Как защитить светодиоды от скачков напряжения в бортовой системе автомобиля


Как продлить ресурс автомобильных светодиодных ламп без применения стабилизаторов - Автоблоги

Всем привет!

Предупреждение: Будет много букв, но вроде все по делу. Статья рассчитана на новичков, умеющих пользоваться паяльником.

Часть 1. Предисловие

Наверное, многие из вас меняли штатные лампы накаливания в плафонах салона, в подсветке номера, в габаритных огнях, в приборной панели и т.д., на светодиодные лампы.

Как правило, при подобных заменах используются уже готовые автомобильные светодиодные лампы, рассчитанные на напряжение 12 вольт.

По сравнению с лампами накаливания, преимущества светодиодных ламп известны, это малое энергопотребление, большой выбор цветов свечения, меньший нагрев, а также существенно больший срок службы.

Однако, для долгой и счастливой жизни светодиода весьма важно, чтобы протекающий через него ток не превышал заданных производителем величин. При превышении максимально допустимого тока, происходит быстрая деградация кристаллов светодиодов, и лампа выходит из строя.

Поэтому, в "правильные" светодиодные лампы уже встроен стабилизатор тока (драйвер). Но такие лампы, как правило, стоят недешево. В связи с этим, в автолюбительской среде гораздо большее распространение получили дешевые светодиодные лампы, не имеющие встроенного стабилизатора. Примеры таких ламп на фото 1:

1. Дешевые автомобильные светодиодные лампы на 12 В.

Из-за отсутствия стабилизатора, такие лампы весьма чувствительны к скачкам напряжения в бортовой сети автомобиля. Кроме того, хитрые узкоглазые производители ламп рассчитывают их параметры, как правило, на максимальное напряжение 12В. Однако, как известно, при работе двигателя напряжение в бортсети составляет 13.

5-14.5В. В итоге, светодиодные лампы, не имеющие стабилизатора, часто служат даже меньше, чем обычные лампы накаливания.Особенно это заметно при использовании светодиодных ламп в подсветке номера и в габаритных огнях, когда светодиоды работают в течение длительного времени. Месяц-другой, реже полгода, и лампа начинает мигать, а вскоре и совсем гаснет.

Один из способов продлить жизнь таким лампам — это подключение их через стабилизаторы напряжения, которые защитят лампы от скачков напряжения в бортовой сети автомобиля и подадут на лампы стабильные 12В. Однако, такой способ имеет ряд существенных недостатков:

Недостаток 1. Для установки стабилизаторов требуется вмешательство в электропроводку автомобиля, на что пойдет не каждый автовладелец, особенно в гарантийный период.

Недостаток 2. По схемотехнике, стабилизаторы делятся на линейные и импульсные. Линейные довольно сильно греются при относительно небольших токах, а импульсные генерируют высокочастотные помехи, которые влияют на качество приема радио.

Недостаток 3. Ламп в автомобиле много, и на каждую (пусть даже группу ламп) поставить стабилизатор проблематично.

Недостаток 4. Возврат к штатным лампам накаливания может потребовать демонтажа ранее установленных стабилизаторов.

Поэтому, в данной статье я предлагаю способ, как существенно продлить срок службы светодиодных ламп, без использования стабилизаторов. Речь пойдет о простой доработке самих светодиодных ламп.

Часть 2. Немного теории

Мне приходилось разбирать множество автомобильных светодиодных ламп. Несмотря на разный внешний вид, тип цоколя и габаритные размеры, практически все недорогие лампы конструктивно похожи, с небольшими вариациями, которые я отмечу далее.

Итак, среднестатистическая автомобильная светодиодная лампа выполнена по типовой схеме, представленной на рис. 2 (приведен пример для 9 светодиодов):

2. Типовая схема светодиодной лампы без стабилизатора, на 9 светодиодов

Обозначение элементов на схеме, слева направо:

R0: Резистор-обманка для систем контроля исправности ламп. О нем я, возможно, сделаю отдельный материал, здесь его пока не рассматриваем. Этот резистор может присутствовать, а может и нет. I0 — ток через резистор R0.

