Сага о светодиодных лампах. Часть 3 — как это устроено

    В прошлой статье мы провели небольшое сравнение параметров светодиодных (и не только) ламп, в ходе которого убедились, что почти одинаковые на вид, на цвет и на ощупь лампы могут иметь самые разные характеристики, простирающиеся от «очень хорошо» до «отвратительно», причем даже лампы одного производителя могут показывать самое разное качество. Теперь наступило время посмотреть, что внутри этих ламп и разобраться, что делает хорошие лампы хорошими, а плохие – плохими.

    Разумеется, все манипуляции автор проводил на свой страх и риск, и потому не несет никакой ответственности за какие-либо возможные последствия для желающих повторить его подвиги.



    Внимание — много фотографий.

    Для удобства продублирую таблицы сравнения из прошлой статьи:

    С цоколем E27:

    Тип лампы Измеренная мощность, Вт (холодный старт) cos(φ) Kp В целом
    ASD 11W 9 0.82 1% Очень хорошо
    Gauss 12 W 12 0.62 1% Хорошо
    Gauss 6.5 W 6 0.50 1% Приемлемо
    SUPRA 11 W 9 0.95 35% Плохо
    ASD 7 W 4 0.45 100% Отвратительно


    С цоколем E14:

    Тип лампы Измеренная мощность, Вт (холодный старт) cos(φ) Kp В целом
    Gauss 3W 2 0.60 1% Хорошо
    Gauss 6.5W 6 0.95 49% Очень плохо
    Wolta 5W 2.2 0.40 68% Отвратительно


    Первое, что привлекает внимание – чудесная лампа ASD с коэффициентом пульсаций порядка 100% и измеренной мощностью более чем на 40% меньше заявленной.



    При этом она не диммируемая, что могло бы немного извинить такие характеристики. Неужели там внутри стоит… Впрочем нет, давайте разберем и посмотрим.



    Ой. Это стекло, что ли? Зачем в светодиодной лампе делать стеклянный баллон? Одна из фишек светодиодов – нечувствительность к ударам. Правильно спроектированной светодиодной лампой практически можно играть в футбол. Стеклянный баллон, разумеется, сводит это преимущество на нет. Неужто стекло дешевле в производстве? Хорошо хоть не порезался. Ну окей, раз оно так, подойдем по-другому.



    Стекло тонкое; при механическом повреждении баллон разбивается в малоприятное крошево. Внутри вроде бы есть то ли пленка, то ли напыление, но оно как-то слабо помогает. Да и что мешало сделать баллон из пластика?



    Внутри видим плату с алюминиевым основанием (ну хоть это хорошо) с горстью светодиодов на ней. А что там с драйвером?



    Да, как я и боялся предположить вначале, внутри стоит классическая схема с гасящим конденсатором. Кто не знает – есть такой способ питания нагрузок от сети, историей уходящий в глубину пятидесятых годов (да-да). Принцип его основывается на том, что конденсатор в цепи переменного тока обладает реактивным сопротивлением, что позволяет использовать оный для ограничения тока. Фактически, это эквивалентно включению резистора последовательно со светодиодом. Плюс у этого способа только один – простота и дешевизна; остальное минусы — абсолютно никакой коэффициент мощности, отсутствие гальванической развязки с сетью (впрочем, это тут не так важно), очень условная стабилизация тока диодов (в нашем случае) и т.д.

    Схема лампы спартански проста.



    Насчет высокого коэффициента пульсаций не совсем понятно – электролитический конденсатор на выходе вроде как есть (2.2 мкФ, 400 В). Но то ли 2.2 мкФ маловато для такой мощности, то ли конденсатор высох (хотя лампу-то я взял новую), то ли сам конденсатор не особо хорош, но он не помогает – это факт.

    Как-то так. Зато стоит дешево, всего около 200 р. в розницу. Но я бы ее и за такие деньги всерьез покупать не стал. Лучше уж купить КЛЛ за ту же цену, скорее всего будет приличнее.

