но не ниже 6…7. В.

Последовательность восстановления работоспособности светодиодной ленты

Светодиодная лента, как известно, представляет собой гибкую огнепрочную основу из диэлектрика, на одну из поверхностей которой нанесено несколько (до трёх) LED-светильников. При последовательном соединении мигание одного светодиода в ленте приводит к мерцанию и остальных. При более длинных светодиодных лентах мигание может распространяться на длину свыше метра. Во время мигання яркость свечения может не достигать требуемого значения в 12В, что легко проверяется вольтметром.

Неисправный элемент ленты выявляется очень просто. Один из LED-светильников кратковременно переводится в режим короткого замыкания, при этом остальные светодиоды должны ярко вспыхнуть. После замены бракованного светильника электрическое соединение элементов восстанавливается, причём перед этим необходимо проверить, в нужном ли месте расположен сглаживающий колебания конденсатор: он не должен находиться ранее первого, и после последнего светодиода в ленте.

Крепить основу светодиодной ленты необходимо только на сухое основание потолка или стены в помещении. При этом необходимо позаботиться о том, чтобы между основанием и корпусом происходила постоянная вентиляция: при длительной работе схема нагревается, что может нарушить целостность коннекторов. Следует обеспечивать также постоянную механическую защиту от неблагоприятных внешних воздействий.

Зачастую случается так, что спустя некоторое время эксплуатации, светодиодная лента начинает моргать, мерцать как ”стробоскоп”, частично тускнеть или гореть не в полную силу.

Не стоит впадать в панику, такие проблемы можно выявить быстро и устранить их самостоятельно, не прибегая к помощи специалистов.

Если такие дефекты возникают не сразу после подключения, а через несколько минут или секунд, возможно неправильно подобран блок питания. Ему элементарно не хватает мощности и начинается падение напряжения.

Обычно, как происходит — в магазине ленту вам подключают и все светится нормально, и только дома через некоторое время, после нагрева микросхем и других элементов, начинаются проблемы. Почему такое случается?

Да потому что многие китайские блоки питания не соответствуют своим паспортным данным. На табличке написано, что он 200Вт, а по факту не выдает и 150Вт!

При включении через такой блок на полную мощность, лента может «вспыхнуть» и тут же погаснуть. Так как блок питания уходит в защиту от перегрузки.

Когда у вас протяженная подсветка длиной 15-20 метров и более, старайтесь монтировать ее лентой одной марки. Иначе в RGB варианте при разноцветном моргании, какой-то из участков будет отставать или вообще пропускать отдельные цвета.

Также такое возможно при подключении лент от разных блоков питания. За счет разницы на них выходного напряжения, отрезок подсоединенный к блоку с одним Uвых., может чуть позже менять цвета RGB, чем другой, или грубо говоря отставать.

Еще распространенной причиной мерцания светодиодной ленты, даже в выключенном состоянии является ситуация, когда блок питания подключают через комнатный выключатель света с подсветкой.

Общеизвестно, что подсветка выключателя заставляет светиться светодиодные лампочки. То же самое относится и к светодиодной ленте.

Так что подключайте блок напрямую через автомат в эл.щитке, либо через выключатели, но без подсветки.

Ну и конечно не нужно забывать про сроки эксплуатации. При длительной исправной работе в течение нескольких лет, в блоках могут элементарно высохнуть конденсаторы стабилизации и потерять свою изначальную емкость.

Либо они просто выйдут из строя. Иногда это можно определить даже визуально по вздутию бочонка.

Также слабое, тусклое свечение ленты по истечении длительного периода времени происходит от естественной деградации кристаллов в светодиодах.

И процесс этот ускоряется при отсутствии нормального охлаждения в виде алюминиевого профиля.

Даже дорогие и качественные экземпляры будут перегреваться, если вы их приклеите на деревянное или пластиковое основание.

Светодиодную ленту запрещено паять активными (кислотными) флюсами. В противном случае кислота остается на контактной площадке и постепенно будет разъедать место соединения.

Начинается непонятное моргание во включенном состоянии ленты, с последующей не работоспособностью всего участка после пайки. Поэтому для такого соединения используйте только рекомендуемые материалы и соблюдайте правила пайки.

Если же контакт уже разъело, придется вырезать один модуль ленты и впаивать на его место другой.

А еще возможен перегрев контакта не правильно выбранным паяльником (более 60Вт). В итоге медная площадка отслаивается от дорожки и появляется неустойчивое место соединения.

Не все любят и умеют паять ленту, поэтому соединяют ее другим, более доступным способом – коннекторами.

Однако они имеют один существенный недостаток – окисление контактов. Чаще всего такое происходит в помещениях, где недавно покрасили, побелили стены или заливали стяжку.

То есть там, где наблюдался переизбыток влаги. Сила тока протекающего через коннектор, не редко превышает 10А:

для участка в 5м и мощностью 75Вт – 6,5А

для лент мощность 30Вт на метр – 12,5А

Такое же может произойти из-за недостаточного пятна соприкосновения контактных площадок, что не редко наблюдается в подобных соединителях.