Итак, в моем опытном случае стало ясно, что именно конструкция (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 термоциклирование, обеспечить высокую технологичность монтажа. На долговечность работы СЛ также влияют метод монтажа кристалла и материал теплоотводящего основания.

На рис. 3.1 представлен вид на светильник с тремя СЛ типоразмера Е14.

Рис. 3.1. Внешний вид потолочного светильника с тремя однотипными СЛ, установленного в моей загородной мастерской

Уточнение загородной, безусловно, важное, поскольку – об этом поговорим далее – определяет относительную редкость включения лампы.

Если разобрать СЛ типоразмера Е14 (рис. 3.1), то откроется вид на содержимое устройства – теплоотвод и преобразователь напряжения. Внешний вид разобранного корпуса СЛ представлен на рис. 3.2.

Рис. 3.2. СЛ в разобранном виде: охлаждающий теплоотвод – часть корпуса и плата с дискретными радиоэлементами, составляющими схему источника питания – 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, если быть точным, то 116 часов в режиме постоянного включения, а включений/выключений «пережила» не более 100, поскольку пользовался загородной мастерской в этот период времени нечасто. Температурный режим в мастерской соответствовал требованиям производителя СЛ, температура не опускалась ниже +16 °C, в холодный период года – с октября по апрель – мастерская 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 перегрузок (перенапряжений). И тем не менее при очередном включении летом 2016 года одна СЛ (из трех в составе потолочного светильника) погасла. При следующем включении (после выключения) погасла вторая. Эта ситуация явилась импульсом к исследованию проблемы. Притом третья СЛ продолжает светить и по сей день (не стала неисправной).

Две неисправные лампы были мною последовательно разобраны, и причина неисправности – одна и та же – установлена практическим методом.

Для того чтобы разобрать СЛ, потребуется снять колбу – с усилием и вращательным движением; она поставлена на клей, и затем снять крепления светодиодного кластера с помощью тонкой крестовой отвертки. Этот шаг иллюстрирует рис. 3.3.

Рис. 3.3. Разборка корпуса СП с патроном Е14

После этого шага открывается доступ к «начинке» цоколя СЛ, а именно к печатной плате источника питания (см. рис. 3.4).

Рис. 3.4. Вид на печатную плату источника питания

Самое слабое звено этой платы – оксидный конденсатор емкостью 2,2 мкФ на рабочее напряжение 400 В. Если он даже незначительно теряет емкость и тем более полностью выходит из строя, выходное напряжение источника питания – адаптера значительно падает, и светодиоды могут не зажигаться вообще.

Вторая возможная причина из всех, которые мне удалось установить опытным путем, – 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 расчетного напряжения 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, если СЛ до сих пор не исправна, 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. 3.2. Вид на монтажные работы по пропайке выводов элемента платы источника питания С Л представлен на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Иллюстрация монтажных работ по дополнительной пропайке выводов элементов источника питания

Сегодня по технологии изготовления кристаллов больших размеров InGan-структур на карбиде кремния лидирует фирма Сгее, которая несколько лет назад обеспечила прорыв в области производства портативных твердотельных источников света. Световой поток современных светодиодных матриц измеряется десятками тысяч люменов, это позволяет изготавливать не только источники освещения рассеянного излучения (в том числе СЛ для бытовых нужд), но и фонари с большой дальностью и мощностью подсветки сфокусированного луча.

Главный показатель эффективности светодиодной лампы (СЛ) – это ее светоотдача. Она измеряется в лм/Вт, где один лм (люмен) – единица светового потока, а Вт – единица потребляемой электрической мощности. Об этом мы подробно говорили в первой главе книги.

Современные СЛ способны работать с прямым током свыше 1 А, однако при этом требуют постоянного отвода тепла для сохранности кристалла. С ростом мощности СЛ эффективность работы кристалла (включающая в себя целый комплекс параметров) снижается. Это связано с нелинейностью зависимости светоотдачи от прямого тока кристалла светодиода.

