No Image

Температурный режим работы светодиодных ламп

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Осторожно! Сделано в Китае

Прежде всего, следует отдать должное огромному разнообразию, отличному дизайну, простоте, продуманности и низкой цене изделий промышленности Поднебесной. Большой ассортимент созданных в Китае промышленных светодиодных светильников теперь доступен на рынке СНГ. Кроме того, предлагается немало светильников местной сборки, но созданных из китайских «конструкторов». Практически вся эта продукция определяется поставщиками как крайне надежная, работающая в самых сложных климатических условиях, в широком диапазоне питающих напряжений и, зачастую, почти в астрономическом диапазоне температур.

Закономерен вопрос, насколько можно доверять заявленным характеристикам и получит ли предприятие, использующее такие светильники, ожидаемую экономию?

В нашей компании была проведена большая работа по разработке, изготовлению и испытаниям светильников с модульными светодиодами COB (Chip on Board – кристалл на подложке, читается КОБ). Основная задача при этом – определение температурных режимов, обеспечивающих длительную эксплуатацию в диапазоне воздействия окружающей среды, которые установлены техническими условиями. Был разработан математический аппарат расчета радиаторов охлаждения. Температуры готовых изделий замерялись контактными и бесконтактными измерителями, в том числе тепловизором Fluke.

Сделаем небольшое отступление, чтобы пояснить значимость температурных режимов для работы осветительных светодиодов.

На модели десятиваттного светодиодного модуля белого света (Рис. 1) показаны основные составляющие. Излучающие синий свет кристаллы размещаются на массивной, обычно медной с покрытием серебром, подложке и залиты коллоидным раствором желтого люминофора. В светильнике модуль через тонкий слой теплопроводящей пасты монтируется на радиаторе, рассеивающем тепло в окружающую среду.

Рис. 1. Модель 10-ти ваттного светодиодного модуля

Максимальная указываемая разработчиками неразрушающая температура функционирования кристаллов обычно не превышает 135-150 °C. Но такой нагрев приводит к деградации структуры полупроводников и постепенному снижению светового потока. Для сохранения большей части потока при длительной эксплуатации температура кристаллов должна быть много ниже.

Так как непосредственное измерение температуры кристаллов затруднено, принято нормировать температуру подложки, учитывая тепловое сопротивление кристалл-подложка. Перепад температур между кристаллами и подложкой меняется в зависимости от мощности модуля, режимов охлаждения и внешних условий. В среднем перепад температур составляет примерно 20 °C.

На рисунке 2 приведен график работоспособности светодиодных модулей в зависимости от рабочей температуры по данным тайваньской компании «Huey Jann Electronics Industry», специализирующейся на выпуске светодиодных модулей COB. Сохранение 70% светового потока после 50 тыс. часов эксплуатации возможно, если температура подложки составляет не более 60 °C, а температура кристаллов, соответственно, не превышает 80 °C.

Каким должен быть охладитель, обеспечивающий такой режим работы? Речь, прежде всего, о пассивных радиаторах, рассеивающих тепло за счет естественной конвекции воздуха и излучения.

На теплоотвод влияет много факторов. Большое значение имеет температура окружающей среды. Но также важны ориентация радиатора в пространстве, конфигурация, материал и свойства поверхности радиатора и многое другое. Все эти параметры будут рассмотрены в другой раз. Пока ограничимся оценкой размеров радиатора относительно температуры окружающей среды.

Рис. 2. Зависимость работоспособности светодиодных модулей от температуры

Один из часто применяемых в китайских светильниках радиаторов показан на рисунке 3. Такие охладители обычно поставляют со светодиодными модулями от 30 до 150 Вт. Высота радиатора при установке 50-ти ваттного модуля – 100 мм, площадь поверхности 3480 см 2 . Указанные размеры даются большинством изготовителей светильников и рекомендуются производителями самих радиаторов.