VDS1: Диодный мост. Так как для светодиодов важна полярность подключения, диодный мост позволяет подключать лампу как обычную лампу накаливания, не думая о полярности. Самые дешевые лампы не имеют диодного моста, но, в последнее время, он часто присутствует даже в малогабаритных бесцокольных лампах. Диодный мост установлен в лампу чисто для удобства пользователя.

R1-R3: Токоограничивающие резисторы для цепочек из трех светодиодов HL1.1-HL1.3 и т.д. Эти резисторы задают ток, протекающий через каждую из цепочек светодиодов. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше ток через светодиоды.

HL1.1-HL1.3: Цепочка из трех светодиодов. В разных по конструкции светодиодных лампах, количество цепочек и количество светодиодов в цепочке может быть различным, но часто используются именно цепочки из трех светодиодов. На данной схеме для примера показана лампа с тремя цепочками по три светодиода в каждой. Есть лампы, состоящие вообще из одного светодиода, но схемотехника у них такая же.

I1-I3: ток через цепочки, например, I1 — ток через цепочку R1-HL1-HL2-HL3 и т.д. Суммарный ток, потребляемый лампой, равен сумме токов Iобщ=I0+I1+I2+I3.

Чтобы повысить надежность работы лампы, правильно ставить на каждую из цепочек отдельный токоограничивающий резистор R1-R3. В этом случае выход из строя светодиодов в одной из цепочек не повлияет на ток через другие цепочки. Однако, в целях экономии, производители дешевых ламп ставят один общий резистор на все цепочки. Такие лампы менее надежны, но выяснить это суждено уже покупателю. Упрощенная схема лампы с одним токоограничивающим резистором приведена на схеме на рис. 3:

3. Упрощенная схема светодиодной лампы с одним токоограничивающим резистором

От теории перейдем к практике. Я не буду грузить вас сложными расчетами, просто покажу, что и как делать.

Часть 3. Доработка автомобильных светодиодных ламп, не имеющих встроенного стабилизатора тока

Для доработки ламп понадобятся:

1. Паяльные принадлежности — паяльник на 25-40 Вт, флюс, припой.
2. Наличие мультиметра и паяльного фена приветствуется.
3. Набор резисторов требуемой мощности и номиналов. Возможно, для определения типа и номиналов резисторов, придется предварительно разобрать одну лампу для изучения.

Пример 1: Цилиндрические лампы типа C5W или C10W

Отпаиваем металлические контактные колпачки, нагревая их феном или паяльником сбоку, в месте соприкосновения с платой. Под одним из колпачков видим резистор-обманку R0, о нем поговорим в следующей записи (фото 4):

4. Отпаиваем контактные колпачки

На фото 5 слева направо видим диодный мост VDS1, две цепочки светодиодов HL1-HL2 по три светодиода в каждой, и общий токоограничивающий резистор R1. Это означает, что данная лампа выполнена по упрощенной схеме с одним резистором (см. рис. 3).

5. Элементы светодиодной лампы

Для сравнения, на фото 6 приведена более "правильная" лампа, где используются три токоограничивающих резистора, по одному на каждую цепочку:

6. Внизу лампа с тремя токоограничивающими резисторами, вверху — с одним

На фото 7 показана светодиодная лампа со светодиодной матрицей (технология COB). Такие лампы легко отличить по внешнему виду, на них не видно отдельных светодиодов. Для матрицы COB используется один токоограничивающий резистор R1. В данном конкретном случае, это не удешевление:

7. Лампа с COB-матрицей

Доработка лампы очень простая и сводится к замене токоограничивающих резисторов на резисторы большего номинала. Тем самым мы уменьшаем ток через светодиоды, в результате они меньше греются и дольше служат.

Я провел ряд измерений на различных светодиодных лампах, и для себя сделал следующие выводы:

Вывод 1: Большинство дешевых ламп рассчитаны производителем на максимальное напряжение 12В, не более. При работе в реальных условиях, при напряжении в бортсети порядка 13.5-14.5В, светодиоды работают с перегрузкой и быстро выходят из строя.

Вывод 2: Увеличение номинала токоограничивающего резистора в 2-3 раза не сильно сказывается на яркости свечения лампы, но пропорционально снижает ток через светодиоды, чем существенно продлевает их ресурс.

Вывод 3: Даже при уменьшении тока в 3-5 раз по сравнению с исходным, светодиодные лампы светят ярче, чем аналогичные лампы накаливания.

