Светодиодная лампа led filament. Технологические особенности ламп типа «филамент»

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 ( , , ), 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).

Что ж это за загадочный filament? Кратко об устройстве нити

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 R a 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 . 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 . 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.

Почему производителю выгодно делать ультра-маленькие светодиоды?

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.

Лирическое отступление к вопросу про мерцание

К одной из статей на D3 пользователь justicebest написал следующее:

Где сказано:

Примечание - Коэффициент пульсации освещенности учитывает пульсацию светового потока до 300 Гц. Пульсация освещенности свыше 300 Гц согласно 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.

Что же касается температуры, то лампочка быстро (за те же 5-7 минут) разогревается до температуры порядка 50 градусов. И нити вновь демонстрируют температуру ~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.

Чем это обусловлено, ведь цоколь E14 гораздо меньше E27? – зададитесь Вы вопросом. Всё гениальное просто: у Phillips хорошие, очень хорошие инженеры, которые способные создать ультра-компактный драйвер (обратноходовый преобразователь) так, чтобы он уместился в патрон E14, при этом драйвер обеспечивает крайне низкий уровень пульсаций (<1%).

В самой лампе всего две светодиодные нити, так как она потребляет всего 2.3 Вт. Светодиодные чипы размещены на прозрачной подложке и аналогичны по размерам тем, что используются в лампах Eglo, но с иной текстурой подложки – «щит» . Как уже отмечалось выше против законов теплофизики не попрёшь.

Примерно за 10 минут колба лампы прогревается до ~45 градусов (две нити медленнее «прогревают» всю лампу). Однако температура нитей без стеклянной колбы составила всё же 95 градусов, местами – повторимся, скорее всего, в месте крепления светодиодных чипов к подложке – достигая значений в 110-120 градусов.

Чтобы не быть голословным при вынесении вердикта относительно filament-ламп, мы добавим несколько фотографий уже знакомых ламп IKEA и мощных умных ламп Prestigio, о которых мы поговорим в следующий раз. Корпус лампы IKEA прогревается до 75 градусов в течение полчаса, а умной лампы Prestigio до 58. При этом SMD светодиоды ламп Prestigio, к примеру, на максимальной мощности нагреваются лишь до указанной в самом начале статьи «безопасной» температуры 60-70 градусов.

Филаментные (Filament) светодиодные лампы: технология, устройство и принцип работы Filament ламп.

Первые филаментные лампы были созданы в 2008 году японской компанией «Ushio», по внешнему виду лампы неотличимы от ламп накаливания.

Лампы получили название Filament LED от английского слова Filament, в переводе означающее «нить накаливания». В русском языке сначала появился термин «светодиодные лампы накаливания» затем «филаментные светодиодные лампы» — ФСЛ.

Первоначально ФСЛ выпускались только для декоративных целей, их световой поток был недостаточен для общего освещения. Поэтому за пределами Японии они не получили известности. Прорыв произошел в 2013 году, когда несколько китайских компаний одновременно представили мощные ФСЛ для общего освещения, эквивалентные по световому потоку лампам накаливания мощностью до 60 Вт.

В технической терминологии слово «filament» означает «нить накаливания». Поэтому в России постепенно входит в обиход словосочетание «филаментная лампа».

Filament лампа состоит из основных частей:

светодиодные стержни;
стеклянная колба;
металлический цоколь;
плата драйвера.

Иногда в конструкции дополнительно присутствует основание цокольной части.

Светодиодный филамент – это стеклянный стержень прямоугольного или круглого сечения, на котором установлены миниатюрные кристаллы светодиодов методом COG (Chip-on-Glass).

Все светодиоды одной палочки filament образуют последовательную электрическую цепочку с анодом и катодом на концах. Её мощность потребления, как правило, составляет 1 Вт. Таким образом, количество стержней в колбе указывает на мощность лампы.

На каждый filament наносится толстый слой силиконового люминофора желтого цвета. Он препятствует прохождению ультрафиолета и способствует равномерному рассеиванию светового потока. Цветовая температура светодиодов соответствует тёплому или нейтральному диапазону, чтобы наиболее точно имитировать предшественников с вольфрамовой нитью. Питание светодиодных нитей происходит не напрямую, а через драйвер.

Так как вместить ШИМ преобразователь в цоколе стандартного образца практически невозможно, в качестве источника питания используют примитивные электронные схемы. Тем не менее, производители мирового уровня стараются монтировать в цоколе filament лампы полноценный драйвер, обеспечивающий стабильное питание светодиодов.

