Світлодіодні лампи з довгими нитками. Таємниці філаментних світлодіодних ламп

Вітаємо любителів LED-ламп на сторінках блогу Prestigio!

Сьогодні ми поговоримо про одну животрепетну і вкрай популярну останнім часом тему, а саме filament (або, по-російськи, ниткоподібних) світлодіодних лампах. На Geektimes їм присвячено безліч статей ( , , ), проте вони не торкаються розбирання ламп і порівняння їх температурних характеристик. Тому спеціально для Вас, шановні читачі, ми провели детальний аналіз ламп різних виробників, включаючи вимірювання температури світлодіодних ниток. І під катом ми постараємося відповісти на запитання: а чи хороші filament лампи, як їх малюють нам представляють маркетологи?

Передісторія питання

Років 5 тому світлодіодне освітлення почало активно завойовувати своїх поплічників та адептів. Інженери довго намагалися пристосувати двовимірні від природи джерела світла для тривимірного освітлення (чого тільки варті лампи у вигляді кукурудзяних качанів). Про це писалося кілька разів, як тоді, так і зовсім недавно.

І ось на ринок було випущено filament-лампи. Здавалося б, що знайдено нехай не ідеальне, але оптимальне вирішення проблеми, коли і «вівці ситі і вовки цілі»: лампочка практично нічим не відрізняється від лампочки Ілліча як формою, так і за змістом, тільки вольфрамову нитку замінено на нитку світлодіодну. Навіть старим склодувним заводам та майстерням знайшлася робота. Наразі пропонується використовувати керамічну напівпрозору підкладку для покращення радіального розподілу світлового потоку ламп (наприклад, Crystal Ceramic MCOB).

Що це за загадковий filament? Коротко про влаштування нитки

Нитка (filament) є пиріг, що складається з декількох компонентів. Тонка скляна (не так добре проводить тепло) або сапфірова/керамічна (добре проводить тепло) підкладка залежить від жадібності виробника з двома контактами по краях. На цю підкладку встановлюються світлодіодні чіпи, які послідовно з'єднуються найтоншою золотою ниткою. Потім вся конструкція заливається люмінофором і, вуаля, filament готовий.

Ідея, закладена в даний тип світлодіодів, проста: спроба вичавити ще трохи лм/Вт, адже в такій конструкції не важливо, куди випромінює світлодіод, на відміну від SMD. Світло все одно досягне люмінофора і дасть теплу компоненту (зелений і червоний кольори).

У двох словах для рядового споживача перегрів або недостатнє тепловідведення від світлодіодів означає лише одне – кратне (іноді на порядки) погіршення характеристик світлодіодних ламп

За традицією висновки поспішають представлені у двох підсумкових таблицях. А любителів ґрунтовних розбирань милості просимо в частину експериментальну.

Частина експериментальна

CroLED: китайська якість Ebay

Розбір лампочки виявив одну цікаву особливість конструкції – саме драйвер. Точніше його повна відсутність: лампочка живиться через банальний діодний міст MB10F з парою резисторів і величезним конденсатором. Проте компактно!

Чому виробнику вигідно робити ультра-маленькі світлодіоди?

Цікаве питання. Одна й причина суто економічна. Маленькі світлодіодні чіпи просто не вимагають додаткових золотих контактів для рівномірного розподілу електричного поля та, відповідно, рівномірної світності по всьому діоду.

Інша причина – тепловідведення. Немає сенсу ставити потужний великий світлодіод на підкладку, яка щодо погано проводить тепло.

Але тепер заглянемо під колбу нашій лампі. Після видалення скла та виміру температури з'ясувалося, що нитки дуже швидко (буквально за 1 хвилину) нагріваються майже до 90 градусів, а в деяких місцях, мабуть, там, де розташовані світлодіоди, температура досягає більше 100 градусів.

Eglo: звичайна лампа зі звичайними характеристиками

Ліричний відступ до питання про мерехтіння

До однієї зі статей на D3 користувач justicebest написав таке:

Де сказано:

Коефіцієнт пульсації освітленості враховує пульсацію світлового потоку до 300 Гц. Пульсація освітленості понад 300 Гц відповідно не впливає на загальну та зорову працездатність.

Phillips: якість понад усе

У самій лампі всього дві світлодіодні нитки, оскільки вона споживає лише 2.3 Вт. Світлодіодні чіпи розміщені на прозорій підкладці та аналогічні за розмірами тим, що використовуються в лампах Eglo, але з іншою текстурою підкладки – «щит». Як уже зазначалося вище, проти законів теплофізики не попреш.

У листопаді 2013 року, прогулюючись виставкою «Інтерсвітло», я побачив кілька стендів із Піднебесної із... цілком звичайними, на перший погляд, лампами розжарювання. Мимоволі виникло питання: що спонукало китайських виробників уявити технологію більш ніж вікової давності? Тільки за уважного розгляду виявилося, що вони, насправді, світлодіодні. Вже наступного року ці незвичайні лампи стали продаватися у російських магазинах. Новинка не була проанонсована, виробники зберігали інтригу, не повідомляючи принцип роботи, що спонукало безліч чуток у професійному середовищі. Такий підхід не лише привернув інтерес споживачів, а й, навпаки, відлякав багатьох із них. Залишалося незрозуміло, чи можна практично застосовувати незвичайні лампи. У цій статті буде зірвано покрив таємниці із загадкового винаходу.

У багатьох моделях світильників нитка розжарювання лампи є важливим елементом дизайну. Тому замінити лампу розжарювання в них донедавна не було чим. Створити компактну люмінесцентну лампу (КЛЛ), яка за формою тіла, що світиться, точно відповідала б лампі розжарювання, фізично неможливо. Світлодіоди є мініатюрними джерелами світла, що відкрило перспективи вирішення цієї проблеми. Наприклад, були створені лампи, в яких світлодіоди розташовувалися на вузькій лінійці всередині колби, лінійка, у свою чергу, з'єднувалася з тепловідведенням поза колбою. Недоліками такої конструкції були обмеження потужності (світлодіодна лампа по світловому потоку еквівалентна лампі розжарювання потужністю не більше 25 Вт), а також висока вартість. До того ж, повної відповідності дизайну лампі розжарювання досягти так і не вдалося.

У 2008 році японською компанією Ushio були створені перші світлодіодні лампи, що зовні не відрізняються від ламп розжарювання. Новинка отримала назву Filament LED Bulb від англійського слова Filament, що в перекладі означає «нитку розжарювання». У російській мові спочатку з'явився термін «світлодіодні лампи розжарювання», однак, він не прижився, оскільки поєднував у собі поняття, що суперечать один одному. На момент написання статті вже витримався термін "філаментні світлодіодні лампи" (ФСЛ).

Спочатку ФСЛ випускалися лише з декоративних цілей, їх світловий потік був недостатній загального освітлення. Тому поза Японії де вони отримали популярності. Прорив стався у 2013 році, коли кілька китайських компаній одночасно представили потужні ФСЛ для загального освітлення, еквівалентні світловому потоку ламп розжарювання потужністю до 60 Вт.

Слід зазначити, що хоча створення ФСЛ і диктувалося в першу чергу естетичними міркуваннями, розробка їх конструкції не зводилася тільки до розміщення світлодіоди таким чином, щоб вони імітували нитку розжарювання. Довелося глибоко переосмислити безліч питань, пов'язаних з конструкцією світлодіодних джерел світла, внаслідок чого вийшов принципово новий різновид ламп.

Як влаштований філамент

В основі ФСЛ лежить технологія Chip-on-Glass (COG), яка раніше вже успішно випробувана при створенні дисплеїв для мобільних пристроїв. Вона полягає в розміщенні надмініатюрних світлодіодів на підкладці зі штучного сапфіру або, як більш дешевий варіант, із спеціального сорту скла. Прозорість підкладки дозволяє створювати масиви світлодіодів, які світять на всі боки.

Типовий філамент - світлодіодний аналог відрізка нитки розжарювання - є стрижнем зі штучного сапфіру або скла довжиною діаметром 1,5 мм і довжиною 30 мм. На ньому за допомогою технології COG розміщено 28 світлодіодів синього світіння, які з'єднані послідовно. У деяких моделях філамент може містити кілька світлодіодів червоного свічення для досягнення більш теплого відтінку свічення, при цьому загальна кількість світлодіодів у філаменті також дорівнює 28. Зверху все це вкрите шаром люмінофора на силіконовій основі. Потужність одного філаменту лежить в межах 0,8-1,3 Вт. Набираючи необхідну кількість філаментів у колбі, можна отримати світлодіодну лампу необхідної потужності. Відомі моделі ФСЛ, що містять до 16 філаментів.

Важливою перевагою філаменту в порівнянні з традиційними світлодіодними матрицями є те, що для рівномірного розподілу світла на всі боки не потрібно використовувати складну оптичну систему, що вносить великі втрати. Це забезпечує високий ККД лампи. Потужність, що підводиться до філаменту, в 1,5 рази вище, ніж до традиційної світлодіодної матриці, при рівному значенні світлового потоку. Зменшення потужності, що підводиться, означає зниження тепловиділення. Проте, перше питання, яке виникає у фахівця, який уперше взяв у руки ФСЛ: «Як тут відводиться тепло?». Справді, не за елементами кріплення філаментів. Та й ніякого тепловідведення, навіть найпростішого пластмасового, у типової ФСЛ немає. І тут ми переходимо до іншої важливої ​​інновації.

Тепловідведення

Філаменти герметично запаяні у скляну колбу. Ця колба наповнена спеціальним газом, що має високу теплопровідність. Саме через газ здійснюється відведення тепла від світлодіодів. Скляна колба з тонкими стінками добре проводить тепло, тому вона і використовується як тепловідведення. За твердженням виробників ФСЛ, така система тепловідведення у ряді випадків виявляється навіть більш ефективною, ніж у світлодіодних ламп традиційної конструкції, температура р-n переходу вбирається у 60°С.

При виготовленні колб та наповненні їх газом використовуються вже добре відпрацьовані для ламп розжарювання процедури. А ось склад газу є виробничим секретом, що ретельно оберігається виробниками ФСЛ. Ми можемо поки що орієнтуватися лише на неофіційну інформацію, розміщену на кількох професійних сайтах, згідно з якою колба заповнена гелієм - газом із найвищою (за винятком водню) теплопровідністю. Інший варіант - суміш газів, де важливою складовою є гелій.

