Светодиодные лампы (СЛ), популярные в Европе и Скандинавии, комплектуются вторичной фокусирующей оптикой защищающей зрение человека от вредного «синего горба», что позволяет еще лучше приспособить светодиодное освещение к нуждам пользователя. Но, тем не менее, и они имеют свои недостатки, которые будут рассмотрены в статье.
СЛ предназначена для применения в световых бытовых приборах в индивидуальных жилых и общественных помещениях. Однако есть и ограничения по эксплуатации, к примеру, СЛ нежелательно использовать в помещениях и условиях с повышенной влажностью окружающего воздуха – более 80%, в помещениях с большим содержанием пыли (нежелательно применять СЛ во время ремонтных работ) Регламентированы дополнения к «Гигиеническим требованиям к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03). Так из новых правил (СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10) исчезла формулировка, ограничивающая применение источников света 2-мя типами: лампы накаливания и разрядные лампы. Вместо этого в правилах ограничивается допустимый диапазон цветовых температур: от 2400 до 6800°К. В том же регламенте введено требование к наличию защитного угла у светодиодных светильников (конкретные значения не приводятся). Необходимо помнить, что применение светодиодных ламп в учреждениях дошкольного, школьного и профессионально-технического образования, а также во многих помещениях медицинских учреждений в РФ запрещено. При этом, снижение нормы освещенности на одну ступень, в новой версии СанПиН, допустимо для источников света с индексом цветопередачи выше 90.
Есть несколько типов светодиодных ламп, которые представлены такими сериями:
- лампы общего освещения (цоколь Е27, Gu3, Gu10);
- лампы акцентного освещения (цоколи Gu3, Gu10) для сетей 220 В;
- лампы с цоколем Е27 и широким углом освещения 250°;
- лампы с цоколем Gu3 и Gu10, при использовании встраиваемых точечных светильников, имеющие угол светового пучка 120°.
Есть также лампы для точечной подсветки, с типом цоколя Gu5.3 и Gu10, в которых применяется технология СОВ (chip on board), при которой светодиодные кристаллы расположены на едином основании, что не только повышает надежность лампы, но и обеспечивает более стабильные световые характеристики. Благодаря использованию рефлектора с углом светового пучка 60° удается получить приемлемую замену галогенным лампам.
Что снижает долговечность СЛ?
Выясним, почему СЛ для бытового предназначения не вырабатывают рассчитанный производителем срок службы (50 тыс. и более часов) в условиях, соответствующих их заявленным эксплуатационным характеристикам. Ответ на этот вопрос получим после предметного изучения/разбора устройства СЛ для бытовых нужд, которые имеются в широкой продаже. Отметим, что эти СЛ не предназначены для ремонта в домашних условиях.
Итак, в моем опытном случае стало ясно, что именно конструкция и технология изготовления СЛ оказывает значительное влияние не только на ресурс работы и надежность, но и на стоимость готовых изделий. Так, оптимальная конструкция призвана обеспечить отвод тепла от кристалла, выдерживать термоцикпирование, обеспечить высокую технологичность монтажа. На долговечность работы СЛ также влияют метод монтажа кристалла и материал теплоотводящего основания. В корпусе СЛ функционирует адаптер ~220 В /14 В который во многом и определяет долговечность лампы.
Рис. 1
Von Figur 1 представлен вид на светильник с тремя СЛ типоразмера Е14. СЛ работает в моей загородной мастерской, что определяет относительную редкость включения пампы. Если разобрать СЛ с цоколем Е14 (Figur 1), то откроется вид на содержимое устройства – теплоотвод и преобразователь напряжения (Figur 2).
Fig. 2
Von Figur 2 видны: охлаждающий теплоотвод; часть корпуса; плата с дискретными радиоэлементами составляющими схему преобразователя ~220 В / 14 В.
Электронный импульсный источник питания, встроенный в цоколь (типа Е27, Е14), чувствителен не только к напряжению сети, но и к его частоте. На моем примере, эта лампа «прослужила» чуть меньше года, или 116 часов в режиме постоянного включения, а включений/выключений «пережила» не более 100. Температурный режим в мастерской соответствовал требования производителя СЛ, температура не опускалась ниже +16°С, и в холодной период года с октября по апрель отапливается централизованным отоплением. Светильник также был лишен вредных воздействий атмосферных осадков, поскольку находится в доме. Подача напряжения в осветительную сеть осуществляется через специальный стабилизатор с выходной мощностью 10 кВт. Таким образом, сеть защищена от перенапряжений. И тем не менее, при очередном включении летом 2015 г. одна СЛ (из трех в составе потолочного светильника) погасла. При следующем включении (после выключения) погасла вторая. Эта ситуация явилась для меня толчком к исследованию проблемы. При том, третья СЛ продолжает светить и по сей день. Две неисправные лампы были мною последовательно разобраны, и причина их неисправности была установлена практическим методом.
