Versuchte Reparatur einer 9W LED-Lampe
12.2.2024
LED-Lampen sind ja angetreten, nicht nur mit hohem Wirkungsgrad und damit extremem Stromsparen die Welt zu retten, sondern ihre lange Lebensdauer sollte Rohstoffe einsparen. Eigentlich sollte eine LED-Lampe ein Leben (eines Menschen!) lang halten ohne ausgetauscht werden zu müssen. Die lange Lebensdauer ergibt sich aus dem Fakt, dass die LEDs Halbleiterbausteine sind und somit eigentlich keinem Verschleiß unterliegen. Soweit die Theorie.
LED-Lampen brauchen aber ein Vorschaltgerät, eine Konstantstromquelle, und diese besitzt alle möglichen elektronischen Bauteile wie Widerstände, Spulen, Kondensatoren und weitere Halbleiter. Es stellt sich nun heraus, dass dieses Vorschaltgerät die neue Schwachstelle ist: die LEDs halten lange, aber die Vorschaltgeräte gehen kaputt, weil sie "auf Kante" designed sind, um den letzten Cent einzusparen. Leider. Oder man könnte auch sagen, das Glühbirnenkartell hat es wieder geschafft und so wie damals die Lebensdauer einer Glühbirne nicht mehr 1000 Stunden betrug (künstlich unter Absprache reduziert!), so wird jetzt die Lebensdauer der LED-Lampen künstlich (?) reduziert, indem die Lebensdauer der Bauteile des Vorschaltgeräts reduziert wird. Nichts Neues unter der Sonne...
So kam auch diese 9W Toshiba LED Lampe Typ 15W46 zu mir. Sie war im Gang bei meinem Sohn eingesetzt gewesen, also eher kurze Brenndauern, dafür häufiges Ein- und Ausschalten. Das Symptom: brennt normal, geht dann kurz aus und gleich wieder an. Manchmal auch ein Blinken (oder Flackern). Fehler tritt nur manchmal auf, kann Stunden ohne Probleme laufen.
Die Lampe liess sich öffnen, indem der Plastikdom von der Basis abgehebelt wurde (geht nicht ganz zerstörungsfrei). Dann die LEDs vom Kühlkörper abschrauben und ablöten (tatsächlich reicht ablöten alleine, abschrauben muss nicht sein), dann kann der Kühlkörper herausgezogen werden. Die Elektronik verbleibt in der Basis. Jetzt Metallfassung abziehen/abhebeln, 230V-Drähte ablöten, dann kann die Elektronik nach oben (zum Dom hin) gegen einen mechanischen Widerstand herausgeschoben werden (Genaueres siehe Thread im Forum).
Habe dann die Alu-LED-Platine abgenommen: die Wärmeleitpaste war SEHR sparsam aufgebracht. Habe ich erneuert und auf die ganze Fläche ausgedehnt. Hat nichts geändert.
Ich habe die Lampe am Regeltrafo zum Testen betrieben und die Spannung langsam hochgeregelt. So bei ca. 100V brennt sie ohne Flackern einwandfrei, bei 120V hat sie die volle Helligkeit. Dort habe ich sie vielleicht 10 Sekunden brennen lassen, dann auf 230V hochgedreht: brennt einwandfrei ohne Flackern! Auch nach Abschalten/Anschalten: kein Flackern. Auch direkt an 230V: kein Flackern. Am nächsten Tag dann wieder Flackern. Sehr nevig zu debuggen.
Mein erster Verdacht: die LEDs! Vielleicht ein Bonddraht, der sich gelöst hat. Also alle LEDs einzeln geprüft (am Niederspannungsnetzteil mit 30mA): alle leuchten. Auch interessant: 4 LED Chips haben offenbar intern 4 LEDs, die anderen 6 Chips haben 5 interne LEDs. Man kann das auch sehen, wenn man genau hinschaut. Aber
eindeutig über die Flussspannung herauszumessen. Ich denke, dass es kein Bond-Draht mit schlechter Verbindung ist, denn zum einen leuchten alle LEDs, auch wenn sie kalt sind, an Niederspannung, zum anderen blinkt sie, wenn ich mit Kältespray (man beachte die Vereisung auf dem Bild!) auf die
Elektronikplatine (nicht die LEDs) sprühe.
Für mich sieht das so aus, als ob eine Schutzschaltung die Lampe immer wieder ab- und dann wieder einschalten würde. Sobald die Elektronik warm ist, klappt dann alles -- na ja, auch das ist nicht 100% reproduzierbar.
Dass die Temperatur einen Einfluss hat, war mein erster Ansatzpunkt, aber mittlerweile (nach über einem Jahr Fehlersuche...) glaube ich das nicht mehr. Obwohl man auch sagen muss, dass die LEDs sehr heiß werden und damit auch der Kühlkörper, der im normalen Betrieb die Elektronik umgibt und damit diese auch extrem (kann man nicht mehr anfassen) aufheizt. Es kann also gut sein, dass diese hohe Temperatur ursächlich für das Versagen ist.
Nach den LEDs war mein nächster Verdacht der Elko. Er soll 33
F, 100V haben, gemessen 27F, das ESR ist mit 0.33 Ohm aber noch recht gut. Ich habe ihn daher erst mal nicht weiter betrachtet, zumal ich auch keinen Ersatz vorrätig habe. Er liegt direkt parallel zu den LEDs.
Ich habe alles (SMD und THC) nachgelötet: keine Verbesserung.