Параметри ФСЛ

На момент написання статті (березень 2015 року) максимальні значення параметрів серійних зразків ФСЛ із звичайною колбою типорозміру А60, що мають корельовану температуру кольору 2700 К були наступними:

• світловий потік – 980 лм (відповідає лампі розжарювання потужністю 85 Вт);
• світловіддача всієї лампи – 116 лм/Вт (деякі виробники заявляють про значення до 150 лм/Вт, але ці дані не підтверджені незалежною експертизою);
• індекс кольоропередачі CRI – 90;
• термін служби, заявлений виробником – 30 000 годин;
• можливість димування.

Слід зазначити, що випускаються ФСЛ зі сферичною колбою діаметром 95 мм, що має більшу площу поверхні, ніж колба А60. Це забезпечує найкраще тепловідведення в порівнянні з колбою А60, що дозволяє досягти світлового потоку 1500 лм.

До одного філаменту підводиться напруга близько 100 В. Тому всі ФСЛ випускаються для безпосереднього підключення до освітлювальної мережі, низьковольтні моделі (скажімо, на 12 В) не виробляються. ФСЛ на даний момент статті випускалися під європейські патрони Е27 і Е14, прийняті й у Росії, американські патрони Е26 і Е12, і навіть під патрони байонетного типу. Останні, як відомо, застосовуються там, де є трясіння та вібрації, наприклад, на кораблях. Дані про стійкість ФСЛ до вібрації поки ніде не публікувалися, але можна припустити, що вона вища, ніж лампи розжарювання.

Переваги і недоліки

Великий інтерес до ФСЛ з боку як фахівців, так і звичайних споживачів пов'язаний з тим, що ці лампи мають цілу низку незаперечних переваг:

• повна сумісність кривої сили світла зі світильниками, що спочатку проектувалися під лампи розжарювання;
• висока світловіддача, обумовлена ​​відсутністю оптичної системи для рівномірного розподілу світла в різні боки;
• можливість зниження собівартості виробництва за рахунок використання вже існуючих потужностей з виробництва ламп розжарювання;
• подолання психологічного бар'єру під час використання світлодіодного освітлення у побуті.

У той же час ФСЛ властиві і деякі недоліки:

• мале місце під драйвер, внаслідок чого використовуються або драйвера спрощеної конструкції з високим коефіцієнтом пульсації, або драйвера з високим ступенем мініатюризації без пульсації, які коштують дуже дорого;
• історія практичного застосування даного типу ламп для загального освітлення налічує лише близько 1,5 років, тому ще немає достовірної статистики про реальну надійність, є лише теоретичні розрахунки;
• для ФСЛ принципово використання скляної колби, отже, на відміну інших типів світлодіодних ламп, вони є небьющимися;
• поки що ФСЛ виробляються лише маловідомими китайськими компаніями, що ускладнює завдання вибору для споживачів, далеких від світлотехніки.

Проблема, наведена у п. 1, вирішується деякими виробниками шляхом додавання кільця між цоколем та колбою, що збільшує місце для драйвера. Вирішення проблеми, зазначеної в п. 2 – питання часу. П. 4 можна пояснити неповороткістю, характерною великих компаній. Втім, і тут ситуація змінюється. Нещодавно відома тайванська компанія Edison Opto почала виготовляти філаменти на основі штучного сапфіру. Відповідно, використання в лампі філаментів від знаменитого виробника є вже якоюсь гарантією якості (хоча не варто забувати, що і від драйвера теж багато залежить). А незабаром на прилавках магазинів з'являться ФСЛ, виготовлені на дуже відомому великому заводі з майже 60-річною історією. І це – російське підприємство.

Російське виробництво

На квітень 2015 р. намічено початок серійного виробництва першої вітчизняної ФСЛ. Робитимуть її на знаменитому заводі «Лисма» у Саранську. Йдеться ФСЛ, яка здатна замінити 40-ватну лампу розжарювання з цоколем Е27, що споживає лише 4 Вт. Як повідомляє офіційна сторінка «Лісми» у соціальній мережі «ВКонтакте», заявлений термін служби новинки дорівнює 10 ТОВ годин. Роздрібна ціна, як зазначено там же, становитиме приблизно 120 рублів. Стільки ж коштує КЛЛ із тим самим світловим потоком. Але, порівняно з КЛЛ, споживач отримує у 2 рази менше енергоспоживання, на 25% більший термін служби, миттєвий старт та можливість використання лампи у найрізноманітніших світильниках.

Лампа буде вироблятися з використанням китайських драйвера та філаментів. Виготовлення колби та цоколя, встановлення філаментів та наповнення колби газом, а також складання лампи здійснюватимуть на «Лисмі».

Перспективи ФСЛ

З використанням більш довгих філаментів, у 2014 році в Китаї були створені світлодіодні лампи Т8. Щоправда, поки що ця ідея подальшого розвитку не отримала.