Fig. 3,ru
Для того, чтобы разобрать СЛ потребуется снять колбу – с усилием и вращательным движением (она посажена на клей) и затем снять крепления светодиодного кластера с помощью тонкой крестообразной отвертки. Этот шаг иллюстрирует рис.3. После этого шага открывается доступ к «начинке» цоколя СЛ, а именно к печатной плате источника питания (рис.4).
Fig. 4,ru
Самое слабое звено этой платы – оксидный конденсатор 2,2 мкФ 400 В. Если он даже незначительно теряет емкость и тем более полностью выходит из строя, выходное напряжение адаптера значительно падает, и светодиоды могут не зажигаться вообще.
Вторая возможная причина – это окисление контактов на дорожках печатной платы. Если теряется или становится нестабильным электрический контакт на печатной плате в месте соединения с ней выводов неполярного конденсатора, обозначенного на плате С1, то с учетом малого тока потребления устройства, источник питания СЛ также не выдает расчетное напряжение на выходе. Обе эти возможные неисправности устраняются без особого труда. Первая путем проверки и замены оксидного конденсатора, вторая – путем пропаивания всех дорожек на печатной плате.
Следующим шагом проверяют диодный мост.
Затем переходят непосредственно к светодиодному кластеру, на котором установлено 10 светодиодов. Вид на светодиодный кластер – плату C37-10SMD-2835V1 представлен на рис.2. Вид на монтажные работы по пропайке выводов элемента платы источника питания СЛ представлен на Abb.5.
Рис. 5
Светодиоды устанавливаются на специальную плату с разводкой печатных дорожек, о которой поговорим далее, поскольку от технологий ее изготовления и монтажа сильно зависит качество самой СП. Плата с обозначением С37- 10SMD-2835V1 представляет собой кластер из 10 полупроводниковых светодиодов, смонтированных на печатной плате с алюминиевым основанием. Вид на отдельный светодиод мощностью 5 Вт фирмы CREE, установленный в СЛ представлен на Abb.6. Источником света (одним из 10) в такой СЛ служит сверхмощный светодиод типа CREE Q5. По замыслу производителя это светодиод, обеспечивает 10 лет непрерывной службы при его ресурсе 50 -100 тыс. часов. Величина светового потока у таких приборов, в зависимости от мощности, составляет 270…530 Лм.
Рис. 6
Ремонт платы СЛ
Светодиоды в SMD-исполнении монтируются на печатных платах с алюминиевым основанием и могут вариативно комплектоваться вторичной оптикой для получения диаграммы направленности светового потока. Плата выполнена в форме круга или многогранника с несколькими выемками-отверстиями для крепления винтами М3 (рис.7).
Рис. 7
Такую и подобную ей плату (для монтажа нескольких светодиодов в SMD-корпусах) можно приобрести отдельно от пампы, однако сам ремонт изделия по своей себестоимости и затратам времени пока представляется нерентабельным. И, тем не менее, рассмотрим и этот вопрос.
Причина неработоспособности СЛ нередко заключается в микротрещинах или обрыве контактной дорожки на самом кластере. Поскольку все светодиоды подключены последовательно, то обрыв или плохой контакт в дорожке кластера является вполне существенной причиной для отказа СЛ. Это самая неприятная для монтажника и ремонтника ситуация – ползучая неисправность. Если плату кластера со светодиодами незначительно деформировать пальцами, то свечение появляется (рис.8), тот же эффект может быть достигнут с помощью постукивания платой кластера по столу.
Рис. 8
Внимание! На плате СЛ присутствует опасное напряжение 220 В / 50 Гц. Поэтому брать подключенную к питающей сети плату СЛ можно только руками в специальных защитных диэлектрических перчатках. Либо включать такую лампу через разделительный трансформатор 220 В / 220 В).
Стало очевидно, что придется пропаивать места контактных площадок светодиодов и, при необходимости, контролировать печатные дорожки на плате кластера с помощью лупы на просвет в поисках микротрещин.
Эта неисправность общая и часто встречающаяся для всех производителей кластеров светодиодных ламп. Лидирующие производители кристаллов решают эту проблему по-разному. К примеру, компании Lumileds Lighting и Nichia используют медное теплоотводящее основание. Nichia «приклеивает» кристалл к подложке, а технологи фирмы Limileds Lighting используют эвтектическую установку. Каждый из методов обладает как положительными, так и отрицательными особенностями.
Пайка кристалла на подложку позволяет снизить тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом, но при этом возникает диодный контакт между теплоотводящим основанием и кристаллом, что требует обязательной электрической изоляции СЛ при одиночном или групповом монтаже на печатную плату. Этот «минус» не только снижает технологичность и делает более дорогим производство готовых изделий, но в итоге увеличивает тепловое сопротивление между корпусом светодиода и теплоотводом.
