Informações técnicas: As lâmpadas de filamento LED são tão boas?

Saudando meus fãs de lâmpadas LED!

Hoje falaremos sobre o assunto palpitante e extremamente popular nos últimos anos - lâmpadas LED de filamento (diodo emissor de luz ). Numerosos artigos foram publicados aqui no Habr ( 1 , 2 , 3 ) e na Web, mas nenhum deles nos diz uma palavra sobre a análise aprofundada das lâmpadas (o que realmente está dentro) e a comparação de suas características de temperatura. Portanto, especialmente para você - meus queridos amantes de LED -, conduzi uma análise detalhada dessas lâmpadas de diferentes fabricantes, incluindo a medição de temperatura dos próprios LEDs.

Depois, tentaremos responder à pergunta: as lâmpadas de filamento são tão boas quanto os profissionais de marketing as apresentam para nós?

Isenção de responsabilidade: esta é minha primeira tentativa de traduzir e adotar um artigo da Habr para o inglês. Por isso, peço que você dê um feedback proveitoso e corrija alguns erros, se houver algum.

Antecedentes

Quando surge uma nova tecnologia, surge uma das questões mais importantes: como essa tecnologia se encaixa no “ambiente tecnológico” geral? Normalmente, o revolucionário simplesmente não se enquadra na rotina diária; portanto, são necessários muitos esforços para implementar produtos inovadores e trazê-los ao mercado.

Por exemplo, foi o caso das energias renováveis, instaladas em casas particulares. O sucesso da tecnologia foi proporcionado pela diminuição contínua do preço do "kit" e, em alguns lugares do mundo, pagamento extra do governo pela eletricidade produzida . Por sua vez, isso exigia a revisão das relações entre produtores e consumidores de eletricidade. Uma história bastante semelhante aconteceu com carros elétricos. O setor teve que se dividir em dois: híbridos e máquinas elétricas completas com estações de “reabastecimento” separadas. Este último aumentou a “audiência” envolvida e a quantidade de clientes, aumentando assim a penetração da tecnologia em nossa sociedade. Hoje, em 2019, Tesla é a marca, mas a BYD chinesa "desconhecida" está alimentando agora o mercado nacional com carros e ônibus elétricos.

Há cerca de 5 anos, a iluminação e a solução LED baseadas nessa tecnologia começaram a conquistar rapidamente seus seguidores . Durante muito tempo, os engenheiros tentaram adaptar as fontes de luz bidimensionais (LEDs) aos sistemas de iluminação convencionais tridimensionais (por exemplo, lâmpadas em forma de milho ). Recentemente, foi publicado aqui e ali .

Finalmente, as lâmpadas de incandescência atingem o mercado. Parece que uma solução ótima foi encontrada: uma lâmpada não difere muito da lâmpada “Ilyich” em forma ou conteúdo, e apenas um único filamento de tungstênio foi substituído por vários LEDs. Até as mais antigas fábricas e oficinas de vidro encontraram seu lugar nesse "negócio". Atualmente, o uso de um substrato cerâmico translúcido tem sido proposto para melhorar a distribuição radial do fluxo luminoso das lâmpadas (por exemplo, Crystal Ceramic MCOB ).


Apesar das vantagens inegáveis ​​sobre o LED SMD, as lâmpadas de filamento ainda apresentam alguns problemas, que por alguns motivos estão ocultos. Por exemplo, no layout "padrão" com diodos SMD, existe um substrato e radiador de alumínio bastante maciços para remover efetivamente todo o calor gerado. Enquanto nos filamentos, a única maneira de remover o calor é a convecção e a dissipação através do ar e da parede de vidro da lâmpada e um pouco do substrato de suporte, porque é pequeno.

Em outras palavras, o superaquecimento mata lentamente os diodos (a queda no brilho e na vida útil com o aumento da temperatura), igual ao luminóforo (afetando o índice de reprodução de cores , CRI ou Ra e temperatura de cor , CCT). Este método de "superaquecimento" funciona para a lâmpada de tungstênio, porque o gás interno contribui parcialmente para a regeneração do filamento, mas não mais do que isso. Mais informações sobre o superaquecimento do ponto de vista científico podem ser encontradas aqui . Consequentemente, a partir deste artigo, a temperatura relativamente inofensiva é de cerca de 60 a 70 graus, não mais.