Крім того, серійно випускаються ФСЛ для заміни рефлекторних ламп розжарювання. Здавалося б, навіщо застосовувати цю технологію, коли проблем із сумісністю на рівні кривої сили світла у світлодіодних ламп, аналогічних рефлекторним лампам розжарювання, не виникає? До того ж дизайнери світильників практично ніколи не оголюють колби рефлекторних ламп розжарювання. Можливо, до випуску рефлекторних ФСЛ виробників підштовхнула висока технологічність їх виробництва.

І, нарешті, австрійська фірма Soft LED просуває на ринок таке рішення, як ФСЛ із... молочною колбою. У такій лампі філаменти, що імітують нитку розжарювання, не видно. Проте їх використання дозволило обійтися без спеціального тепловідведення.

Перелічені приклади показують, що поєднання технології COG та відведення тепла від світлодіодів за допомогою газу саме по собі виявилося дуже зручним у виробництві. Тому ФСЛ будуть розвиватися і у бік тих застосувань, де не потрібно точне відтворення дизайну лампи розжарювання.

Олексій ВАСИЛЬЄВ

Філаментні лампи, хоч і відносяться до світлодіодних, але і зовні, і досить сильно конструктивно від них відрізняються. Несвідомій людині взагалі може здатися, що це звичайна лампа розжарювання, лише трохи з дивностями. Насправді філаментні світлодіодні лампи поєднали найкращі якості звичних нам «лампочок Ілліча» та сучасних led-ламп. Результат вийшов цікавий, економічний, екологічний та оку дуже приємний. З першого погляду не зовсім зрозуміле їхнє призначення, але прочитавши статтю, стане зрозуміло що це таке, навіщо потрібно і як вибрати.

Особливості конструкції

Одним із основних «завдань», для яких призначені філаментні світлодіодні лампи, вважається повноцінна заміна ламп розжарювання у світильниках у стилі. Дійсно, зовні вона виглядає, як звичайнісінька – прозора колба, відсутність великого (обов'язкового для світлодіодних лампочок), звичний різьбовий цоколь. Хіба що «нитка розжарювання» виглядає дещо дивно, але якщо лампочку включити, то ця відмінність стає вже не такою помітною.

Насправді, філаментні лампочки можна використовувати не тільки в ретро-світильниках, а взагалі будь-де. За своїми характеристиками вона практично повністю відповідає традиційним світлодіодним.

Наприклад, «стандартна» філаментна лампа (маркується як А60, на відміну від кулястої або сферичної моделі, яка маркується як А95) має потужність 8 ватів, колірну температуру 2700 К, світловий потік 980 Лм і вище, та термін служби від 30 тисяч годин.

Основна відмінність – технологія виробництва. Вважається, що раніше її випробували під час розробки дисплеїв для мобільних пристроїв. На прозору підкладку зі скла або сапфіру наноситься світлодіодна нитка із синіми та іноді червоними мікродіодами, потім усе це зверху покривається смолою із силікону та фосфорної суміші (люмінофором).

Готові філаменти поміщаються в колбу із спеціальним газом, склад якого виробники зазвичай тримають у секреті – як правило, це гелій чи суміш газів на його основі.

Деякі виробники, особливо китайські, іноді використовують низькоякісний силікон для люмінофора. Це призводить до виходу лампи з ладу через руйнування світлодіодної нитки. Ще одне "слабке місце" - неякісний люмінофор, який викликає витік синього кольору, здатного завдати зір людини серйозної шкоди. Тому не варто купувати лампочки сумнівного виробництва, навіть якщо покупка видається дуже вигідною.

Така конструкція дозволяє «позбутися» громіздкого радіатора, типового для інших світлодіодних ламп і необхідного для охолодження. Газ у колбі ефективно відводить тепло від діодів, які й без того гріються менше, ніж у звичайній led-лампі, через свій маленький розмір.

У цоколі лампочки знаходиться невелика плата з електронною схемою драйвера, необхідна для перетворення напруги зі змінного на постійне. Це допомагає уникнути пульсації світлодіодів, шкідливої ​​для людського ока. Завдяки такому перетворювачу коефіцієнт пульсації можна знизити до 2% - при тому, що пульсація звичайної лампочки розжарювання може досягати і 20%.

Переваги і недоліки

Незважаючи на те, що філаментні лампи вважаються відносно новою та передовою технологією, у них є свої недоліки та переваги.

До плюсів можна віднести:

• Повну сумісність зі світильниками, в яких застосовуються традиційні розжарювання.
• Низьке споживання електрики.
• Звичний для покупця зовнішній вигляд.
• Тривалий термін служби.
• Високу віддачу світла, зумовлену прозорістю стін колби та відсутністю додаткових оптичних елементів.
• Більший кут розсіювання світла, порівняно зі світлодіодними лампами з радіатором.
• Дрібна вага лампи – близько 20-40 грамів.

Мінуси:

• Колба робиться із скла і тому легко б'ється.
• Відсутність низьковольтних моделей – такі лампочки розраховані на звичайні електричні мережі та стандартну напругу в них.
• Діаметр цоколя не більше 27 та не менше 12 міліметрів.
• Досить висока вартість.

