Надоело, в итоге делаю свою лампочку⁠⁠

Привет всем!

Как-то рассказал здесь о своем опыте разработки устройства для хранения шпор: Как я делал шпору, а в итоге получилась игра "змейка"

В повседневной жизни это устройство я не использую. Гораздо чаще сталкиваюсь с проблемой перегорания светодиодных ламп. О своем опыте разработки светодиодной лампы и хотел бы поговорить.

Лет 10 назад, наверно, впервые возникла идея разобраться почему магазинные лампочки перегорают и усовершенствовать их. За лампочки взялся в начале новогодних праздников. Было же 2 недели праздников, в качестве перекура от основной работы попаивал лампочки вечерами 😅

Поверхностный анализ лампочек показал ряд потенциальных проблем, которые видны невооруженным взглядом. Я выделил следующие проблемы:

• плохой теплоотвод

• некачественные материалы

• перегрев светодиодов

• перегрев блока питания

Плохой теплоотвод

В сети (в частности на youtube) полно видео на эту тему. Самое полезное что мне удалось узнать из этих видео:

• строение ламп, которые авторы видео разбирают и предлагают улучшить

Хотел бы выделить следующие советы - проделать отверстия для охлаждения, припаять резистор большего номинала для понижения тока, который подается на светодиоды.

Отверстия в лампе улучшают циркуляцию воздуха. По крайней мере они делают ее возможной. Лично я не измерял (для каждого производителя) насколько увеличивается срок жизни лампы с отверсиями по отношению к лампам без отверсий. Но уверен что по крайней мере здравый смысл в этом имеется. На фото корпуса двух ламп одной модели. В одной я выбил отверстия, а в другой они запаяны. Также неплохо было бы чтобы были отверстия в нижней части лампы, т.е. в рассеивателе света (он тоже глухой как и верхняя часть):

В итоге я сделал отверстия в верхней части таких лампах, светили они у меня по времени примерно также как и без отверстий. Из этого я сделал вывод, что может срок службы и увеличился, но значительного увеличения я не обнаружил.

Плохой теплоотвод : радиатор лампы

В процессе исследования выяснилось, что температура нагрева платы на которой расположены светодиоды может достигать и держаться в области 90 градусов по цельсию. Очевидно, это одно из слабых мест лампы.

Если блок питания находится на одной плате со светодиодами, то он перегревается. В основном из-за перегрева выходит из строя конденсатор.

Блоки питания

В 2-х словах затрону блоки питания. Я плохой радиоэлектронщик, был бы признателен, если бы профессионалы поправили если я где-то ошибусь.

Блоки питания этих ламп должны выдавать определенный ток и напряжение. Если лампы соединены последовательно (а это так, наверно, во всех лампах), то величина тока, требуемая для работы светодиодов, будет значительно ниже чем для случая параллельного соединения. У светодиодов, помимо токов, важно напряжение. Существует пороговое значение напряжения, которое вызывает свечение диода. Если напряжение будет ниже, то светодиод не загорится. При последовательном подключении величина этого напряжения падает на каждом светодиоде. Важно чтобы она не упала ниже порогового значения на одном из светодиодов, иначе вся лампа не засветится.

Для себя я выделил 2 типа источников питания: простые (они понижают ток, напряжение) и сложные (импульсные источники питания).

Простые ИП. Простые источники просто понижают входные данные. Как бы ограничивают их. Из плюсов - эти источники относительно просто собрать. Из минусов - они очень чувствительны к изменениям к сети и это может привести к выходу из строя всей лампы.

Импульсные ИП. Это значительно более сложные ИП. Обычно их называют драйверами. Их особенность в том, что они выдерживают стабильный ток на выходе. Для них не так сильно некритичны изменения в сети. Также следует отметить, что частота импульсов таких блоков подобрана исходя из особенностей светодиодов и находится в диапазоне 2 000-20 000 Гц. Повторюсь, что частота этих блоков определяется светодиодами. Возможно существуют импульсные блоки с более высокой и более низкой частотой импульсов.

На первое время для эксперименов я приобрел такой импульсный блок:

Замечу, блоки питания светодиодных ламп, которые приведены на первом фото, являются встроенными. Это значит, что они подвержены влиянию высоких температур. Следовательно срок жизни такого блока значительно сокращается.

Попытки собрать свою лампочку

Хочу отметит, что далее речь будет идти именно о сборке своей лампочки путем устранения или уменьшения выявленных недостатков, а не о "сделайте 5 отвертий в крышке и лампа прослужит дольше" или "припаяйте резистор ХХХ вместо YYY и лампа прослужит дольше" или "удалите чип зла и лампа прослужит дольше".

