Учёный-исследователь, химик и нанотехнолог
0,0
рейтинг
13 октября 2015 в 11:30

Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 3



И снова здравствуйте, мои маленькие любители внутренностей!

Мы, наконец-то, добрались до заключительной части повествования о светодиодных лампах, в рамках которой мы рассмотрим 4 лампы в цоколе E27, а также подведём заключительные итоги этого затянувшегося повествования.

Прошлые две части находятся тут и тут.



Не будем затягивать наш рассказ о лампах и сразу перейдём к главному – внутренностям пациентов, светодиодных ламп от фирм ASD, Gauss и Supra.

Светодиодные лампы в цоколе E27: просторный корпус = залог удачной лампочки


Как мы помним из первой части, все светодиодные лампы в цоколе E27 показали достойные характеристики по уровню пульсаций, не превысив 1%. Вполне естественно, что такой драйвер требует достаточно просторного корпуса для размещения хотя бы потому, что имеет больше компонент, нежели конденсаторный балласт. Однако на примере лампочки от фирмы Gauss мы могли убедиться, что даже в корпусе GU5.3 можно компактно разместить драйвер без пульсаций, выполненный по безтрансформаторной технологии.

Что ж, посмотрим, что там внутри у первого подопытного кролика из сегодняшнего списка – лампа производителя ASD.

Крышка снимается довольно легко, практически голыми руками, что, по всей видимости, является производственным недостатком/браком, так как клей на обратной стороне присутствует. При этом светодиодная сборка крепится напрямую к металлическому корпусу лампы, однако теплоотвод организован лишь по внешнему кольцу, что, как читатель, наверное, уже понимает, nicht gut. Например, в тех же лампах E14 и GU5.3 сборка контактирует с теплоотводящим корпусом по всей площади.



Легко заметить, что предоставленный объём используется вольготно, без особых усилий по минимизации размеров драйвера. Электрическая схема представлена на изображении ниже. Она выполнена по уже ставшей классической для ламп с большим корпусом безтрансформатормной понижающей топологии. Расположение 28 светодиодов последовательное, при этом кое-где добавлены SMD резисторы(?). Если кто-то знает, зачем это сделано, то напишите, пожалуйста, в комментариях.



Отдельные светодиоды запакованы в продолговатые корпуса и впаяны между медными контактами, аналогичные SMD-компоненты фирма ASD использует и в лампах GU5.3. На рисунке ниже отчётливо видна граница между двумя такими контактами (тёмно-серая область). Размер самого светоизлучающего элемента 253 на 83 микрона.



Следующей на очереди будут две лампы от компании Gauss мощностью 6.5 и 12 Вт, соответственно. Несмотря на схожесть по многим критериям, данные светодиодные лампы имеют и некоторые различия, например, драйвер, и что самое иментересное – разные светодиоды внутри.

Рассеивающая колба очень удачно закреплена на теле лампы – приходится изрядно попотеть, чтобы выломать (да-да, именно выломать!) её оттуда, ибо клея и герметика в компании Gauss для лампочек не жалеют. Таким образом, совершенно спокойно можно использовать данные лампы в помещениях с высокой влажностью.



Однако лампочки фирмы Gauss имеют ту же проблему, что и ASD, металлический рассеиватель тепла в корпусе лампы соединён с алюминиевой подложкой, на которой закреплены светодиоды лишь по относительно небольшому кольцу вокруг. Конечно, с точки зрения теплофизиков такое решение. быть может, имеет смысл, но всё же…

Про ремонтопригодность
Компания Gauss интересно подошла к данному аспекту. Конечно, я не буду утверждать, что лампы этого производителя полностью ремонтопригодны, а остальные нет. Однако инженеры этой фирмы, очевидно, проработали как момент сборки, так и разборки лампы. Светодиодная сборка на алюминиевой пластине не припаяна намертво к драйверу, как мы можем видеть это повсеместно, а соединяется с помощью нехитрого разъёма. При большом желании, можно распотрошить лампочку, достать драйвер и сборку светодиодов, заменить нужные компоненты (конденсаторы, например) и собрать драйвер с диодами обратно, или, по крайней мере, использовать хороший, «немигающий» драйвер для своих целей!

Сам драйвер выполнен по безтрансформаторной технологии. Блоки светодиодов (всего их 12 штук, каждый в отдельном SMD корпусе) соединены последовательно.



Сапфировая подложка светоизлучающих чипов структурирована, как и у ASD — не один ли завод их, подложки, производит?! LED имеют излучающую поверхность аж в 283 на 140 квадратных микрометров, что является одним из самым большим показателей среди представленных ламп.