найчастіше в побуті використовуються філаментні світлодіодні лампи з гвинтовим цоколем е27 та е14, тому їх найпростіше знайти на прилавках магазинів. З цоколем е27 можуть застосовуватися скрізь, де стандартні лампи розжарювання – це найпоширеніший тип цоколя. Цоколь е14 майже вдвічі менший, такі лампи використовуються в невеликих світильниках, люстрах з великою кількістю ріжків, декоративних бра та інших.

Короткий огляд виробників

На російському ринку нині представлено обмежену кількість брендів, які пропонують споживачеві якісні світлодіодні філаментні лампи. Запам'ятати найкращі не складе труднощів, зате цей список допоможе вам не помилитися при виборі та вбереже від покупки ламп сумнівної якості.

1. Osram.Німецька компанія, один із лідерів серед виробників світлодіодного обладнання. Пропонує досить широкий асортимент філаментних ламп як класичних форм, так і у вигляді свічки, кулі. У тому числі, компанія виробляє лампи, що димуються - ті, у яких можна змінювати рівень освітленості (ці лампи коштують дорожче звичайних).
2. Philips.Бренд, який не потребує особливого уявлення, оскільки якість та високі технічні характеристики продукції даної компанії і так усім відомі. Філіпс реалізує як звичайні лампочки з цоколем е27 або е14 та традиційною колбою, так і декоративні варіанти: кулясті, у формі свічки. При цьому лампи даної фірми коштують приблизно вдвічі дешевше, ніж продукція Осрам.
3. Лисма.Мордовський виробник, чиї вироби також відрізняються гарною якістю, але при цьому коштують трохи дешевше за іноземні аналоги. Приємний бонус – гарантія 2 роки на будь-яку лампу.
4. Руслід.Вітчизняна компанія – міцний «середнячок». Випускає лампи з традиційним гвинтовим цоколем е27 і низьким ступенем пульсації (близько 1-2%), які мають менш тривалий термін служби, ніж у іноземних конкурентів - 15000 годин. Ці дрібні недоліки повністю компенсуються демократичними цінами продукції.
5. Maxus.Ще один визнаний лідер, цього разу – український. Середній ціновий діапазон, висока якість товару та гарантія 36 місяців. Крім того, Максус комплектує філаментні лампи компактними димерами.

Якщо віддаєте перевагу якості та довговічності, а ціна не відіграє ролі, то варто віддати вибір першим 2 виробникам. Якщо потрібен баланс між ціною та якістю, відмінним вибором стануть філаментні світлодіодні лампи фірми Лісма чи Руслід.

Відео

Спеціально для любителів замовляти товари з Аліекспрес, відео огляд філаментної світлодіодної лампи потужністю 6 Ватів, замовленої з Китаю.

Перспективи та технології

Як вважають експерти, виробництво світлодіодних філаментних ламп найближчими роками розвиватиметься буквально ударними темпами. По-перше, тому що їх можна робити практично на тому ж обладнанні, що й звичайні - розжарювання. По-друге, виробництво філаментних досить вигідне через їхню високу вартість.

Приємна «зовнішність» та енергозберігаючі якості роблять світлодіодні філаментні лампи привабливими для споживача. Вона добре виглядатиме у звичайній квартирі, у тематичному кафе чи затишному офісі. Є дані, що незабаром розробники усунуть найбільший недолік таких лампочок - крихкість колби (застосувавши для її виробництва не скло, а сучасніші прозорі матеріали), і тоді вони швидко і легко завоюють ринок світлодіодного обладнання не тільки в Росії, але й всьому світу.

Спроби замаскувати світлодіодну лампочку під лампу розжарювання увінчалися успіхом у 2008 році, коли японським вченим удалося створити перший LED filament. Подальші дослідження та розвиток технології виробництва сприяли покращенню технічних характеристик новинки, завдяки чому у 2013 році розпочалося масове виробництво філаментних ламп на основі світлодіодів.

Зовні нові зразки повністю нагадували лампочки з ниткою розжарення, тому першими активними покупцями виявились люди, які бажають зберегти естетичний образ люстри та інтер'єру кімнати загалом. А економія електроенергії та заявлений виробником термін служби у 30 тис. год. йшли у вигляді додаткового приємного бонусу.

Які висновки можна зробити за кілька років експлуатації філаментних світлодіодних ламп і що ховається всередині прозорої колби? Про все по порядку.

Пристрій filament LED лампочки

У технічній термінології слово "filament" означає "нитку розжарювання". Тому в Росії поступово вжито словосполучення «філаментна лампа». Вона складається з 4 основних частин:

• світлодіодні стрижні;
• скляна колба;
• металевий цоколь;
• плата драйвера.

Іноді в конструкції додатково присутня основа цокольної частини. Світлодіодний філамент – це скляний стрижень прямокутного або круглого перерізу, на якому встановлені мініатюрні кристали світлодіодів за допомогою COG (Chip-on-Glass). Всі світлодіоди однієї палички філаменту утворюють послідовний електричний ланцюжок з анодом та катодом на кінцях. Її потужність споживання, зазвичай, становить 1 Вт. Таким чином, кількість стрижнів у колбі вказує на потужність лампи.

На кожен світлодіодний філамент наноситься товстий шар силиконового люмінофора жовтого кольору. Він перешкоджає проходженню ультрафіолету та сприяє рівномірному розсіюванню світлового потоку. Колірна температура світлодіодів відповідає теплому або нейтральному діапазону, щоб найточніше імітувати попередників з вольфрамовою ниткою.