Ich habe die beiden braunen Kondensatoren ausgelötet und gemessen: sollten 220nF haben, hatten aber 70nF und 97nF. Ich habe sie ersetzt: keine Verbesserung.
Ich habe die Spule (auf der Platine als L1 bezeichnet) zwischen Gleichrichter und Schaltung überbrückt: keine Änderung. Damit ist klar, dass es nicht diese Spule und auch nicht der parallele Dämpfungswiderstand ist.
Das Datenblatt des IC AP1923 ist leider nicht sehr ausführlich. Es hat aber eine typische Schaltung, die hier recht ähnlich realisiert wurde. Ein Unterschied ist, dass statt D2 und Z-Diode D3 bei Toshiba nur eine Diode verbaut wurde, dafür aber eine Anzapfung der Spule L1 verwendet wird. Ich habe als nächstes die Betriebsspannung an Pin 2 des IC gemessen. Diese steigt nach dem Einschalten langsam an: die beiden Widerstände R1 und R2 (jeweils 330 kOhm) laden den Kondensator CE1 langsam direkt von den gleichgerichteten 230V auf. Wenn die untere Schwellenspannung von ca. 15V erreicht ist, beginnt das IC zu arbeiten und versorgt sich ab da aus L1 über die Anzapfung und die Diode. Die Betriebsspannung beträgt nun ca. 23V mit kleinem Ripple von ca. 2V.
Der Kondensator CE1 hat gemessen 8F. Vielleicht ist der Ripple zu groß? Ich habe daher einen 47F Kondensator parallel geschaltet. Nun ist der Ripple wesentich kleiner, aber das Blinken ist immer noch da, jedoch ist die Blinkfrequenz nun deutlich verringert! Das könnte also schon etwas damit zu tun haben. Diese Betriebsspannung ist übrigens recht stabil und unabhängig von der Netzspannung.
Ich habe nun viele Testpunkte (kleine Drahtstücke) zugänglich gemacht und die Betriebsspannung am Oszi angeschaut. Wenn die LED flickert, so sinkt die Betriebsspannung langsam bis auf einen sehr kleinen Wert (ca. 4V), erst dann beginnt sie (über R1 und R2) wieder zu steigen, bei ca. 15V schaltet das IC wieder ein und die Lampe leuchtet wieder. Das kann ja eigentlich nicht sein, dass die Spannung sinkt, obwohl R1/R2 noch Strom liefern. Ich hatte daher R1 oder R2 im Verdacht: diese Widerstände müssen ja recht hohe Spannungen aushalten und da gehen Widerstände schon mal kaputt. Ich habe die beiden SMD Widerstände also durch wesentlich grössere bedrahtete Widerstände ersetzt: keine Änderung!
Ich habe dann die gleichgerichtete Spannung nach der Drossel gemessen, ob die vielleicht in den Dunkelphasen fehlt, aber diese ist konstant vorhanden.
Ich habe auch den Strom-Messwiderstand R3 (der aus einer Parallelschaltung von 8.2 Ohm und 2 Ohm besteht) gemessen, aus dem Labornetzteil belastet, mit 4-Punkt Kelvin-Methode dabei beobachtet: alles OK.
Die Spannung an der LED beträgt 60V wobei ein Ripple von 5.5V und 50Hz (phasenstarr zur Netzfrequenz) überlagert ist. Von einer höherfrequenten Zerhackerfrequenz ist nichts zu sehen.
Ich reime mir das also jetzt wie folgt zusammen: das IC erkennt irgendeine Überlastsituation (Dieter bezeichnete das im Forum als "Hazard-Recognition" -- es könnte sein, dass es doch eine Unterbrechung in den LEDs ist, die ab und an auftritt) und schaltet ab, belastet aber die Betriebsspannung (die jetzt ja nur noch von R1 und R2 kommt) stärker als normal (aber nicht super stark). R1/R2 können nicht genug Strom liefern, die Spannung sinkt, bis das IC einen Reset macht und die Last von der Betriebsspannung nimmt. Diese steigt wieder, bis die 15V erreicht sind und das IC einschaltet. Es läuft wieder, bis zur nächsten Abschaltung.
Dem Ratschlag von Dieter folgend habe ich also nun einen 8F (ESR: 2.7 Ohm), 250V Kondensator (was anderes hatte ich nicht) parallel zum 33F gelegt. Jetzt heisst es abwarten! Aktuell brennt die Lampe nun ca. 1h ohne Flackern (was aber noch nichts heissen muss). Nein, auch das hat nichts geholfen, sie blitzt wieder. Ich habe noch einen 100F, 100V (ESR 0.4 Ohm) probiert: blinkt auch. An dem C liegt es also wohl nicht. 100F wieder ausgebaut und jetzt brennt die Lampe ohne Blinken! Gestern 9h am Stück.So kann ich natürlich nicht weitersuchen.
Als letzten Versuch könnte ich noch die Strom-sense Widerstände vergrössern und so den Strom durch die LEDs verkleinern und damit die Lage allgemein entspannen, was natürlich weniger Leistung bedeutet. Etwa den 8.2 Ohm Widerstand auslöten und so den R von 1.6 Ohm auf 2 Ohm erhöhen.
Nun bin ich aber mit meinem Latein am Ende, denn es bleibt ja eigentlich kein Bauteil mehr übrig, ausser dem IC selbst und das kommt einem Totalschaden gleich.
Begleitender thread im Mikrocontroller Forum
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