Светодиоды устанавливаются на специальную плату с разводкой печатных дорожек, о которой поговорим далее, поскольку от технологий ее изготовления и монтажа сильно зависит качество самой СЛ. Изделие (плата) с логотипом C37-10SMD-2835V1 представляет собой кластер из 10 полупроводниковых светодиодов, смонтированных на печатной плате с алюминиевым основанием. Вид на отдельный светодиод представлен на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Вид на отдельный светодиод мощностью 5 Вт фирмы Сгее, установленный в СЛ

Источником света (одним из 10) служит сверхмощный светодиод CREE Q5; по замыслу производителя светодиод, обеспечивающий временной интервал 10 лет непрерывной службы при ресурсе (параметр – наработка до отказа) светодиода 50 000–100 000 часов. Мощность светового потока у таких приборов в зависимости от мощности составляет 270–530 люменов (лм). Примерно аналогичные характеристики у других светодиодов.

К примеру светодиод 3 W белый холодный 270–300 Lm 6000–6500 °К 3,2–3,4 В, цветовая температура: 6000 °К…6500 °К, угол излучения: 120°, прямое напряжение: 3,0…3,4 В. Наиболее важными показателями, на которые стоит обратить внимание при выборе LED-ламп, являются их световая температура, цоколь и мощность. Разумеется, разными производителями С Л используются и другие типы светодиодов, к примеру LXHL-PL09, LXHL–LL3C, UE-HR803RO, LY-W57B и др.

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 (см. рис. 3.7).

Такую и подобную ей плату (для монтажа нескольких светодиодов в SMD-корпусах) можно приобрести сегодня оптом и в розницу (отдельно от лампы), однако сам ремонт изделия по своей себестоимости и затратам времени пока представляется нерентабельным. И тем не менее рассмотрим и этот вопрос.

Рис. 3. 7. Печатная плата для монтажа светодиодов (подложка кластера) для других типов СП

Причина неработоспособности СЛ – нередко в микротрещинах или обрыве контактной дорожки на самом кластере. Поскольку все светодиоды подключены в последовательную электрическую цепь,

обрыв или плохой контакт в дорожке кластера является вполне существенной причиной для отсутствия свечения всех светодиодов.

Это самая неприятная для монтажника и ремонтника ситуация – ползучая неисправность. Если плату кластера со светодиодами незначительно деформировать (пальцами), то свечение появляется (см. рис. 3.8), тот же эффект может быть достигнут с помощью постукивания платой кластера по столу, но, разумеется, все это не может удовлетворить монтажника.

Рис. 3.8. Результат принудительной деформации платы светодиодного кластера с помощью пальцев рук – светодиоды засветились не в полную мощность

На рис. 3.9 показан метод подключения светодиодного кластера и источника питания СЛ для лабораторных исследований, то есть после его отключения от корпуса лампы и выноса на отдельных (дополнительных) проводах – для последующих экспериментов и ремонта.

На этом этапе 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, 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.

Рис. 3.9. Метод выноса плат СП из корпуса СП и подключения новыми проводами для последующих экспериментов и ремонта

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 и теплоотводом (радиатором).

Кремниевая подложка и медное теплоотводящее основание по определению имеют значительно отличающиеся коэффициенты объемного расширения при нагревании, что при термоциклирова-нии приводит к нарушению эвтектики, к повреждению кристалла и, как следствие, к преждевременному старению источника света.

В этом ключе можно всесторонне рассматривать с разных сторон технологии изготовления СЛ, параметры их надежности и эффективности и совершенствовать технологии. 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 продукцию (особенности технологии которой рассмотрены последней) более дешевой, и коммерчески 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 °C. Не рекомендуется смотреть на горящий светодиод – можно повредить глаза. Это иллюстрирует рис. 3.10.

