Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 3
И снова здравствуйте, мои маленькие любители внутренностей!
Мы, наконец-то, добрались до заключительной части повествования о светодиодных лампах, в рамках которой мы рассмотрим 4 лампы в цоколе E27, а также подведём заключительные итоги этого затянувшегося повествования.
Прошлые две части находятся тут и тут.
Не будем затягивать наш рассказ о лампах и сразу перейдём к главному – внутренностям пациентов, светодиодных ламп от фирм ASD, Gauss и Supra.
Светодиодные лампы в цоколе E27: просторный корпус = залог удачной лампочки
Как мы помним из первой части, все светодиодные лампы в цоколе E27 показали достойные характеристики по уровню пульсаций, не превысив 1%. Вполне естественно, что такой драйвер требует достаточно просторного корпуса для размещения хотя бы потому, что имеет больше компонент, нежели конденсаторный балласт. Однако на примере лампочки от фирмы Gauss мы могли убедиться, что даже в корпусе GU5.3 можно компактно разместить драйвер без пульсаций, выполненный по безтрансформаторной технологии.
Что ж, посмотрим, что там внутри у первого подопытного кролика из сегодняшнего списка – лампа производителя ASD.
Крышка снимается довольно легко, практически голыми руками, что, по всей видимости, является производственным недостатком/браком, так как клей на обратной стороне присутствует. При этом светодиодная сборка крепится напрямую к металлическому корпусу лампы, однако теплоотвод организован лишь по внешнему кольцу, что, как читатель, наверное, уже понимает, nicht gut. Например, в тех же лампах E14 и GU5.3 сборка контактирует с теплоотводящим корпусом по всей площади.
Легко заметить, что предоставленный объём используется вольготно, без особых усилий по минимизации размеров драйвера. Электрическая схема представлена на изображении ниже. Она выполнена по уже ставшей классической для ламп с большим корпусом безтрансформатормной понижающей топологии. Расположение 28 светодиодов последовательное, при этом кое-где добавлены SMD резисторы(?). Если кто-то знает, зачем это сделано, то напишите, пожалуйста, в комментариях.
Отдельные светодиоды запакованы в продолговатые корпуса и впаяны между медными контактами, аналогичные SMD-компоненты фирма ASD использует и в лампах GU5.3. На рисунке ниже отчётливо видна граница между двумя такими контактами (тёмно-серая область). Размер самого светоизлучающего элемента 253 на 83 микрона.
Следующей на очереди будут две лампы от компании Gauss мощностью 6.5 и 12 Вт, соответственно. Несмотря на схожесть по многим критериям, данные светодиодные лампы имеют и некоторые различия, например, драйвер, и что самое иментересное – разные светодиоды внутри.
Рассеивающая колба очень удачно закреплена на теле лампы – приходится изрядно попотеть, чтобы выломать (да-да, именно выломать!) её оттуда, ибо клея и герметика в компании Gauss для лампочек не жалеют. Таким образом, совершенно спокойно можно использовать данные лампы в помещениях с высокой влажностью.
Однако лампочки фирмы Gauss имеют ту же проблему, что и ASD, металлический рассеиватель тепла в корпусе лампы соединён с алюминиевой подложкой, на которой закреплены светодиоды лишь по относительно небольшому кольцу вокруг. Конечно, с точки зрения теплофизиков такое решение. быть может, имеет смысл, но всё же…
Компания Gauss интересно подошла к данному аспекту. Конечно, я не буду утверждать, что лампы этого производителя полностью ремонтопригодны, а остальные нет. Однако инженеры этой фирмы, очевидно, проработали как момент сборки, так и разборки лампы. Светодиодная сборка на алюминиевой пластине не припаяна намертво к драйверу, как мы можем видеть это повсеместно, а соединяется с помощью нехитрого разъёма. При большом желании, можно распотрошить лампочку, достать драйвер и сборку светодиодов, заменить нужные компоненты (конденсаторы, например) и собрать драйвер с диодами обратно, или, по крайней мере, использовать хороший, «немигающий» драйвер для своих целей!
