Perspectives techniques: les lampes à incandescence LED sont-elles si bonnes?

Saluant mes fans de lampes LED!

Aujourd'hui, nous parlerons du sujet palpitant et extrêmement populaire de ces dernières années - les lampes à filament LED ( diode électroluminescente ). De nombreux articles ont été publiés ici sur Habr ( 1 , 2 , 3 ) et sur le Web, mais aucun d'entre eux ne nous dit un mot sur l'analyse approfondie des lampes (ce qui est en fait à l'intérieur) et la comparaison de leurs caractéristiques de température. Par conséquent, spécialement pour vous - mes chers amateurs de LED - j'ai effectué une analyse détaillée de ces lampes de différents fabricants, y compris la mesure de la température des LED elles-mêmes.

Ensuite, nous essaierons de répondre à la question: les lampes à incandescence sont-elles aussi bonnes que les spécialistes du marketing nous les présentent?

Avis de non-responsabilité: il s'agit de ma toute première tentative de traduction et d'adoption d'un article de Habr en anglais, je vous demanderai donc de donner un retour fructueux et de corriger une erreur éventuelle.

Contexte

Lorsqu'une nouvelle technologie arrive, l'une des questions les plus importantes se pose: comment cette technologie s'intègre-t-elle à «l'environnement technologique» global? Typiquement, le révolutionnaire ne rentre tout simplement pas dans la routine quotidienne, ainsi, de nombreux efforts sont nécessaires pour mettre en œuvre des produits innovants et les mettre sur le marché.

Par exemple, ce fut le cas avec les énergies renouvelables, installées dans des maisons privées. Le succès de la technologie a été assuré par une baisse continue du prix du «kit» et, dans certains endroits du monde, par un paiement supplémentaire du gouvernement pour l'électricité produite . À son tour, cela a nécessité la révision des relations entre les producteurs et les consommateurs d'électricité. Une histoire assez similaire s'est produite avec les voitures électriques. L'industrie a dû se diviser en deux: les hybrides et les machines entièrement électriques avec des stations de «ravitaillement» distinctes. Ce dernier a augmenté le «public» impliqué et le nombre de clients, augmentant ainsi la pénétration de la technologie dans notre société. Aujourd'hui, en 2019, Tesla est la marque, mais le BYD chinois «inconnu» alimente actuellement le marché national en voitures et bus électriques.

Il y a environ 5 ans, l'éclairage LED et la solution basée sur cette technologie ont commencé à conquérir rapidement ses adeptes . Depuis longtemps, les ingénieurs tentent d'adapter les sources lumineuses bidimensionnelles (LED) aux systèmes d'éclairage conventionnels tridimensionnels (par exemple, les ampoules en forme de maïs ). Récemment, il a été publié ici et là .

Enfin, les lampes à incandescence frappent le marché. Il semble qu'une solution optimale ait été trouvée: une lampe ne diffère pas beaucoup de la lampe «Ilyich» ni par sa forme ni par son contenu, et un seul filament de tungstène a été remplacé par plusieurs LED. Même les plus anciennes verreries et ateliers de verre ont trouvé leur place dans cette «entreprise». De nos jours, l'utilisation d'un substrat en céramique translucide a été proposée pour améliorer la distribution radiale du flux lumineux des lampes (par exemple, Crystal Ceramic MCOB ).


Malgré les avantages indéniables par rapport aux LED SMD, les lampes à incandescence ont toujours des problèmes qui, pour certaines raisons, sont cachés. Par exemple, dans la disposition "standard" avec des diodes SMD, il y a un substrat en aluminium assez massif et un radiateur pour éliminer efficacement toute la chaleur générée. Dans les filaments, la seule façon d'éliminer la chaleur est la convection et la dissipation dans l'air et la paroi en verre de l'ampoule et un peu du substrat de support, car elle est petite.

En d'autres termes, la surchauffe tue lentement les diodes (la baisse de luminosité et de durée de vie avec l'augmentation de la température) comme le luminophore (affectant l' indice de rendu des couleurs , CRI ou Ra, et la température de couleur , CCT). Cette méthode de «surchauffe» fonctionne pour la lampe au tungstène, car le gaz à l'intérieur contribue partiellement à la régénération du filament, mais pas plus que cela. Plus d'informations sur la surchauffe du point de vue scientifique peuvent être trouvées ici . Par conséquent, à partir de cet article, la température relativement inoffensive est d'environ 60 à 70 degrés, pas plus.