Рис. 3. Экструдированный алюминиевый радиатор диаметром 160 мм

Расчеты показывают, что на этом радиаторе при 50-ти ваттной нагрузке и температуре окружающей среды 40 °C в наиболее благоприятном случае температура подложки достигнет 100 °C. Светильник будет работать некоторое время, но быстрое уменьшение светового потока сведет на нет все преимущества светодиодного освещения. Обеспечить нормируемые 50 тыс. часов работы возможно только в условиях температуры окружающей среды не выше 10-15 °C. Очевидно, что такой режим эксплуатации неприемлем. Еще хуже обстоят дела с рассеиванием большей мощности, так как рекомендуются и поставляются радиаторы с меньшим соотношением площади поверхности на ватт отводимой мощности.

Светильники с большим количеством маломощных светодиодов поверхностного монтажа здесь не рассматриваются. Их применение гораздо важнее не в промышленном, а в офисном или бытовом приложении. Можно только отметить, что хотя они имеют несколько иные характеристики, проблемы теплоотвода и эксплуатации на предельных температурах присутствуют и там, и зачастую в гораздо большей степени. Справедливости ради важно отметить, что по выкладкам компании-изготовителя осветительных светодиодов «Edison», требуемые для охлаждения площади могут быть меньше, чем при использовании светодиодных модулей. К сожалению, их расчеты слишком упрощены и не приводится подтверждающая информация из практики применения.

Проблема высокой эксплуатационной температуры кристаллов светодиодов в осветительной технике не осталась незамеченной изготовителями. Предлагается довольно много иных вариантов охладителей, но практически всегда финансовая выгода преобладает над показателями надежности.

Увы, предельная экономия на материалах в изделиях китайской промышленности не обошла стороной и область промышленного освещения. У потребителя остается право критически относится к предлагаемой продукции и требовать от поставщиков обоснованные характеристики того или иного светодиодного светильника.

Наше предприятие при разработке элементов охлаждения исходило из требований технических условий, по которым максимальное значение температуры окружающей среды 40 °C не должно влиять на работоспособность и срок службы светильника.

Рассчитанные согласно этим требованиям радиаторы для 50 Вт подводимой мощности должны иметь охлаждающую поверхность около 200 дм 2 . Это почти в шесть раз больше, чем у китайских аналогов. Меньшая площадь приводит к повышению температуры кристаллов и сокращению срока службы. В частности, на одном из опытных образцов светильника со светодиодом мощностью 50 Вт фирмы «Edison», размещенном на радиаторе площадью 90 дм2, замеры температуры показали следующую картину (Рис. 4). На рисунке указана температура в градусах Цельсия. Максимальная температура кристаллов при этом замере 89,8 °C, температура подложки 60 °C, температура окружающей среды во время измерения 22 °C. И хотя этот режим можно признать допустимым, любой рост температуры окружающего воздуха или ухудшение условий конвекции могут привести к ускоренному снижению светового потока.

Читайте также:  Картофель зорачка описание сорта фото отзывы

Рис. 4. Изображение светодиода 50 Вт, сделанное тепловизором Fluke

Размер площади охлаждения 90 дм 2 был выбран на основании рекомендаций по применению тайваньской компании «Edison Opto Corporation». Для модулей 50 Вт компания предлагает использовать охладитель площадью 70-73 дм 2 .

Таким образом, следует очень внимательно относиться к импортной светодиодной осветительной технике с точки зрения заявляемых параметров долговечности и условий функционирования, если от нее ожидается существенная экономия ресурсов, как в плане уменьшения энергопотребления, так и в плане длительного срока эксплуатации.

Что такое светодиод?
Светодиод представляет собой полупроводниковое устройство, испускающее излучение в оптическом диапазоне при пропускании через него электрического тока.

От чего зависит цвет излучения светодиодных ламп?
Цвет излучения светодиодных ламп зависит от того, какой полупроводниковый материал используется для изготовления светодиодов. То есть, цвет свечения светодиодных ламп не зависит ни от напряжения, ни от температуры, а исключительно от типа используемого полупроводника и примесей, включенных в его состав.