Стоит отметить, что лампы одного производителя, но разной мощности и под разные цоколи будут отличаться качеством драйвера и его схемотехникой. Причин этому несколько. Во-первых, внутри цоколя Е27 больше пространства, чем внутри Е14. Значит, в нем можно вместить простейший стабилизатор и сглаживающий конденсатор. Во-вторых, от количества последовательно включенных светящихся нитей зависит напряжение их питания, что создает дополнительные трудности при использовании цоколя малых размеров.

Проблема нехватки места под драйвер успешно решается некоторыми производителями путём увеличения цокольной части, а именно, установкой пластиковой окантовки между цоколем и колбой. За счет пластикового кольца появляется дополнительное пространство под сглаживающий конденсатор и более объемную схему драйвера.

Светодиодные нити работают на токе, меньше максимального допустимого, поэтому кристаллы светодиодов не перегревается. Температура p-n перехода в рабочем состоянии колеблется около 60°C.

В фирменных лампах внутрь стеклянной колбы закачана газовая смесь на основе гелия, которая имеет высокую теплопроводность. Именно газ служит проводником тепла между филаментами и тонким стеклом колбы. Эффективности данного метода достаточно, чтобы избежать перегрева светоизлучающих кристаллов.

Но, как и в любой конструкции, в filament лампе не всё так гладко. Потому что присутствует ещё один источник тепла - драйвер. Отсутствие радиатора не позволяет быстро рассеивать теплоту. К тому же малый объём цоколя сильно препятствует охлаждению. Получается, что элементы драйвера – самое слабое звено всей системы. Судя по отзывам пользователей, именно блок управления становится причиной чрезмерного мерцания и поломки изделия. А для качественного драйвера, обеспечивающего минимум пульсаций и стабильность, нужны дорогостоящие радиоэлементы.

Для начала стоит рассмотреть, какие имеются достоинства у этих светодиодных ламп:

внешний вид напоминает длинные лампы накаливания, которые имели во все времена огромный спрос;

значительная экономия электроэнергии и, как следствие, сокращение расходов на её оплату;

отличная совместимость со всеми потолочными светильниками: как старого, так и нового производства;

очень низкий порог пульсации света, что прекрасно сказывается на восприятии такого света органами зрения человека;

разнообразие оттенков светового потока по цвету: дневной, тёплый, холодный (в зависимости от качества люминофора и его равномерности);

не используется сложная система распределения света, дающая равномерное освещение;

производство не требует дополнительных мощностей на перенастройку оборудования;

внушительный срок службы энергосберегающих ламп (в пределах 50 тысяч часов работы);

возможность регулировать степень освещенности при помощи диммера; утилизируется как бытовой отход; не вредит окружающей среде.

К недостаткам филаментных ламп относятся:

небольшое место под расположение драйвера, что влечёт за собой использование более простой конструкции драйвера, имеющего повышенный показатель пульсации (иногда применяется миниатюрный драйвер, который имеет высокую цену);

От качественного освещения зависят уют и атмосфера в доме. Большую часть информации человек получает через зрение, поэтому свет в помещении имеет особое значение.

Расстановка и интенсивность освещения позволяют достичь необходимой обстановки. Важно учитывать и предназначение комнаты: на кухне и в гостиной нужен яркий свет, у камина подойдет полумрак, а за рабочим столом должно быть неяркое, но достаточное освещение. Необходимо грамотно подбирать лампочки для люстры и светильников. Они делятся на несколько видов:

стандартные лампы накаливания;
светодиодные;
люминесцентные;
филаментные (новый тип).

В светодиодных лампочках используются светодиоды. Сфера применения у них широкая: в быту, промышленности и для уличного освещения. Эта разновидность ламп является самым безопасным и экологическим источником освещения. При производстве и эксплуатации используются безвредные компоненты. В лампочках нет ртути, следовательно, при поломке или выходе из строя детали не представляют угрозы здоровью человека. Существует 2 типа устройства – цельные светильники и сменные лампочки.

Светодиодные лампочки обрели большую популярность, так как имеют ряд преимуществ перед лампами накаливания и прочими типами.

Что такое филаментные лампы?

Эти виды ламп впервые были созданы 8 лет назад в Японии, в основе которых были светодиоды, а своим внешним видом они напоминали длинные лампы накаливания. Одновременно с этим, появилось и название FILAMENT, дословно звучащее на русском языке как «нить накаливания». Иногда встречается фраза «филаментные светодиодные лампы». Они изначально применялись в качестве декоративного освещения, так как их мощности было недостаточно для обеспечения требуемого светового потока. Вследствие этого, за пределами Японии, эти виды ламп не использовались.