En bref: la surchauffe ou la dissipation thermique insuffisante des LED ne signifie qu'une chose - une dégradation multiple des caractéristiques de la lampe LED.

Pour confirmer ou infirmer ce point de vue, je prendrai mon stock de lampes LED habituelles et les comparerai dans certaines expériences incluant des mesures de température avec une caméra thermique ( Flir 5 Series , 240 par 320 pixels). Avec l'aide de cette caméra, la température sur l'ampoule a été mesurée pendant une demi-heure, ainsi que sur les LED elles-mêmes après le retrait de l'ampoule.

Traditionnellement, les conclusions pour les coureurs sont présentées dans deux tableaux finaux à la fin de l'article. Bien sûr, les passionnés sont les bienvenus dans la partie expérimentale.

Partie expérimentale

Pour l'expérience, j'ai pris trois lampes de différents fabricants: une lampe chinoise bon marché d' Ebay de CroLED (en fait, à un prix équivalent à Eglo), une autre lampe d'Eglo distribuée par Leroy Merlin et, bien sûr, Phillips très respectée et très populaire. De plus, j'avoue que la lampe d'Ebay n'a probablement aucun rapport avec ce CroLED .

CroLED: qualité "chinoise" sur Ebay

Commençons par une lampe à incandescence de Chine. Cette lampe est arrivée dans une simple boîte en carton avec un minimum d'informations (température, alimentation et alimentation - c'est tout). Pour être honnête, mes attentes étaient très différentes, mais la réalité a été beaucoup plus difficile. Le taux de pulsation était de 67% (!) - semble-t-il, nous avons un nouveau record! En fait, la lampe s'est éteinte et s'est rallumée à des intervalles de 10 ms. La température de couleur s'est avérée être à la frontière avec 3000K.


NB: Toutes les lampes présentées dans cet article ont une ampoule en verre. Bien qu'il puisse supporter une chute au sol, soyez prudent lors de leur manipulation!

L'analyse de l'intérieur de la lampe a révélé une autre caractéristique de conception intéressante - le conducteur, ou plutôt l'absence complète du conducteur. La lampe était alimentée par un pont de diodes MB10F avec quelques résistances et d'énormes condensateurs à semi-conducteurs. C'est un espace très "efficace"!


18 LED ont été disposées sur un substrat mat (!). Chaque puce LED était constituée d'un substrat en saphir texturé ( "astérisque" ). Les copeaux sont très petits dans leurs dimensions - plus fins qu'un cheveu humain.


Et la température? - Le lecteur doit demander. La température à l'ampoule en 5-7 minutes a atteint environ 40 degrés et est restée la même pendant une heure.

Voyons maintenant sous la couverture. La mesure de la température après le retrait de l'ampoule de verre a révélé que les filaments chauffaient très rapidement (~ 1 minute) à environ 90 degrés, et à certains endroits - probablement où les LED étaient placées - la température atteignait plus de 100 degrés.

Eglo: Lampes ordinaires aux caractéristiques conventionnelles

La lampe suivante est Eglo. Cette société a d'ailleurs un bureau de représentation en Fédération de Russie . En général, j'étais satisfait de ses performances: les pulsations à la fréquence de 100 Hz étaient d'environ 6%, et la température de couleur et le CRI étaient conformes aux spécifications.




À l'intérieur de cette lampe, il y a 4 filaments, similaires à celui chinois mentionné ci-dessus. En outre, il existe un pilote caché basé sur le ballast des condensateurs. Les puces LED sont un peu plus grandes que dans le cas précédent - 113 x 57 microns. Cependant, ils sont très mal montés sur un substrat mat.


En ce qui concerne la température, la lampe a rapidement (dans les mêmes 5-7 minutes) chauffé jusqu'à environ 50 degrés mesurés sur l'ampoule. Mais les filaments ont de nouveau démontré une température de ~ 90 degrés - source de chaleur!

Philips: quand la qualité avant tout

La dernière lampe testée a été produite par Phillips. Étonnamment, cette lampe dans le boîtier E14 a démontré une excellente conformité aux caractéristiques déclarées et une pulsation très faible.


Quelle est la raison d'un comportement aussi agréable si la base de E14 est beaucoup plus petite que E27? - vous pouvez me demander. Tout est assez simple: Philips a de très bons ingénieurs qui ont su créer un driver ultra-compact (un convertisseur flyback) donc il s'est inséré dans le petit compartiment E14. Ce pilote a fourni une pulsation extrêmement faible (<1%).

Dans cette lampe, il n'y a que deux filaments LED, car elle ne consomme que 2,3 W d'énergie. Les puces LED ont été fixées sur un substrat transparent. Ils étaient de taille similaire à ceux utilisés dans les lampes Eglo, mais avec une texture de substrat différente ( "bouclier" ).


Comme mentionné ci-dessus, vous ne pouvez pas aller à l'encontre des lois de la physique thermique. En environ 10 minutes, l'ampoule de la lampe a chauffé jusqu'à ~ 45 degrés (deux filaments «réchauffent» lentement la lampe entière). Cependant, la température du filament sans ampoule de verre était toujours d'environ 95 degrés et, à certains endroits - là encore, probablement, où des puces LED étaient montées sur le substrat - atteignaient des valeurs de 110 à 120 degrés.


Pour conclure, j'ai ajouté quelques photos et mesures de lampes IKEA et de puissantes lampes intelligentes de Prestigio. La lampe IKEA chauffait jusqu'à 75 degrés pendant une demi-heure, et les lampes intelligentes Prestigio à 58. Ces deux lampes «SMD LED» chauffaient jusqu'à une température spécifiée au début de l'article «sûre» de 60 à 70 degrés.

Conclusions

Résumons maintenant les résultats et essayons de répondre à la question: vaut-il la peine d'acheter une lampe à incandescence de nos jours?


0. J'ai répété inlassablement, en répétant maintenant et je répéterai encore et encore: nous devons admettre la nature 2D de la lumière LED et l'utiliser telle quelle. Cela signifie que nous devons obéir à la conception 2D des "lampes" LED. L'avenir de la lumière LED devrait être ultime " Nanoleaf " - papier peint d'éclairage.

1. Toutes les données collectées sont présentées dans les tableaux ci-dessous. À mon avis, je ne ferais pas confiance au flux lumineux déclaré pour la lampe chinoise, ainsi qu'à d'autres caractéristiques. Les producteurs de produits de grande consommation ont l' habitude de surestimer les résultats . Le reste des lampes Eglo et Phillips ont des caractéristiques pertinentes - bravo! Chine - eh bien ... j'espère que vous comprenez.

S'il vous plaît, économisez votre santé et votre temps - demandez les résultats des tests avant d'acheter des lampes LED sur Ebay, et dans les magasins réguliers, la même procédure doit être suivie bientôt ...


2. La comparaison des spectres n'a révélé aucune différence significative entre les lampes mentionnées. Toutes les lampes sont très susceptibles d'utiliser le même luminophore (luminophore), ce qui donne un "filament" chaud. Il y a de légères variations dans la composante bleue qui peuvent également être observées dans la température de couleur dans le tableau 1: Eglo était très chaud, Phillips était au milieu, CroLED avait le CCT «le plus froid».


3. Si nous parlons de technologies, seul Phillips a le droit d'être qualifié de "lampe bonne et sûre" avec un conducteur normal non pulsé. Philips confirme une fois de plus le statut d'acteur leader sur le marché.

Toutes les lampes testées avaient un ordre de valeurs étonnamment similaire pour un flux lumineux spécifique et une puissance spécifique. Ces valeurs sont comparables à une lampe SMD moyenne . Apparemment, les LED de transfert de chaleur et de chauffage restreignent considérablement ces caractéristiques par rapport aux LED conventionnelles emballées dans des boîtiers CMS.


4. Enfin, le plus délicieux est pour le dessert. Les mesures de température des filaments à l'aide d'une caméra infrarouge ont montré et, je suppose, prouvé que la technologie des filaments ne pouvait pas remplacer complètement les lampes SMD conventionnelles avec un radiateur en aluminium (un dissipateur de chaleur beaucoup plus efficace). De plus, un espace considérablement limité pour un conducteur doit être pris en compte. En conséquence, nous découvrirons que les lampes à incandescence lumineuses et puissantes à longue durée de vie seraient très difficiles à créer (les lampes de 12 W sont souvent équipées d'un radiateur ).

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