И это все о них!



В предыдущей статье мы коротко рассмотрели историю развития и некоторые из важнейших технических характеристик светодиодных ламп. Теперь нашей задачей становится описание на примере реальных устройств того, как отражаются конструктивные особенности этих ламп на их потребительских характеристиках.
Но сначала попробуем сформулировать те требования, которые предъявляет к любым источникам света потребитель. Итак, во-первых, лампа должна давать достаточно света, причем привычного и удобного для зрения. Во-вторых, не требовать слишком больших затрат как на покупку, так и на эксплуатацию. И, в-третьих, требовать от пользователя как можно меньше усилий на обслуживание, ремонт и замену вышедших из строя светильников.




Следует совершенно четко понимать, что требования эти противоречивы и любой тип источника света представляет собой оптимизированное по одному из параметров решение. И производитель, и потребитель всегда оценивают тот или иной товар с точки зрения приоритетности различных его характеристик для конкретных условий. Например, от лампы с высоким коэффициентом цветопередачи сложно ожидать высокой светоотдачи. Также важным фактором является экономика. Например, для редко посещаемой домашней кладовки большой срок службы и высокая экономичность светодиодной лампы вряд ли перевесят значительно большую, чем у лампы накаливания, цену. А там, где лампа включается часто и работает продолжительное время, экономический эффект может быть значительным.


Рис. 1. Зависимость прямого тока через светодиод от окружающей температуры, силы света от прямого тока и силы света от окружающей температуры

Когда речь идет о светодиодах, главное не ватты, а люмены!

На протяжении более 100 лет использования ламп накаливания все мы привыкли на интуитивном уровне оценивать необходимое количество света в ваттах. Обычными являются прикидки типа «Для освещения этой комнаты мне нужна люстра на три 75-ваттных лампы». Что это означает? Типовая светоотдача ламп накаливания составляет 12,6 лм/Вт. Следовательно, световой поток от трех ламп будет равен 3 × 75 × 12,6 = 2 835 лм. Сколько нужно взять 10-ваттных светодиодных ламп, чтобы они имели такой же световой поток? Однозначного ответа нет! Если взять лампы со светоотдачей 50 лм/Вт, то их нужно шесть (и новую люстру). Если 100 лм/Вт, то хватит трех. Когда речь идет о светодиодах, главное не ватты, а люмены!




Еще одной отличительной чертой светодиодов является то, что они работают при малых напряжениях питания (около 3–3,5 В), причем, как и у любых других полупроводниковых диодов, незначительные изменения этого напряжения вызывают очень большое изменение тока и, следовательно, яркости свечения. Поэтому для поддержания постоянной яркости необходимо обеспечить постоянство тока через светодиод. Отметим, что характеристики светодиодов даже в пределах одной партии несколько различаются, из-за чего при параллельном их соединении светиться они будут по-разному, что всегда выглядит не очень эстетично. Поэтому в большинстве случаев светодиоды в лампе соединяют последовательно, а постоянство тока через них обеспечивается специальной электронной схемой — драйвером. В зависимости от конкретной модели светильника этот драйвер может быть как встроен в лампу, так и выполнен в виде отдельного блока. В первом случае лампу можно без дополнительных усилий и затрат использовать в качестве замены обычных ламп накаливания, однако второй вариант дает гораздо больше возможностей при конструировании светильников для специальных условий. Кроме того, необходимость обеспечения совместимости с присоединительной арматурой ламп накаливания (патронами и цоколями) и минимальной стоимости существенно ограничивает возможности создателей ламп в выборе конструкции драйвера. Наиболее дешевым является включение последовательно со светодиодом гасящего конденсатора и выпрямительного моста (так как для питания светодиода необходим постоянный, а не переменный ток). Однако этот широко используемый вид драйвера, помимо очевидных достоинств (простоты, дешевизны, малых потерь энергии), имеет и некоторые недостатки.

Самым распространенным из них является сложность обеспечения заданной величины тока через светодиоды. Это вызвано и довольно большим допуском на напряжение питающей сети, и дороговизной высоковольтных конденсаторов с малым разбросом емкости. Кроме того, такая конструкция не позволяет защитить лампу от бросков напряжения в питающей сети. Однако грамотное проектирование и тщательный выходной контроль изготовленных ламп позволяют ослабить указанные недостатки (например, используя гасящие конденсаторы с высокой стабильностью параметров). К сожалению, в погоне за снижением себестоимости многие производители выбирают комплектующие подешевле и сильно снижают требования к

Непродуманная конструкция (температура светодиодов 126,3 °С)

Продуманная конструкция (температура светодиодов 88 °С)

Рис. 2. Термограммы корпуса лампы и платы светодиодов двух различных ламп A60 мощностью 10 Вт

Наглядно увидеть это можно на рис. 2, где приведены термограммы похожих ламп разных производителей.

Есть еще несколько параметров, отражающих пользовательские свойства ламп. Например, отечественные стандарты требуют соблюдения допустимого уровня пульсаций светового потока. На практике при использовании современных драйверов это требование выполняется автоматически. Иногда для пользователя существенна возможность регулирования яркости с помощью ранее приобретенных регуляторов (диммеров) для ламп накаливания, но это возможно не для всех типов светодиодных ламп или только с помощью специализированных устройств.