Обратимся теперь к лампочке на 12 Вт. Принципиально она мало чем отличается от лампы на 6.5 Вт: аналогичный драйвер, хоть и со своими особенностями, та же пластиковая колба с металлическим кольцом-рассеивателем внутри, аналогичные светодиодные модули, хоть и в большем количестве; однако только эта лампа имеет заливку драйвера специальным компаундом.

Про заливку драйвера
Многоуважаемый LampTester разбирал уже лампу от Gauss. Однако я позволю себе не согласиться с автором в плане организации теплоотвода данной лампы. Электрическая схема и теплоотвод выполнены грамотно: дроссель и один из конденсаторов помещены ближе к горячей зоне лампы, которая окружена металлическим ободом для отвода тепла, тогда как более чувствительная элементы находятся в «холодной части». К тому же, заливка должна увеличивать теплообмен с металлической оболочкой, ибо, как известно, воздух является хорошим теплоизолятором (вспоминаем старые оконные рамы). Аналогичную заливку мы уже видели при разборе лампочки от Оптогана и SvetaLED.




С электрической схемой драйвера возникли некоторые проблемы, поэтому блок где должна находится катушка оставлен под знаком вопроса. С одной стороны, используемая микросхема управления подразумевает безтрансформаторный драйвер, однако с другой стороны используемый дроссель имеет 3 вывода на плату, что, казалось бы, говорит нам о драйвере на базе обратноходового преобразователя, но сопротивлениями между контактами/ногами катушки всего-навсего 1.7, 5.8 и 6.2 Ома, что должно не вписывается в схему гальванической развязки в данном драйвере.



В 12 Вт лампочке установлено аж 32 корпуса с LED. Правда, сами светодиоды имеют несколько иной размер 275 на 148 мкм против 283 на 140 мкм у 6.5 Вт лампочки и отличное расположение контактных дорожек. На первый взгляд LED практически идентичны, однако всё же интересно, с чем это может быть связано: разные партии светодиодов или всё-таки они действительно разные для разных по мощности ламп? Напомню, что под нож шли лампы одной цветовой температуры — 2700К.




Светодиодные модули от одной и той же фирмы могут-таки отличаться – вот это поворот!

И последняя в этом классе, лампочка от компании Supra. Лампочка открывается тяжело, то есть с герметичностью у неё всё в полном порядке: герметика налито достаточно. Контакт нейтральной линии не припаян к самому цоколю, а лишь прижат им, как мы уже говорил в предыдущей части, данный способ фиксации не является самым надёжным – цоколь снять довольно сложно, но можно!

А вот что действительно удивило – светодиодные сборки, закреплённые на вполне гибком текстолите вместо алюминиевой подложки, который в свою очередь термопастой связан с теплоотводящим корпусом. Как следствие, другим положительным моментом стало наличие полноценного теплорассеивателя, а не кольца, как у трёх рассмотренных выше ламп.



Драйвер представленной лампы выполнен на базе технологии… Да, аналогичная история, как и с лампочкой Gauss 12 Вт. Простым прозвоном сложно понять, что представляет собой дроссель с тремя контактами на плате. Поэтому в итоговой таблице хоть эти два драйвера и будут фигурировать под «обратноходовый преобразователь», но скорее всего выполнены они по безтрансформаторной понижающей топологии. Хотя сознательные читатели присылают иногда полезные ссылки, из которых следует, что используемая микросхема подразумевает безтрнсформаторный драйвер.

Теперь проведём немного аналогий. Cветодиоды соединены последовательно-параллельно, как и у лампы ASD (звоночек номер раз).


Наименование управляющей микросхемы — BP2822 от компании BPSemi

Если же мы взглянем на сами светоизлучающие элементы, то окажется, что по габаритам (251 на 83 против 253 на 83 микрона), расположению контактных площадок и микроструктуре, они полностью идентичны светодиодам в лампе компании ASD (звоночек номер два). Да, они упакованы в корпус по две штуки, однако зачастую сам производитель диодов «пакует» их в разные корпуса: по одному, два, три, четыре и так далее. Так что вполне можно выдвинуть предположение, что лампочки ASD и Supra начинены LED-модулями одного и того же производителя. При эквивалентной начинке (драйвер+светодиоды), схожих светотехнических показателях не удивительно, что в рознице стоимость ламп практически не отличается – около 250-270 рублей (август-сентябрь 2015).


