Informaci√≥n t√©cnica: ¬Ņson tan buenas las l√°mparas LED de filamento?

¬°Saludando a mis fan√°ticos de la l√°mpara LED!

Hoy hablaremos sobre el tema palpitante y extremadamente popular en los √ļltimos a√Īos: las l√°mparas LED de filamento (diodo emisor de luz ). Se han publicado numerosos art√≠culos aqu√≠ en Habr ( 1 , 2 , 3 ) y en la web, pero ninguno de ellos nos dice una palabra sobre el an√°lisis en profundidad de las l√°mparas (lo que realmente est√° dentro) y la comparaci√≥n de sus caracter√≠sticas de temperatura. Por lo tanto, especialmente para ustedes, mis queridos amantes de los LED, realic√© un an√°lisis detallado de tales l√°mparas de diferentes fabricantes, incluida la medici√≥n de la temperatura de los propios LED.

Luego trataremos de responder la pregunta: ¬Ņ son tan buenas como las comercializadoras las l√°mparas de filamento?

Descargo de responsabilidad: este es mi primer intento de traducir y adoptar un artículo de Habr al inglés, por lo que le pediré que brinde sus comentarios fructíferos y corrija algunos errores si los hay.

Antecedentes


Cuando llega una nueva tecnolog√≠a, surge una de las preguntas m√°s importantes: ¬Ņc√≥mo se adapta esa tecnolog√≠a al "entorno tecnol√≥gico" general? Por lo general, el revolucionario simplemente no encaja en la rutina diaria, por lo tanto, se necesitan muchos esfuerzos para implementar productos innovadores y llevarlos al mercado.

Por ejemplo, fue el caso de las energ√≠as renovables, instaladas en casas particulares. El √©xito de la tecnolog√≠a se obtuvo mediante la disminuci√≥n continua del precio del "kit" y, en algunos lugares del mundo, el pago adicional del gobierno por la electricidad producida . A su vez, esto requer√≠a la revisi√≥n de las relaciones entre productores y consumidores de electricidad. Una historia bastante similar sucedi√≥ con los autos el√©ctricos. La industria tuvo que dividirse en dos: h√≠bridos y m√°quinas totalmente el√©ctricas con estaciones separadas de "repostaje". Este √ļltimo aument√≥ la "audiencia" involucrada y la cantidad de clientes, por lo que aument√≥ la penetraci√≥n de la tecnolog√≠a en nuestra sociedad. Hoy, en 2019, Tesla es la marca, pero BYD chino "desconocido" est√° alimentando en este momento al mercado nacional con autos y autobuses el√©ctricos.

Hace aproximadamente 5 a√Īos, la iluminaci√≥n LED y la soluci√≥n basada en esta tecnolog√≠a comenzaron a conquistar r√°pidamente a sus seguidores . Durante mucho tiempo, los ingenieros han intentado adaptar las fuentes de luz bidimensionales (LED) a los sistemas de iluminaci√≥n convencionales tridimensionales (por ejemplo, bombillas en forma de ma√≠z ). Recientemente, se ha publicado aqu√≠ y all√° .

Finalmente, las l√°mparas de incandescencia golpean el mercado. Parece que se ha encontrado una soluci√≥n √≥ptima: una l√°mpara no difiere mucho de "Ilyich", ya sea en forma o contenido, y solo se ha reemplazado un solo filamento de tungsteno con varios LED. Incluso las f√°bricas y talleres de vidrio m√°s antiguos encontraron su lugar en este "negocio". Hoy en d√≠a se ha propuesto el uso de un sustrato cer√°mico transl√ļcido para mejorar la distribuci√≥n radial del flujo luminoso de las l√°mparas (por ejemplo, Crystal Ceramic MCOB ).

¬ŅQu√© es ese filamento misterioso? Brevemente sobre el filamento
El filamento es un "pastel" compuesto por varios componentes. Un sustrato de vidrio delgado (no tan bueno para disipar el calor) o zafiro / cer√°mica (bastante bueno en conductancia t√©rmica) con dos contactos en ambos lados. La elecci√≥n del sustrato depende de la codicia del productor. Luego se instalan chips LED ultrapeque√Īos en ese sustrato y se conectan en serie con cables de oro s√ļper peque√Īos. Finalmente, una matriz de pol√≠mero con lumin√≥foro cubre todo el pastel. Voi-la, el filamento est√° listo para instalar en la bombilla.


Esquema de la estructura interna del filamento.

La idea detrás de este tipo de LED es muy simple: podríamos ganar un poco más de lm / W debido a la interacción lateral "doble" de la luz azul emitida con el luminóforo (para generar componentes rojo y verde). Debido a que el LED es transparente, el sustrato es transparente y la luz se propaga casi 360 grados alrededor del LED. Por lo tanto, no importa dónde vaya la luz azul, pero en los LED SMD (dispositivo montado en superficie) sí importa.

A pesar de las innegables ventajas sobre el LED SMD, las l√°mparas de incandescencia todav√≠a tienen algunos problemas, que por algunas razones est√°n ocultos. Por ejemplo, en el dise√Īo "est√°ndar" con diodos SMD, hay un sustrato y radiador de aluminio bastante masivo para eliminar de manera efectiva todo el calor generado. Mientras que en los filamentos, la √ļnica forma de eliminar el calor es la convecci√≥n y la disipaci√≥n a trav√©s del aire y la pared de vidrio del bulbo y un poco del sustrato de soporte, porque es peque√Īo.

En otras palabras, el sobrecalentamiento mata lentamente los diodos (la ca√≠da del brillo y la vida √ļtil con el aumento de la temperatura) igual que el lumin√≥foro (que afecta el √≠ndice de reproducci√≥n crom√°tica , CRI o Ra, y la temperatura del color , CCT). Este m√©todo de "sobrecalentamiento" funciona para la l√°mpara de tungsteno, porque el gas en el interior contribuye parcialmente a la regeneraci√≥n del filamento, pero no m√°s que eso. Puede encontrar m√°s informaci√≥n sobre el sobrecalentamiento desde el punto de vista cient√≠fico aqu√≠ . En consecuencia, a partir de este art√≠culo, la temperatura relativamente inofensiva es de aproximadamente 60-70 grados, no m√°s.

En pocas palabras: el sobrecalentamiento o la disipaci√≥n de calor insuficiente de los LED significa solo una cosa: la degradaci√≥n m√ļltiple de las caracter√≠sticas de la l√°mpara LED.



Para confirmar o refutar este punto de vista, haré un inventario de las lámparas LED habituales y las compararé en algunos experimentos, incluidas las mediciones de temperatura con una cámara termográfica ( Flir 5 Series , 240 por 320 píxeles). Con la ayuda de esta cámara, se midió la temperatura en la bombilla durante media hora, así como en los propios LED después de quitar la bombilla.

Tradicionalmente, las conclusiones para los corredores se presentan en dos tablas finales al final del artículo. Por supuesto, los entusiastas son muy bienvenidos a la Parte Experimental.

Parte experimental


Para el experimento tomé tres lámparas de diferentes fabricantes: una lámpara china barata de Ebay de CroLED (de hecho, a un precio equivalente a Eglo), otra lámpara de Eglo distribuida por Leroy Merlin y, por supuesto, Phillips muy respetada y muy popular. Además, admito que probablemente la lámpara de Ebay no tenga relación con este CroLED .

CroLED: calidad "china" en Ebay


Comencemos con una lámpara de incandescencia de China. Esta lámpara llegó en una simple caja de cartón con un mínimo de información (temperatura, potencia y fuente de alimentación, eso es todo). Para ser honesto, mis expectativas eran muy diferentes, pero la realidad golpeó mucho más duro. La tasa de pulsación fue del 67% (!) - ¡Parece que tenemos un nuevo récord! De hecho, la lámpara se apagó y volvió a encenderse con intervalos de cada 10 ms. La temperatura de color resultó estar en la frontera con 3000K.


NB: todas las lámparas presentadas en este artículo tienen una bombilla de vidrio. Aunque puede soportar una caída al suelo, ¡tenga cuidado al manipularlos!

El an√°lisis del interior de la l√°mpara revel√≥ otra caracter√≠stica de dise√Īo interesante: el conductor, o m√°s bien la ausencia total del conductor. La l√°mpara estaba alimentada por un puente de diodos MB10F con un par de resistencias y enormes condensadores de estado s√≥lido. Es muy espacio "eficiente"!


Se colocaron 18 LED en un sustrato mate (!). Cada chip LED estaba hecho de sustrato de zafiro con textura ( "asterisco" ). Los chips son muy peque√Īos en sus dimensiones, m√°s delgados que un cabello humano.

¬ŅPor qu√© es rentable para el fabricante fabricar LED ultra peque√Īos?
Una pregunta interesante! Una de las razones es simplemente econ√≥mica. Los peque√Īos chips LED son f√°ciles de producir y no requieren contactos de oro adicionales en el electrodo superior para la redistribuci√≥n del campo el√©ctrico, lo que aumenta el rendimiento de trabajo.

Otra razón es la conductancia del calor. Si no puede eliminar la cantidad de calor dada, no hay razón para usar diodos más potentes: morirán muy rápido.

¬ŅY qu√© hay de la temperatura? - El lector preguntar√°. La temperatura en el bulbo en 5-7 minutos alcanz√≥ aproximadamente 40 grados, y permaneci√≥ igual durante una hora.

Ahora echemos un vistazo debajo de la cubierta. La medición de la temperatura después de la extracción del bulbo de vidrio reveló que los filamentos se calentaron muy rápido (~ 1 minuto) a aproximadamente 90 grados, y en algunos lugares, presumiblemente donde se colocaron los LED, la temperatura alcanzó más de 100 grados.


Eglo: lámparas ordinarias con características convencionales


La siguiente lámpara es Eglo. Por cierto, esta empresa tiene una oficina de representación en la Federación de Rusia . En general, estaba satisfecho con su rendimiento: las pulsaciones a la frecuencia de 100 Hz eran aproximadamente del 6%, y la temperatura de color y CRI eran consistentes con las especificaciones.


A la pregunta sobre la pulsación
No tengo idea de otros países, puedo decir que en Rusia la pulsación de la luz en los LED inferiores a 300 Hz está bajo control y debe obedecer ciertas reglas. Los documentos de regulación ( 1 y 2 ) dicen:
Observación: el coeficiente de iluminación de la pulsación solo tiene en cuenta la pulsación por debajo de 300 Hz. La pulsación por encima de 300 Hz no afecta la eficiencia visual y total, como se muestra en [1].

Por lo tanto, la pulsación del flujo de luz inferior a 300 Hz no es deseable.


Dentro de esta l√°mpara, hay 4 filamentos, similares al chino mencionado anteriormente. Adem√°s, hay un controlador oculto basado en condensadores de lastre. Los chips LED son un poco m√°s grandes que en el caso anterior: 113 x 57 micras. Sin embargo, est√°n muy mal montados en un sustrato mate.


En cuanto a la temperatura, la lámpara rápidamente (en los mismos 5-7 minutos) se calentó hasta aproximadamente 50 grados medidos en la bombilla. Pero los filamentos demostraron nuevamente una temperatura de ~ 90 grados, ¡fuente de calor!


Philips: cuando la calidad est√° por encima de todo


La √ļltima l√°mpara probada fue producida por Phillips. Sorprendentemente, esta l√°mpara en el caso E14 demostr√≥ una excelente conformidad con las caracter√≠sticas declaradas y una pulsaci√≥n muy baja.


¬ŅCu√°l es la raz√≥n de un comportamiento tan agradable si la base de E14 es mucho m√°s peque√Īa que E27? - puedes preguntarme Todo es bastante simple: Philips tiene muy buenos ingenieros que fueron capaces de crear un controlador ultracompacto (un convertidor de retorno) para que se ajustara al peque√Īo compartimento E14. Este controlador proporcion√≥ una pulsaci√≥n extremadamente baja (<1%).