В какой части спектра могут работать светодиодные лампы?
Светодиодные лампы могут испускать свет в любой части оптического диапазона, а также в инфракрасной и ультрафиолетовой (невидимые глазом) областях спектра. Кроме того, существуют светодиодные лампы, способные светить в широком спектре и давать белый свет, близкий по своим характеристикам к дневному свету.

Каков срок службы светодиодных ламп?
Срок службы светодиодных ламп составляет от 50 000 до 100 000 часов работы, что в разы превышает срок службы любого другого источника света. Однако нужно помнить, что под конец этого срока яркость свечения светодиодной лампы может снизиться до 30%.

Могут ли светодиодные лампы работать при низких и высоких температурах окружающей среды?
Они прекрасно работают в диапазоне температур, соответствующем климату России от самых низких температур на севере страны до высоких температур южных регионов, хотя светодиодные лампы не стоит подвергать аномально высоким температурам.

Для чего нужен драйвер?
Драйвер/блок питания/адаптер предназначен для того, чтобы преобразовать напряжение сети (220 вольт) в рабочее напряжение светодиода (12 или 24 вольта). Кроме того, такое устройство играет роль стабилизатора, обеспечивающего высокую стабильность напряжения, подаваемого на светодиод.

Где могут применяться светодиодные лампы?
Область применения светодиодных ламп практически не ограничена. Они могут использоваться в качестве различных индикаторов в бытовых и промышленных устройствах, для освещения (декоративного, дежурного и основного) помещений, для устройства наружной рекламы, в качестве источников света в фонарях, светофорах и пр., в игрушках и USB-устройствах, для подсветки ЖК экранов и мониторов, а также в огромном количестве разнообразных устройств.

Как понять, что светодиодную лампу пора менять?
Светодиодные лампы по мере старения имеют свойство несколько снижать яркость своего свечения. Однако не всякое снижение яркости служит поводом для их замены. Критическим считается снижение яркости на 30% от первоначального уровня. Только в этом случае можно считать, что светодиод выработал свой ресурс. И, разумеется, поводом для замены светодиодной лампы служит полное прекращение ее работы.

На какие параметры светодиодной лампы нужно обратить внимание?
Основными параметрами светодиодных ламп, на которые нужно обратить внимание при покупке – это цвет светодиодной лампы, рабочее напряжение, диаграмма направленности светильника и светоотдача на 1 ватт потребленной мощности. Еще необходимо знать рабочее напряжение для приобретения соответствующего адаптера. Цвет свечения светодиодной лампы и диаграмма направленности необходимы для того, чтобы правильно подобрать их, исходя из того, в каком помещении и с какой целью они будут применяться. Последний параметр характеризует экономность светодиодной лампы. Чем больше светоотдача, тем большую экономию вы получите от применения лампы.

Можно ли изменять яркость светодиодных ламп?
Можно. Яркость светодиодных ламп изменяется в довольно широких пределах, однако делать это простым снижением напряжения нельзя, больше того, делать это нельзя. Для регулировки яркости свечения светодиодной лампы используется метод широтно-импульсной модуляции и осуществляется он при помощи специального устройства – блока управления, который нередко применяется совместно с контроллерами. При использовании метода ШИМ регулируется не напряжение, подаваемое на светодиод, а частота сигнала, доходящая до тысяч герц.

Каковы преимущества светодиодных источников света?
Светодиоды имеют целый ряд преимуществ, которые делают их весьма выгодным приобретением: низкое потребление электроэнергии, длительный срок службы, высокая механическая и вибрационная стойкость, широкий спектр цветов и направленностей, низкое рабочее напряжение, возможность регулирования яркости в широких пределах, высокая безопасность.

Каковы недостатки светодиодных источников света?
По мнению большинства экспертов, основным и главным недостатком светодиодов является их цена, которая на данный момент довольно высока. Однако по мере развития технологии получения светодиодов она будет снижаться.

Можно ли применять светодиодные светильники в замкнутых пространствах (шкафах и т.д.)?
Да, более того, эти источники света как никакие другие подходят для этого. Ведь они мало нагреваются и, благодаря этому, не имеют высоких требований к отводу тепла в окружающую среду.