Первым делом была собрана схема. А может и не первым делом. В общем, в процессе работы потребовалось чтобы принципиальная схема прибора была перед глазами и чтобы ее легко было возможно редактировать. Ekectronic Workbench помог с этим:

Далее купил стеклотекстолит 1мм, лист 2м x 2м. Купить пришлось оптом, чтобы было дешевле 😅 Мне вообще все приходилось покупать оптом, так дешевле 😅😅😅

Взял 100 светодиодов на 1Вт, рублей 600 они стоят на Aliexpress:

Что еще пришлось купить для экспериментов:
- аллюминиевый лист 0.5x500x500 мм для эксперименов с радиатором ~ 500 руб.
- аллюминиевая пластина 2x900x70 мм (взял ее тоже для теста радиатора) ~ 400 руб.
- резисторы, блоки питания и прочее - тоже ушли деньги, считать лень.

В итоге по традиции собрал схему на картонке и протестировал:

Освещенность измерял с помощью телефона и приложения для измерения освещения. Да, датчик на телефоне далеко неточный, но точного значения мне не нужно. Я сделал стенд куда ставил свою и заводскую лампочку и измерял освещение. Нужно было чтобы освещение от моей лампы соответствовал освещению от заводской. В итоге этого соответствия добиться удалось, телефон показывает около 12 000 Lux для обоих ламп.

Стенд для измерения освещения представяет из себя картонную трубу. На одном конце трубы - лампа, а на другом - датчик телефона.

На этот момент у меня был паяльник с выгоревщим жалом, не пугайтесь:

На этом фото лампа собрана на стеклотекстолите толщиной 1 мм. Использованы smd-резисторы номиналом 56 Ом, 0.5 Вт. Позже номинал будет понижен, но это приведет к повышению тепловыделения на всей плате. Светодиоды здесь подключены параллельно. Кстати, вот фото работающей лампы, использовал резисторы 47 Ом на 1 Вт:

Эта лампа уже и светит хорошо и греется так что резисторы стали темнеть, канифоль стаоа испаряться, пластик начинал портиться. Перометра у меня, к сожалению, пока еще нет. Так что точную температуру не скажу.

Я начал задумываться о разработке платы на алюминиевом основании. Заготовки для таких плат называют "фольгированный алюминий" или "плакированный медью алюминий". Последнее название используют профессионалы и компании-изготовители таких заготовок.

На Алиэкспресс почему-то заготовок не продают и я обратился к китайским производителям. Они продают заготовки для плат. При минимальном заказе - 1 куб. метра таких плат толщиной 0.5 мм придется заплатить около 400 000 руб без учета доставки, таможни и прочих расходов на усушку и утряску.

В итоге решил попробовать собрать плату самостоятельно, в домашних условиях:
купил термостойкую краску Certa (до +900 градусов по цельсию) и медную фольгу.
Нанес краску на алюмиевый круг диаметром 7 см, толщиной 2 мм. Вытравил в хлорном железе дорожки на фольге и приклеил их краской к алюминию. Вот что получилось:

Вырезал 7 дисков толщиной 0.5 мм, диаметром 7 см (использовал их в радиаторе, но на фото, к сожалению, его не показал):

Хотя дорожки и не контачат с алюминиевым основанием, но они плохо на нем держатся 😂
Моя супер-пупер идея пошла в помойку, а я на поиски плакированного алюминия.

В итоге купил этот алюминий (не помню сколько лист 1x200x300 мм). Ну как купил, вообще-то мне его подарили, даже 2. Подарили после того как узнали что я делаю :)

Переделываем плату и снова травим, но уже на алюминиевом основании:

Пока вечером травится лист, поблизости на стеклотекстолите умирает еще одна лампочка, которая работала наизнос (ток 350 мА):

Позже отец подарил мне паяльник на 80 Вт:

Хороший паяльник, но есть одно НО. Все казабось бы работает, но я очень долго с ним мучился. У меня не получалось припаять светодиоды к алюминиевой плате. Она хорошо отводила тепло. Но это еще не все. Китайцы подсунули тугоплавкий припой. Настолько тугоплавкий, что проверенный некитайский паяльник 80 Вт с трудом его брал. Подставу с припоем я выяснял долго. Чтобы паять светодиоды на алюминиевой плате даже заказал печку с Авито.

Кое-как припаял светодиоды этим припоем на этой печке. Вся плата из белой стала черной 🤣🤣🤣

Я и сам уже не верил в то, что дорожки не коротят с подложкой. Но они не коротят!

В итоге поместил блок питания, плату с светодиодами и плату с резисторами в один корпус на самодельный радиатор из 7 алюминиевых пластин толщиной 0.5 мм и диаметром 7 см. И все это успешно сгорело разом. Вообще... Это было адское устройство. И так было понятно что сгорит, но я решил узнать когда сгорит. Примерно через 30 мин выгорело разом 3 светодиода из 6.

Сейчас я разнес все элементы этой лампы максимально далеко друг от друга (блок питания, светодиоды) и смотрю как она справляется. Надежда есть. Уже целый день работает:

Пока у меня на этом все. Надеюсь статья была интересной и, возможно, полезной.
Всем хорошего дня!