    Давайте, однако, расковыряем что-нибудь приличное. Можно было бы взять одиннадцативаттную лампу того же бренда ASD, к слову, лидирующую по всем параметрам, но ASD мы уже разбирали. Потому для разнообразия я предлагаю демонтировать идущую второй лампу от Gauss LED, тем более что отстает она только по коэффициенту мощности, и то ненамного.



    Надо сказать, что эта лампа от Gauss непривычно тяжелая, навскидку граммов триста. По ощущениям в руке – этакий солидный кирпичик, что наводит на мысли о каком-то совершенно фантастическом теплоотводе. Вообще, в инструкции обещают, что корпус сделан из керамики и алюминия. Что же, посмотрим.

    Наученный горьким опытом с лампой от ASD, к снятию баллона я здесь подходил крайне осторожно. Тем не менее, мои опасения были напрасны – тут он пластиковый, как и должно быть.



    Вообще, по колупаемости корпус как-то не похож на керамику. Хотя не знаю, может это я чего-то не понял.

    Однако, что мы видим? Алюминиевая плата со светодиодами крепится к корпусу винтами и подключена к драйверу разъемом! Вау. Такого в «одноразовых» приборах вроде лампочек я еще не видел. Не, правда. Неужто она, вопреки предостережениям в инструкции, ремонтопригодна? Если так, то это же просто невероятно!





    Упс, увы нет. Схема управления намертво залита компаундом (естесственно, негорючим – я специально проверил), так что о ремонтопригодности можно забыть. К счастью, компаунд оказался не эпоксидной смолой, что свело бы перспективы дальнейшего изучения к нулю, а чем-то вроде пористой резины, которую с некоторым усилием удалось удалить и извлечь драйвер.

    Кстати о весе и теплоотводе. Теплоотвод действительно представляет собой достаточно увесистую алюминиевую болванку, запрессованную в то, что, согласно написанному в инструкции, является керамикой.



    Однако мы наконец добрались до самого интересного, квинтессенции светодиодной лампочки – ее драйвера.







    Как выяснилось, драйвер этой лампочки построен по классической бестрансформаторной понижающей топологии (step-down/buck converter). Так что желтое моточное изделие – дроссель, а не трансформатор обратноходового источника, как могло бы показаться с первого возгляда. В основе решения лежит микросхема MP4050 от Monolithic Power Systems, включенная по практически типовой схеме.



    Если говорить об отличиях, инженеры Varton дополнили типовую схему диодным мостом и фильтрующим электролитическим конденсатором на входе, однако сэкономили на конденсаторах, обозначенных на типовой схеме как C1 и C2. Эта экономия, судя по всему, и приводит к не слишком высокому коэффициенту мощности (участок схемы с катушкой является ничем иным, как узлом коррекции коэффициента мощности). Тем не менее, как видно по фотографиям, место под них есть. Сама катушка присутствует и, как видно по замерам параметров, делает свое благое дело.

    Итак, что имеем для этой лампы в целом? Прежде всего, отличный коэффициент пульсаций – около 1%, что находится в районе погрешности моего метода измерения. Сам свет на мой вкус очень приятный, без желтизны и синевы, чисто белый. Обстановка в свете этих ламп смотрится очень естесственно, так что заявленному индексу цветопередачи более 92 определенно можно верить. В этом смысле они нравятся мне даже больше КЛЛ, и, разумеется, больше откровенно желтых ламп накаливания.

    Очень приличная конструкция. Вообще, намертво залитый компаундом драйвер дает надежду на то, что эту лампу можно использовать во влажных местах вроде ванной комнаты или вовсе в уличных светильниках (к слову, что-то там в инструкции есть про тротуарные светильники). Тем не менее, соединение светодиодной сборки и драйвера, выполненное в виде гламурного разъема, хотя и очень впечатляет, но вселяет некоторые опасения на тему того, как оно поведет себя в условиях систематического присутствия влаги. Было бы однозначно спокойнее, если бы контакты были, например, для верности промазаны чем-то вроде проводящей графитовой смазки или, на худой конец, просто залиты герметиком. Так что насчет этого вопрос.

    Баллон пластиковый – слава богу. Как мы видели, это далеко не правило. Так что хорошо, что в случае Gauss здравый смысл возобладал.

    Некоторую тревогу вызывает тепловой режим драйвера – он помещен аккурат в самое теплое место, да еще и залит компаундом, что предотвращает всякую конвекцию. Тут имеет смысл вспомнить картинку в ИК-лучах:



    Греть электролитические конденсаторы до 60 – 70 градусов (внутри, разумеется, будет теплее, чем на поверхности) – так себе идея. Конечно, надо признать, что в такой конфигурации поместить электронику больше просто некуда. Я уже отмечал, что геометрия лампы накаливания чужда светодиодам – вот одно из проявлений этого тезиса. Впрочем, примененные конденсаторы промаркированы как сертифицированные для температуры до 125 °С, и, вроде бы, судя по малочисленным отзывам в интернете, бренд Aishi, который мы видим тут, не самое плохое, что может быть. Хотя, конечно, Chemi-Con или хотя бы что-то более известное науке, вроде Jamicon, в таком применении внушали бы больше доверия. Тем не менее, гарантийный срок, заявленный в инструкции, составляет три года.

    Сам тип драйвера определенно выбран верно. Понижающая бестрансформаторная топология очень хороша в смысле малой величины пульсаций, что мы и наблюдаем.

    Если говорить о таком важном факторе, как теплоотвод светодиодов, то видимый на ИК-снимке равномерный прогрев корпуса до достаточно высокой температуры позволяет предположить, что в этом смысле все неплохо.

    В целом можно сказать, что бесспорный недостаток у этой лампы только один – цена, которая составляет около 700 р. в розницу по данным Яндекс.Маркета. Тем не менее, как видно, это достаточно качественный прибор, который, хотя и стоит космических для лампочки денег, имеет все шансы оправдать доверие.

    На этом на сегодня все. В следующих статьях мы продолжим экспериментальное исследование лампочек.

    Средняя зарплата в IT

    110 000 ₽/мес.
    Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 8 355 анкет, за 2-ое пол. 2020 года Узнать свою зарплату
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 54

      +2
      На этом фото
      image
      видно немного воды. Это оттого, что автор решил себя несколько обезопасить от участи дышать мелкой стеклянной пылью, которая неизбежно образуется при ломании стекла, но автору лень писать автор не написал об этом потому, что он уже написал дисклэймер в начале статьи.
        +2
        Ну да, я смывал возможные стеклянные сюрпризы водой.
        +3
        Да вы прямо меценат! Честно, у меня бы духу не хватило раздолбать агрегат стоимостью ~700 рублей ради небольшой статьи для Хабра ГТ!
          +4
          Наука требует жертв!

          Вообще, честно сказать, лампы мне были предоставлены спонсором, о котором я упоминал. Так что разбирать было не так обидно. :)
            +1
            Мне кажется Gauss вполне можно обратно собрать.
              +5
              В пост призывается синяя изолента!
                0
                Увы нет. За кадром осталось то, что для вынимания балласта мне пришлось расковырять цоколь и т.п. Кроме того, видно, что балласт поврежден.
                  0
                  Взять перегоревшую сберегайку в качестве цокольного донора. А балласту достаточно небольшого вмешательства паяльника.
              0
              Эх. Протестировать бы лампу iWop:
              На русском
              Сайт производителя

              Жаль стоит она около 30 евро.
                +3
                Неужто стекло дешевле в производстве?

                Стекло это бывший песок, а пластик это бывшая нефть.
                  0
                  А ещё стекло можно переплавлять почти до бесконечности (разве только грязь убирать надо), а с пластиком чуть сложнее.
                  +1
                  Сразу видно слабое место всех этих конструкций — теплоотвод. Для рассеивания 11 Вт нужно чуть меньше 1000 см2 площади радиатора, которой тут просто нет, и мало того, эта массивная болванка закатана в пластиковую «керамику». Да и тепловой контакт алюминиевой платы со светодиодами по ее краешку без единой капли термопасты — это вообще не тепловой контакт. Поэтому температура на светодиодах наверняка зашкаливает за 100 градусов…
                  Насчет стекла — на самом деле стекло много чем хорошо. В молочном пластике очень уж велики потери света — в травленном матовом стекле они меньше. Стекло не темнеет со временем, как это делает пластик.
                    +1
                    Да, теплоотвод — боль светодиодных ламп в формате E27/E14.