Отпаяв колпачки и получив доступ плате, выпаиваем заводской резистор и вместо него впаиваем свой, с увеличенным сопротивлением.

На фото 8 заводской резистор сопротивлением 22 Ом заменен на резистор сопротивлением 100 Ом (почти в 5 раз больше):

8. Впаиваем резистор с увеличенным сопротивлением.

Подбором номинала резистора можно изготовить лампы для различных применений, например, для освещения салона сделать поярче, в подсветку номера — поменьше яркостью и т.д. Например, на фото 9, для подсветки номера, я поставил резисторы сопротивлением 150 Ом (в 7 раз больше штатного 22 Ом), яркость все равно осталась больше штатных ламп накаливания:

9. Для ламп подсветки номера, сопротивление штатного резистора увеличено в 7 раз

Пример 2. Бесцокольные лампы T10 W5W

Отгибаем контактные усики и разбираем лампу (фото 10):

10. Светодиодная лампа T10 W5W с несколькими светодиодами SMD

Видим, что лампа имеет простейшую конструкцию, без диодного моста, питание на светодиоды подается через один токоограничивающий резистор (фото 11):

11. Примитивная конструкция с одним резистором

Еще одна распространенная разновидность лампы W5W, с одним мощным светодиодом. Разбирается аналогично предыдущему примеру (фото 12):

12. Лампа T10 W5W с одним мощным светодиодом

Здесь в конструкции питание подается через два последовательно включенных резистора. Это сделано для того, чтобы резисторы поменьше грелись (фото 13):

13. Для меньшего нагрева, использовано два резистора вместо одного

Пример 3. Малогабаритные лампы T5 для приборной панели

Как правило, из-за ограниченного размера, в конструкции таких ламп оставлен лишь один светодиод и один токоограничивающий резистор. Разбираются аналогично лампам W5W, путем отгибания усиков (фото 14-15):

14. Лампы для приборной панели

15. Один светодиод и один резистор

Все рассмотренные лампы дорабатываем аналогично, просто заменяем штатные резисторы на свои, с увеличенным в 2-3-5 раз номиналом. Сопротивление резистора подбираем, в зависимости от требуемой яркости свечения.

Часть 4. Некоторые практические советы

Совет 1. В лампах различного размера и конструкции, могут использоваться различные по типу и размеру элементы. Как правило, компоновка деталей лампы довольно плотная, поэтому запаять вместо штатных другие типоразмеры часто бывает затруднительно, из-за ограниченного свободного места. Поэтому, заранее подбирайте подходящие детали, но при этом чтобы мощность нового резистора не была меньше мощности штатного (фото 16):

16. Запаять деталь другого размера не всегда возможно

Совет 2. При работе с паяльным феном, легко повредить горячим воздухом соседние детали, например, светодиоды. Поэтому, перепаивая резисторы, закрывайте другие детали от воздействия горячего воздуха. Я, например, просто прикрывал светодиоды пинцетом (фото 17):

17. При работе феном, прикрывайте соседние детали от горячего воздуха

Совет 3. При выпаивании колпачков ламп C5W и C10W, часть припоя может вытечь. При сборке лампы, для надежной пайки колпачков, можно заранее добавить припоя на контактные пятачки платы, тогда при нагреве припой надежно соединит плату и колпачок.

18. Для более надежной пайки колпачков, можно добавить припой на контактные пятачки

Совет 4. Некоторые лампы со светодиодными матрицами COB, для красоты прикрыты декоративными пластиковыми стеклами. Эти стекла ухудшают теплоотвод, рекомендую их снять, на внешний вид подсветки по факту это никак не влияет, а охлаждаться лампа будет лучше (фото 19):

19. Рекомендую удалить декоративные стекла с матриц COB

И в завершение, небольшой прикол. Интересно, откуда на лампе взялась надпись "КОЛЯ", нанесенная промышленным способом? (фото 20):

20. И в Китае есть свои Коли :)

Данная простая доработка позволяет существенно продлить ресурс автомобильных светодиодных ламп, даже без использования стабилизаторов тока или напряжения.

