Pull to refresh

Нерегулируемые светодиодные лампы

DIY
В последнее время модным стало использовать светодиодные лампы (LED, Light Emitting Diode). Основные причины — экономия электроэнергии (повышенная светоотдача при том же самом потреблении энергии), экологичность (в производстве можно исключить вредные материалы наподобие ртути). По экономии энергии LED-светильники настолько бьют другие типы ламп, что некоторые страны вводят запреты на производство и продажу традиционных ламп накаливания, используемых для дома и офиса. Скорее всего, нечто подобное произойдет со временем и в России. Цель этого обзора — разобраться, что из себя представляют светодиодные лампы, какие у них параметры, какие лампы лучше всего покупать для организации домашнего освещения.

Я не буду сравнивать LED-лампы с другими источниками света, просто попытаюсь сравнить некоторые LED-лампы между собой. В обзор также не попали лампы со встроенными диммерами (регуляторами уровня яркости лампы) и лампы со стандартным цоколем, которые можно вкрутить в патрон вместо обычной лампочки (такие LED-лампы тоже есть). Некоторые параметры светодиодных ламп хотелось исследовать самостоятельно — электромагнитные помехи и мерцание света (объективной информации такого рода производители не предоставляют). Надеюсь, что обзор будет полезен тем, кто задумывается о применении светодиодных ламп у себя дома.

Очевидно, что светодиодные лампочки должны генерировать радиопомехи, потому что в каждой стоит импульсный контроллер. Контроллер работает на частотах порядка 50..85 кГц, но из-за резких перепадов напряжения на ключевом узле контроллера получается электромагнитный сигнал с широким спектром. Конкретной информации об уровне помех нигде нет. В инструкции к лампе можно прочитать отвлеченные фразы типа «Товар сертифицирован согласно действующим ГОСТам». Но что это на самом деле означает? Насколько сильно генерируют помехи эти лампы, и насколько разные марки ламп по этому параметру отличаются друг от друга? Сравнить разные лампы по уровню помех без специальных экспериментов нельзя, так что этим тоже решил озадачиться.

Кроме того, светодиод имеет очень высокое быстродействие, т. е. он включается и выключается практически мгновенно. Ток, питающий светодиоды, имеет пульсации — из-за особенностей построения контроллера. По соображениям себестоимости производства фильтр для сглаживания пульсаций невозможно сделать идеальным, следовательно LED-лампа будет обязательно мерцать. Чем меньше пульсации светового потока, и чем выше частота пульсаций, тем субъективно качественнее будет светодиодное освещение, меньше будут уставать глаза. Интенсивность мерцания и его характер зависит от реализации контроллера. Это тоже хочется исследовать.

[Какие лампы участвуют в обзоре]

Удалось приобрести лампы компаний Ecola (Россия, г. Москва), Navigator (ООО «БТ-Логистик», Россия, г. Москва), BBK (BBK Electronics LTD., Китай), Jazzway (вроде российская компания, но где она находится, определить не удалось), Gauss (Россия, г. Набережные Челны), ASD (ASD Lighting, Великобритания). Все лампы имели цоколи типа GU5.3 и GU10, несовместимые с традиционными цоколями ламп накаливания. Ниже на фотографии показаны эти цоколи. Между осями штырьков у цоколя GU5.3 расстояние 5.3 мм, у GU10 10 мм.

image

[Как измерялся уровень освещенности]

У меня не было возможности сделать все измерения именно так, как рекомендуется стандартами [1]. Поэтому я попытался поставить лампы в одинаковые условия: закрутил испытуемую лампу в потолочный светильник с абажуром и измерял уровень освещенности на рабочем месте, где сижу за компьютером. Освещенность измерял люксометром Lux Meter LX1010BS.

Внешний вид Lux Meter LX1010BS
Lux Meter LX1010BS

118 люкс — освещение на рабочем месте днем с выключенными потолочными светильниками дневного света. 400..1000 люкс — солнечный день в тени, хорошо освещенное рабочее место. В моих тестах освещение получалось порядка 60..100 люкс — я завернул тестируемую лампу в верхний потолочный светильник и установил люксометр на некотором расстоянии от лампы, так чтобы на него не падал основной прямой пучок света.

[Сравнение ламп по уровню электромагнитных помех]

Анализатора спектра радиочастот у меня не было, поэтому помехи проверял на слух с помощью радиоприемника «Ленинград-006», на диапазонах КВ и УКВ.