                    Термопаста там была. Она исчезла в процессе разборки — непрятно вляпываться в нее пальцами. Хотя, кстати, ее следы на фото видно.

                    Зато стекло опасно с точки зрения юзабилити. Так что я однозначно голосую на пластик. Ну или хотя бы сделали толстое стекло.
                      0
                      Это не боль, это либо сознательная диверсия, либо проектирование «от дизайна». Хоть какое-то оребрение и отсутствие пластикового покрытия теплоотвод улучшит кардинально и не стоит ничего.
                        0
                        Стоит внешнего вида.
                          0
                          Кому как, у меня есть пара китайских ребристых лампочек — выглядят ок, на мой взгляд.
                            +1
                            Вот это и есть «проектирование от дизайна». Внешний вид главное, а там трава не расти.
                        0
                        Почему 11 Вт? Если, допустим, КПД составляет 50%, то рассеивать надо в 2 раза меньше.
                          0
                          КПД — далеко не 50%. У «теплых» он в районе 20%, у «холодных» достигает 25%, где-то так.
                        0
                        А почему вы не посмотрели через тепловизор на светодиоды со снятым баллоном? Конечно, их температура будет ниже чем в полностью герметичной среде, но какие-то общие выводы все равно сделать можно.
                          +1
                          Тепловизор стоит 200000 руб. и был мной арендован на пару снимков. К моменту разбора ламп его у меня уже не было.
                            +1
                            Если часто нужен — купите obtain.thermal.com/category-s/1818.htm, может оказаться дешевле аренды тепловизора. Я купил. Очень крутая штука.

                            Нет у меня светодиодных ламп без плафона, но в плафоне:
                            Скрытый текст

                            Не совсем точный измерительный прибор, софт немного хромает, но для DIY — более чем, и вскоре будет открыт API.
                            +3
                            Смысл смотреть на светодиоды тепловизором? Он покажет температуру их корпуса, которая слабо связана с температурой кристалла из-за плохой теплопроводности пластика и силиконовой заливки.
                            0
                            колба из стекла с матовым напылением скорее всего дает меньшую потерю яркости чем пластиковая
                              +2
                              Спасибо за интересный и полезный цикл статей! Мотаю на ус.
                              У меня назрел к автору вопрос — а какой должна быть идеальная лампа на Ваш взгляд? Чтобы по уму сделана и с хорошими характеристиками. Можно даже в двух плоскостях — с оглядкой на цену и без оглядки. Было бы интересно
                                +7
                                Не за что. Я очень рад, что мои статьи полезны!

                                Идеальная LED-лампа не должна быть в цоколе E27/E14/etc. 90% проблем имеет корни в этой противоестесственной необходимости. Светодиоды слишком далеки от тех технических соображений, исходя из которых были разработаны имеющиеся светильники. Потому лампа в legacy форм-факторе никогда не получится совершенно хорошей. Это костыль, который должен отжить.

                                Светильники со светодиодами надо проектировать с нуля. В этом случае все проблемы решаемы. Движение в этом направлении уже есть, но в основном в сфере промышленного/офисного освещения. «Домашний» рынок слишком инерционен для радикальной смены принципов, а она тут безусловно требуется.
                                +1
                                Спасибо за статьи!
                                А вот такая лампа вам не попадалась?
                                image
                                image

                                Что внутри у них?
                                  +2
                                  Попадались, но немного другие. В тех, которые видел я, стоял конденсаторный балласт. Что конкретно в этих — не знаю. Может быть что угодно, места там достаточно.
                                    +1
                                    Спасибо. Да, у меня тоже не конкретно эти…
                                  +1
                                  Вопрос к эксперту. Намечается небольшой строительный проект и освещение помещения в 18м2 хочется сделать максимально экономичным, т.к. питание будет автономным. Есть ли смысл на освещение делать питание 5/12/24 вольта? Насколько я понимаю во всех диодных лампах понижается напряжение с 220 до необходимого. Как лучше поступить?
                                    +2
                                    Ну окей, давайте я побуду экспертом, хотя это мне определенно льстит.

                                    Тут надо подумать. С одной стороны, при меньшем напряжении для передачи той же мощности требуется больший ток, что приводит к росту потерь в проводах. Но:

                                    1. Автономное питание — это от аккумуляторов? Тогда, если рассчитывать на двенадцативольтовую разводку, исчезает необходимость в преобразователях, и, разумеется, исчезают связанные с ними потери, что может компенсировать возросшие потери в проводке.

                                    2. Для освещения 18 м² вполне достаточно 40 Вт, если мы говорим о светодиодах, то есть, где-то 3 А от двенадцативольтового источника. Немало, но распределенные линии проводки могут уменьшить потери.

                                    3. Низкое напряжение безопасно. Это тоже важный фактор.

                                    Пять вольт — точно маловато. Я бы остановился на 12 В (10.5 — 14.8 В), поскольку это стандартное напряжение автомобильного аккумулятора.
                                      0
                                      Чем больше напряжение, тем меньше потери в проводах, я бы 24 выбрал.
                                        0
                                        Ну, тут разница не особо велика (не 220 против 12), а в смысле составления батареи 12 несколько удобнее (в расчете на автомобильные аккумуляторы). Да и лампочки готовые на 12 В есть.
                                        0
                                        Да аккумуляторы. Которые заряжаются солнечными панелями. Там обычно 24 или 48В. Просто нагружать инвертор еще и светом не хочется, т.к. в двойном преобразовании всегда больше потерь.

                                        Есть какие-нибудь готовые решения для таких ситуаций, может сталкивались? Хочу чтобы иметь общее представление посчитать. Может проще led лентой все подсветить и не париться)
                                          0
                                          У меня та же ситуация. Остановился на светодиодных лентах + коробочки из аллюминия с пластиковой линзой. 1 м ленты 60 шт. светодиодов 5050 — 3 Вт. Решил взять 3 цвета: R, G, B т.к. белых светодиодов не существует (то что продают как белые — на самом деле УФ+люминофор, а УФ может проходить и вредить глазам).

                                          Конечно, при автономном питании — нужно попытаться избежать лишних преобразований.

                                          В моем случае даже монитор, ноутбук, спутниковая установка — все питается без двойного преобразования, из 12 сразу получаю нужное напряжение с минимальными потерями. Если интересно, напишу подробнее что лучше купить.
                                            0
                                            на светодиодных лентах

                                            Хотя не факт что решение оптимальное. В светодиодных лентах часть включают резистор последовательно с диодом, а это приводит к потерям. Но красиво.
                                              +2
                                              Решил взять 3 цвета: R, G, B т.к. белых светодиодов не существует (то что продают как белые — на самом деле УФ+люминофор, а УФ может проходить и вредить глазам).

                                              Ну вы даете…

                                              Белые светодиоды — это ядреный синий цвет (все видели такие светодиоды, у меня в мониторе один) плюс люминофор, который переизлучает часть этого света на другой длине волны.

                                              Ультрафиолет — это в люминисцентных лампах. И даже там УФ излучение совершенно никакое по сравнению с прогулкой под солнцем.

                                              RGB — кошмарное качество освещения. Вроде бы светит, вроде бы белым, но цвета искажаются жутчайшим образом.
                                                +1
                                                это ядреный синий цвет (все видели такие светодиоды, у меня в мониторе один) плюс люминофор

                                                Епрст! А я еще давно прочитал в статье что УФ. А сейчас в Wiki пишут, что возможны оба варианта, но чаще синие.

                                                Значит буду менять на белые. Но у меня этот свет все равно как аварийный…
                                                  0
                                                  Красный цвет можно оставить, он хорош для ночного освещения (почти не подавляет выработку мелатонина).

                                                  И правильные светодиоды более чем годятся для основного освещения. Мне они нравятся всяко больше ламп накаливания. Хотя если вы профессионально работаете с цветом (в смысле — полиграфия к примеру), то вариантов кроме ламп накаливания и галогенок нет.
                                                    +1
                                                    Лампы накаливания, вообще говоря, искажают цветопередачу. Для профессиональной работы с цветом применяются специальные источники D50. Обычно они делаются на основе газоразрядных ламп.

                                                    [1] [2]
                                                      –1
                                                      Глупость. «D50» значит лишь «цветовая температура около 5000К». Такого легко добиться даже с RGB диодами — и у них будет абсолютно рваный спектр. Люминесцентные лампы обычно в этом плане отвратительны. Лампа накаливания как нечто более близкое по характеристикам к абсолютно черному телу будет предпочтительнее (у них и CRI нередко тот самый «1»).

                                                      Если хотите, чуть подробнее про спектр — forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=8491
                                                        +1
                                                        По ссылкам, вижу, не ходили… Я повторю.

                                                        en.wikipedia.org/wiki/Illuminant_D65

                                                        Как видно, у источников D[x] нормируется спектр, а не только цветовая температура.
                                                          –1
                                                          As any standard illuminant is represented as a table of averaged spectrophotometric data, any light source which statistically has the same relative spectral power distribution (SPD)

                                                          Как я уже говорил, под это определение попадает и правильно подобранная RGB сборка.
                                                            +1
                                                            А теперь читаете через строчку, видимо. :)

                                                            D65 is a tabulated SPD in increments of 5 nm from 300 nm to 830 nm, using linear interpolation on the original data binned at 10 nm.[9][10] The CIE recommends using linear interpolation of the component SPDs, S0, S1, and S2 if the application requires greater precision, but there is a proposal to use spline interpolation instead.[11]


                                                            СПМ источника задана таблично через каждые 5 нм.
                                                    0
                                                    Я в своей жизни никогда не видел белого светодиода на основе УФ-кристалла (хотя читал, что такое бывает). По-моему, если они когда и были, то разве только как лабораторные образцы или в очень ограниченных партиях…
                                                  0
                                                  Белый светодиод делается из синего + люминофор. УФ тут не при чем.
                                                  0
                                                  Если 24 В — я бы все-таки преобразовал в 12 В по той простой причине, что для 12 В есть много готовых ламп. Преобразователь в 12 В можно купить на том же ebay. Хотя я бы его просто спаял на той же MC34063.
                                                    0
                                                    Вообще можно соединить 2 ленты последовательно. Но нужно с напряжениями смотреть, ведь на аккуме может быть до 14.4 (хотя, вроде, не критично с учетом резисторов).
                                                      +1
                                                      Я, естесственно, имел в виду лампы с нормальным балластом, а не ленты с резистором. Кстати, резистор — так себе стабилизатор тока, потому как раз для лент напряжение лучше четко стабилизировать.

                                                      У меня, кстати, над столом как раз лента приклеена. Питаю от лабораторника, стоящего на столе (никак не сподоблюсь прикрутить отдельный источник), так что ток/напряжение прямо перед глазами. Напряжение стабилизировано на уровне 12 В. Так вот, ток уходит примерно на 10% только из-за разогрева. А если и напряжение менять, то картина еще хуже. При 14 В такая лента долго не протянет.
                                              0
                                              Промахнулся.
                                                0
                                                Вам не попадались лампы российской конторы «Эколайт»? Я общался с ними (не с лампами, а представителями фирмы) на позапрошлой " ЭкспоЭлектронике. Хотел купить такую лампу, но в рознице их практически нет.
                                                  0
                                                  Нет, не попадались.
                                                  0
                                                  Спасибо! Кажется во второй части было голосование?.. ждал увидеть лампы от Navigator в обзоре/тестах… не будет как планировали сначала?
                                                    0
                                                    Не за что.

                                                    Да, голосование было, Navigator — один из лидеров. Сейчас лампы едут ко мне. Как доедут — будет обзор.

                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                  Самое читаемое