Филаментная лампа что это значит
Взгляд изнутри: а так ли хороши Filament-лампы?
Приветствуем любителей LED-ламп на страницах блога Prestigio!
Сегодня мы поговорим об одной животрепещущей и крайне популярной в последнее время теме, а именно filament (или, по-русски, нитевидных) светодиодных лампах. На Geektimes им посвящено множество статей (1, 2, 3), однако они не затрагивают разбор ламп и сравнение их температурных характеристик. Поэтому специально для Вас, уважаемые читатели, мы провели подробный анализ ламп разных производителей, включая измерение температуры светодиодных нитей. И под катом мы постараемся ответить на вопрос: а так ли хороши filament лампы, как их малюют нам представляют маркетологи?
Предыстория вопроса
Когда речь заходит о новой технологии, то сразу встаёт один из важнейших вопросов: а как эта технология вливается в общую технологическую «эко-среду»? Обычно революционные технологии просто не вписываются в привычный ход вещей, и приходится прилагать огромные усилия для внедрения революционных продуктов. К примеру, так было с возобновляемыми источниками энергии, устанавливаемых на частных домах, когда стоимость «комплекта» просела на порядки, а в некоторых местах нашей планеты людям ещё и доплачивают за выработку электроэнергии, что потребовало пересмотра отношений между производителями и потребителями электричества. Совершенно аналогичная история приключилась с электрокарами, когда индустрия разделилась и пошла двумя путями: гибриды и полноценные электромашины с отдельными «заправочными» станциями.
Лет 5 назад светодиодное освещение начало активно завоёвывать своих приспешников и адептов. Инженеры долго пытались приспособить двумерные от природы источники света для трёхмерного освещения (чего только стоят лампы в виде кукурузных початков). Об этом писалось несколько раз, как тогда, так и совсем недавно.
И вот на рынок были выпущены filament-лампы. Казалось бы, что найдено пусть не идеальное, но оптимальное решение проблемы, когда и «овцы сыты и волки целы»: лампочка практически ничем не отличается от лампочки Ильича как форме, так и по содержанию, только нить вольфрамовая заменена на нить светодиодную. Даже старым стеклодувным заводам и мастерским нашлась работа. Сейчас предлагается использовать керамическую полупрозрачную подложку для улучшения радиального распределения светового потока ламп (например, Crystal Ceramic MCOB).
Нить (filament) представляет собой пирог, состоящий из нескольких компонент. Тонкая стеклянная (не так хорошо проводит тепло) или сапфировая/керамическая (хорошо проводит тепло) подложка – зависит от жадности производителя – с двумя контактами по краям. На эту подложку устанавливаются светодиодные чипы, которые соединяются последовательно тончайшей золотой нитью. Затем вся конструкция заливается люминофором и, вуаля, filament готов.
Схема устройства светодиодной нити
Идея, заложенная в данный тип светодиодов, проста: попытка выжать ещё чуть-чуть лм/Вт, ведь в такой конструкции не важно, куда излучает светодиод, в отличие от SMD. Свет всё равно, достигнет люминофора и даст тёплую компоненту (зелёный и красный цвета).
Однако, несмотря на неоспоримые преимущества перед SMD светодиодами, у filament ламп существует ряд проблем, которые почему-то не хотят замечать. Например, в «стандартной» компоновке с SMD-диодами, довольно массивная алюминиевая подложка и корпус эффективно отводят тепло, тогда как в нитях единственный способ отвода тепла – фактически лишь конвекция и диссипация через стенки стеклянной колбы. То есть, банальный перегрев постепенно убивает как сами диоды (падение яркости с температурой), так и люминофор (страдают индекс цветопередачи CRI или Ra и цветовая температура CCT). Да, такой метод «перегрева» работает для вольфрамовой лампы, потому что газ в ней частичной способствует регенерации нити в процессе использования, но не более того. Подробнее про перегрев с научной точки зрения можно почитать тут. Как следует из представленной статьи относительно безвредным можно считать температуры порядка 60-70 градусов.