И, наконец, последнее по месту, но далеко не последнее по важности обстоятельство. Ни для кого давно уже не секрет, что подавляющее большинство светодиодных ламп независимо от компании-изготовителя и типа лампы производится на заводах Юго-Восточной Азии, в основном в Китае, причем зачастую изделия разных фирм изготавливаются на одном и том же предприятии. Вызвано это вполне понятными соображениями дешевизны рабочих рук и производства. Однако качество и параметры изделий при этом могут отличаться очень и очень значительно, даже тех, что выпущены одним и тем же заводом!
И одним из наиболее важных факторов, определяющих результат, являются требования фирмы-заказчика. Недобросовестные бренды изначально закладывают удешевление конструкции в ущерб качеству. В процессе производства неизбежны различные сложности, и только тщательный контроль может гарантировать соответствие продукции заявленным требованиям. Стоит отметить, что многие фирмы в погоне за покупательским интересом зачастую завышают характеристики своих изделий, причем иногда — вполне законными методами (например, указывая не типовые, а максимально возможные значения, достигаемые только в лабораторных условиях), поэтому, учитывая далеко не малую стоимость светодиодных ламп, при их покупке обязательно стоит тщательно оценивать и их параметры, и соответствие их реальности. Понятно, что такая оценка в полном объеме не под силу рядовому потребителю, которому ничего не остается, как довериться системе качества компании-заказчика, то есть надеяться на бренд.


СКОЛЬКО СВЕТОДИОДОВ НУЖНО?
В настоящее время в системах освещения применяются светодиоды мощностью от 0,06 до 3 Вт. Но организовать адекватное охлаждение мощных 3-ваттных светодиодов значительно сложнее, чем 0,5-ваттных, да и стоят они в пересчете на равные световые потоки несколько больше. Все это приводит к тому, что в большинстве светодиодных ламп используется не один, а несколько светодиодов, что, помимо всего прочего, еще и упрощает получение нужной направленности излучения.


Теперь рассмотрим принципы работы светодиодов и попробуем выяснить, как они сказываются на характеристиках ламп и светильников на их основе. Светодиоды излучают свет при прохождении электрического тока через p-n-переход, сформированный в полупроводниковом материале. Далее этот свет переизлучается люминофором. При этом цвет свечения полностью определяется материалом полупроводника и люминофором, а генерируемый световой поток в широком диапазоне значений пропорционален протекающему току. Однако при достижении определенной величины тока (зависящей от конструкции светодиода) рост светового потока замедляется (рис. 1). Кроме того, светоотдача (то есть отношение величины светового потока к электрической мощности, подаваемой на светодиод) резко падает с ростом температуры p-n-перехода, и при очень высоких температурах начинается необратимое ухудшение свойств светодиода (так называемая деградация). Причем максимально допустимая рабочая температура светодиода значительно ниже, чем для ламп накаливания или люминесцентных ламп, и обычно не превышает 85–100 °С. В то же время работающий светодиод производит довольно значительное количество тепла, хотя и гораздо меньше, чем лампа накаливания, но размеры светодиода слишком малы, чтобы естественное охлаждение окружающим воздухом было достаточно эффективным. В результате величину максимально допустимой мощности единичного светодиода и, соответственно, создаваемого им светового потока ограничивают возможности системы охлаждения, которая должна быть простой, надежной и дешевой.


контролю качества, превращая покупку светодиодных ламп в лотерею для покупателя.

И вот здесь мы переходим к еще одному важнейшему параметру источников света — к их надежности. Как и для всех других промышленных изделий, надежность ламп оценивается сроком службы. Однако, если у ламп накаливания окончание срока службы выражается в обрыве нити накаливания, что приводит к невозможности их дальнейшего использования, то у светодиодных, как правило, — в падении силы света более определенного значения (обычно до 50 или 70 % от номинального уровня). Типичным сроком службы является 30, 50 и более тысяч часов, в отличие от ламп накаливания, у которых срок службы составляет всего 1 000 ч. Однако, как уже говорилось, светодиоды крайне чувствительны к эксплуатации при повышенных температурах, что может очень сильно сократить заявленный производителем срок жизни, а это сведет на нет все преимущества от их использования. Причем во многих случаях перегрев может происходить не только из-за качества самих ламп, но и из-за неправильной их эксплуатации. Например, размещение их в замкнутых плафонах или неправильная ориентация (что затрудняет циркуляцию воздуха около радиатора) часто может привести к перегреву и выходу лампы из строя. К счастью, соблюдение правил эксплуатации поможет надолго забыть о замене ламп, особенно если изготовитель лампы в погоне за дешевизной не выбирает некачественные комплектующие или ненадежные конструкции.


Впрочем, такое же положение было и с лампами накаливания и с компактными люминесцентными лампами. Но если при покупке дешевого товара можно было не затруднять себя выбором бренда, то с недешевыми светодиодными лампами бренд приобретает решающее значение.


ПУЛЬСАЦИЯ ОСВЕЩЕННОСТИ
Нормы по уровню пульсаций существуют только у нас в стране и в некоторых странах ближнего зарубежья. Пульсации вызваны в первую очередь переменным характером сетевого напряжения и, как правило, имеют частоту 100 Гц. Человек эти пульсации не замечает, но проведенные еще в советское время исследования показали, что они воспринимаются мозгом и могут вызывать напряжение в глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе и головную боль. Воздействие света на организм человека изучено мало, но допустимым считается уровень от 5 до 20 %, в зависимости от характера деятельности.



* Кустарное изделие или произведение
низкого качества.