Em poucas palavras: o superaquecimento ou dissipação insuficiente de calor dos LEDs significa apenas uma coisa - degradação múltipla das características da lâmpada LED.

Para confirmar ou refutar esse ponto de vista, analisarei meu estoque de lâmpadas LED usuais e as compararei em algumas experiências, incluindo medições de temperatura com uma câmera de imagem térmica ( Flir 5 Series , 240 por 320 pixels). Com a ajuda desta câmera, a temperatura na lâmpada foi medida por meia hora, bem como nos próprios LEDs após a remoção da lâmpada.

Tradicionalmente, as conclusões para os corredores são apresentadas em duas mesas finais no final do artigo. Obviamente, os entusiastas são muito bem-vindos à parte experimental.

Parte experimental

Para o experimento, peguei três lâmpadas de diferentes fabricantes: lâmpada chinesa barata do Ebay da CroLED (na verdade, a um preço equivalente ao Eglo), outra lâmpada da Eglo distribuída pela Leroy Merlin e, é claro, Phillips muito respeitado e muito popular. Além disso, admito que provavelmente a lâmpada do Ebay não tem relação com esse CroLED .

CroLED: Qualidade "chinesa" no eBay

Vamos começar com uma lâmpada de filamento da China. Essa lâmpada chegou em uma simples caixa de papelão com um mínimo de informações (temperatura, energia e fonte de alimentação - isso é tudo). Para ser sincero, minhas expectativas eram muito diferentes, mas a realidade era muito mais dura. A taxa de pulsação foi de 67% (!) - parece, temos um novo recorde! De fato, a lâmpada se apagou e acendeu novamente com intervalos de cada 10 ms. A temperatura da cor ficou na fronteira com 3000K.


NB: Todas as lâmpadas apresentadas neste artigo possuem uma lâmpada de vidro. Embora possa cair no chão, tenha cuidado ao manuseá-los!

A análise do interior da lâmpada revelou outro recurso interessante de design - o motorista, ou melhor, a completa ausência do motorista. A lâmpada era alimentada por uma ponte de diodo MB10F com dois resistores e enormes capacitores de estado sólido. É muito espaço "eficiente"!


18 LEDs foram dispostos em um substrato fosco (!). Cada chip de LED foi feito de substrato de safira texturizado ( "asterisco" ). Os chips são muito pequenos em suas dimensões - mais finos que um cabelo humano.


Bem, e a temperatura? - O leitor deve perguntar. A temperatura da lâmpada em 5-7 minutos atingiu cerca de 40 graus e permaneceu a mesma por uma hora.

Agora vamos dar uma olhada embaixo da capa. A medição da temperatura após a remoção do bulbo de vidro revelou que os filamentos aqueceram muito rápido (~ 1 minuto) a cerca de 90 graus e, em alguns locais - presumivelmente onde os LEDs foram colocados - a temperatura atingiu mais de 100 graus.

Eglo: Lâmpadas comuns com características convencionais

A próxima lâmpada é Eglo. Aliás, esta empresa possui um escritório de representação na Federação Russa . Em geral, fiquei satisfeito com seu desempenho: as pulsações na frequência de 100 Hz eram de aproximadamente 6% e a temperatura da cor e o CRI eram consistentes com as especificações.




Dentro desta lâmpada, existem 4 filamentos, semelhantes aos chineses acima mencionados. Além disso, existe um driver oculto baseado no reator de capacitores. Os chips de LED são um pouco maiores do que no caso anterior - 113 x 57 mícrons. No entanto, eles são muito mal montados em um substrato fosco.


Quanto à temperatura, a lâmpada aqueceu rapidamente (nos mesmos 5-7 minutos) até cerca de 50 graus medidos na lâmpada. Mas os filamentos novamente demonstraram temperatura de ~ 90 graus - fonte de aquecimento!

Philips: quando a qualidade está acima de tudo

A última lâmpada testada foi produzida por Phillips. Surpreendentemente, esta lâmpada no caso E14 demonstrou excelente conformidade com as características declaradas e pulsação muito baixa.