Рис. 3.10. Восстановленное состояние кластера после ремонтных работ

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, 220 В, Е27 3000 °К, LED-A60-standard И Вт 160–260 В, Е27 3000 °К 900 лм (российского производства ООО «ASD»), Jazzway PLED-ECO-A60 7W и др.

 

3.1.1. Промежуточные выводы

Стандартный гарантийный срок отсчитывается с момента приобретения светодиодной лампы через розничную сеть и составляет 3 года. Причем в коробке с изделием уже находится гарантийный талон, с серийным номером и штампом предприятия-изготовителя, что выгодно отличает рассмотренное изделие от энергосберегающих ламп (не имеющих пока серийного номера и обеспеченных гарантией только по чеку организации-продавца). С Л для бытовых нужд подходят для большинства светильников с патронами Е14, GU5.3, GU10 и Е27.

Хорошим вариантом ламп для общего освещения в доме 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 соответственно, имеют угол рассеивания света 250°, что позволяет использовать их в низкорасположенных светильниках (нет «провалов» засветки по бокам). Лучшим же решением для встраиваемых точечных светильников будут лампы с углом светового пучка, равным 120° (цоколи Gu5.3 и GulO).

Сегодня производители пытаются удешевить производство и поэтому переходят на теплопроводящую керамику. 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 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 140 российских рублей, с учетом часто возникающих неисправностей и «дешевой» технологии изготовления, им придется нередко облегчать свой кошелек и семейный бюджет. Альтернатива, впрочем, тоже имеет место быть. Необходимо не гнаться за дешевизной и за «акциями» снижения цены, а приобретать СЛ проверенного производителя, пусть даже и с более существенной стоимостью.

Внимание, важно!

Таким образом, можно защититься от постоянных ремонтов, по сути, ламп-однодневок и в общем смысле неремонтнопригодного оборудования. Скупой платит дважды и трижды. Эта народная мудрость даже в нашей сфере актуальна как никогда. Еще один совет дам тем, кто так или иначе выезжает за границу – в Европу. Покупайте световые приборы там. За примерами далеко ходить не надо. Из 1 °CЛ, закупленных мною по случаю в Финляндии (кстати, на сезонной распродаже, а потому недорого), за 4 года ни одна не вышла из строя. На лампах также 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, вызывая справедливое недовольство не только российской промышленностью (она кое-где еще осталась), но и подходом на «авось» в части отечественных технологий и монтажа.

 

3.1.2. Анализ ситуации

Вряд ли кому из потребителей такой подход тоже может понравить-с я. И тем не менее продажи светодиодных ламп-«однодневок» не уменьшаются. Бракованный товар всегда легче продать за небольшую цену и наши доморощенные потребители «покупаются» на эту наживку «стаями». 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 ASD в характеристиках лампы указывает CRI > 70.

Это значит, что дешевизна лампы обеспечивается применением соответствующих светодиодов с посредственными характеристиками, которые, в частности, при более низкой себестоимости имеют большую светоотдачу в расчете на 1 Вт мощности.

Такая лампа, возможно, сгодится для технического освещения, но не для семьи и дома в хорошем понимании качества домашнего очага. CRI – это естественность восприятия цветов и в общем смысле комфортности восприятия освещения. Можно проверить при более длительном сравнении с чуть более дорогими лампами (+10–20 % стоимости) с CRI 80–90. В общем, хорошо слишком дешево не бывает. Такие же характеристики имеет лампа светодиодная ASD LED-A60-standard 11 Вт 160–260 В Е27 3000 °К 900 лм. Если подключить такую СЛ в электрическую цепь последовательно с включателем с подсветкой (неоновый индикатор), то СЛ будет моргать. Регулятор электрической мощности нагрузки (диммер), предназначенный для регулировки свечения (силы света, яркости) ламп, в данном случае применять нельзя, бесполезно.

Ближайшие конкуренты светодиодов – галогенные лампы – имеют эффективность (светоотдачу) порядка 25 лм/Вт. СЛ давно превзошли этот показатель, и в дальнейшем следует ожидать роста их эффективности и заметного снижения цены. Они могут быть выгодным решением, если, к примеру, в квартире установлено 10–15 лампочек, экономия получается достаточно существенной. Но необходимо учитывать все приведенные в статье «опасности» приобретения «дешевых» светодиодных ламп или… запастись терпением для их простого ремонта. С учетом высказанных здесь рекомендаций теперь это вполне возможно.

 

Есть еще достойные внимания светодиодные лампы производителя ООО «АСД», к примеру модель LED-A60-standard 11 Вт 160–260 В Е27 3000 °К 900 лм. Мощность 11 Вт. Аналог по освещению -90-ваттная лампа накаливания. Цветовая температура 3000 °К, цветовая температура «теплое свечение». Световой поток 900 лм. Энергоэффективность 81,8 лм/Вт. Напряжение сети 220/230 В. Срок службы или срок годности 30 000 часов. Эти осветительные приборы устойчивы к механическим воздействиям (тряске, вибрации), что неоднократно подтверждено испытаниями. Энергопотребление на 90 % меньше, по сравнению с лампой накаливания. Класс энергоэффективности – А. Индекс цветопередачи: Ra > 70. Угол рассеивания светового потока: 270°.

Но это все мы можем прочесть на коробочке (упаковке) или на сайте производителя. А что на самом деле? А вот что.

В характеристиках на сайте указан индекс цветопередачи CRI более 80. На коробочке он не указан. Официальный сайт ASD в характеристиках лампы указывает CRI >70. Это значит, что дешевизна лампы обеспечивается применением соответствующих светодиодов с посредственными характеристиками, которые, в частности, при более низкой себестоимости имеют большую светоотдачу на ватт. Лампа сгодится для технического освещения, но не для дома (на авторский взгляд). CRI – это естественность восприятия цветов и вообще комфортности восприятия освещения. Можно проверить при более длительном сравнении с чуть более дорогими лампами (+10–20 % стоимости) с CRI 80–90. В общем, подтверждается известный принцип оценивания, когда «хорошо» слишком дешево не бывает.

Далее измерил массу лампы – 60 г, значит, ее система охлаждения посредственная. Измерил яркость свечения люксометром в одной произвольной точке. Стоваттная лампа накаливания – 88 лк, 75-ваттная лампа накаливания – 65 лк, и эта – тестируемая светодиодная – 56 лк. По яркости она проигрывает даже лампе накаливания в 75 Вт, хотя на упаковке светодиодной в эквивалентном значении указано 90 Вт. Следовательно, эта лампа светит как 70-ваттная лампа накаливания, хотя визуально сравнить яркость не так-то просто. С выключателем с неоновой подсветкой не мигает, как некоторые другие СЛ.

Лампа светодиодная ASD LED-A60-standard 11 Вт 160–260 В Е27 3000 °К 900 лм, включенная в последовательную электрическую цепь с выключателем с неоновой подсветкой, дает такой эффект, что лампа моргает в выключенном состоянии. Пока не понятно, это проблема лампы или выключателя. Но в другом случае лампа, включенная в цепь с индикацией (включатель с индикатором подсветки), вела себя так же. Причем моргания яркие. С выключателем без индикатора, разумеется, не моргают.

Стандартный гарантийный срок отсчитывается с момента приобретения светодиодной лампы через розничную сеть и составляет 3 года. Причем в коробке с изделием уже находится гарантийный талон, с серийным номером и штампом предприятия-изготовителя, что выгодно отличает рассмотренное изделие от энергосберегающих ламп (не имеющих пока серийного номера и обеспеченных гарантией только по чеку организации-продавца).

Как показал опыт с выключателями, оснащенными неоновой подсветкой, регулятор электрической мощности нагрузки (диммер), предназначенный для регулировки свечения (силы света, яркости) ламп, в данном случае применять нельзя.