Внешний вид филаментных ламп

Но забвение длилось не долго. Уже в 2013 году компании из Китая разработали мощные филаментные светодиодные лампы, которые не уступали обыкновенным лампам накаливания по количеству светового потока. Преследовалась цель создать практичную, эстетически красивую энергосберегающую лампу, которая совмещала бы в себе множество положительных качеств ламп (в особенности светодиодных) предыдущих поколений.

Устройство филамента

Теперь стоит уделить внимание устройству самого филамента. В его основе присутствует технология CHIP-ON-GLASS, которая широко используется в дисплеях мобильных устройств. Принцип действия такой технологии основан на применении подложки из неприродного сапфира, на котором располагаются очень маленькие светодиоды. Иногда в качестве основы используют экономный вариант – специальное стекло. В связи с тем, что подложка имеет прозрачную структуру, в ней можно размещать большое количество светодиодов, а они, в свою очередь, испускают свечение во все стороны.

Стандартный филамент – это стержень из неприродного сапфира или же стекла . Его размеры: диаметр до 2 мм, а длина до 30 мм . Благодаря современной технологии на нём расположено 28 светодиодов, соединенных последовательно. Светодиоды бывают синего или красного свечения, но общее их количество не превышает указанного. Они полностью заполнены слоем особого вещества люминофора, в основе которого имеется силикон. Один филамент использует мизерную мощность от 0,9 до 1,4 Вт. Нужную мощность легко получают при помощи расположения в колбе конкретного числа филаментов.

Параметры ФСЛ

Конструкция филаментной лампы

Основное достоинство новых энергосберегающих светодиодных ламп является упрощенная система распределения света, которая не имеет больших потерь энергии. Поэтому филамент, по сравнению с иными лампами подобного класса, является очень эффективным средством освещения, в том числе, в качестве . А всё потому, что отвод тепла в филаментной светодиодной лампе осуществляется за счёт специального газа, которым заполнена стеклянная колба. Этот газ (какие вещества входят в его состав пока неизвестно) имеет высокую степень теплопроводности. Поэтому за счёт этого газа и тонких стенок стеклянной колбы, температура нагрева лампы составляет не более 60 0 С.

Конструкция филаментной лампы

Филаментные светодиодные лампы используют напряжение постоянного тока, благодаря специальному драйверу, вмонтированному в цоколь в виде пластикового кольца. Именно за счёт этого драйвера происходит преобразование напряжения, что и позволяет экономить большое количество электрической энергии. Цоколи выполняют в стандарте как Е14, так и Е27, то есть они используют любые виды патронов осветительных приборов: люстр, потолочных светильников, бра и так далее. Кроме того, филамент включается мгновенно, что нельзя отметить у ламп накаливания, которым требуется время на нагрев спирали.

Плюсы и минусы филаментных ламп

Для начала стоит рассмотреть, какие имеются достоинства у этих светодиодных ламп:

внешний вид напоминает длинные лампы накаливания, которые имели во все времена огромный спрос;
значительная экономия электроэнергии и, как следствие, сокращение расходов на её оплату;
отличная совместимость со всеми потолочными светильниками: как старого, так и нового производства;
очень низкий порог пульсации света, что прекрасно сказывается на восприятии такого света органами зрения человека;
разнообразие оттенков светового потока по цвету: дневной, тёплый, холодный (в зависимости от качества люминофора и его равномерности);
не используется сложная система распределения света, дающая равномерное освещение;
производство не требует дополнительных мощностей на перенастройку оборудования;
внушительный срок службы энергосберегающих ламп (в пределах 50 тысяч часов работы);
возможность регулировать степень освещенности при помощи диммера;
утилизируется как бытовой отход;
не вредит окружающей среде.

К недостаткам филаментных ламп относятся:

небольшое место под расположение драйвера, что влечёт за собой использование более простой конструкции драйвера, имеющего повышенный показатель пульсации (иногда применяется миниатюрный драйвер, который имеет высокую цену);
хрупкость колбы, в которой находится филамент;
малая известность фирм, специализирующихся на выпуске подобного вида светодиодных ламп.

Как видно, что достоинств у филаментных ламп больше, чем недостатков, к тому же они не такие значительные.

Принцип работы светодиодных ламп

Лампочки такого типа подходят практически для любых светильников. Производители выпускают модели со всеми стандартными цоколями. Мощность лампочки не превышает 40 Вт.

Принцип работы светодиодных лампочек такой же, как и у ламп накаливания. Однако у них есть несколько преимуществ, отличающих их от других типов:

более долгий период действия;
сниженные затраты электроэнергии;
высокая яркость, так как энергия не тратится на нагрев корпуса;
отсутствие вредных веществ, что делает лампочки экологически чистыми.

Иногда свет направлен в одну сторону, а не рассеивается равномерно по всему пространству. Это свойство можно использовать при разработке плана освещения. В начале работы светодиоды ярко освещают помещение. Со временем их способности снижаются, и яркость падает. Число и размеры светодиодов в устройстве может сильно варьироваться, в зависимости от типа лампочки. Стекло матовое, что способствует лучшему рассеиванию света и отсутствию контакта с посторонними предметами. Производитель указывает характеристики лампы: цветовая температура, срок эксплуатации, мощность и класс энергоэффективности.

Строение светодиодной лампы

Рассеиватель – полусфера, которая способствует равномерному распределению света. В качестве материала используется прозрачный или полупрозрачный пластик, или матированный поликарбонат. Благодаря этому лампочка не разбивается при падении. Нагрев рассеивателя минимальный.
Светодиодные чипы – от них зависят все характеристики света. Их количество и формы могут отличаться разных моделей. Светодиоды устанавливаются в матрице. Если один диод вышел из строя, вся лампа перестает работать.
Печатная плата – при изготовлении применяют алюминиевые сплавы, что позволяет отвести тепло от диодов, которые будут лучше функционировать.
Конденсатор – уменьшает пульсацию по напряжению.
Драйвер – стабилизирует входное напряжение. Чаще всего они встраиваются в корпус лампы, однако есть модели с выносными драйверами.
Полимерное основание – защищает корпус от перебоев электрического тока и человека от удара. Упирается в цоколь.
Цоколь – обеспечивает подключение к патронам. Изготавливается из латуни, покрытой никелем. Это сочетание дает дополнительную защиту от дефектов и коррозии.

Вредны ли светодиодные лампы

Лампочки такого типа изготовлены из экологически чистых материалов. Важно знать, что далеко не все производители добросовестно относятся к безопасности.

Освещение, полученное от светодиодов, может повлиять на зрение. При покупке следует обратить внимание на характеристику “цветовая температура”. Человеческий глаз особо чувствителен к синему спектру. После длительного пребывания под светодиодным светом, зрение может ухудшиться. Для детей особую опасность представляет белый спектр, так как их глаза находятся на стадии развития.

Будущее развитие филаментных ламп

Недавно в Китае использовались светодиодные лампы, имеющими длинные филаменты, но в этом направлении они в серийное производство не пошли. Зато в полной мере началось замещение рефлекторных ламп филаментными. Учитывая явные положительные свойства нового продукта на рынке электротоваров, можно с уверенностью сказать, что за этими энергосберегающими лампами будущее. Они имеют отличное сочетание новой технологии и физические свойства газа по отводу тепла из ламп, благодаря чему филамент будет применяться как в промышленности, так и в быту. К тому же, необязательно придерживаться стандартного вида колбы лампы. Можно использовать длинные филаменты, сделав под них новую колбу.

Производителю удалось поместить плату электроники в цоколь лампы, даже в такой маленький, как у E14

В настоящее время ведется усиленная борьба за каждую возможность сократить потребление электроэнергии и снизить до минимального предела её перерасход. Вот поэтому актуальным остаётся вопрос энергосбережения путём применения новых технологий в освещении домов, офисов, складов, торговых залов, промышленных предприятий и иных помещений. Кроме эффективного расходования электрической энергии на первый план выходят: экологичность, простота конструкции и низкая себестоимость при производстве товара.

Не удивительно, что в скором времени все виды филаментных энергосберегающих ламп будут применяться повсюду и это условие станет обязательным для организаций всех форм собственности. Не так давно стали вестись разработки по модернизации филаментных ламп, которые заключаются в создании новых небьющихся колб для них. Основным материалом, заменяющим стекло, станет поликарбонат.

Он снизит себестоимость 1 единицы энергосберегающей лампы, увеличит прочность изделия, а также позволит рационально распределить теплообменные процессы.

Теперь и в Российской Федерации существуют собственные заводы по производству такого типа ламп, которые, несомненно, создадут достойную конкуренцию всем остальным энергосберегающим лампам.