В двух словах для рядового потребителя перегрев или недостаточный теплоотвод от светодиодов означает только одно – кратное (иногда на порядки) ухудшение характеристик светодиодных ламп
Чтобы данную точку зрения подтвердить или опровергнуть, надо запастись лампами, взять обычные светодиодные лампы для сравнения и поэкспериментировать… в том числе и с измерением температуры, в чём нам поможет тепловизор компании Flir 5-ой серии с матрицей в 240 на 320 пикселей. С помощью данной камеры была измерена температура как на колбе в течение получаса, так и на самих светодиодах после удаления колбы.
По традиции выводы для спешащих представлены в двух итоговых таблицах в самом конце статьи. А любителей основательных разборок милости просим в часть экспериментальную.
Часть экспериментальная
Итак, для экспериментов были взяты три лампы разных производителей: дешёвая китайская лампочка с Ebay от компании CroLED (на самом деле по цене эквивалентен Eglo), другая лампа фирмы Eglo из местного Леруа Мерлен и многоуважаемый и широкоизвестный Phillips. Да, стоит отметить, что возможно лампочка с Ebay НЕ имеет никакого отношения к фирме CroLED.
CroLED: китайское качество Ebay
Начнём с filament-лампы из Поднебесной. Лампочка прибыла из Китая в простой картонной коробке с минимум информации на ней (температура, мощность и напряжение питания. Честно признаться, ожидания были сами разные, но реальность оказалась намного суровее. Коэффициент пульсаций составил 67% (!), мне кажется, что это рекорд! Фактически лампочка гасла и разгоралась снова с периодичностью 10 мс. Цветовая температура отличалась в меньшую сторону от того, что указано в магазине продавца на Ebay.
NB: Все представленные в статье лампы имеют стеклянную колбу. И хотя она может выдержать падение на пол, будьте осторожны при обращении с ними!
Разбор лампочки выявил одну интересную особенность конструкции – а именно драйвер. Точнее его полное отсутствие: лампочка питается через банальный диодный мост MB10F с парой резисторов и огромным твердотельным конденсатором. Зато компактно!
Светодиоды расположены на матовой (!) подложке в количестве 18 штук. Каждый светодиодные чип выполнены из сапфировой текстурированной подложке типа «звёздочка». Чипы совершенно небольших размеров – меньше человеческого волоса.
Интересный вопрос. Одна и причина чисто экономическая. Маленькие светодиодные чипы просто не требуют дополнительных золотых контактов для равномерного распределения электрического поля и, соответственно, равномерной светимости по всему диоду.
Другая причина – теплоотвод. Не имеет смысла ставить мощный большой светодиод на подложку, которая относительно плохо проводит тепло.
А что там с температурой? — спросит читатель. Да, температура на колбе за 5-7 минут достигает примерно 40 градусов и остаётся таковой в течение получаса.
Но давайте теперь заглянем под колбу нашей лампе. После удаления стекла и замера температуры выяснилось, что нити очень быстро (буквально за 1 минуту) нагреваются до почти 90 градусов, а в некоторых местах, по-видимому, там, где расположены светодиоды, температура достигает более 100 градусов.
Eglo: обычная ламп с обычными характеристиками
Следующая лампа от компании Eglo, у которой, между прочим, есть представительство и в РФ, в общем и целом порадовала своими характеристиками. Пульсаций на частоте 100 Гц составили около 6%, при этом цветовая температура и CRI вполне соответствуют заявленным характеристикам.
К одной из статей на D3 пользователь justicebest написал следующее:
Примечание — Коэффициент пульсации освещенности учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Пульсация освещенности свыше 300 Гц согласно [1] не оказывает влияния на общую и зрительную работоспособность.
Таким образом, мерцание до частоты 300 Гц всё-таки не желательно.
Внутри лампы находятся также четыре нити светодиодов, как и в китайской лампе. Внутри спрятан драйвер на базе конденсаторного балласта. Светодиоды несколько больше – 113 на 57 микрон, чем в предыдущем случае. Однако они крайне плохо закреплены на опять-таки матовой подложке.
90 градусов. Прям, как проклятие конструкции лампы «накаливания» какое-то!
Phillips: качество превыше всего
Последняя протестированная лампочка производства компании Phillips. Удивительно, но эта лампочка в корпусе Е14 демонстрирует отличное соответствие заявленным характеристикам и крайне низки уровень пульсаций.