Deja vu? Таки да, полная идентичность с лампой ASD

Финальные выводы


Что ж, после такого длительного и где-то не всегда удачного, а где-то исключительно интригующего тестирования светодиодных лампы, а также путешествия по их внутреннему миру, остаётся подвести финальные итоги.
  • Про внешний вид. Как мы могли убедиться, даже те светодиодные лампы, которые кажутся герметичными, на самом деле такими не являются. Поэтому, дорогой мой читатель и покупатель, перед покупкой оных для помещений с повышенной влажностью, обязательно проверь крепление светорассеивателя!
  • Про драйверы. Драйверы всех ламп разделись на два больших лагеря: конденсаторный балласт (сильный коэффициент пульсаций до 10-15%) и безтрансформаторный драйвер (Kp<1%). Обычно, продвинутый драйвер устанавливают в лампы с цоколе E27, тогда как почти все лампы в цоколе E14 и GU5.3 оснащены конденсаторным балластом, дающим сильный коэффициент пульсаций. Приятное исключение составили лампы Gauss GU5.3, которые имеют на борту компактно упакованный безтрансформаторный драйвер. Однако пульсации этих ламп имеют очень высокую частоту – несколько сотен Гц.
  • Про термоконтакт и термоотвод. Многие производители грешат некачественной установкой сборки LED в лампу, в результате чего нарушается термический контакт между алюминиевой или текстолитовой подложкой и теплорассеивателем/радиатором, что, как ни крути, приводит к преждевременному выходу из строя самой чувствительной компоненты – светоизлучающих диодов. Больше всего претензий возникло к компании Pulsar. Плюс, некоторые умудряются клеить сборки на некоторый аналог гелевидного скотча (например, как это делает фирма Wolta).
  • Про подложки для светодиодных сборок. Некоторые производители размеещают светодиодные модули на текстолитовой, а не алюминиевой подложке — очень интересное решение, уменьшающее вес и габариты лампы, но нуждающееся в дополнительном тестировании и проверке, хотя лично мне оно очень нравится!
  • Про светодиоды и технологии их изготовления. По типу структурирования использованной сапфировой подложки лампы разделились на три типа. Условно назовём их: «щит», «звёздочка» и «кольца»:


    Современные технологии текстурирования сапфировых подложек для LED в сравнении

    Некоторые лампы по внешнему виду использованных светодиодов сходны до степени смешения, что вызывает серьёзные вопросы к производителям. Так, например, с некоторой долей уверенности можно утверждать, что светодиоды в лампах компаний ASD и Supra произведены чуть ли не на одном и том же заводе.
  • Про универсальность производства. Как показала практика вскрытия ламп, иногда универсальность производства LED-ламп не является определяющим фактором. Так, например, вроде бы одни и те же лампы от компании Gauss, различающиеся лишь мощностью, имеют как разные драйверы, так и разные светодиоды, мало похожие друг на друга.
  • О световом потоке, мощности и немного о теплообмене. Если мы соберём все геометрические характеристики и связанные с ними удельные характеристики ламп в одной таблице (пренебрегая потерями в драйвере), то увидим, что удельный световой поток и рассеиваемая мощность связаны обратно пропорционально. Лампы некоторых производителей, например, Supra, выдают потрясающие 1500 лм/мм2, однако за это приходится поплатиться 22 Вт рассеиваемой энергии на тот же самый мм2. Здесь-то и настаёт время компромисса и расплаты за «аналог» 100Вт лампочки. К сожалению, это трудноосуществимая задача без перераспределения тепловой энергии, выделяемой на светодиодах, и, соответственно, специальных радиаторов-рассеивателей.




NB: Автор статьи не является профессиональным инженером-электриком, поэтому если вы заметили ошибку или оплошность в схемах, тексте или ещё где-нибудь, то пиши, пожалуйста, в ЛС.

PS: Существует как минимум две подтверждённые фирмы-производителя управляющих микросхем Monolithic Power и BPSemi. Также некоторые reference design от Dialog Semiconductor (совместно iWatt)

PPS: Все схемы нарисованы в бесплатном (open-source) программном пакете QUCS, отыскать которой помог toster.

UPD: Комментарий с D3 принёс интересную информаци о помехах и способах защиты — тут.