 

3.3.1. Что дает фокусировка?

Внимание, пример! Если взять для примера лампу с одним светодиодом и коллиматором в виде фокусировочной линзы (см. рис. 1.7 и 1.11 в первой главе), то источником света в ней служит сверхмощный светодиод CREE Q5 ведущей (в данном сегменте рынка) фирмы Сгее (США); светодиод, обеспечивающий временной интервал 10 лет непрерывной службы при ресурсе (параметр – наработка до отказа) светодиода 100 000 часов. Мощность светового потока в 530 лм при условии максимально возможной фокусировки линзой обеспечит теоретическую дальность сфокусированного луча (свечения) до 150 м. Фокусировочная линза дает теоретическую возможность изменять угол рассеивания света от широкого пятна до узконаправленного луча.

В лампе такого типа светодиод 3 W белый холодный 270–300 Еш 6000–6500 °К 3,2–3,4 V 850 шА. Цветовая температура 6000…6500 °К. Угол излучения: 120°. Прямое напряжение: 3,0…3,4 В. Номинальный ток: 850 мА.

Особенность производства оптики для мощных СЛ в современных условиях – вопрос не праздный. Для понимания его актуальности достаточно выйти в сумерки (ночью) на улицу в крупном городе и сравнить эффективность светодиодных светофоров, ставших уже привычными на наших улицах. Такие светофоры, устанавливаемые на перекрестках и железнодорожных переездах, давно вытеснили по эффективности «старые» светофоры с лампами накаливания. Особенно этот контраст будет заметен в солнечную погоду. Однако и сегодня производители оптики для СЛ «спорят» между собой об эффективном способе отражения света.

Проблемным вопросом является использование эффекта полного внутреннего отражения. Как пример обратите внимание на то, как сделана линза в лампе из «ИКЕИ» (шведская технология) – см. рис. 3.13. Это линза круглого сечения для формирования узконаправленного пучка.

Рис. 3.13. Оптика светодиодной лампы по шведской технологии

Некоторые характеристики такой СЛ:

• угол рассеивания светового потока: ±50°;

• коэффициент собирания пучка: не менее 80 %;

• осевая сила света: 530 лм;

• температурный диапазон эксплуатации: -40…+85 °C.

Внимание, важно!

Оптика позволяет как рассеивать, так и концентрировать световой поток; в результате «оптические» светодиодные лампы дают усиленный световой поток при меньшем количестве светодиодов. Пока практика использования светодиодных ламп с оптикой доказывает их большую надежность в сравнении с лампами без оптики, в том числе рассмотренными в этой книге.

 

3.3.2. Совместимость с датчиками движения

При случае проверил СЛ на совместимость с трехпроводным датчиком движения, подключенным по двухпроводной схеме, то есть так, что вместо обычного выключателя и без подвода нулевого провода к датчику. Начал с того, что подключил диод типа 1N4007 к клеммам А и N трехпроводного датчика движения типа ASD ДД009.

Диод спрятал в самом датчике, корпус датчика это позволяет. К клемме А, кроме вывода диода, ничего не подключается. В результате трехпроводный датчик движения становится двухпроводным с рабочими клеммами L и N. Эти клеммы L и N нужно подключить вместо обычного выключателя (напрямую подавать питание 220 В в этом случае нельзя). Датчик рассматривается как двухпроводный, но – с учетом диода – полупроводникового характера. Далее параллельно нагрузке, а именно светодиодной лампе, монтируется неполярный конденсатор емкостью 2,2 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В и более. Конденсатора хватит и для того, чтобы впоследствии подключить до пяти параллельно включенных таких ламп – целую люстру. Если будет заметно мерцание светового потока, емкость конденсатора нужно немного увеличить.

Внимание, важно!

Итак, практика подтвердила, что включение трехпроводного датчика движения в разрыв выключателя все же возможно при использовании светодиодных ламп, содержащих импульсный ИП – драйвер.