Сам драйвер выполнен по безтрансформаторной технологии. Блоки светодиодов (всего их 12 штук, каждый в отдельном SMD корпусе) соединены последовательно.
Сапфировая подложка светоизлучающих чипов структурирована, как и у ASD — не один ли завод их, подложки, производит?! LED имеют излучающую поверхность аж в 283 на 140 квадратных микрометров, что является одним из самым большим показателей среди представленных ламп.
Обратимся теперь к лампочке на 12 Вт. Принципиально она мало чем отличается от лампы на 6.5 Вт: аналогичный драйвер, хоть и со своими особенностями, та же пластиковая колба с металлическим кольцом-рассеивателем внутри, аналогичные светодиодные модули, хоть и в большем количестве; однако только эта лампа имеет заливку драйвера специальным компаундом.
С электрической схемой драйвера возникли некоторые проблемы, поэтому блок где должна находится катушка оставлен под знаком вопроса. С одной стороны, используемая микросхема управления подразумевает безтрансформаторный драйвер, однако с другой стороны используемый дроссель имеет 3 вывода на плату, что, казалось бы, говорит нам о драйвере на базе обратноходового преобразователя, но сопротивлениями между контактами/ногами катушки всего-навсего 1.7, 5.8 и 6.2 Ома, что должно не вписывается в схему гальванической развязки в данном драйвере.
В 12 Вт лампочке установлено аж 32 корпуса с LED. Правда, сами светодиоды имеют несколько иной размер 275 на 148 мкм против 283 на 140 мкм у 6.5 Вт лампочки и отличное расположение контактных дорожек. На первый взгляд LED практически идентичны, однако всё же интересно, с чем это может быть связано: разные партии светодиодов или всё-таки они действительно разные для разных по мощности ламп? Напомню, что под нож шли лампы одной цветовой температуры — 2700К.
Светодиодные модули от одной и той же фирмы могут-таки отличаться – вот это поворот!
И последняя в этом классе, лампочка от компании Supra. Лампочка открывается тяжело, то есть с герметичностью у неё всё в полном порядке: герметика налито достаточно. Контакт нейтральной линии не припаян к самому цоколю, а лишь прижат им, как мы уже говорил в предыдущей части, данный способ фиксации не является самым надёжным – цоколь снять довольно сложно, но можно!
А вот что действительно удивило – светодиодные сборки, закреплённые на вполне гибком текстолите вместо алюминиевой подложки, который в свою очередь термопастой связан с теплоотводящим корпусом. Как следствие, другим положительным моментом стало наличие полноценного теплорассеивателя, а не кольца, как у трёх рассмотренных выше ламп.
Наименование управляющей микросхемы — BP2822 от компании BPSemi
Драйвер представленной лампы выполнен на базе технологии… Да, аналогичная история, как и с лампочкой Gauss 12 Вт. Простым прозвоном сложно понять, что представляет собой дроссель с тремя контактами на плате. Поэтому в итоговой таблице хоть эти два драйвера и будут фигурировать под «обратноходовый преобразователь», но скорее всего выполнены они по безтрансформаторной понижающей топологии. Хотя сознательные читатели присылают иногда полезные ссылки, из которых следует, что используемая микросхема подразумевает безтрнсформаторный драйвер.
Теперь проведём немного аналогий. Cветодиоды соединены последовательно-параллельно, как и у лампы ASD (звоночек номер раз).
Deja vu? Таки да, полная идентичность с лампой ASD
Если же мы взглянем на сами светоизлучающие элементы, то окажется, что по габаритам (251 на 83 против 253 на 83 микрона), расположению контактных площадок и микроструктуре, они полностью идентичны светодиодам в лампе компании ASD (звоночек номер два). Да, они упакованы в корпус по две штуки, однако зачастую сам производитель диодов «пакует» их в разные корпуса: по одному, два, три, четыре и так далее. Так что вполне можно выдвинуть предположение, что лампочки ASD и Supra начинены LED-модулями одного и того же производителя. При эквивалентной начинке (драйвер+светодиоды), схожих светотехнических показателях не удивительно, что в рознице стоимость ламп практически не отличается – около 250-270 рублей (август-сентябрь 2015).