Радиоприемник 'Ленинград-006'
image

Радиоприемник стоял с выдвинутой штыревой антенной на расстоянии 1 метра от работающей лампы. Каждая лампа получила условную оценку уровня помех от 0 до 10 (0 помехи не обнаружены, 10 максимальный уровень помех), и эти данные были занесены в таблицу 2.

[Как оценивались пульсации светового потока]

В качестве датчика пульсаций света я использовал солнечную батарею от дачного светильника.

Солнечная батарея в качестве датчика пульсаций светового потока
image

Нагрузил батарею на резистор 180 Ом и подключил к осциллографу. Как выяснилось, получился отменный датчик освещенности, который уверенно показывал как низкочастотные (100 Гц), так и высокочастотные пульсации (50..85 кГц). Что интересно, некоторые лампы давали пульсации на частоте 100 Гц, а некоторые на высоких частотах 50..85 кГц.

Примеры осциллограмм пульсаций света LED-ламп
НЧ пульсации света лампы ASD JCDRC 7.5w:
image

ВЧ пульсации света (около 50 кГц) лампы BBK P653F:
image

Пульсации 100 Гц вы все равно на глаз не заметите, но возможно это повысит утомляемость и могут возникнуть визуальные биения с экраном телевизора (многие современные телевизоры также имеют частоту обновления экрана, близкую к 100 Гц). Высокочастотные пульсации света могут повлиять на работу систем дистанционного управления бытовой техникой. Кроме того, если комнату освещает несколько ламп с большими пульсациями света на высокой частоте, то из-за разности частот пульсаций (рабочие частоты контроллеров не синхронизированы друг с другом) также могут возникнуть видимые на глаз пульсации света.

Таким образом, нужно стараться выбирать лампы с минимальным уровнем пульсаций светового потока, на какой бы частоте они ни были.

[Как я сравнивал лампы друг с другом]

Домашний лабораторный стенд
image

Питание на лампу на всякий случай подавал через промышленный сетевой фильтр (на фото слева). Осциллограммы входного тока контроллера снимал с помощью токового трансформатора из ферритового кольца. Пульсации светового потока отслеживал на выходе нагруженной на резистор солнечной батареи (на фото рядом с осциллографом Rigol DS1102C).

Сначала свел в одну таблицу все официальные данные, которые мне удалось собрать о лампах — цену, потребляемую мощность, цветовую температуру и другие параметры, которые можно найти на упаковке лампы. Эта таблица позволяет сделать общую предварительную оценку ламп. Зеленым выделены ячейки в таблице, показывающие лучшие параметры среди остальных ламп, оранжевым — плохие параметры.

Таблица 1. Параметры светодиодных ламп, предоставленные производителем.


Самые главные параметры, которые можно выделить в таблице — это цена лампы, световой поток и потребляемая мощность. Их соотношение определяет, насколько лампа эффективна. Срок службы я не стал учитывать, поскольку его невозможно проверить, и реальный срок службы будет сильно варьироваться от условий эксплуатации. Для оценки эффективности лампы я вычислил условный коэффициент эффективности K:

K = Light / (Price * Pow)

В этой формуле Light означает световой поток (Лм, чем выше световой поток, тем ярче светит лампа), Price это цена (руб., чем лампа дешевле, тем она быстрее себя окупит), Pow это потребляемая лампой мощность (Вт, чем меньше лампа потребляет электроэнергии, тем она выгоднее). Этот коэффициент K довольно условно оценивает эффективность лампы, потому что световой поток сильно зависит от наличия рефлектора (угла светового пучка), и не учтено много других факторов (КПД регулятора, срок службы лампы, качество изготовления и т. д.).

Вторая таблица была составлена на основании экспериментальных данных. В таблицу попали измеренный уровень освещенности, уровень радиопомех, пульсации светового потока и другие данные. Зеленым выделены ячейки в таблице, показывающие лучшие параметры среди остальных ламп, оранжевым — плохие параметры.

Таблица 2. Экспериментально полученные параметры светодиодных ламп.


В строке «Освещенность» показана освещенность в люксах, которую показал люксометр на моем рабочем месте (лампа была установлена в потолочный светильник). Конечно же для полноценного освещения всей комнаты одной светодиодной лампы на 6..7 ватт недостаточно.

КПД регулятора был вычислен традиционным методом:

КПД, % = 100 * (Pout / Pin)

Этой формуле Pout означает выходную мощность, выдаваемую регулятором (произведение измеренных тока и напряжения), и Pin означает поступающую на вход регулятора мощность (произведение измеренных входного тока и входного напряжения). Обратите внимание, что у некоторых ламп в обзоре оказался очень низкий КПД контроллера — порядка 40%, что мне показалось весьма странным. Впоследствии, оказалось, что у этих ламп «контроллер» построен по простейшей схеме — на основе гасящего конденсатора (подробнее см. [4]). Не уверен, что стоит покупать такие лампы.

[BBK]

Был удивлен, когда узнал про BBK как производителя ламп, потому что раньше приходилось сталкиваться только с бытовой техникой BBK наподобие плейеров DVD или медиацентров. 4 лампы BBK, попавшие в обзор, имеют качественный цоколь под патрон GU10 из белой термостойкой пластмассы (выглядит как керамика) и алюминиевый радиатор.

Лампа BBK P653F, фото
imageimageimage

Лампа BBK P654F, фото
imageimageimage

Лампы P653F и P654F имеют мощность поменьше и состоят из 32 отдельных светодиодов, размещенных на одной плоскости, на некотором расстоянии друг от друга. Поэтому лампы P653F и P654F дают более рассеянный свет с углом пучка 120o.

Лампа BBK PC73C, фото
imageimageimage

Лампа BBK PC74C, фото
imageimageimage

Лампы PC73C и PC74C снабжены рефлектором, концентрирующим свет от сложного многосегментного светодиода (состоит из матрицы 5x7 излучающих элементов), поэтому они дают узкий пучок света с углом расхождения около 60o. Радиатор лампы имеет температуру 45..65 oC.

Лампы BBK выглядят лучшими из всех в плане конструкции и исполнения. BBK не единственные в обзоре, которые имеют честный алюминиевый радиатор, но у BBK радиатор изготовлен наиболее качественно и имеет много охлаждающих лепестков. Поверхность радиатора имеет следы обработки на токарном и фрезерном станке, а это довольно дорогая операция. Уж и не знаю, как изготавливали лампы, однако на потребительскую цену это повлияло незначительно (см. таблицу 1).

Цветовая температура ламп, насколько я смог разобраться, зависит от цвета компаунда, которым покрыты светоизлучающие LED-элементы. Чем компаунд желтее, тем цветовая температура ниже.

Контроллеры ламп P653F и P654F построены на основе микросхемы SM7525, а у ламп PC73C и PC74C на основе микросхемы BP9023 [4]. В плане радиопомех не лучшим образом показали себя лампы PC73C и PC74C (см. таблицу 2). Лампы P653F и P654F имеют малый, практически незаметный уровень радиопомех. Уровень пульсаций светового потока у всех ламп BBK очень низкий (около 8..9%) и лежит в высокочастотном, незаметном для глаза спектре (около 55 кГц). Из этих ламп я бы для себя выбрал лампы P653F и P654F. Дополнительный плюс для лампочек BBK — имеется дополнительная гарантия 3 года на яркость светового потока, чего нет ни у одного из других брендов.

[Navigator]

Лампа Navigator NLL-MR16 3K GU5.3, фото
imageimageimage

Лампа Navigator NLL-PAR16 4K GU10, фото
imageimageimage

Конструкция ламп самая дешевая — литой корпус из сероватой пластмассы, охлаждающий радиатор отсутствует. Лампа NLL-MR16 3K развалилась у меня прямо в руках, когда я пытался установить контакты в патрон GU5.3.

image

Контроллер у лампы Navigator NLL-MR16 3K GU5.3 построен на микросхеме BP2832A [4]. По уровню радиопомех все отлично, лампы «тихие». C пульсациями света тоже все хорошо. Меньше всего пульсаций у лампы NLL-MR16 3K. Контроллер лампы Navigator NLL-PAR16 4K GU10 построен на на микросхеме SL21083 [4] компании NXT. У лампы NLL-PAR16 4K есть незначительные пульсации света на частоте 86 кГц, но их заметит разве что система инфракрасного управления телевизором.

Если бы не отсутствие радиатора, лампы Navigator были бы хорошим выбором.

[Ecola]

Лампа Ecola 6w 2800K GU5.3 оснащена очень качественным алюминиевым радиатором. К сожалению, лампа дает большой уровень радиопомех и значительный уровень пульсаций света на частоте 67.5 кГц, которые могут ухудшить работу систем дистанционного управления бытовой техникой (см. таблицу 2).

Лампа Ecola 6w 2800K GU5.3, фото
imageimageimage

Лампа Ecola 7w 4200K GU10, фото
imageimageimage

Контроллер построен на микросхеме BP3122 [4].

Как устроена внутри Ecola 7w 4200K GU10
Под защитным рассеивателем прячется печатная плата с установленными 14 светодиодами, включенными последовательно. Поскольку на цепочку светодиодов контроллер выдает напряжение 81 вольт, то наверняка каждый светодиод сдвоенный (внутри каждого «светодиода» находится 2 последовательно включенных светодиодных элемента). Светодиодная плата через термопасту передает тепло алюминиевому радиатору.

image

Контроллер лампы построен на китайской микросхеме BP2831A. Принципиальная схема отличается удивительной простотой. Резисторы RS1 и RS2, включенные параллельно, служат для подстройки тока через светодиоды.

image

Контроллер помещается прямо в цоколе лампы, все внешние проводники контроллера сделаны минимально возможной длины. Возможно, что именно этим и объясняется полное отсутствие электромагнитных помех?

image

image

Ниже приведены осциллограммы входного переменного тока, который поступает от сети 220 В.

image
image
image

А это осциллограмма с выхода солнечной батареи. Абсолютно никаких пульсаций света, ни высокочастотных, ни низкочастотных!

image

К сожалению, для ламп Ecola производитель дает только год гарантии, что вызывает сомнения в длительном сроке службы ламп.

[Jazzway]

Эти лампы, как и у BBK, также имеют полноценный алюминиевый радиатор, однако выглядит он попроще. У лампы 2700K радиатор имеет сквозные пазы, которые улучшают циркуляцию воздуха, а у лампы 3000K радиатор имеет большое количество ребер. Цоколь ламп типа GU10 выполнен из теплостойкого белого пластика. У лампы 3000K излучающий светодиод сложный многосегментный, диаметром 33 мм (это самый большой «светодиод» из всех ламп в обзоре). Количество излучающих сегментов лампы 3000K не удалось определить, так как они скрыты желтым компаундом. Лампа 2700K имеет 17 отдельных светодиодов, размещенных на одной плоскости.

Лампа Jazzway 7.5w 2700K GU10, фото
imageimageimage

Лампа Jazzway 7.5w 3000K GU10, фото
imageimageimage

По уровню радиопомех лампы 2700K и 3000K значительно различаются (см. таблицу). Лампа 2700K «тихая», а 3000K «фонит» на всех радиодиапазонах. Вероятно, это связано с особенностями реализации контроллера.

Лампа 2700K дает очень сильные пульсации светового потока с частотой 100 Гц (провалы около 85% от максимума излучения). Это неудивительно — у лампы отсутствует контроллер, в качестве ограничителя тока применен простой конденсатор 12 мкФ 400V [4]. Лампа 3000K имеет на борту полноценный контроллер на микросхеме LIS8512 [4], и у лампы 3000K настолько малые пульсации света, что оценить их невозможно, т. е. эта лампа дает стабильный, немерцающий свет (вот бы она еще радиопомехи не давала, как лампа 2700K, цены бы ей не было).

Какую из этих двух ламп выбрать — сказать трудно. Если бережете глаза, то лучше брать лампу 3000K, если же вы радиолюбитель, то лучше 2700K. Имейте в виду, что применение большого количества ламп с гасящим кондесатором (как у лампы 2700K) будет ухудшать параметры питающей сети из-за сдвига фаз между током и напряжением.

[Gauss]

Лампа имеет металлический радиатор, цоколь из термостойкой пластмассы, внешне выглядит весьма достойно. Упаковка и инструкция сделаны очень качественно, как будто это не лампа, а ювелирное изделие.

Лампа Gauss EB101106107, фото
imageimageimage

Радиопомехи на КВ не замечены, на УКВ присутствуют. Есть большие пульсации света на частоте 100 Гц.

ИМХО лампа ничем особенным не выделяется, кроме качественной упаковки и неоправданно высокой цены.

[ASD]

По внешнему виду и конструкции лампа ASD JCDRC 7.5w абсолютно совпадает с лампой Jazzway 2700K. Такой же корпус, такой же алюминиевый радиатор, такие же размеры, такое количество и расположение излучающих светодиодов, даже параметры практически одинаковые, отличается только цветовая температура света. Лампы ASD JCDRC 7.5w и Jazzway 2700K настолько похожи, что кажутся изготовленными на одном конвейере, просто маркировка нанесена разная и используется другая упаковка.

Лампа ASD JCDRC 7.5w, фото
imageimageimage

По уровню радиопомех и пульсациям светового потока все совпадает с лампой Jazzway 2700K. Радиопомех нет, но мерцание света большое, на частоте 100 Гц. Причина пульсаций — вместо контроллера в качестве ограничителя тока применен конденсатор 12 мкф 400V.

[Выводы]

1. При покупке ламп следует обратить внимание на тип цоколя и длину лампы, потому что это влияет на возможность установки лампы в то место, где она будет использоваться.

2. Если нужно подключить лампу с цоколем GU5.3 или GU10 в обычный патрон, то необходимо позаботиться о приобретении переходника (адаптера).

Как выглядят адаптеры GU5.3 и GU10
imageimage

Обратите внимание, что с адаптером общая длина лампы получится больше, и она может не поместиться в плафон светильника. На фотографии ниже показана лампа BBK PC74C, установленная в патрон.

image

3. Если заявленный угол светового пучка лампы составляет около 60..70 градусов, то наверняка это лампа с рефлектором, с кучной установкой светодиодов или с одним светодиодом. На мой взгляд, такая лампа имеет ограниченное применение, потому что для нее нужен специальный рассеиватель света. Если угол пучка света составляет порядка 120 градусов, то значит рефлектор отсутствует, свет излучают несколько светодиодов, стоящих на некотором расстоянии друг от друга. Возможно, что в такой лампе также применен рассеиватель света (матовая полупрозрачная крышка, закрывающая светодиоды).

4. Цветовая температура говорит о цвете свечения лампы. Чем ниже число цветовой температуры, тем ближе цвет смещается к желтому, чем выше — тем ближе к белому и светло-голубому. К примеру, 2700..3000K соответствует мягкому желтому свету, близкому по спектру к обычным лампам накаливания (мне такое теплое освещение больше нравится), а 4000..4500 соответствуют белому свету (как у люминисцентных ламп).

5. Для установки лампы надежнее всего цоколь GU10, он не требует дополнительного крепления корпуса лампы (хотя дополнительное крепление не помешает). В отличие от GU10, цоколь GU5.3 не обеспечивает надежного крепления лампы. Поэтому без дополнительного крепления использовать лампу с цоколем GU5.3 нельзя, лампа может просто выскочить из патрона.

Патрон GU5.3 мне очень не понравился, несмотря на то что он компактный. Контакты GU5.3 ненадежны, и установить лампу довольно сложно (трудно попасть штырьками в гнезда) — если сравнивать между собой патроны адаптеров GU5.3 и GU10. Патрон GU10, напротив, весьма удобный, лампа легко вставляется и извлекается, держится в патроне надежно.

6. Некоторые модели светодиодных ламп могут генерировать сильные радиочастотные помехи. Поэтому если ваша деятельность связана с радиоприемом или точными лабораторными радиотехническими измерениями, то обратите особое внимание на выбор ламп и устанавливайте дополнительные фильтры.

7. Если нет специальных требований к размеру LED лампы и вы не стеснены в средствах, то отдавайте предпочтение лампам с металлическим охлаждающим радиатором. Светодиоды в них прослужат дольше, потому что температурный режим светодиодов лучше, они меньше нагреваются в процессе работы. Если это возможно, не применяйте для светодиодных ламп полностью закрытые светильники, где к лампе затруднен приток холодного воздуха. Старайтесь не покупать лампы без алюминиевого радиатора, особенно мощностью 7 Вт и более.

8. Будьте осторожны с работающими светодиодными лампами, не смотрите на их излучающую поверхность. Особенно внимательно обращайтесь с лампами, которые имеют рефлекторы (с узким углом светового пучка) — зайчиков в глаза поймаете легко!

[UPD140725]

По просьбам трудящихся добавил в таблицу 1 индекс цветопередачи Ra, он же CRI [3] (не для всех ламп этот параметр удалось найти).

[Ссылки]

1. ГОСТ Р 54350-2011 — измерение параметров светодиодных источников света.
2. LED lamp.
3. Индекс цветопередачи — Википедия.
4. Внутреннее устройство светодиодных ламп — принципиальные схемы, осциллограммы тока потребления, светового потока.
Tags:
Hubs:
Total votes 45: ↑42 and ↓3 +39
Views 94K
Comments Comments 79