Читайте также:  Эмаль аэрозольная parade spray paint

Пожароопасны ли светодиодные светильники?
Нет. В связи с тем, что светодиодные лампы очень слабо нагреваются, они не могут вызвать воспламенение даже легковоспламеняющихся материалов (например, пластика).

Могут ли светодиодные лампы применяться в сырых помещениях (подвалах, банях и т.д.)?
Да. Это связано с тем, что рабочее напряжение светодиодных источников света не превышает 24 вольт, что сводит риск поражения электрическим током, в результате попадания влаги или воды, к нулю.

Вредно ли излучение светодиодных ламп для глаз и организма человека?
В отличие от люминесцентных (энергосберегающих) ламп, светодиодные лампы, во-первых, не имеют мерцаний, во-вторых, обладают коэффициентом цветопередачи равным 1. Это делает их максимально безопасными и комфортными для глаз человека. Кроме того, свет таких ламп не вызывает аллергию и не вредит коже человека. То есть, можно говорить о полной безвредности светодиодных ламп, чем не может похвастаться ни один другой источник света (кроме Солнца, разумеется).

Можно ли просто заменить стандартную лампочку накаливания светодиодным светильником?
Существующие лампочки накаливания или энергосберегающие люминесцентные лампы имеют цоколь Е-27 или Е-14 (миньон) и для их замены на светодиодные лампы необходимо всего лишь приобрести светодиодную лампу с соответствующим типом цоколя. После этого, нужно всего лишь выкрутить старую неэффективную лампу и вкрутить вместо нее энергосберегающую.

Какова годовая экономия от замены 10 ламп накаливания мощностью 100Вт?
Максимальная мощность светодиодной лампы, обеспечивающей такое же свечение, как лампочка накаливания мощностью 100Вт, составляет 10 Вт. Допустим, что такая лампа работает не более 5 часов в день, а стоимость электроэнергии составляет 3 руб./кВт. Таким образом, за 18250 часов работы 10 ламп в год будет сэкономлено почти 1643 кВт, что в деньгах выражается суммой почти в 5000 рублей (175 долларов). И это всего за 1 год!

Можно ли использовать диммеры со светодиодными светильниками?
Можно. Однако это можно делать не для всех светодиодных ламп. О возможности применения диммеров производитель, как правило, указывает в характеристиках к светодиодной лампе. Однако светодиодную лампу можно подключать к диммеру с применением специального устройства.

У нас в деревне очень нестабильное напряжение. Можно ли использовать светодиодные лампы без применения стабилизатора?
Да, можно. Ведь светодиодные лампы подключаются через адаптер, который не только снижает напряжение с 220 вольт переменного тока до 12 (24) вольт постоянного тока, но и выполняет функции стабилизатора напряжения. В итоге, на выходе адаптера получается довольно стабильное напряжение. Однако даже в том случае, если бы светодиодный источник света был предназначен для включения в сеть без адаптера, то и в этом случае он работал бы стабильно, ведь светодиодные лампы способны работать при перепадах напряжения в широком диапазоне, не выходя из строя и не прекращая работы.

Мой дом не подключен к сети переменного тока и для обеспечения собственных нужд я использую дизельный генератор. Могу ли я поменять в доме лампы накаливания на светодиодные?
При использовании светодиодной лампы не имеет значения, как получена питающая ее электроэнергия. Важно, чтобы напряжение соответствовало параметрам, на которые рассчитана лампа или установленный перед ней адаптер. На сегодняшний день, многие генераторы обеспечивают даже более высокое качество напряжения чем то, которое есть в централизованной сети электрического тока и, следовательно, их применение абсолютно безопасно.