Финальные выводы
Что ж, после такого длительного и где-то не всегда удачного, а где-то исключительно интригующего тестирования светодиодных лампы, а также путешествия по их внутреннему миру, остаётся подвести финальные итоги.
- Про внешний вид. Как мы могли убедиться, даже те светодиодные лампы, которые кажутся герметичными, на самом деле такими не являются. Поэтому, дорогой мой читатель и покупатель, перед покупкой оных для помещений с повышенной влажностью, обязательно проверь крепление светорассеивателя!
- Про драйверы. Драйверы всех ламп разделись на два больших лагеря: конденсаторный балласт (сильный коэффициент пульсаций до 10-15%) и безтрансформаторный драйвер (Kp<1%). Обычно, продвинутый драйвер устанавливают в лампы с цоколе E27, тогда как почти все лампы в цоколе E14 и GU5.3 оснащены конденсаторным балластом, дающим сильный коэффициент пульсаций. Приятное исключение составили лампы Gauss GU5.3, которые имеют на борту компактно упакованный безтрансформаторный драйвер. Однако пульсации этих ламп имеют очень высокую частоту – несколько сотен Гц.
- Про термоконтакт и термоотвод. Многие производители грешат некачественной установкой сборки LED в лампу, в результате чего нарушается термический контакт между алюминиевой или текстолитовой подложкой и теплорассеивателем/радиатором, что, как ни крути, приводит к преждевременному выходу из строя самой чувствительной компоненты – светоизлучающих диодов. Больше всего претензий возникло к компании Pulsar. Плюс, некоторые умудряются клеить сборки на некоторый аналог гелевидного скотча (например, как это делает фирма Wolta).
- Про подложки для светодиодных сборок. Некоторые производители размеещают светодиодные модули на текстолитовой, а не алюминиевой подложке — очень интересное решение, уменьшающее вес и габариты лампы, но нуждающееся в дополнительном тестировании и проверке, хотя лично мне оно очень нравится!
- Про светодиоды и технологии их изготовления. По типу структурирования использованной сапфировой подложки лампы разделились на три типа. Условно назовём их: «щит», «звёздочка» и «кольца»:
Современные технологии текстурирования сапфировых подложек для LED в сравненииНекоторые лампы по внешнему виду использованных светодиодов сходны до степени смешения, что вызывает серьёзные вопросы к производителям. Так, например, с некоторой долей уверенности можно утверждать, что светодиоды в лампах компаний ASD и Supra произведены чуть ли не на одном и том же заводе.
- Про универсальность производства. Как показала практика вскрытия ламп, иногда универсальность производства LED-ламп не является определяющим фактором. Так, например, вроде бы одни и те же лампы от компании Gauss, различающиеся лишь мощностью, имеют как разные драйверы, так и разные светодиоды, мало похожие друг на друга.
- О световом потоке, мощности и немного о теплообмене. Если мы соберём все геометрические характеристики и связанные с ними удельные характеристики ламп в одной таблице (пренебрегая потерями в драйвере), то увидим, что удельный световой поток и рассеиваемая мощность связаны обратно пропорционально. Лампы некоторых производителей, например, Supra, выдают потрясающие 1500 лм/мм2, однако за это приходится поплатиться 22 Вт рассеиваемой энергии на тот же самый мм2. Здесь-то и настаёт время компромисса и расплаты за «аналог» 100Вт лампочки. К сожалению, это трудноосуществимая задача без перераспределения тепловой энергии, выделяемой на светодиодах, и, соответственно, специальных радиаторов-рассеивателей.
NB: Автор статьи не является профессиональным инженером-электриком, поэтому если вы заметили ошибку или оплошность в схемах, тексте или ещё где-нибудь, то пиши, пожалуйста, в ЛС.
PS: Существует как минимум две подтверждённые фирмы-производителя управляющих микросхем Monolithic Power и BPSemi. Также некоторые reference design от Dialog Semiconductor (совместно iWatt)
PPS: Все схемы нарисованы в бесплатном (open-source) программном пакете QUCS, отыскать которой помог toster.
