Филаментная светодиодная лампа прорыв или очередная лампа Ильича

History

Филаментная светодиодная лампа прорыв или очередная лампа Ильича

Structure of a typical filament

Филаментная светодиодная лампа прорыв или очередная лампа Ильича

Closeup of a filament at 5% power; note the individual LED light spots.

A LED filament type design light bulb was produced by Ushio Lighting in 2008, intended to mimic the appearance of a standard light bulb. Contemporary bulbs typically used a single large LED or matrix of LEDs attached to one large heatsink. As a consequence, these bulbs typically produced a beam only 180 degrees wide. By about 2015 LED filament bulbs had been introduced by several manufacturers. These designs used several LED filament light emitters, similar in appearance when lit to the filament of a standard incandescent bulb, and very similar in detail to the multiple filaments of the early Edison incandescent bulbs.

LED filament bulbs were patented by Ushio and Sanyo in 2008. described a flat arrangement with modules similar to filaments in 2013. Two other independent patent applications were filed in 2014 but were never granted. The early filed patents included a heat drain under the LEDs. At that time LEDs were under 100 (lumens of light per a single watt of electricity). In the late 2010s, available LED filaments have efficiencies of up to 160 lm/W.

Преимущества и недостатки

Основной поставщик филаментных ламп в Россию – Китай. Поэтому качество поставляемой продукции зачастую далеко от идеального. Но всё-таки есть несколько положительных аспектов, благодаря которым светодиодные филаментные лампочки пользуются спросом:

  • высокая схожесть внешнего вида с лампами накаливания, что является обязательным условием в реализации некоторых дизайнерских задумок;
  • угол рассеивания света составляет 360°, а цветовая температура около 3000 °K (этот показатель может находится и в других цветовых температурах), что лучше аналогичных показателей ламп накаливания;
  • высокий уровень светоотдачи, благодаря прозрачной колбе;
  • отсутствие массивного радиатора;
  • продолжительный срок службы (только в случае качественных фирменных изделий);
  • в перспективе возможен выпуск новых типоразмеров с филаментами большей или меньшей длины, а также снижение себестоимости, чтобы сохранить конкурентоспособность.

Теперь о недостатках. За несколько лет эксплуатации филаментные лампы успели прилично пополнить замечаниями свой пассив:

  • изделие неремонтопригодное из-за неразборного корпуса;
  • хрупкая стеклянная колба;
  • зачастую в конструкции применяется примитивный выпрямитель, вместо полноценного токового драйвера;
  • большинство ламп имеют высокий коэффициент пульсации;
  • как правило, в конструкции филаментой лампы отсутствует предохранитель;
  • имеют завышенную рыночную стоимость;
  • в дешевых китайских лампах мощность и реальный срок службы ниже заявленных значений.

Подводя итоги, стоит сказать, что пока у филаментных светодиодных ламп минусов больше, чем плюсов. Однако технология конкурентно способная, благодаря принципиально новому подходу конструкции и охлаждении LED-кристаллов. Стоит надеяться, что китайские производители улучшат качество драйвера, надёжность которого исключит сразу несколько недостатков.

Практическое использование филаментных светодиодных стержней в лампах с цоколем Е27, Е14 – это первый шаг на пути их развития. Существует множество проектов с использованием других распространённых цоколей, возможно поэтому вскоре мы расскажем о их новых модификациях и сфере применения.

Устройство filament LED лампочки

В технической терминологии слово «filament» означает «нить накаливания». Поэтому в России постепенно входит в обиход словосочетание «филаментная лампа». Она состоит из 4 основных частей:

  • светодиодные стержни;
  • стеклянная колба;
  • металлический цоколь;
  • плата драйвера.

Иногда в конструкции дополнительно присутствует основание цокольной части. Филаментная светодиодная лампа прорыв или очередная лампа ИльичаСветодиодный филамент – это стеклянный стержень прямоугольного или круглого сечения, на котором установлены миниатюрные кристаллы светодиодов методом COG (Chip-on-Glass). Все светодиоды одной палочки филамента образуют последовательную электрическую цепочку с анодом и катодом на концах. Её мощность потребления, как правило, составляет 1 Вт. Таким образом, количество стержней в колбе указывает на мощность лампы.

