Светодиодная подсветка. Почему часто перегорают светодиоды
Всем привет 🙂
Небольшое рассуждение на тему мысли в слух. Думаю ни для кого не секрет что тема светодиодной подсветки на сегодняшний день более чем актуальна. Взять хотя-бы статистику запросов от Яндекса:
Болезнь это у всех современных телеков… И при этом совершенно не важно как он называется, где был собран и какая у него цена. Год- полтора ( в лучшем случае 2-3 года, но это уже редкость) и потом либо в ремонт, либо на свалку ( по настроению хозяина)…
Немного отвлекусь, «анекдот» из практики
Приезжает клиент, привозит сразу три телека, разные по размеру и ценовой стоимости, но проблема у всех одинаковая- подсветка. Далее- диалог:
— О, наверное у всех родственников собрал?
— Не, мои все!
— Нифига! Кучеряво живете!
— Да где кучеряво?.. Купил один, самый дешевый- через год крякнул, купил второй (брендовый)- и этот через год сдох, купил третий (посоветовали)- снова год…
Фигня одноразовая!…
А на самом деле, почему они перегорают. Не, ну реально? Если задуматься, а чего вдруг такая проблема? Ведь, по-сути, светодиод это полупроводниковый прибор: в нем нет нити накаливания, ток потребления ничтожный, чему там гореть? Давайте будем разбираться…
Итак…
Принцип получения яркости в ЖК телевизорах
Начнем с того, что ЖК матрица это, в общем-то, по большому счету, просто набор светофильтров. В каком смысле? Там мильён пикселей, которые или пропускают свет, или нет. Просто когда на матрицу начинают поступать сигналы о формировании картинки, эти пиксели открываются в определенном порядке, образуя изображение. Открытые пропускают свет, а закрытые нет.
Улавливаем суть? Ключевое слово здесь «свет». То есть для этого чтобы картинка на экране стала яркой, требуется источник света. И это без вариантов!!! А уж чем эта самая матрица будет подсвечиваться- тут уже никакой разницы нету.
Поначалу в качестве источника света использовались лампы. Ну опять-же какие лампы… Газоразрядные они были, что-то вроде как в простонародье называемых «дневного света» с той лишь разницей что в них не было нити накала.
И, знаете, все прекрасно работало!! Мне до сих пор в ремонт поступают 10-15-ти летние телеки, у которых лампы до сих пор живы-здоровы и прекрасно работают!
Для того чтобы эти лампы зажглись, требовалось еще одно устройство- инвертор подсветки. По сути это просто повышающий преобразователь
У всей этой конструкции были , конечно-же, свои недостатки, но все равно это было относительно надежно.
И вот, в году, примерно 2010-м (могу ошибаться, но где-то так) началось…
* Сначала начали раздувать идею об экологии- что, дескать, лампочки-то ртуть содержат! Надо что-то с утилизацией решать!!!
* Потом стали усиленно проталкивать идею о том, что лучше светодиоды использовать в качестве подсветки- так и себестоимость дешевле, и энергопотребление, да и яркость у них лучше.
Но даже и не это главное- основная идея была в том, что светики неубиваемые!
Надули нас выходит? И да и нет: себестоимость изделия действительно упала, следовательно и цены снизились и телевизоры стали более широкодоступны. А вот как насчет «неубиваемости»? А тут оказалось что не все так легко и просто…
А почему? А давайте для начала разберемся что такое сверхяркий светодиод (а именно такие в подсветке и применяются)
Как устроен светодиод
Ну мы, в общем-то, все знаем что светодиод- это полупроводниковый прибор. И что такое PN переход нам также сильно рассказывать не надо: есть P-область, N-область, их соединили и при подаче напряжения положительные частицы побежали в одну сторону, отрицательные в другую.
Ничего нового, это мы еще в средней школе проходили. Ну, дык, а как он светит-то? А вот тут-то и есть самое интересное…
Есть у нас там два вида заряженных частиц, при подаче напряжения они начинают перемещаться, и причем навстречу друг другу. Ну то есть настанет такой момент, что в какой-то области, они будут пролетать мимо друг друга ( именно в самом PN переходе это и случиться). Ну дальше случится вот что: у них разноименный заряд, следовательно они и между собою еще взаимодействовать начнут. Произойдет примерно следующее: в какой-то определенной области PN перехода будет небольшое наложение, сопровождающееся выбросом энергии.
Этот процесс происходит в любом полупроводниковом диоде, но частота излучения у него очень и очень низкая, даже не в инфракрасном диапазоне и все что оно даст, так это только лишь небольшой нагрев.
И вот, постепенно ученым удалось при помощи различных добавок и различных полупроводников увеличить частоту этого излучения сначала до инфракрасного, затем и до красного.