Живлення світлодіодних ниток відбувається безпосередньо, а через драйвер. Так як вмістити перетворювач у цоколі стандартного зразка практично неможливо, як джерело живлення використовують примітивні електронні схеми. Тим не менш, виробники світового рівня намагаються монтувати у цоколі філаментної лампочки повноцінний драйвер, що забезпечує стабільне живлення світлодіодів.

У дешевих філаментних світлодіодних лампах немає запобіжника. Чомусь китайські умільці не вважають за потрібне розміщувати в цоколі запобіжник за принципом енергозберігаючих люмінесцентних ламп.

Варто відзначити, що філаментні лампи одного виробника, але різної потужності та під різні цоколі відрізнятимуться якістю драйвера та його схемотехнікою. Причин тому кілька. По-перше, усередині цоколя Е27 більше простору, ніж усередині Е14. Значить, в ньому можна вмістити найпростіший стабілізатор і конденсатор, що згладжує. По-друге, від кількості послідовно включених ниток, що світяться, залежить напруга їх живлення, що створює додаткові труднощі при використанні цоколя малих розмірів.

Проблема нестачі місця під драйвер успішно вирішується деякими виробниками шляхом збільшення цокольної частини філаментної світлодіодної лампи, а саме встановленням пластикової окантовки між цоколем і колбою. За рахунок пластикового кільця з'являється додатковий простір під конденсатор, що згладжує, і більш об'ємну схему драйвера.

Відведення тепла

Світлодіодні нитки працюють на струмі, менше максимального допустимого, тому кристали світлодіодів не перегріваються. Температура p-n переходу у робочому стані коливається близько 60 °C. У фірмових філаментних лампах усередину скляної колби закачано газову суміш на основі гелію, яка має високу теплопровідність. Саме газ служить провідником тепла між філаментами та тонким склом колби. Ефективності даного методу достатньо, щоб уникнути перегріву світловипромінюючих кристалів.

Але, як і в будь-якій конструкції, у світлодіодній філаментній лампі не все так гладко. Тому що є ще одне джерело тепла - драйвер. Відсутність радіатора дозволяє швидко розсіювати теплоту. До того ж, малий обсяг цоколя сильно перешкоджає охолодженню. Виходить, що елементи драйвера - найслабша ланка всієї системи. Судячи з відгуків користувачів, саме блок управління стає причиною надмірного мерехтіння та поломки виробу. А для якісного драйвера, що забезпечує мінімум пульсацій та стабільність, потрібні дорогі радіоелементи.

Про наявність струмового драйвера в цоколі можна судити з діапазону напруги живлення, вказаного на упаковці. Наприклад, у лампі з U пит =85–250 В напевно встановлений якісний стабілізатор струму, що захищає філаментні світлодіодні стрижні від мережевих перепадів.

Переваги і недоліки

Основний постачальник філаментних ламп у Росію – Китай. Тому якість продукції, що поставляється, часто далека від ідеального. Але все-таки є кілька позитивних аспектів, завдяки яким світлодіодні філаментні лампочки мають попит:

• висока схожість зовнішнього вигляду з лампами розжарювання, що є обов'язковою умовою реалізації деяких дизайнерських задумів;
• кут розсіювання світла становить 360 °, а колірна температура близько 3000 ° K (цей показник може знаходиться і в інших колірних температурах), що краще аналогічних показників ламп розжарювання;
• високий рівень світловіддачі завдяки прозорій колбі;
• відсутність потужного радіатора;
• тривалий термін служби (тільки у разі якісних фірмових виробів);
• у перспективі можливий випуск нових типорозмірів з філаментами більшої чи меншої довжини, і навіть зниження собівартості, щоб зберегти конкурентоспроможність.

Тепер про недоліки. За кілька років експлуатації філаментні лампи встигли поповнити зауваженнями свій пасив:

• виріб неремонтопридатний через нерозбірний корпус;
• тендітна скляна колба;
• найчастіше в конструкції застосовується примітивний випрямляч замість повноцінного струмового драйвера;
• більшість ламп мають високий;
• як правило, у конструкції філаментної лампи відсутній запобіжник;
• мають завищену ринкову вартість;
• в дешевих китайських лампах потужність і реальний термін служби нижче за заявлені значення.

Підбиваючи підсумки, варто сказати, що поки що у філаментних світлодіодних ламп мінусів більше, ніж плюсів. Однак технологія конкурентно здатна, завдяки принципово новому підходу конструкції та охолодженню LED-кристалів. Варто сподіватися, що китайські виробники покращать якість драйвера, надійність якого виключить одразу кілька недоліків.

Практичне використання філаментних світлодіодних стрижнів у лампах із цоколем Е27, Е14 – це перший крок на шляху їх розвитку. Існує безліч проектів з використанням інших поширених цоколів, можливо тому невдовзі ми розповімо про їх нові модифікації та сферу застосування.

Читайте також

Світлодіодні лампи дуже популярні та споживають мало електроенергії, але для деяких світильників їхній зовнішній вигляд не підходить. Особливо стосується кришталевих люстр та бра. У таких випадках краще придбати світлодіодні лампи filament.