На каждый светодиодный филамент наносится толстый слой силиконового люминофора желтого цвета. Он препятствует прохождению ультрафиолета и способствует равномерному рассеиванию светового потока. Цветовая температура светодиодов соответствует тёплому или нейтральному диапазону, чтобы наиболее точно имитировать предшественников с вольфрамовой нитью.

Читайте так же:  Замена лампы ближнего света Рено Сандеро видео

Питание светодиодных нитей происходит не напрямую, а через драйвер. Так как вместить ШИМ преобразователь в цоколе стандартного образца практически невозможно, в качестве источника питания используют примитивные электронные схемы. Тем не менее, производители мирового уровня стараются монтировать в цоколе филаментной лампочки полноценный драйвер, обеспечивающий стабильное питание светодиодов.

Стоит отметить, что филаментные лампы одного производителя, но разной мощности и под разные цоколи будут отличаться качеством драйвера и его схемотехникой. Причин этому несколько. Во-первых, внутри цоколя Е27 больше пространства, чем внутри Е14. Значит, в нем можно вместить простейший стабилизатор и сглаживающий конденсатор. Во-вторых, от количества последовательно включенных светящихся нитей зависит напряжение их питания, что создает дополнительные трудности при использовании цоколя малых размеров.

Проблема нехватки места под драйвер успешно решается некоторыми производителями путём увеличения цокольной части филаментной светодиодной лампы, а именно, установкой пластиковой окантовки между цоколем и колбой. За счет пластикового кольца появляется дополнительное пространство под сглаживающий конденсатор и более объемную схему драйвера.

Отвод тепла

Светодиодные нити работают на токе, меньше максимального допустимого, поэтому кристаллы светодиодов не перегреваются. Температура p-n перехода в рабочем состоянии колеблется около 60 °C. В фирменных филаментных лампах внутрь стеклянной колбы закачана газовая смесь на основе гелия, которая имеет высокую теплопроводность. Именно газ служит проводником тепла между филаментами и тонким стеклом колбы. Эффективности данного метода достаточно, чтобы избежать перегрева светоизлучающих кристаллов.

Но, как и в любой конструкции, в филаментной светодиодной лампе не всё так гладко. Потому что присутствует ещё один источник тепла — драйвер. Отсутствие радиатора не позволяет быстро рассеивать теплоту. К тому же малый объём цоколя сильно препятствует охлаждению. Получается, что элементы драйвера – самое слабое звено всей системы. Судя по отзывам пользователей, именно блок управления становится причиной чрезмерного мерцания и поломки изделия. А для качественного драйвера, обеспечивающего минимум пульсаций и стабильность, нужны дорогостоящие радиоэлементы.

Design

The LED filament consists of multiple LEDs on a transparent substrate, referred to as Chip-On-Glass (COG). These transparent substrates are made of glass or sapphire materials. This transparency allows the emitted light to disperse evenly and uniformly without any interference. An even coating of yellow in a silicone resin binder material converts the blue light generated by the LEDs into light approximating white light of the desired —typically 2700K to match the warm white of an incandescent bulb. Degradation of silicone binder, and leakage of blue light are design issues in LED filament lights.

A benefit of the filament design is potentially higher efficiency due to the use of more LED emitters with lower driving currents. A major benefit of the design is the ease with which near full «global» (360°) illumination can be obtained from arrays of filaments, but two zones emitting less light appear diagonal to the substrate.

Филаментная светодиодная лампа прорыв или очередная лампа Ильича

Flickering of dimmable filament LED lamp as interference with a digital camera frame rate

The lifespan of LED emitters is reduced by high operating temperatures. LED filament bulbs have many smaller, lower power LED chips than other types, avoiding the need for a heatsink, but they must still pay attention to thermal management; multiple heat dissipation paths are needed for reliable operation. The lamp may contain a high thermal conductivity gas (helium) blend to better conduct heat from the LED filament to the glass bulb. The LED filaments can be arranged to optimize heat dissipation. The life expectancy of the LED chips correlates to the junction temperature (Tj); light output falls faster with time at higher junction temperatures (the «Droop Effect»). Achieving a 30,000 hour life expectancy while maintaining 90% luminous flux requires the junction temperature to be maintained below 85°C.