Можно ли подобрать светодиодные ленты, которые будут служить постоянным источником света в помещении?
Изначальное назначение светодиодных лент – это подсветка различных дизайнерских элементов помещения (ниш, потолков, плинтусов и т.п.). Именно с этой целью они применяются в большинстве помещений, однако это не значит, что они не могут использоваться в качестве основного освещения. На современном рынке электроосветительного оборудования широко представлены светодиодные ленты, которые можно использовать в качестве источников основного освещения. Такие ленты могут иметь удельную мощность 28 ватт на погонный метр светодиодной ленты и даже 36 ватт на метр. Иначе говоря, светодиодная лента длиной всего 3 метра дает мощность, большую, чем лампочка накаливания мощностью 100 ватт. Этого вполне достаточно для основного освещения небольшого помещения. Для освещения больших помещений используются ленты большей длины.

Какие светодиодные источники света на данный момент являются самыми популярными у жителей нашей страны?
На сегодняшний день самыми популярными светодиодными изделиями на нашем рынке являются:
– светодиодные ленты, которые широко используются в декоративных целях;
– прожектора, применяемые для подсветки зданий и территории;
– светодиодные лампы с патроном Е27, которые предназначены для замены стандартных ламп накаливания и люминесцентных ламп;
– светодиодные лампы с патроном mr16 или gu10, служащие для замены галогенных ламп с таким же типом патрона.

Последние два типа светодиодных ламп позволяют быстро легко получить видимую экономию электроэнергии, что делает их особенно привлекательными.

Абсолютное большинство людей при покупке светодиодной лампы обращают внимание на два параметра – цена и яркость (световой поток). На самом деле существует еще десяток критериев выбора, которым следует уделить внимание.

Основные критерии выбора: производитель, световой поток (яркость), мощность, напряжение питания, цветовая температура, тип цоколя, угол рассеивания, размеры.

Дополнительные критерии: возможность диммирования, диапазон рабочих температур, пульсация светового потока.

Давайте разбирать каждый пункт технических характеристик подробно.

Производитель

При выборе светодиодов желательно отдать предпочтения хорошо известным маркам. Возможно Osram и Philips будут дороже Superledstar, но и уверенности в том, что характеристики будут соответствовать заявленным на упаковке больше.

Читайте также:  Имитация бруса в новокузнецке

Если стоимость готового изделия не является первостепенным фактором при покупке, выбор нужно делать в пользу именитых производителей.

Световой поток

Для большинства светодиодных лам световой поток 80-100 лм/Вт. Существуют светодиоды на СОВ технологии, у которых световой поток достигает 180 лм/Вт, но в изделиях бытового назначения их не используют. В китайских лампочках нормальная яркость – 70-80 лм/Вт.

Мощность

Мощность светодиодной лампы – производное от светового потока, либо наоборот. Следует учесть, что в параметрах светодиодов указывается суммарная мощность лампы и драйвера.

Таблица соотношения мощности и светового потока
Мощность светодиодов, Вт Величина светового потока, Лм
3-4 250-300
4-6 300-450
6-8 450-600
8-10 600-900
10-12 900-1100
12-14 1100-1250
14-16 1250-1400

Напряжение питания

В наших магазинах все лампочки рассчитаны на 12В или 220В. В некоторых странах сетевое напряжение 110В, соответственно и источники света такого типа у них на 110В.

Все цоколи с маркировкой E рассчитаны на 220В, с маркировкой G как на 220В, так и на 12В.

Цветовая температура

Цветовая температура очень важный критерий при выборе LED.

Теплый белый свет (2700-3200К). Теплый свет по спектру соответствует обыкновенной лампочке накаливания.

Нейтральный белый свет (3200-4500К). Лампочки с нейтральным белым светом максимально близки к дневному солнечному свету. Идеальное решение для освещения рабочей зоны.

Холодный белый свет (более 4500К). У этих светодиодных ламп бело-голубой цвет свечения. Оптимальный вариант для рабочих помещений, где требуется повышенная концентрация внимания.

Тип цоколя

Самый распространённый тип цоколя E27. В сети большинство технических характеристик именно под эти светодиодные лампы. Это классический размер цоколя под обыкновенные лампочки накаливания.