Qual é a razão para um comportamento tão agradável se a base do E14 é muito menor que o E27? - você pode me perguntar. Tudo é bem simples: a Philips possui engenheiros muito bons, capazes de criar um driver ultracompacto (um conversor flyback), para que ele se encaixe no pequeno compartimento E14. Este driver forneceu uma pulsação extremamente baixa (<1%).

Nesta lâmpada, existem apenas dois filamentos de LED, pois consomem apenas 2,3 W de energia. Os chips de LED foram fixados em um substrato transparente. Eles eram de tamanho semelhante aos usados ​​nas lâmpadas Eglo, mas com uma textura de substrato diferente ( "escudo" ).


Como mencionado acima, você não pode ir contra as leis da física térmica. Em cerca de 10 minutos, a lâmpada aqueceu até ~ 45 graus (dois filamentos "aquecem" lentamente a lâmpada inteira). No entanto, a temperatura do filamento sem bulbo de vidro ainda era de ~ 95 graus, e em alguns lugares - novamente, provavelmente, onde chips de LED foram montados no substrato - atingiram valores de 110-120 graus.


Para concluir, adicionei algumas fotos e medidas das lâmpadas IKEA e poderosas lâmpadas inteligentes da Prestigio. A lâmpada IKEA aqueceu até 75 graus por meia hora e as lâmpadas inteligentes Prestigio a 58. Ambas as lâmpadas "LEDs SMD" aqueceram até uma temperatura especificada no início do artigo, temperatura "segura" de 60 a 70 graus.

Conclusões

Vamos agora resumir os resultados e tentar responder à pergunta: vale a pena comprar uma lâmpada de filamento hoje em dia?


0. Repeti incansavelmente, repetindo agora e repetirei várias vezes: devemos admitir a natureza 2D da luz LED e usá-la como está. Isso significa que devemos obedecer ao design 2D de "lâmpadas" de LED. O futuro da luz LED deve ser o melhor " Nanoleaf " - papel de parede para iluminação.

1. Todos os dados coletados são apresentados nas tabelas abaixo. Na minha opinião, eu não confiaria no fluxo luminoso declarado da lâmpada chinesa, bem como em outras características. Os produtores de produtos de consumo em massa costumam superestimar os resultados . O resto das lâmpadas Eglo e Phillips têm características relevantes - muito bem! China - bem ... espero que você entenda.

Por favor, economize sua saúde e tempo - peça os resultados dos testes antes de comprar luzes LED no Ebay, e em lojas regulares o mesmo procedimento deve ser realizado em breve ...


2. A comparação dos espectros não revelou diferença significativa entre as lâmpadas mencionadas. É provável que todas as lâmpadas usem o mesmo fósforo (luminóforo), que fornece luz quente de "filamento". Existem pequenas variações no componente azul que também podem ser observadas na temperatura da cor na Tabela 1: O Eglo estava muito quente, o Phillips estava no meio, o CroLED tinha o CCT "mais frio".


3. Se falamos de tecnologias, apenas Phillips tem o direito de ser chamado de "lâmpada boa e segura" com um driver normal e sem pulsação. A Philips confirma mais uma vez o status de líder no mercado.

Todas as lâmpadas testadas tinham valores surpreendentemente semelhantes para um fluxo luminoso específico e uma potência específica. Esses valores são comparáveis ​​a uma lâmpada SMD média . Aparentemente, os LEDs de transferência de calor e aquecimento restringem substancialmente essas características em comparação com os LEDs convencionais embalados em caixas SMD.


4. Finalmente, o mais delicioso é para a sobremesa. As medições de temperatura de filamentos usando câmera infravermelha mostraram e, eu acho, provaram que a tecnologia de filamentos não poderia ser um substituto completo das lâmpadas SMD convencionais com um radiador de alumínio (um dissipador de calor muito mais eficaz). Além disso, um espaço significativamente limitado para o motorista deve ser levado em consideração. Como resultado, descobriremos que as lâmpadas de filamento brilhantes e poderosas com vida útil longa seriam muito difíceis de criar (as lâmpadas de 12 W são geralmente equipadas com um radiador ).

---

Não seja tímido e não se esqueça de se inscrever : não é difícil para você - estou satisfeito e incentivado!

Sim, este texto não é o ideal, portanto, sobre todos os erros e erros observados no texto, envie-me uma MP.