Кремниевая подложка и медное теплоотводящее основание имеют значительно отличающиеся коэффициенты объемного расширения при нагревании, что при термоциклировании приводит к нарушению эвтектики, к повреждению кристалла и, как следствие, к преждевременному старению источника света.
Метод приклеивания кристалла к медному теплоотводящему основанию позволяет уменьшить нагрузки на кристалл и одновременно обеспечивает лучшую (по сравнению с предыдущим методом) его электрическую изоляцию. При этом снижаются долговечность и надежность СЛ, что, с другой стороны, делает такую продукцию более дешевой, и более доступной потребителям при прочих равных условиях.
После пропайки с помощью низковольтного (12 В) паяльника с тонким жалом удалось полностью локализовать неисправность. При работе СЛ рабочая температура радиатора охлаждения (теплоотвода) может достигать 80° С. Не рекомендуется смотреть на горящий светодиод – можно повредить глаза. Это иллюстрирует рис.9.
Рис. 9
После этого светодиодную лампу рассмотренного типа снова можно использовать по назначению. В исследовании принимали участие светодиодные лампы Camelion LED А60 8,5 Вт, 660 Лм, 830, 220В, Е27 3000К; LED-A60-standard 11 Вт 160-260В Е27 3000K 900Лм (российского производства ООО «ASD»); Jazzway PLED- ЕСО-А60 7W и др.
Рис. 10
Erkenntnisse
Стандартный гарантийный срок отсчитывается с момента приобретения светодиодной лампы через розничную сеть, и составляет 3 года. СЛ для бытовых нужд подходят для большинства светильников с патронами Е14, GU5.3, GU10 и Е27. Хорошим вариантом ламп для общего освещения в доме или квартире станут лампы формы «груша» мощностью 5 и 7 Вт. По световым характеристикам они соответствуют требованиям ГОСТа относительно распространенных ламп накаливания мощностью 40 и 60 Вт. Они имеют угол рассеивания света 250°, что позволяет использовать их в низко расположенных светильниках (нет «провалов» засветки по бокам). Лучшим же решением для встраиваемых точечных светильников будут лампы с углом рассеивания света равным 120° (цоколи Gu5.3 и Gu10).
Сегодня производители пытаются удешевить производство, и поэтому переходят на теплопроводящую керамику, которая удешевляет производство светодиодных ламп. То есть в кластере используют радиатор не алюминиевый, а из теплопроводящей керамики. На практике нередки случаи, когда после очередного включения, примерно через 10-20 минут световой поток такой СЛ снижается на 10-20%. Сей процесс напрямую связан с нагревом корпуса лампы, т.е. после выключения и остывания лампы до комнатной температуры, при повторном включении он повторяется. Кроме того, при «слабой» технологии изготовления СЛ со временем эксплуатации происходит отслаивание дорожек в светодиодном кластере, это приводит к нарушению контакта и неисправности СЛ.
Впрочем, описанная неисправность и устраняется относительно простым способом. Это актуально для тех, кто умеет держать в руках паяльник, и кое-что знает о принципах работы светодиодов и источников питания. Всем остальным потребителям поистине сегодня не позавидуешь. При средней стоимости СЛ мощностью 6 Вт в 2…2,5 USD, с учетом часто возникающих неисправностей, и «дешевой» технологии изготовления, им придется нередко облегчать свой кошелек и семейный бюджет.
Поэтому надо не гнаться за дешевизной и за «акциями» снижения цены, а приобретать СЛ проверенного производителя, пусть даже и с более существенной стоимостью. Таким образом, можно защититься от постоянных ремонтов, по сути, ламп-однодневок.
Еще один совет дам тем, кто выезжает за границу, в Европу. Покупайте световые приборы там. За примерами далеко ходить не надо. Из 10 СЛ, закупленных мною по случаю в Финляндии (кстати, на сезонной распродаже, а потому недорого) за 4 года ни одна не вышла из строя. На лампах указан производитель – КНР.
В то время, при прочих равных условиях, приобретенные в Санкт-Петербурге «дешевые» СЛ уже неоднократно отнимали мое время для описанного выше ремонта. Кроме того, отечественные производили, в силу экономических причин, в погоне за выгодой откровенно лгут: к примеру, в характеристиках указан индекс цветопередачи CRI более 80. А на упаковке он скромно не написан. Официальный сайт производителя ASD в характеристиках лампы этой лампы указывает CRI >70. Это значит, что дешевизна пампы обеспечивается применением светодиодов с посредственными характеристиками, которые, в частности, при более низкой себестоимости имеют большую светоотдачу в расчете на 1 Вт потребляемой ими мощности. Такая лампа годится только для технического освещения.
Высокий показатель CRI – это естественность восприятия цветов и в общем смысле комфортности восприятия освещения. Это можно проверить путем сравнения ламп ASD с чуть более дорогими лампами (+10…20% цены) имеющих CRI 80-90. В общем, хорошее изделие слишком дешевым не бывает.
Autor: Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург
Источник: журнал Электрик №12, 2015