Полный список опубликованных статей «Взгляд изнутри» на Хабре и GT:

Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT, более обстоятельная статья дана тут: Современные чипы – взгляд изнутри
Взгляд изнутри: CD и HDD
Взгляд изнутри: светодиодные лампочки
Взгляд изнутри: Светодиодная промышленность в России
Взгляд изнутри: Flash-память и RAM
Взгляд изнутри: мир вокруг нас
Взгляд изнутри: LCD и E-Ink дисплеи
Взгляд изнутри: матрицы цифровых камер
Взгляд изнутри: Plastic Logic
Взгляд изнутри: RFID и другие метки
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 1
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 3
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 4
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 1
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 2
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 3
Взгляд изнутри: IKEA LED наносит ответный удар
Взгляд изнутри: а так ли хороши Filament-лампы?

и 3DNews:
Микровзгляд: сравнение дисплеев современных смартфонов

Во-вторых, помимо блога на HabraHabr, статьи и видеоматериалы можно читать и смотреть на Nanometer.ru, YouTube, а также Dirty.
Евгений @Tiberius
карма
592,5
рейтинг 0,0
Учёный-исследователь, химик и нанотехнолог
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (24)

  • +3
    Это не совсем резисторы в первой лампочке, это резисторы-перемычки с нулевым сопротивлением. Видимо, под ними проходит дорожка.
    • 0
      Хорошо, а тогда встречный вопрос: зачем они нужны, почему бы не поставить ещё парочку диодов?
      • +5
        Это добавит ещё 4...6 вольт к выходному напряжению. Там видимо всё строго рассчитано и дополнительные диоды попортят малину.
  • 0
    Такой подробный и профессионально выполненный обзор! Большое спасибо!

    Вопрос к вам как профессионалу — можно ли найти светодиодные ламны с честным цветом 2700K на рынке? Каждый раз когда покупаю лампочки с таким шильдиком оказывается, что светодиоды в ней просто выкрашены неким желтым красителем…
    В чем основная проблема в производстве светодиодов более «теплых» цветов?

    Проблема с обычными лампами в том, что почти все они светят холодным 3000K и более цветом, а на мой взгляд они очень плохо (как в операционной) смотрятся в интерьере.
    • 0
      Всегда пожалуйста!

      А что значит честные 2700К?! Ведь не только температура важна, но и цветопередача (CRI). Если найти лампочку на 3000К, но с CRI 90-95, то будет отличный мягкий жёлтый и главное яркий свет. Говорят, IKEA хороша в этом плане, но их буду потестить чуть позже:)
    • 0
      Свет как в операционной это от 5000 и выше.
      • 0
        У каждого своя операционная)))
    • 0
      Ищите лампы с маркировкой 827 или 927, я в свое время писал про это применительно к люминесцентным лампам. Основная проблема «желтых» ламп в том, что желтый люминофор выгорает быстрее всего, и они быстрее теряют яркость. Практика показывает, что к 3000-3300К в жилых помещениях быстро привыкаешь, к тому же спустя год-другой лампы все равно пожелтеют из-за выгорания люминофора.
      • 0
        А где это смотреть?! На коробках моих ламп такой маркировки я что-то не видел. Поделитесь знанием уж, пожалуйста!
        • +1
          Это международная маркировка ламп. Если лампа соответствует определенным стандартам освещения, то эту информацию пишут везде: и в названии, и на коробке, и на лампе. Подобные лампы легко находятся в гугле: светодиодная лампа 827. Если такой маркировки нет, то производитель, скорее всего, не заморачивается ни на нормальную цветопередачу, ни на соответствие цветовой температуры и лампа может светить как угодно. Лотерея, в общем.
  • 0
    Эх, ещё бы разницу между Gauss и Gauss Elementary понять, почему там заявляют разные и время работы, и гарантию, да и цена разная.
    • 0
      Может быть используются более дешёвые компоненты и модули не так надёжны?!
      Будет время — постараюсь посмотреть:)
  • +1
    Поставил на кухне 4 светодиодных лампочки-шарика. Кажется, Chamelion Navigator 3000К. Дочка, 5 лет, периодически жаловалась — «глазки болят». Пошел в тот же магазин, продавец сказал, что да, такое может быть, и поэтому светодиодные лампы запрещены в детских садах.

    Купил обычные накаливания, теперь не жалуется. То есть светодиодные лампы небезопасны для глаз?
    • 0
      Зависит от лампочек, от драйвера, от CRI…
      Драйвер — опять-таки мерцает или нет. Можете попробовать поискать на сайте lamptester свою лампочку.
      То есть CRI — насколько лампочка хорошо светит, низкое CRI — вроде и светит, но не светло, высокое CRI — приближенно к обычной накаливания.

      Мне всё же кажется, что это из-за пульсаций светового потока!
      • 0
        От низкого cri глаза болеть не могут, да и от пульсаций тоже вряд ли.
        Это, наверняка, габаритная яркость, т.е. слепящий эффект.
        • 0
          Это как это?!