Схема Обозначение Назначение
E14 Миньон Традиционные цоколи, наиболее популярные в быту
E27 Стандарт
E40 Предназначается для мощных лампочек. Освещение больших помещений или улиц
G4 Данные цоколи используются для полноценной замены галогенок светодиодами
GU5.3
GU10
GX53 Используются в светильниках (встраиваемых или накладных) в мебели или потолках
G13 Трубчатый поворотный цоколь используется в лампах Т8

Угол рассеивания

Для цоколя E27 производители выпускают лампы всевозможных форм и размеров. В зависимости от дизайна и конструктивных особенностей угол рассеивания может быть от 30 0 до 320 0 . В зависимости от угла рассеивания отличается и освещаемая площадь. Наглядно это можно понять по рисунку ниже.

Для общего освещения, например, люстры в гостиной требуется модель с максимальным углом рассеивания, для настольной лампы, напротив, с минимальным.

Понять примерный угол рассеивания светового потока можно по формфактору диодной лампочки.

Размеры светодиодных ламп

Следует учесть, что LED лампочка при сопоставимой яркости может быть больше по размерам, чем обыкновенная лампа накаливания.

Диммирование

Диммеры позволяют произвольно изменять яркость свечения светодиодной лампочки. Если вы планируете делать освещение регулируемым по яркости, следует учесть, что не все драйверы для светодиодов поддерживают такую возможность.

Описание светодиодных светильников, размещенное на упаковке, зачастую не содержит информации о возможности диммирования. Уточнить можно у официального продавца или на сайте производителя.

Диапазон рабочих температур

По умолчанию нормальная рабочая температура светодиодов от -30С 0 до +60С 0 . В некоторых регионах температура на улице в зимний период может опускаться ниже указанных пределов.

Так же такие лампы не рекомендуется устанавливать в помещения с высокой температурой, например, парилка сауны, и вблизи мощных источников тепловыделения.

Работа в условиях экстремальных температур

Для светодиодов верхняя граница температуры окружающей среды соответствует падению светового потока на 30%.

Работа светодиодных ламп при низких температурах существенно уменьшает нагрев полупроводникового кристалла, что увеличивает время его бесперебойной работы.

Пульсация светового потока

Этот параметр редко указывается в паспортных данных. Тем не менее особо добросовестные производители не упускают и этот параметр.

Для бытовых целей допустим коэффициент пульсации до 40%. А для зрительных работ он не должен превышать 20%.

Фактические параметры светодиодных ламп

В таблице ниже приведены результаты тестирования двадцати шести светодиодных лампочек различных производителей. У именитых брендов Osram, Philips паспортные данные всегда соответствуют реальным параметрам. У других световой поток изделия может быть на четверть ниже заявленных параметров.

Таблица соответствия номиналов различных производителей

Обратите внимание на нижнюю позицию. Светодиоды Bellight, производимые в Польше, имеют значительные несоответствия по паспортным параметрам. Такие диоды покупать однозначно не стоит. Мало того, что вы вдвойне переплатите за «виртуальные» люмены, при таком коэффициенте пульсации устанавливать их в жилых помещениях опасно для здоровья.

Для наглядности приведём данные тестирования китайских лампочек.

Выводы

При всей своей привлекательности покупка светодиодной лампы имеет много подводных камней.

Покупка изделий от брендов с мировым именем исключает возникновение «сюрпризов» в процессе эксплуатации. Только такая лампа обойдётся 2-3 раза дороже. Самые известные производители светодиодов – Philips, Osram, Bosh, Ikea.

К среднему ценовому диапазону, когда снижение цены не сказывается на качестве можно отнести таких производителей: Jazzway, Feron, Navigator, Unitel, Lexman, Wolta. Среди их ассортимента встречаются не совсем удачные модели, но в основном сталкиваются с небольшими несоответствиями между реальным и паспортным световым потоком.

Супер бюджетные LED. Периодически на рынке появляются очень недорогие светодиодные лампы преимущественно китайского происхождения. В этих изделиях гарантированно завышен световой поток и стоят простейшие стабилизаторы тока. Время жизни таких лапочек не на много больше энергосберегающих.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector