Información técnica: ¿son tan buenas las lámparas LED de filamento?

¡Saludando a mis fanáticos de la lámpara LED!

Hoy hablaremos sobre el tema palpitante y extremadamente popular en los últimos años: las lámparas LED de filamento (diodo emisor de luz ). Se han publicado numerosos artículos aquí en Habr ( 1 , 2 , 3 ) y en la web, pero ninguno de ellos nos dice una palabra sobre el análisis en profundidad de las lámparas (lo que realmente está dentro) y la comparación de sus características de temperatura. Por lo tanto, especialmente para ustedes, mis queridos amantes de los LED, realicé un análisis detallado de tales lámparas de diferentes fabricantes, incluida la medición de la temperatura de los propios LED.

Luego trataremos de responder la pregunta: ¿ son tan buenas como las comercializadoras las lámparas 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 tecnología, surge una de las preguntas más importantes: ¿cómo se adapta esa tecnología al "entorno tecnológico" 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 energías renovables, instaladas en casas particulares. El éxito de la tecnología se obtuvo mediante la disminución continua del precio del "kit" y, en algunos lugares del mundo, el pago adicional del gobierno por la electricidad producida . A su vez, esto requería la revisión de las relaciones entre productores y consumidores de electricidad. Una historia bastante similar sucedió con los autos eléctricos. La industria tuvo que dividirse en dos: híbridos y máquinas totalmente eléctricas con estaciones separadas de "repostaje". Este último aumentó la "audiencia" involucrada y la cantidad de clientes, por lo que aumentó la penetración de la tecnología en nuestra sociedad. Hoy, en 2019, Tesla es la marca, pero BYD chino "desconocido" está alimentando en este momento al mercado nacional con autos y autobuses eléctricos.

Hace aproximadamente 5 años, la iluminación LED y la solución basada en esta tecnología comenzaron a conquistar rápidamente a sus seguidores . Durante mucho tiempo, los ingenieros han intentado adaptar las fuentes de luz bidimensionales (LED) a los sistemas de iluminación convencionales tridimensionales (por ejemplo, bombillas en forma de maíz ). Recientemente, se ha publicado aquí y allá .

Finalmente, las lámparas de incandescencia golpean el mercado. Parece que se ha encontrado una solución óptima: una lámpara 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 fábricas y talleres de vidrio más antiguos encontraron su lugar en este "negocio". Hoy en día se ha propuesto el uso de un sustrato cerámico translúcido para mejorar la distribución radial del flujo luminoso de las lámparas (por ejemplo, Crystal Ceramic MCOB ).


A pesar de las innegables ventajas sobre el LED SMD, las lámparas de incandescencia todavía tienen algunos problemas, que por algunas razones están ocultos. Por ejemplo, en el diseño "estándar" 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 única forma de eliminar el calor es la convección y la disipación a través del aire y la pared de vidrio del bulbo y un poco del sustrato de soporte, porque es pequeño.

En otras palabras, el sobrecalentamiento mata lentamente los diodos (la caída del brillo y la vida útil con el aumento de la temperatura) igual que el luminóforo (que afecta el índice de reproducción cromática , CRI o Ra, y la temperatura del color , CCT). Este método de "sobrecalentamiento" funciona para la lámpara de tungsteno, porque el gas en el interior contribuye parcialmente a la regeneración del filamento, pero no más que eso. Puede encontrar más información sobre el sobrecalentamiento desde el punto de vista científico aquí . En consecuencia, a partir de este artículo, la temperatura relativamente inofensiva es de aproximadamente 60-70 grados, no más.

En pocas palabras: el sobrecalentamiento o la disipación de calor insuficiente de los LED significa solo una cosa: la degradación múltiple de las características de la lámpara 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 análisis del interior de la lámpara reveló otra característica de diseño interesante: el conductor, o más bien la ausencia total del conductor. La lámpara estaba alimentada por un puente de diodos MB10F con un par de resistencias y enormes condensadores de estado sólido. 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 pequeños en sus dimensiones, más delgados que un cabello humano.


¿Y qué hay de la temperatura? - El lector preguntará. La temperatura en el bulbo en 5-7 minutos alcanzó aproximadamente 40 grados, y permaneció 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.




Dentro de esta lámpara, hay 4 filamentos, similares al chino mencionado anteriormente. Además, hay un controlador oculto basado en condensadores de lastre. Los chips LED son un poco más grandes que en el caso anterior: 113 x 57 micras. Sin embargo, están 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 está por encima de todo

La última lámpara probada fue producida por Phillips. Sorprendentemente, esta lámpara en el caso E14 demostró una excelente conformidad con las características declaradas y una pulsación muy baja.


¿Cuál es la razón de un comportamiento tan agradable si la base de E14 es mucho más pequeña 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 pequeño compartimento E14. Este controlador proporcionó una pulsación extremadamente baja (<1%).

En esta lámpara, solo hay dos filamentos LED, ya que consume solo 2.3 W de energía. Los chips LED se fijaron en un sustrato transparente. Eran similares en tamaño a los utilizados en las lámparas 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: ¿Vale la pena comprar una lámpara de incandescencia hoy en día?


0. Repetí incansablemente, repitiendo ahora y repetiré una y otra vez: debemos admitir la naturaleza 2D de la luz LED y usarla como está. Esto significa que debemos obedecer el diseño 2D de las "lámparas" LED. El futuro de la luz LED debe ser lo último en " Nanoleaf ": papel tapiz de iluminación.

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 más delicioso es el postre. Las mediciones de temperatura de los filamentos con cámara infrarroja mostraron y, supongo, demostraron que la tecnología de filamentos no podía ser un sustituto completo de las lámparas SMD convencionales con un radiador de aluminio (un disipador de calor mucho más efectivo). Además, se debe tener en cuenta un espacio significativamente limitado para un conductor. Como resultado, descubriremos que las lámparas de filamento brillantes y potentes con una larga vida útil serían muy difíciles de crear (las lámparas de 12 W a menudo están equipadas con un radiador ).

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