Читайте так же:  Подводные светодиодные фонари

The power supply in a clear bulb must be very small, and fit in the cap. The large number of LEDs (typically 28 per filament) simplifies the power supply compared to other LED lamps, as the voltage per blue LED is between 2.48 and 3.7 volts. Some types may additionally use red LEDs (1.63 V to 2.03 V). Two filaments with a mix of red and blue is thus close to 110 V, and four are close to 220 V to 240 V, compared to the mains voltage reduction to between 3 V and 12 V needed for other LED lamps. Four filaments are usually used, and the appearance is similar to an overrun carbon filament lamp. Typically, a mix of phosphors is used to give a higher (as distinct from color temperature) than the early blue LEDs with yellow phosphor.

The simple or power supply used by some cheaper bulbs will cause some flickering at twice the mains alternating current frequency, difficult to detect but possibly contributing to eyestrain and headaches. Also, due to the , the current delivered by capacitive power supplies increases with mains frequency, e.g., from 50Hz to 60Hz.

Часть экспериментальная

CroLED: китайское качество Ebay

Начнём с filament-лампы из Поднебесной. Лампочка прибыла из Китая в простой картонной коробке с минимум информации на ней (температура, мощность и напряжение питания. Честно признаться, ожидания были сами разные, но реальность оказалась намного суровее. Коэффициент пульсаций составил 67% (!), мне кажется, что это рекорд! Фактически лампочка гасла и разгоралась снова с периодичностью 10 мс. Цветовая температура отличалась в меньшую сторону от того, что указано в магазине продавца на Ebay. 

NB: Все представленные в статье лампы имеют стеклянную колбу. И хотя она может выдержать падение на пол, будьте осторожны при обращении с ними!
Разбор лампочки выявил одну интересную особенность конструкции – а именно драйвер. Точнее его полное отсутствие: лампочка питается через банальный диодный мост MB10F с парой резисторов и огромным твердотельным конденсатором. Зато компактно! 

Светодиоды расположены на матовой (!) подложке в количестве 18 штук. Каждый светодиодные чип выполнены из сапфировой текстурированной подложке типа «звёздочка». Чипы совершенно небольших размеров – меньше человеческого волоса.

А что там с температурой? — спросит читатель. Да, температура на колбе за 5-7 минут достигает примерно 40 градусов и остаётся таковой в течение получаса.
Но давайте теперь заглянем под колбу нашей лампе. После удаления стекла и замера температуры выяснилось, что нити очень быстро (буквально за 1 минуту) нагреваются до почти 90 градусов, а в некоторых местах, по-видимому, там, где расположены светодиоды, температура достигает более 100 градусов. 

Eglo: обычная ламп с обычными характеристиками

Следующая лампа от компании Eglo, у которой, между прочим, есть представительство и в РФ, в общем и целом порадовала своими характеристиками. Пульсаций на частоте 100 Гц составили около 6%, при этом цветовая температура и CRI вполне соответствуют заявленным характеристикам.

Внутри лампы находятся также четыре нити светодиодов, как и в китайской лампе. Внутри спрятан драйвер на базе конденсаторного балласта. Светодиоды несколько больше – 113 на 57 микрон, чем в предыдущем случае. Однако они крайне плохо закреплены на опять-таки матовой подложке.

Что же касается температуры, то лампочка быстро (за те же 5-7 минут) разогревается до температуры порядка 50 градусов. И нити вновь демонстрируют температуру ~90 градусов. Прям, как проклятие конструкции лампы «накаливания» какое-то!

Phillips: качество превыше всего

Последняя протестированная лампочка производства компании Phillips. Удивительно, но эта лампочка в корпусе Е14 демонстрирует отличное соответствие заявленным характеристикам и крайне низки уровень пульсаций.

Чем это обусловлено, ведь цоколь E14 гораздо меньше E27? – зададитесь Вы вопросом. Всё гениальное просто: у Phillips хорошие, очень хорошие инженеры, которые способные создать ультра-компактный драйвер (обратноходовый преобразователь) так, чтобы он уместился в патрон E14, при этом драйвер обеспечивает крайне низкий уровень пульсаций (

Читайте так же:  Как сделать красивую подсветку стекляных полок из светодиодной ленты своими руками

В самой лампе всего две светодиодные нити, так как она потребляет всего 2.3 Вт. Светодиодные чипы размещены на прозрачной подложке и аналогичны по размерам тем, что используются в лампах Eglo, но с иной текстурой подложки – «щит». Как уже отмечалось выше против законов теплофизики не попрёшь.

