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