Источник

Как работают сетевые фильтры | HowStuffWorks

Реклама

Когда вы собираете компьютерную систему, вы, вероятно, купите стандартное оборудование с сетевым фильтром . Большинство конструкций выполняют одну очевидную функцию - они позволяют подключать несколько компонентов к одной розетке. Со всеми различными компонентами, составляющими компьютерную систему, это, безусловно, полезное устройство.

Но другая функция удлинителя сетевого фильтра - защита электроники вашего компьютера от скачков напряжения - гораздо важнее.В этой статье мы рассмотрим устройства защиты от перенапряжений, также называемые подавителями перенапряжений, чтобы выяснить, что они делают, когда они вам нужны и насколько хорошо они работают. Мы также выясним, какие уровни защиты доступны, и выясним, почему у вас может не быть всей необходимой защиты, даже если вы используете качественный сетевой фильтр.

Основная задача системы защиты от перенапряжений состоит в защите электронных устройств от "скачков напряжения". Итак, если вам интересно, что делает сетевой фильтр, первый вопрос: «Что такое скачки напряжения?» А потом: «Почему электронику нужно защищать от них?»

Скачок напряжения или переходное напряжение - это увеличение напряжения, значительно превышающее установленный уровень в потоке электроэнергии.В обычной бытовой и офисной проводке в США стандартное напряжение составляет , 120 вольт, . Если напряжение поднимается выше 120 вольт, возникает проблема, и устройство защиты от перенапряжений помогает предотвратить разрушение компьютера этой проблемой.

Чтобы понять проблему, полезно кое-что понять о напряжении. Напряжение является мерой разницы в энергии электрического потенциала . Электрический ток движется от точки к точке, потому что на одном конце провода больше электрической потенциальной энергии, чем на другом конце.Это тот же самый принцип, который заставляет воду под давлением вытекать из шланга - более высокое давление на одном конце шланга выталкивает воду в область более низкого давления. Вы можете думать о напряжении как мера электрического давления .

Как мы увидим позже, различные факторы могут вызвать кратковременное повышение напряжения.

  • Когда увеличение длится три наносекунды (миллиардные доли секунды) или более, это называется скачком .
  • Когда это длится только одну или две наносекунды, это называется всплеск .

Если всплеск или шип достаточно велик, это может нанести серьезный ущерб машине. Эффект очень похож на подачу слишком большого давления воды на шланг. Если давление воды слишком велико, шланг лопнет. Примерно то же самое происходит, когда через провод проходит слишком большое электрическое давление - провод "разрывается". На самом деле, он нагревается, как нить накала в лампочке, и горит, но это та же идея.Даже если повышенное напряжение не приведет к немедленной поломке машины, это может привести к дополнительной нагрузке на компоненты, со временем изнашивая их. В следующем разделе мы рассмотрим, что делают сетевые фильтры для предотвращения этого.

,

уровней защиты от перенапряжений | HowStuffWorks

Все сетевые фильтры не созданы равными. На самом деле, существует огромный диапазон как производительности, так и цены систем защиты.

  • С одной стороны у вас есть базовый удлинитель для защиты от перенапряжений за 5 долларов, который обеспечит очень слабую защиту.
  • С другой стороны, у вас есть системы стоимостью в сотни или даже тысячи долларов, которые защитят практически все, кроме удара молнии поблизости.

Большинство систем имеют какие-то ограничения; Выбор системы защиты, которая подходит вам, - это вопрос баланса между системой и стоимостью потери данных или электронного оборудования. Как и в случае со страховкой, вы найдете уровень покрытия, который вам удобен.

Чтобы защитить ваше оборудование от скачков напряжения, вам необходимы индивидуальные сетевые фильтры для каждой розетки. Эти удлинители отличаются большим качеством и емкостью (как мы увидим в следующем разделе).Существует три основных уровня сетевых фильтров:

  • Базовый удлинитель питания - это базовые удлинители с пятью или шестью розетками. Как правило, эти модели обеспечивают только базовую защиту.
  • Улучшенный удлинитель - За 15-25 долларов вы можете приобрести сетевой фильтр с улучшенными характеристиками и дополнительными функциями.
  • Станция защиты от перенапряжений - Эти большие сетевые фильтры устанавливаются под ваш компьютер или на полу.Они предлагают превосходную защиту по напряжению и улучшенную систему кондиционирования. Большинство моделей также имеют вход для телефонной линии, чтобы защитить ваш модем от скачков напряжения, и могут иметь встроенные автоматические выключатели. Вы можете получить один из этих блоков всего за 30 долларов или потратить свыше 100 долларов на более продвинутую модель.
  • Источник бесперебойного питания (ИБП) - в некоторых устройствах защита от перенапряжения сочетается с непрерывным ИБП. Основная конструкция ИБП непрерывного действия заключается в преобразовании мощности переменного тока в мощность постоянного тока и хранении его на батарее.Затем ИБП преобразует постоянный ток батареи в переменный ток и подает его на розетки переменного тока для вашей электроники. Если питание отключится, компьютер продолжит работу, питаясь от накопленного заряда батареи. Это даст вам несколько минут, чтобы сохранить работу и выключить компьютер. Процесс преобразования также избавляет от большей части шума линии, исходящего от розетки переменного тока. Эти устройства, как правило, стоят 150 долларов и более.

Обычный ИБП обеспечит вам высокий уровень защиты, но вы все равно должны использовать сетевой фильтр.ИБП остановит большинство скачков напряжения на вашем компьютере, но, вероятно, сам будет серьезно поврежден. Рекомендуется использовать базовый сетевой фильтр, если вы хотите сэкономить ваш ИБП.

После того, как вы решили, какой уровень защиты от перенапряжений вам необходим, пришло время найти подходящее устройство. В следующем разделе мы узнаем, что вы должны искать при рассмотрении различных моделей.

,

Как работают автомобильные подвески | HowStuffWorks

Когда люди думают об эффективности автомобиля, они обычно думают о лошадиных силах, крутящем моменте и ускорении от нуля до 60. Но вся мощность, создаваемая поршневым двигателем, бесполезна, если водитель не может управлять автомобилем. Вот почему автомобильные инженеры обратили свое внимание на систему подвески почти сразу, как только освоили четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Работа автомобильной подвески состоит в том, чтобы максимизировать трение между шинами и поверхностью дороги, обеспечить стабильность рулевого управления при хорошей управляемости и обеспечить комфорт пассажиров.В этой статье мы рассмотрим, как работают автомобильные подвески, как они развивались на протяжении многих лет и как движется дизайн подвесок в будущем.

Если бы дорога была идеально ровной, без неровностей, подвески не были бы необходимы. Но дороги далеко не ровные. Даже у недавно проложенных шоссе есть тонкие недостатки, которые могут взаимодействовать с колесами автомобиля. Именно эти недостатки прикладывают силы к колесам. Согласно законам движения Ньютона, все силы имеют как , , так и , направление .Удар на дороге заставляет колесо двигаться вверх и вниз, перпендикулярно поверхности дороги. Величина, конечно, зависит от того, ударяет ли колесо по гигантскому удару или крошечному пятнышку. В любом случае, колесо автомобиля испытывает вертикальное ускорение , когда оно преодолевает несовершенство.

Без промежуточной конструкции вся вертикальная энергия колеса передается на раму, которая движется в одном направлении. В такой ситуации колеса могут полностью потерять связь с дорогой.Затем под действием силы тяжести вниз колеса могут врезаться обратно в дорожное покрытие. Что вам нужно, так это система, которая будет поглощать энергию колеса с вертикальным ускорением, позволяя раме и кузову двигаться без помех, пока колеса следуют за неровностями на дороге.

Исследование сил при работе на движущемся автомобиле называется Динамика автомобиля , и вам необходимо понять некоторые из этих концепций, чтобы понять, почему подвеска необходима в первую очередь.Большинство автомобильных инженеров рассматривают динамику движущегося автомобиля с двух точек зрения:

  1. Поездка - способность автомобиля сгладить неровную дорогу
  2. Управление - способность автомобиля безопасно разгоняться, тормозить и поворачивать

Эти две характеристики могут быть дополнительно описаны в трех важных принципах - дорожная изоляция , дорожная опора и на поворотах . В приведенной ниже таблице описываются эти принципы и то, как инженеры пытаются решать задачи, уникальные для каждого из них.

Подвеска автомобиля с его различными компонентами обеспечивает все описанные решения.

Давайте посмотрим на части типичной подвески, начиная от общей картины шасси до отдельных компонентов, которые составляют подвеску.

,

Смотрите также