Примерно за 10 минут колба лампы прогревается до ~45 градусов (две нити медленнее «прогревают» всю лампу). Однако температура нитей без стеклянной колбы составила всё же 95 градусов, местами – повторимся, скорее всего, в месте крепления светодиодных чипов к подложке – достигая значений в 110-120 градусов. 

Чтобы не быть голословным при вынесении вердикта относительно filament-ламп, мы добавим несколько фотографий уже знакомых ламп IKEA и мощных умных ламп Prestigio, о которых мы поговорим в следующий раз. Корпус лампы IKEA прогревается до 75 градусов в течение полчаса, а умной лампы Prestigio до 58. При этом SMD светодиоды ламп Prestigio, к примеру, на максимальной мощности нагреваются лишь до указанной в самом начале статьи «безопасной» температуры 60-70 градусов.

Выводы

свечФиламентная светодиодная лампа прорыв или очередная лампа Ильича

  1. По традиции, полученные данные тестирования сведены в таблицу ниже. Но, на мой взгляд, не стоит доверять заявленному световому потоку китайской лампы, так и остальные характеристики не внушают доверия. У производителей ширпотреба есть привычка завышать результаты. В остальном лампы Eglo и Phillips соответствуют заявленному на упаковке, а Китай — Вы сами всё прекрасно понимаете…
    Пожалуйста, сэкономьте своё здоровье и время – запрашивайте результаты тестирования, прежде чем покупать LED-лампы на Ebay, да и в обычных магазинах тоже скоро придётся ввести данную меру!
  2. Сравнение спектров не выявило сколь либо значимых отличий: во всех лампам, скорее всего, используется один и тот же люминофор, который и даёт тёплый ламповый filament-свет. Есть небольшие вариации компоненты синего цвета, что прослеживается в значении цветовой температуры выше: у Eglo самая тёплая, Phillips посерединке, у CroLED «самая холодная».
  3. Если говорить о какой-то технологичности, то лишь Phillips имеет право называться хорошей и безопасной лампой с нормальным драйвером, в очередной раз подтверждая статус ведущего игрока на рынке.
    Все протестированные лампы имеют удивительно однотипные значения удельного светового потока и удельной мощности. Эти значения сопоставимы со средними показателями SMD-ламп. Видимо, теплопередача и нагрев светодиодов существенно ограничивают эти характеристики в сравнении с обычной компоновкой на основе SMD сборок светодиодов.
  4. И самое вкусное припасено на десерт. Измерения температуры самих нитей с помощью ИК-камеры (тепловизора) — надеемся — убедительно показывают и доказывают, что filament технология не может являться полноценной заменой обычных SMD ламп с алюминиевым радиатором и гораздо более эффективным теплоотводом. Плюс добавим существенно ограниченное пространство для драйвера и в результате мы получим, что яркие и мощные светильники с продолжительным сроком службы на основе filament создать будет проблематично (уже 12 Вт лампы зачастую снабжены радиатором).

под юбкулампочкам PrestigioPS:обзоре и сравнении ламп IKEA и CanyonkenbikSBH-52

Отчитываюсь:наш блогПолный список опубликованных статей «Взгляд изнутри» на Хабре и GT:Вскрытие чипа Nvidia 8600M GTСовременные чипы – взгляд изнутриВзгляд изнутри: CD и HDDВзгляд изнутри: светодиодные лампочкиВзгляд изнутри: Светодиодная промышленность в РоссииВзгляд изнутри: Flash-память и RAMВзгляд изнутри: мир вокруг насВзгляд изнутри: LCD и E-Ink дисплеиВзгляд изнутри: матрицы цифровых камерВзгляд изнутри: Plastic LogicВзгляд изнутри: RFID и другие меткиВзгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 1Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 2Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 2Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 3Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 4Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 1Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 2Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 3Взгляд изнутри: IKEA LED наносит ответный ударВзгляд изнутри: а так ли хороши Filament-лампы?Микровзгляд: сравнение дисплеев современных смартфонов

Список источников

  • ledjournal.info
  • econet.ru
  • habr.com
  • howlingpixel.com
Ссылка на основную публикацию