Что такое филаментные светодиодные лампы, критерии выбора, плюсы и минусы
Филаментная лампа — особая разновидность светодиодного источника света, внешне схожая с обычной лампочкой накаливания. Конструктивно состоит из стеклянной колбы, внутри которой вмонтированы светодиоды в виде нитей, от которых исходит свечение.
Ниже рассмотрим, что это за изделие, из каких элементов состоит, мощность, схему подключения. Отдельно поговорим об охлаждении, преимуществах и недостатках, критериях выбора и предложениях рынка.
Что такое филаментная лампа
Простыми словами, филаментная лампа — комбинация двух видов лампочек: светодиодной и накаливания. От первой взят принцип действия, а от второй конструктивные особенности.
Внутри стеклянной колбы подключена светодиодная полоска, из-за которой лампа и получила название. Слово «filament» переводятся с английского как «нить».
По свечению филаментный источник света почти не отличается от лампы накаливания (он обладает желтоватым оттенком), а вот по конструкции и функционалу опережает конкурента.
Устройство, конструктивные особенности филаментной лампы Томича
Конструктивно излучатель такой лампы состоит из трех элементов:
Если рассматривать конструкцию в целом, филаментный источник света состоит из следующих элементов:
Драйвер занимает минимальные размеры и легко помещается на плате. Последняя, в свою очередь, монтируется в цоколь лампочки.
Такая конструкция позволяет применять высококачественные схемы с разным уровнем сложности для уменьшения пульсаций.
Какую выдает мощность
Средняя мощность филамента около 1 Вт, а напряжение — 60 В. В целом лампочка потребляет от четырех до восьми Вт и имеет следующие параметры:
Для сравнения у ламп накаливания, светодиодных и люминесцентных мощность находится в диапазонах: 10 — 500 Вт, 3 — 30 и 15 — 80 ватт соответственно.
Наиболее низкую световую температуру показывают обычные источники света — 2700 К при сроке службы в 1000 часов.
Что касается люминесцентных и светодиодных ламп, они показывают лучшие характеристики: световая температура до 6500 или 6400 К, а срок службы — 40 и 50 тысяч часов соответственно.
Драйвер филаментной лампочки Томича
Использование светодиодного принципа требует установки драйвера, расположенного внутри цоколя. Назначение устройства — снижение тока из сети до параметра, безопасного для светодиодных элементов.
Драйвер состоит из следующих элементов:
Особый интерес заслуживает схема драйвера. В фазном проводе установлен предохранитель F1, вместо которого можно поставить сопротивление до 20 Ом до 1 Вт мощности.
Также в элементы схемы входит:
По сути, элементы D1, L1 и транзисторный ключ формируют типовую схему импульсного преобразователя.
Как работает схема
Принцип работы схемы прост. Напряжение, которое поступает на вход, выпрямляется с помощью диодного моста. Далее, благодаря действию емкости и конденсатора, происходит сглаживание тока.
На подходе к микросхеме ток преобразуется в ВЧ импульсы, сглаживаемые с помощью конденсатора. В дальнейшем питание поступает на филаментный светодиод и возвращается в сеть.
Что касается драйвера, в его состав входит ШИМ-контроллер и дополнительные устройства (компараторы, мультиплексоры и т.д.). Они сравнивают реальный и номинальный токи, а после отправляют сигнал контроллеру ШИМ на внесение правок в коэффициент заполнения импульсов.
Охлаждение
Существует ложное заблуждение, что светодиоды не греются. Наоборот, они нагреваются сильно, а некоторые микросхемы не работают и нескольких минут без охлаждения.
У небольших светодиодов, находящихся в корпусах SMD-типа, тепло передается к установленным через них контактных площадках.
Мы уже знаем, что один филамент потребляет в среднем 1 Вт. Для сравнения в SMD-диодах на 1 Вт мощности конструктивно предусматривается около 25-30 кв. см охладительного устройства. И здесь возникает вопрос по поводу охлаждения ламп.
Для отвода тепла используется гелий или специальный газ, обеспечивающий минимальный нагрев до 55-60 градусов Цельсия. Это позволяет использовать их в светильниках с тканевыми, бумажными и пластиковыми лампами. При этом нитка филаментной лампы нагревается до 100 градусов Цельсия.
Преимущества и недостатки филаментных ламп
Перед переходом на филаментные источники света необходимо понимать их слабые и сильные стороны.
Недостатки филаментных изделий:
Распространение филаментов, что предлагает рынок, критерии выбора
С появлением филаментных источников света все больше людей начали переходить на новые изделия. Причиной стал оригинальный дизайн и больший угол свечения без применения дополнительных оптических систем. В стандартных светодиодах, находящихся в пластиковом корпусе, угол 170 градусов, а здесь 300.
Что касается производителей, популярностью пользуется продукция компаний Maxus, Videx, Philips, Osram, Лисма и лампа Томича.
Критерии выбора
При покупке филаментных лампочек важно обращать внимание не только на мощность и тип цоколя, но и на другие критерии.
Ниже рассмотрим основные параметры:
Дополнительно учитывайте и другие параметры — полезный световой поток, наличие совместимых приложений, срок службы, максимальное число включений, класс энергопотребления. Обратите внимание на страну-производителя и вид упаковки.
Популярные модели
Рынок предлагает большой выбор филаментных ламп, пользующихся спросом и получивших положительные отзывы пользователей.
Ниже выделим несколько популярных вариантов.
Gauss LED Filament E14 свеча
Китайский продукт с цоколем на E14 и мощностью в 11 Вт. Изделие светит как лампочка накаливания на 80 Вт. Цвет освещения нейтрально-белый, а максимальная площадь — 7 кв. м.
Угол сведения составляет 360 градусов, а полезный световой поток 750 Лм. Модель рассчитана на 50 000 включений и отключений, а средний срок службы составляет 35 000 часов.
Лампа светодиодная филаментная Lexman
Устройство, изготовленное в Китае. Модель оборудована цоколем на Е14 и имеет мощность 4,5 Вт. Заявленные параметры позволяют светить также как 40-ватная лампа накаливания.
Свет освещения тепло-белый (ближе к желтому), площадь освещения около двух квадратных метров, а угол свечения составляет 360 градусов.
Полезный световой поток находится на уровне 470 Лм. Лампочка имеет ресурс на 25 000 включений и отключений, а также срок службы в 25 000 часов.
Lexman G95
Китайская светодиодная филаментная лампочка с цоколем на Е27 в форме шара и мощностью 5 Вт. По свечению она эквивалентна лампе накаливания на 40 Вт.
Устройство выделяется тепло-белым (желтоватым) свечением и максимальной площадью «покрытия» в два квадратных метра. «Рабочий» угол свечения равен 360 градусов, а световой поток 250 Лм.
Что касается срока службы и числа включений / отключений — эти параметры составляют 25 000 часов и циклов соответственно.
Uniel свеча на ветру
Филаментная лампа с цоколем на Е14, сделанное в Китае. Рабочая мощность составляет 6 Вт, что в эквиваленте соответствует работе лампочки накаливания на 55 Вт.
Модель способна осветить помещение площадью 1,3 кв. метра. При этом полезный световой поток равен 500 Лм, а угол свечения — 360 градусов. Срок службы и число циклов составляет до 30 000 часов и не более 10 000 включений / отключений соответственно.
Uniel Vintage
Китайская филаментная лампа с цоколем на Е27, мощностью на 6 Вт и световым потоком в 540 Лм. Внешне она напоминает лампочку накаливания, выдает тепло-белый цвет и способа осветить площадь в 1,3 кв. метра. Угол свечения составляет 360 градусов.
Gauss E27
Изделие китайского производства мощностью 4,5 Вт. Модель светит аналогично лампе накаливания на 40 Вт. Цвет освещения — тепло-белый (ближе к желтому), температура цвета 2700 К, а максимальная площадь освещения около трех квадратных метров.
Полезный поток света составляет 400 Лм, а угол свечения — 360 градусов. Ресурс устройства составляет 25 000 часов, а максимальное число включений / отключений — 35 тысяч.
Gauss A60
Филаментный источник света с цоколем Е27, мощностью в 4,5 Вт и тепло-белым светом. Устройство дает освещение по аналогии с лампочкой накаливания на 30 Вт.
Полезный световой поток равен 300 Лм, угол свечения 360 градусов, а срок службы 25 000 часов.
Что касается максимального числа включений / отключений, оно составляет 35 000 циклов.
Аirdim в форме шара
Модель изготовлена в Китае, имеет цоколь на Е14 и мощность 5 Вт (эквивалентно лампочке накаливания на 30 Вт). Изделие способно осветить комнату на 1,3 кв. метра нейтрально белым светом.
Полезный поток света и угол свечения составляют 450 Лм и 360 градусов соответственно. Модель служит в среднем 30 000 часов, а предельное число включений / отключений находится на уровне 10 000 раз.
Gauss Vintage шар
Филаментная декоративная лампа диаметром 20 см, мощностью на 4 Вт и цоколем Е27. Несмотря на китайское производство, устройство отличается высоким качеством и светит как изделие накаливание на 40 Вт. Срок службы 35000 часов или
Филамент выдает тепло-белый цвет, а максимальная площадь освещения — четыре «квадрата».
Что касается угла свечения и полезного потока света, эти параметры находятся на уровне — 360 градусов и 420 Люменов соответственно.
Orsam
Качественная модель с цоколем Е27 производства Китая. Девайс имеет мощность 5 Вт, что эквивалентно свечению лампы накаливания на 60 Вт.
Изделие выдает тепло-белый цвет и освещает площадь до 3,3 «квадрат». Полезный световой поток составляет 600 Лм, а угол свечения — 300 градусов. Срок службы составляет 15 000 часов, а максимальное число включений / отключений — 100 000.
Что такое метровая зона
При свечении филаментной лампы, если колба расположена строго вертикально, под ней образуется, так называемая, зона меньшего освещения, которую можно назвать «мертвой». Уровень освещения в ней в два раза меньший, чем в основной зоне освещения.
На расстоянии в полтора метра пятно достигает размеров 50 см. Соответственно оно увеличивается по мере удаления от источника света.
Форма этого пятна, в зависимости от модели ламы, количества и расположения спиралей, разная.
Проверяйте пульсацию при покупке
При покупке филаментной лампы важно проверить пульсацию. Игнорирование этого требования может привести к разочарованию при использовании девайса в качестве основного освещения в спальне, зале или другом помещении.
По законам РФ (ПП №1356 от 10.10.2017 г. «Об утверждении требований к осветительным приборам») запрещена продажа источников света пульсацией свыше 10% и CRI меньше 80.
За пульсацию отвечает драйвер и в качественных изделиях этот показатель не превышает 1%.
И нужно помнить, что внутри даже одинаковых по форме лампочек может быть два разных драйвера. Один с нормальной пульсацией и качественными деталями, а второй — изготовленный с применением дешевых элементов.
Как определить потребляемую мощность
Мощность одной нити филамента равна 1 Вт. Это означает, что по одному взгляду можно определить нужный параметр. К примеру, наличие двух нитей свидетельствует о мощности 2 Вт, четырех — 4 Вт, шести — 6 Вт и т. д. При этом не обязательно доверять информации, указанной на коробке.
Проверяем драйвер с помощью радиоприемника
Предварительную проверку можно сделать путем обычного осмотра:
Также в моделях «свеча» (не во всех) из-за небольшого цоколя Е-14 драйвер ставится между колбой и цоколем. Он хорошо виден. Вставить в такое маленькое пространство что-то качественное сложно.
Светоотдача
Филаментные лампы отличаются высокой светоотдачей, которая достигает 120 Лм/Вт, а угол рассеивания света равен 360 градусов, при этом они меньше греются по сравнению со своими аналогами. Для сравнения у светодиодных ламп мертвая зона может достигать от 90 градусов и более.
Определяем температуру свечения
Достаточно одного взгляда для определения ориентированной температуры.
Итоги
Филаментные лампы — альтернатива светодиодным изделиям, обладающие лучшими характеристиками и стильным видом. Для таких моделей характерна универсальность, высокая отдача света, огромный выбор и отсутствие мертвой зоны по периметру.
Благодаря длительным срокам эксплуатации, устройства быстро окупают расходы радуют качественным освещением.
Нельзя забывать и о недостатках, которые не дают «развернуться» такой продукции.
На сегодняшний день это хрупкость колбы, высокая цена и пульсации при низком качестве изделия и электричества.