          Вы покупаете лампочку на 60Вт (написано так на упаковке), а получаете лампочку на 25-30Вт, т.е. свет какой-то тусклый от неё получается — разве от этого глаза не могут болеть?!

          Мерцание светового потока — сядьте напротив стробоскопа минут на 15-20, голова заболит, глаза вытекут — это ощеизвестный медицинский факт.
  • 0
    Закончились запасы ламп накаливания, пошел покупать: 40, 60, 75 и 95 Вт — всех по пять штук. Всего получилось 20 ламп по 14 рублей, итого заплатил 280 рублей, что составляет стоимость одной средненькой светодиодной лампы.
    То есть разница по стоимости впечатлила!
    По теплому спектру тоже.

    Несколько лет назад читал про технологию, (тонкости уже забыл) по которой на нить накала наносится некоторое вещество, которое преобразует тепло от нити накала в свет с высоким КПД. Стоимость лампы при этом повышается на копейки. Якобы можно было легко внедрить технологию на ламповых заводах, что замедлит искоренение ламп накаливания.
    Ничего нового по этой теме не слышно?
    • 0
      Да, лампочки Ильича безусловно дёшевы в сравнении с LED.

      Про такую технологию, к сожалению, не слышал. Есть какие-нибудь ссылки?!
      • +1
        Ссылка на статью Лампочка ВасИльича.

        Часть статьи.
        Придумал Юрий Васильевич Макаров, старший научный сотрудник Московского авиационного института. Лампа Макарова (коллеги изобретателя называют ее в шутку «лампочкой ВасИльича») выполнена на базе стандартной электролампочки накаливания с металлическим цоколем, с той лишь разницей, что внутри основной колбы нить накаливания помещена ещё в одну тонкостенную колбу, расположенную в зоне максимальных температур (1000-2000 градусов С) и выполненную из металлической сетки или жаростойкой ткани (асбест, углеткань). На эту колбу равномерно нанесён слой высокотемпературного люминофора. После включения такой лампы спираль почти мгновенно разогревает люминофор до 1500 градусов С, и он превращает поглощаемую тепловую энергию в световое излучение.
        В качестве высокотемпературного люминофора — вещества, которое под воздействием температуры начинает светиться, могут использоваться, например, сульфид цинка, активированный катионами меди, или соли натрия и калия, активированные катионами других металлов. Яркость лампы в целом обещает быть в 2-3 раза больше яркости спирали, разогревающей люминофоровую колбу. Поэтому светоотдача новой лампочки мощностью 40 Вт будет эквивалентна светоотдаче обычной лампы накаливания мощностью примерно 150 Вт. При этом экономия энергии составит 70-80%.
        Для организации массового выпуска новых ламп накаливания с абсолютно безвредной термической люминесценцией потребуется лишь минимальная модернизации существующего лампового производства. Стоимость одной новой лампочки по расчётам Ю.Макарова не превысит 10 рублей.


        Светоотдача новой лампочки мощностью 40 Вт будет эквивалентна светоотдаче обычной лампы накаливания мощностью примерно 150 Вт. При этом экономия энергии составит 70-80%.
        • +1
          Вот еще видео с выставки, правда звук там плохой.
        • 0
          Сразу видится мне две проблемы…
          1. Асбест запрещён, углеткань, как ни крути будет гореть...(((
          2. Высокотемпературные люминофоры… Хм, ZnS плавится при 1000-1100 градусах или около того, а соли натрия и калия хорошо возгоняются

          И да, таки странно, что редакторы Науки И Жизни такое пропустили в печать
          • 0
            Причем, надо заметить, натриевые лампы используются и поныне и имеют довольно высокий КПД. Но… все эти пресловутые «Но...»! Они сыскали свою нишу в лампах уличного освещения и очень мощных лампах. В быту не прижились своей опасностью и необходимой обвязкой а следовательно и дороговизной решения.
            • 0
              Но… не всё так просто. Даже если сравнить LED и натриевую газоразрядную, окажется, что тот же самый CRI как-то не очень и она годится только для освещения улиц в ночное время, когда нужно хоть какое-то экономное (тут правда Ваша!) освещение.

              Если срастётся с Оптоганом и площадкой для тестирования, то быть может, организуем замену натреивой лампы на LED и посмотрим, что в итоге получилось)
          • 0
            Разгадка проста — в редакции НиЖ нет людей, хорошо разбирающихся в современных электронных технологиях…
            И да, калильные светильники были изобретены в 19 веке.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.