Обзор бюджетных светодиодных ламп

Современная жизнь рано или поздно все равно заставит экономить и более бережно относиться к природе и природным ресурсам. Применение экономных светодиодных ламп, особенно при постоянном повышении тарифов на электроэнергию, стало современной реальностью и объективной необходимостью.

Замена традиционных ламп (и памп накаливания, и лю­минесцентных) в старых светильниках новыми светодиодны­ми лампами с однотипными габаритами — далеко не лучший вариант, а вынужденный временный переходной период. Дело в том, что обеспечить нормальный отвод тепла, каче­ственную надежную безопасную работу источника питания светодиодных ламп очень затруднительно в маленьких габа­ритных размерах традиционных лампочек.

Выполнять отдельными конструкции светодиодной лампы и светильника нет смысла, поскольку ресурс работы свето­диодов (при их правильной эксплуатации) очень большой и их замена в светильнике не предполагается. Лучше ориен­тироваться на специальную интегрированную конструкцию, в которой конструктивно учитываются особенности работы светодиодов, необходимость эффективного охлаждения, и при­меняется качественный надежный источник питания.

В последнее время, весьма популярно использование све­тодиодных линеек на алюминиевом основании, благодаря не­высокой стоимости и широкой доступности (2-3 USD за метр). Светодиодная линейка — это хорошая замена светодиодных лент, с улучшенным отводом тепла. Светодиодная линейка с успехом может быть использована как для декоративной под­светки, так и для создания систем общего освещения (рис.1).

Рис. 1

О заявленных и реальных параметрах светодиодных ламп

К сожалению, большинство продавцов не могут предоста­вить нормальную, правдивую техническую информацию по светодиодным линейкам, соответственно, в данном обзоре попытаемся рассмотреть основные параметры, и, кроме того часто складывается впечатление, что мало кто из продав­цов ходил в школу, и знает закон Ома.

Именно поэтому часто в описаниях светодиодных лине­ек присутствует полный бред — «72 светодиода на метр, по­требляемая мощность 28…36 Вт на метр, световой поток бо­лее 3000 лм».

Питание светодиодных линеек рассчитано на использова­ние стабилизированного источника с напряжением 12 В. Ми­нимальная секция/ячейка светодиодной линейки (как, впрочем, и ленты) состоит из трех последовательно соединенных свето­диодов SMD 5630/5730 и ограничивающего резистора. Преиму­щество светодиодной линейки на алюминиевом основании пе­ред простой светодиодной лентой — это заведомо лучший от­вод тепла. Производители, надеюсь, усвоили урок и решили всё- таки делать что-то более надежное, чем ранее. Ведь неудач­но наклеенная светодиодная лента через пару месяцев рабо­ты может «потерять» половину ячеек, и, кроме разочарования покупателей, вполне возможны и убытки для производителей.

Один метр светодиодной линейки на алюминиевом осно­вании содержит 24 отдельные секции/ячейки, соответствен­но, 72 светодиода SMD 5630/5730. По паспорту, светодиоды SMD 5630/5730 могут выдерживать 0,5 Вт — вот откуда бе­рутся 36 Вт на метр. Максимальный световой поток свето­диода SMD 5630/5730 около 50…55 лм, а КПД около 30%. Если перемножить все светодиоды линейки (72 шт.) на мак­симальный световой поток (55 лм), то можно получить даже не 3000 лм, а целых 3960 лм.

Но реально китайские светодиоды не могут выдержать таких нагрузок (производители это хорошо понимают), поэто­му ток ограничивают на уровне одной трети от максималь­ных 150 мА. На мировом рынке встречаются нормальные светодиодные линейки, с нормальными не китайскими све­тодиодами, мощность, действительно, около 40 Вт на метр и световой поток более 3000 лм, но к нам такие не попадают из-за их высокой стоимости. Токоограничивающий резистор у большинства китайских линеек обычно 47 Ом, реже 39 Ом, еще реже 33 Ом (другие номиналы не встречаются), ток све­тодиодов составляет 50…70 мА. С учетом, что около 20…25% мощности просто теряется на токоограничивающем резисто­ре, реальный световой поток с одного метра линейки получа­ется около 1000…1500 лм, потребляемая мощность 12…18 Вт. Это очень даже неплохо.

Практическое использование светодиодных линеек

На данном этапе светодиодная линейка очень интересна как базовый элемент для проектирования разнообразных ис­точников света. Светодиодную линейку можно легко устано­вить и прикпеитъ на любую относительно плоскую поверхность, соответственно, достаточно просто интегрировать практиче­ски в любую конструкцию светильника. Особенно проста и выгодна модернизация офисных светильников, поскольку плоская металлическая конструкция офисных светильников ис­ходно очень удобна и является хорошим теплоотводом.

Ко всему, в настоящей время нет достойного готового све­тодиодного варианта замены трубчатых люминесцентных ламп длиной 600…1500 мм для офисных или заводских светильни­ков (особенно в аспекте доступности по цене). Если есть возможность, можно во много раз лучше, качественнее, на­дежнее, дешевле и. главное, более безопасно переоборудо­вать офисные светильники самостоятельно, используя отдель­ные светодиодные линейки и качественный источник питания.

Существенно повысить эффективность и КПД (на 20…25%) светодиодной линейки можно, если уменьшить номинал токоограничивающего резистора и снизить напряжение пита­ния в стабилизаторе. Как вариант, можно вообще исключить токоограничивающие резисторы (или ставить их минималь­ного номинала) и применить вместо стабилизатора напря­жения стабилизатор тока — готовый токовый драйвер свето­диодов. На рынке присутствует огромное разнообразие го­товых токовых драйверов светодиодов, например, очень не­плохие и доступные по цене драйверы MeanWell (рис.2). К тому же, стабилизаторы тока обычно немного дешевле ста­билизаторов напряжения.

Рис. 2

От подобного стабилизатора тока можно запитыватъ по­следовательно несколько коротких кусочков линейки (длина кусочка линейки зависит от выходного тока драйвера). Вы­ходное напряжение токовых драйверов обычно около 48 В (получится 4-5 шт., включенных последовательно). Демонти­ровать токоограничивающие резисторы в линейках долго и сложно, проще поверх напаять новые или перемычки.

Опять таки, в светодиодных линейках можно корректи­ровать спектр — заменить часть светодиодов светодиодами красного цвета свечения или тонко подобрать цветовую тем­пературу разными белыми светодиодами (правда, сложно вы­полнить демонтаж и монтаж на алюминиевом основании).

Светодиодные прожекторы

Также, в последнее время, очень широкое распростране­ние получили светодиодные прожекторы. Металлическая кон­струкция упичых прожекторов (исходно разработанных под га­логенные лампы) была изначально наиболее хорошо адапти­рована для установки светодиодов.

Рис. 3

Массивный металлический корпус является хорошим теплоотводом светодиодной матри­цы из отдельных светодиодов — особо не нужно ничего доду­мывать. Несколько лет назад, в переходной период, было до­статочно много полукустарных и заводских переделок галоген­ных прожекторов под светодиоды. Затем появились чисто све­тодиодные прожекторы с улучшенным корпусом (рис.3, рис.4) даже тонкие «slim» варианты, а переделки полностью исчезли.

Рис. 4

Благодаря высокой экономичности, достаточно приемле­мой низкой стоимости (10-ваттный прожектор стоит всего око­ло 5 USD), удобной герметичной конструкции, светодиодные прожекторы сейчас массово вытесняют галогенные прожек­торы подсветки.

Естественно, самое слабое звено светодиодных прожек­торов — это драйвер. К сожалению, в последнее время, по­явилась тенденция к максимальному удешевлению прожек­торов. Если раньше применялись драйвера в металлическом корпусе для лучшего теплоотвода, сейчас их корпус изготав­ливают исключительно из пластика.

Для улучшения надежности, драйвер желательно заме­нить более качественным (что практически нереально). Так­же прослеживается стремление экономить дорогой матери­ал корпуса алюминий — все стенки делаются максимально тонкими; некоторые элементы корпуса выполняются из более дешевой стали. Как следствие, нельзя обеспечить хоро­ший теплоотвод светодиодной матрицы, наблюдается сильный локальный перегрев корпуса в месте крепления матрицы и плохое распределение тепла на весь его большой корпус.

Данный недостаток проявляется в меньшей степени в светодиодных прожекторах небольшой мощности (10…20 Вт) и сильно в светодиодных прожекто­рах большой мощности (50…100 Вт). Для лучше­го распределения тепла по всему корпусу, жела­тельно проложить толстую алюминиевую/медную пластину между светоди­одной матрицей и корпу­сом для улучшения рав­номерности нагрева кор­пуса/радиатора (получается достаточно сложно и дорого).

Еще очень заметна тенденция применения и более деше­вых и менее эффективных светодиодных матриц. Особенно тенденция прослеживается в дешевых прожекторах малой мощности. Ранее применялась, например, надежная 10-ватт­ная матрица последовательно-параллельное соединение све­тодиодов 3×3, дорогой драйвер 1 А 10 В в металлическом корпусе. Сейчас чаще используют матрицу с чисто последо­вательным соединением 9 светодиодов, дешевый драйвер 200…300 мА 30 В в пластмассовом корпусе. При этом раз­ницу в световом потоке таких прожекторов легко можно уви­деть и заметить даже «на глаз».

Производители стараются не включать матрицу на пол­ную мощность из-за высокой вероятности отказа. Так, но­вая маломощная матрица 10 Вт с последовательным соеди­нением светодиодов 30 В запитана током 230 мА, то мощ­ность получается только 6,9 Вт, а в описании на прожектор, тем не менее, указано 10 Вт.

На рынке присутствуют также и дорогие качественные светодиодные прожекторы (рис.5). Светодиодная матрица вы­полняется из отдельных светодиодов (обычно SMD 5630/5730) с последовательно-параллельным соединением. Из-за боль­шого количества светодиодов получается более равномерное распределение тепла на весь корпус. Кроме того, корпус очень массивный, и толщина стенок большая. Драйвер обя­зательно качественный, с металлическим корпусом, для луч­шего отвода тепла винтами закреплен на задней крышке. Предполагаю, что подобные качественные светодиодные про­жекторы собираются где-то у нас (т.е. они отечественного производства). Жаль только, что стоимость очень высокая — втрое выше, чем у обычного китайского.

Рис. 5

Напомню, что любые светодиоды при работе сильно на­греваются. Обычно КПД светодиодов только около 30%, боль­шая часть потребляемой мощности светодиодной лампы, в любом случае, уходит на её нагрев. Сильный перегрев вы­зывает быструю деградацию светодиодов. Поэтому наличие хорошего массивного радиатора — показатель качества в ас­пекте долговечности и надежности светодиодной лампы.

Автор: Виктор Михальчук, г. Киев
Исчточник: Электрик №1/2, 2016