Кстати: прекрасно помню те времена, когда только начали появляться первые светодиоды типа АЛ307
И были они именно красные! А вот зеленые появились уже намного позже и стоимость у них была выше. А не догадываетесь почему? У зеленого цвета свечения частота выше! А за счет чего можно увеличить частоту излучения в PN-переходе? Только лишь увеличением времени взаимодействия частиц между собою, и чем это время будет дольше, тем и цвет излучения будет ближе к фиолетовому и даже к ультрафиолету
Однако… Увеличивая время взаимодействия частиц, мы получим не только увеличение частоты излучения, но еще и увеличение нагрева получим, и попутно еще и внутренний ток потребления.
Ну это, как-бы, первое… Второе: цвет-цветом, а как умудрились получить такую яркость, что даже в прожекторах сейчас светодиоды применяют? А здесь вообще уникальный подход- она на самом деле ультрафиолетовые! Да, да, я не оговорился! Кристалл светит в ультрафиолетовом диапазоне, а окончательный цвет ему придает люминофор. Именно благодаря применяемому люминофору можно получить различный цвет свечения, и именно поэтому при выгорании люминофора, в подсветка в телеке со временем начинает светить с синими оттенком.
Ну и что в итоге мы имеем? Обычные светодиодики в пластиковом корпусе, и взаправду, практически вечные- у них ток потребления ничтожный, а вот с яркими уже все намного сложнее- у них номинальный ток обычно около 300мА, да и нагрев уже достаточно ощутимый.
Второй нюанс
Как сделана подсветка в телевизорах
Тоже довольно интересное явление… Светики в подсветке телевизоров имеют последовательное включение. Ну то есть- перегорел один, погасли все…
Вопрос- а что? Нельзя было их там по другому включить? Ну что-же, логично…
Ладно, давайте будем размышлять: в качестве примера возьмем какой-нибудь простенький 32-дюймовый аппарат РФ сборки с потрохами made in China: Polar, TCL, Dexp и им подобным.
Их там, как правило, обычно штук 12-15, иногда и 18. Вспомним закон Ома для последовательной и параллельной цепей.
Если светодиоды ставить параллельно, то ток у них складывается. Ага, то есть если один светик имеет ток потребления 0,3А, то 10 штук это будет уже 3 Ампера, а 20 значит 6 Ампер. Помимо этого нам еще нужен запас процентов хотя-бы в 50, да плюс возможность регулировки яркости свечения самих светиков. Итого: чтобы организовать подсветку таким образом, потребуется регулируемый источник питания ампер в 9. Именно регулируемый, то есть нужны будут какие-то силовые транзисторы и, естественно, нужно будет еще и об теплоотводах думать. Чисто с технической точки зрения это реально, а вот с практической не очень. И, кстати, речь идет о 32 дюймах, а как быть тогда с гораздо большими размерами? Так что последовательное включение это, пожалуй, оптимальный вариант.
Ладно, что мы там еще имеем в вышеупомянутой формуле? Ага, напряжения в последовательной цепи складываются. Выходит если мы имеем цепочку из 15-ти 3-х Вольтовых светодиодов, то нужно подавать на них минимум 45 Вольт. Ну что-же, здесь ничего сложного нет- или отдельный источник питания, или преобразователь можно прилепить, так как ток нагрузки получается примерно 0,3….0,5А и поэтому большая мощность не требуется.
Помимо этого нам еще потребуются цепи регулировки яркости и стабилизации тока. Ну тут все делается по принципу измерения тока, протекающего через светодиодную цепь.
Не буду сильно вдаваться в подробности как там все происходит (долгая история 🙂 )Если кому интересно- могу предложить почитать книжку. Она бесплатная, автор- Ваш покорный слуга…
В общем всю эту конструкцию можно представить в виде вот такой структурной схемы:
А в работе все это выглядит так:
1. приходит какое-то напряжение (оно на схеме подписано как «входное»), далее- преобразователь повышает его до необходимого уровня.
2. Это напряжение поступает на светодиодную цепь.
3. Пройдя через цепочку светодиодов, напряжение поступает на ключевой транзистор, степень его открытия и будет определять яркость свечения.
4. Имеется обратная связь- так называемый токовый датчик. Сигнал с него поступает на вход регулирующего устройства (LED драйвера). Этот сигнал позволяет отслеживать любые изменения в светодиодной цепочке. Опираясь на этот сигнал, LED драйвер и корректирует управление ключевого транзистора.
От теории к практике
Ну вот теперь мы и добрались до самого интересного: если все так просто и надежно, то почему светодиоды долго работать не хотят?
Если вернуться к структурной схеме включения подсветки, то что мы имеем:
1. Повышающий преобразователь. Он должен повышать напряжения до уровня, что зажглась светодиодная цепочка. Однако на само деле он повышает гораздо выше- обычно процентов на 50 больше чем надо. Нафига так оно сделано? Ну, наверное, чтобы запас был, не знаю…
2. Токовый датчик. Ну да- он должен отслеживать ток в цепи. Собственно да, он этим и занимается, иначе ничего не работало-бы.
Итого: при включении на светодиодную цепочку подается напряжение выше нормы. Затем открывается ключ и срабатывает регулировка, опираясь на показания токового датчика.
Весь этот процесс происходит практически мгновенно, но в любом случае мы получим бросок тока в момент включения, и это еще далеко не все…
Я, друзья мои, не особый сторонник теории заговора, однако факты вещь упрямая…
Что я имею ввиду? Опираясь на свой собственный опыт, возникли не совсем хорошие выводы: господа производители всеми правдами и неправдами пытаются сделать технику неремонтопригодной, да еще и срок службы сократить.
Поначалу, когда только лишь светодиодная подсветка входила в обиход, телевизоры были сделаны более аккуратно- все на винтиках, легко разбиралось, ничего не мешалось, да и сами светодиоды включались плавно. А сейчас что мы имеем? Матрицы клееные, рамки также частенько приклеены, да еще и в таких местах, что, того гляди, еще и покалечишь что-нибудь при разборке.
Насчет тока светодиодов- да просто поголовно он везде завышен в среднем процентов на 30-40! Во многих случаях даже и приборов никаких особенных не нужно- все по напряжению питания видно: на самой планке написано 36V, в реальности-40-42V.
Итак, вот мы и подобрались вплотную до главного вопроса: почему быстро перегорают светодиоды в подсветке? И, собственно говоря, и ответ у нас почти готов- слишком большой ток!
Как продлить срок службы светодиодов
А здесь, в общем-то, способы есть, но их не много:
1. Уменьшить ток. Причем даже не до номинального для данного светодиода, а сделать его чуть ниже.
2. Полная переделка— установить другие, с меньшим током потребления
3. Рекомендательно.При замене светодиодов придерживаться строгого правила- меняем сразу все на новые. Если меняем поштучно, то обязательно ставим родные, а не то что «первое под руку попалось».
Ну а теперь разъяснения по пунктам:
1. Как уменьшить ток подсветки. Ну тут вариант один- токовый датчик. Правда есть нюансы…
* а. Токовый датчик выполнен на внешних резисторах. Пример:
Тут проблем нету- увеличиваем номинал за счет выпаивания нескольких резиков, а смотрим мультиком что из этого вышло. В качестве помощи— на ЭТОЙ странице список модулей с вариантами доработки.
* б. Токовый датчик может быть запрятан внутри микросхемы LED- драйвера. Да, бывает и такое…
Но сама микросхема в этом случае имеет возможность регулировки тока подсветки. За эту функцию обычно всегда отвечает ножка, подписанная как ISET
Увеличиваем номинал резистора, подключенного к этой ноге (обычно раза в два).
В качестве помощи: на ЭТОЙ странице список наиболее распространенных микросхем- драйверов подсветки со всеми данными о доработке.
2. Переделка подсветки. Способ из варианта «колхоз», но вполне реальный. Скажу даже более- в самом начале появления светодиодных телевизоров, приобрести родные светики не всегда удавалось и поэтому приходилось заниматься самодельщиной. Ни на один переделанный аппарат ни одной претензии не было!
Смысл данного мероприятия- вклеиваем в телек 12-ти Вольтовые светодиодные ленты. ТОк потребления у них мизерный и поэтому они практически вечные!
Все подробности рассказывать довольно долго- просто загляните вот на ЭТУ страницу и посмотрите реальный пример такой переделки со всеми рекомендациями.
3. Почему желательно устанавливать именно родные светодиоды, либо менять сразу все.
А ответ прост- давайте вспомним закон Ома для последовательной цепи (формула чуть выше уже была).
Что он нам гласит? При последовательном соединении, ток на всех участках нагрузки одинаковый.
Вывод? Да он сам напрашивается: необходимо чтобы у всех применяемых светодиодов были одинаковые параметры, а иначе мы просто получим «перекос» по току и это вызовет перегорание других светодиодов.
А почему желательно менять сразу все? Да опять все просто: изнашиваются они, бедолаги…
Заменим мы сегодня один-два, а остальные-то старые.. Следовательно в скором времени и они «отправятся в мир иной»…
Ну и напоследок- не забываем о том что ЖК матрица вещь чрезвычайно хрупкая, так что разбираем крайне аккуратно и внимательно- она и приклеена может быть, и просто за счет грязи прилипнуть может.
Я на своем сайте стараюсь рассказывать о тонкостях разборки различных моделей, да и всегда указываю какие именно там светодиоды применяются. Вся инфа находится вот на ЭТОЙ странице. Однако невозможно объять необъятное- хоть список и пополняется регулярно, но там далеко не все модели…
Ну что же, дорогие друзья, разрешите на этом и закончить… 🙂
Надеюсь статья будет полезной, удачи в ремонтах