En esta l√°mpara, solo hay dos filamentos LED, ya que consume solo 2.3 W de energ√≠a. Los chips LED se fijaron en un sustrato transparente. Eran similares en tama√Īo a los utilizados en las l√°mparas Eglo, pero con una textura de sustrato diferente ( "escudo" ).


Como se mencionó anteriormente, no puede ir en contra de las leyes de la física térmica. En aproximadamente 10 minutos, la bombilla de la lámpara se calentó hasta ~ 45 grados (dos filamentos "calientan" lentamente toda la lámpara). Sin embargo, la temperatura del filamento sin bulbo de vidrio todavía era ~ 95 grados, y en algunos lugares, nuevamente, probablemente, donde se montaron chips LED en el sustrato, alcanzó valores de 110-120 grados.


Para concluir, agregué algunas imágenes y medidas de lámparas IKEA y lámparas potentes e inteligentes de Prestigio. La lámpara IKEA se calentó hasta 75 grados durante media hora, y las lámparas inteligentes Prestigio a 58. Ambas lámparas de "LED SMD" se calentaron a una temperatura especificada al comienzo del artículo de "60 grados".


Conclusiones


Resumamos ahora los resultados e intentemos responder a la pregunta: ¬ŅVale la pena comprar una l√°mpara de incandescencia hoy en d√≠a?


0. Repet√≠ incansablemente, repitiendo ahora y repetir√© una y otra vez: debemos admitir la naturaleza 2D de la luz LED y usarla como est√°. Esto significa que debemos obedecer el dise√Īo 2D de las "l√°mparas" LED. El futuro de la luz LED debe ser lo √ļltimo en " Nanoleaf ": papel tapiz de iluminaci√≥n.

1. Todos los datos recopilados se presentan en las tablas a continuación. En mi opinión, no confiaría en el flujo luminoso declarado para la lámpara china, así como en otras características. Los productores de productos de consumo masivo tienen la costumbre de sobreestimar los resultados . El resto de las lámparas Eglo y Phillips tienen características relevantes, ¡bien hecho! China - bueno ... espero que lo entiendas.

Por favor, ahorre su salud y tiempo: solicite los resultados de las pruebas antes de comprar luces LED en Ebay, y en las tiendas regulares se debe realizar el mismo procedimiento pronto ...


2. La comparación de los espectros no reveló ninguna diferencia significativa entre las lámparas mencionadas. Es muy probable que todas las lámparas utilicen el mismo fósforo (luminóforo), que proporciona una luz cálida de "filamento". Hay ligeras variaciones en el componente azul que también se pueden observar en la temperatura de color en la Tabla 1: Eglo estaba muy cálido, Phillips estaba en el medio, CroLED tenía el CCT "más frío".


3. Si hablamos de tecnologías, solo Phillips tiene derecho a ser llamado como "lámpara buena y segura" con un controlador normal sin impulsos. Philips confirma una vez más el estado de un jugador líder en el mercado.

Todas las lámparas probadas tenían un orden de valores sorprendentemente similar para un flujo luminoso específico y una potencia específica. Estos valores son comparables a una lámpara SMD promedio . Aparentemente, los LED de transferencia de calor y calentamiento restringen sustancialmente estas características en comparación con los LED convencionales empaquetados en cajas SMD.


4. Finalmente, lo m√°s delicioso es el postre. Las mediciones de temperatura de los filamentos con c√°mara infrarroja mostraron y, supongo, demostraron que la tecnolog√≠a de filamentos no pod√≠a ser un sustituto completo de las l√°mparas SMD convencionales con un radiador de aluminio (un disipador de calor mucho m√°s efectivo). Adem√°s, se debe tener en cuenta un espacio significativamente limitado para un conductor. Como resultado, descubriremos que las l√°mparas de filamento brillantes y potentes con una larga vida √ļtil ser√≠an muy dif√≠ciles de crear (las l√°mparas de 12 W a menudo est√°n equipadas con un radiador ).


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Source: https://habr.com/ru/post/443356/


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