Філаментні лампи, що це таке?

Це вид світлодіодних ламп, які зовні максимально наближені до ламп розжарювання. Вони мають повністю прозору скляну колбу та цоколь, а всередині розташовані світлодіоди замість нитки розжарення.

Філамент – основний функціональний елемент такої лампи, є світлодіодною смужкою особливої ​​конструкції. Зовнішнім виглядом філаменти нагадують нитку, тому деякі так їх і називають лампочки на світлодіодних нитках.

З чого складається світлодіодна нитка?

Розглянемо докладнішу структуру такого типу LED – Filament. Дослівно російською це слово звучить, як нитка розжарення. Складається з трьох шарів:

1. Скляна або сапфірова основа;
2. 28 світлодіодів синього свічення. Іноді, для отримання більш теплих відтінків частина синіх світлодіодів замінюються червоними, в пропорції 1 до 3;
3. шар люмінофора, який забезпечує світло білого кольору необхідної колірної температури.

У середньому потужність одного філаменту – близько 1Вт, а напруга – від 60 вольт. Така напруга живлення не дозволяє виробляти низьковольтні лампи зі світлодіодними нитками.

Філаментні лампи видають досить сильний світловий потік, порівняйте його з іншими типами таблиці. Філаменти випускаються у вузькому діапазоні потужностей – від 4 до 8 Вт.

Корпус філаментних ламп зовсім відрізняється від світлодіодних, у звичному їхньому вигляді. Філаментні точно повторюють конструкцію лампочок розжарювання, що дозволяє вітчизняним виробникам робити їх на тих же виробничих лініях, що і розжарювання. Про те, які наслідки спричиняє таке виконання, ми розповімо нижче.

Конструкція філаментної лампи Томича

Лампа з нитковими світлодіодами складається з:

• Цоколя, як правило, E27 або E14;
• скляна колба;
• всередині колби розташована скляна ніжка та провідники для живлення філаментів;
• філаментні світлодіоди;
• драйвер, який розташований у цоколі.

На фото детально розглянуто конструкцію виробника Rusled. Вони продають свою продукцію під назвою «лампочка Томича».

Це вироби вітчизняного виробництва, вони спрямовані на заміщення імпортної продукції. Навіть у своїй назві проводять аналогію із лампою «Ілліча». Лампа Томича - це свого роду новий крок у розвитку побутового освітлення.

Окрім «Томіча» на території нашої країни виробництво є у Саранську – на заводі «Лисма». Як заявляють рекламні ролики: «Єдина в РФ виробнича лінія лампового скла та цоколів».

При цьому в Росії немає потужних підприємств, здатних налагодити випуск подібних світлодіодів, тому LED-комплектуючі імпортують з Китаю.

У стандартних світлодіодних лампах драйвер розміщений на платі, для якої в корпусі досить багато місця. Це дозволяє використовувати схеми високої якості та рівня складності з метою зниження коефіцієнта пульсацій.

У разі розмірів драйвера лампи filament led є обмеження – його плата дуже маленька і повинна вміщуватися в межах порожнини цоколя. Погляньте, як це виглядає в житті.

У такому маленькому просторі конструкторам удалося розмістити всі необхідні деталі. Якісні лампи не пульсують або їх пульсації украй малі і знаходяться в межах допустимого.

Природно, бюджетні лампи часто обладнані звичайною схемою живлення на конденсаторі, що гасить, як і у випадку з пластиковими класичними світлодіодними лампами. Це дає занадто пульсуючий світло, що вкрай .

Схема драйвера

Драйвер виконується зазвичай за такою схемою. Замість запобіжника F1 можна використовувати низькоомний резистор (до 20Ом) середньої потужності (до 1Вт).

DB1 - це випрямний діодний міст, розрахований на зворотну напругу до 400-1000В. E2 – конденсатор, що згладжує пульсації діодного мосту, E1 – додатковий конденсатор для живлення мікросхеми. SM7315P та подібні – це мікросхема драйвер, серце всього ланцюга.

Його пристрій включає ШИМ-контролер, ланцюги зворотного зв'язку по струму (різні мультиплексори, компаратори та інші елементи. Вони порівнюють значення номінального струму і реального, після чого дають сигнал ШІМ-контролеру на зміну коефіцієнта заповнення керуючих імпульсів). ШИМ управляє силовим ключем (n-MOS швидше за все). Силовий ключ розташований у корпусі мікросхеми, тому на платі його ви не знайдете.

R1 – датчик струму, що дозволяє змінити силу струму в ланцюгу світлодіодів. Чим більше його номінал – тим менший струм.

L1 – накопичувальна індуктивність, завдяки якій відбувається перетворення напруги.

D1 – діод, необхідний роботи перетворювача.

E3 – конденсатор, що фільтрує вихідні пульсації.

R2 – резистор, який забезпечує мінімальне навантаження для перетворювача.

В цілому, контур утворений з L1, D1 і транзисторного ключа, вбудованого в мікросхему, є типовою схемою імпульсного понижуючого перетворювача. Спрощений варіант такої схеми зображено на малюнку.

Особливості конструкції

Як часто пишу – світлодіоди гріються. При цьому нагрівання відбувається настільки сильне, що деякі чіпи не можуть пропрацювати і хвилини без додаткового тепловідведення. У дрібних світлодіодів у SMD-корпусах тепло відводиться через контактні майданчики.

Потужність одного філаменту близько 1 вата. Подивіться на SMD-світлодіоди - на кожен ват їх потужності, потрібно 25-30кв.см. площі радіатора. Звідси виникає цікаве питання, пов'язане з охолодженням філаментів.

Потужність філаментної лампи можна визначити за зовнішнім виглядом, а саме за кількістю ниток. 1 нитка - 1Вт.

Як охолоджуються філаментні світлодіоди?

По-перше, філамент – це не цілісний потужний світлодіод, а лише матриця. Тип матриці в цьому форм-факторі на англомовних ресурсах називається COG або Chip-on-Glass. Російською мовою це щось на зразок «Матриця на скляній основі».

По-друге, якщо це матриця, значить на ній є безліч дрібних світлодіодів. Окремо вони виділяють дуже мало тепла, оскільки вони малопотужні. Приблизний розрахунок:

1 Вт/28 світлодіодів = 0,036 Вт/світлодіод

Для відведення тепла потрібний носій. Виробники заповнюють колбу філаментних ламп газом, що добре проводить тепло. Одні джерела заявляють, що цей газ — гелій, у рекламних відео про лампочки томіча йдеться про спеціальну рецептуру газів. Однозначної інформації щодо цього немає.

Завдяки такій конструкції нагрівання філаментної лампочки слабке – близько 50-60 градусів. Ви сміливо можете використовувати їх у світильниках із паперовими, тканинними та пластиковими абажурами. Нагрів самої нитки філаменту сягає температур понад 100 градусів. Сучасні світлодіоди здатні працювати і при температурах Кристала в 120 градусів, а корпус має значно менший нагрів.

Розповсюдження філаментів

Після появи філаментних ламп – попит на них почав зростати і поступово дійшов рівня звичайних світлодіодних виробів. Причина цього проста – їх дизайн та можливість досягти великого кута світіння, без використання додаткових оптичних систем.

У стандартних світлодіодних ламп у пластиковому корпусі, кут випромінювання до 170 градусів. У філаментних доходить до 300 градусів.

Такого кута світіння вдалося досягти завдяки скляній прозорій колбі та розташованих по колу філаментів. Деякі моделі мають нестандартні форми та спосіб розташування філаментів (під кутом, хрест на хрест, S-подібно), для забезпечення більш рівномірного освітлення.

Порівняльна таблиця філаментів від різних виробників

Якщо вирішили купувати, зверніть увагу на виробника. Заявлені параметри у всіх відрізняються і найчастіше завищено відсотків на 10.

Як ви можете зрозуміти з таблиці, вироби різних виробників видають різну кількість світла за однакової потужності. Це з тим, що вони отримують різний питомий світловий потік (Лм/Вт) з кожного вата потужності світлодіодного світильника.

Це викликано різними постачальниками матеріалів або схемотехнікою та режимами роботи драйвера.

Проблеми ниткоподібних світлодіодів

Колба, виготовлена ​​зі скла, б'ється. Хоч і форма колби надає їй велику жорсткість, і здатна витримати деяке навантаження, але все ж таки вона б'ється. Розсіювач стандартної світлодіодної лампи набагато міцніший. При цьому бита філаментна лампа може зберегти свою працездатність, яку ви можете побачити на фотографії.

Також зберігається висока ймовірність ураження електричним струмом при дотику до струмоведучих частин.

Це питання опрацьовується виробниками, ведуться роботи з впровадження колб із полікарбонату, що підвищить міцність та знизить вартість продукту.

Бюджетні філаментні лампи не працюють заявлені терміни в 15 000 і більше годин через низьку якість комплектуючих. Лампа або просто перестає вмикатися, або починають мерехтіти або перестають світитися окремі нитки.

Філаментні лампи на відміну від класичних моделей світлодіодних ламп не піддаються ремонту, що є ще одним мінусом у цій конструкції.

Може ви помітили ще якісь переваги чи недоліки? Поділіться у коментарях.

Переваги філаментних ламп

• Рівномірне світіння у всіх напрямках;
• низька робоча температура;
• добре виглядають, можна використовувати у відкритих та прозорих світильниках;
• утилізуються як побутові відходи;

Недоліки

• Ціна вища ніж у звичайних;
• тендітна скляна колба;
• не придатні для ремонту;
• при виході з ладу окремої філаменти – створює дискомфорт та миготіння;
• розкид за якістю та вибракування в рази більша, ніж у пластикових аналогів;
• виробляються лише для мереж 220 вольт;
• доступні два цоколі – E27 та E14;

У світлодіодних ламп філаментного типу є свої плюси та мінуси, проте мінусів на момент написання статті більше ніж плюси. Це не означає, що потрібно забути про ці лампи, просто потрібно враховувати для чого ви її купуєте.

Філаментні лампи непогано підійдуть як джерело світла для настільних світильників, а також у декоративних цілях. Вони практично холодні під час своєї роботи. Репутацію філаментних ламп псує низькосортна продукція недобросовісних китайських виробників.