Попытки замаскировать светодиодную лампочку под лампу накаливания увенчались успехом в 2008 году, когда японским ученым удалось создать первый LED filament. Дальнейшие исследования и развитие технологии производства способствовали улучшению технических характеристик новинки, благодаря чему в 2013 году началось массовое производство филаментных ламп на основе светодиодов.

Внешне новые образцы полностью напоминали лампочки с нитью накала, поэтому первыми активными покупателями оказались люди, желающие сохранить эстетический образ люстры и интерьера комнаты в целом. А экономия электроэнергии и заявленный изготовителем срок службы в 30 тыс. ч. шли в виде дополнительного приятного бонуса.

Какие выводы можно сделать спустя несколько лет эксплуатации филаментных светодиодных ламп и что скрывается внутри прозрачной колбы? Обо всём по порядку.

Устройство filament LED лампочки

В технической терминологии слово «filament» означает «нить накаливания». Поэтому в России постепенно входит в обиход словосочетание «филаментная лампа». Она состоит из 4 основных частей:

светодиодные стержни;
стеклянная колба;
металлический цоколь;
плата драйвера.

Иногда в конструкции дополнительно присутствует основание цокольной части. Светодиодный филамент – это стеклянный стержень прямоугольного или круглого сечения, на котором установлены миниатюрные кристаллы светодиодов методом COG (Chip-on-Glass). Все светодиоды одной палочки филамента образуют последовательную электрическую цепочку с анодом и катодом на концах. Её мощность потребления, как правило, составляет 1 Вт. Таким образом, количество стержней в колбе указывает на мощность лампы.

На каждый светодиодный филамент наносится толстый слой силиконового люминофора желтого цвета. Он препятствует прохождению ультрафиолета и способствует равномерному рассеиванию светового потока. Цветовая температура светодиодов соответствует тёплому или нейтральному диапазону, чтобы наиболее точно имитировать предшественников с вольфрамовой нитью.

Питание светодиодных нитей происходит не напрямую, а через драйвер. Так как вместить преобразователь в цоколе стандартного образца практически невозможно, в качестве источника питания используют примитивные электронные схемы. Тем не менее, производители мирового уровня стараются монтировать в цоколе филаментной лампочки полноценный драйвер, обеспечивающий стабильное питание светодиодов.

В дешевых филаментных светодиодных лампах нет предохранителя. Почему-то китайские умельцы не считают нужным размещать в цоколе предохранитель по принципу энергосберегающих люминесцентных ламп.

Стоит отметить, что филаментные лампы одного производителя, но разной мощности и под разные цоколи будут отличаться качеством драйвера и его схемотехникой. Причин этому несколько. Во-первых, внутри цоколя Е27 больше пространства, чем внутри Е14. Значит, в нем можно вместить простейший стабилизатор и сглаживающий конденсатор. Во-вторых, от количества последовательно включенных светящихся нитей зависит напряжение их питания, что создает дополнительные трудности при использовании цоколя малых размеров.

Проблема нехватки места под драйвер успешно решается некоторыми производителями путём увеличения цокольной части филаментной светодиодной лампы, а именно, установкой пластиковой окантовки между цоколем и колбой. За счет пластикового кольца появляется дополнительное пространство под сглаживающий конденсатор и более объемную схему драйвера.

Отвод тепла

Светодиодные нити работают на токе, меньше максимального допустимого, поэтому кристаллы светодиодов не перегреваются. Температура p-n перехода в рабочем состоянии колеблется около 60 °C. В фирменных филаментных лампах внутрь стеклянной колбы закачана газовая смесь на основе гелия, которая имеет высокую теплопроводность. Именно газ служит проводником тепла между филаментами и тонким стеклом колбы. Эффективности данного метода достаточно, чтобы избежать перегрева светоизлучающих кристаллов.

Но, как и в любой конструкции, в филаментной светодиодной лампе не всё так гладко. Потому что присутствует ещё один источник тепла - драйвер. Отсутствие радиатора не позволяет быстро рассеивать теплоту. К тому же малый объём цоколя сильно препятствует охлаждению. Получается, что элементы драйвера – самое слабое звено всей системы. Судя по отзывам пользователей, именно блок управления становится причиной чрезмерного мерцания и поломки изделия. А для качественного драйвера, обеспечивающего минимум пульсаций и стабильность, нужны дорогостоящие радиоэлементы.

О наличии токового драйвера в цоколе можно судить по диапазону напряжения питания, указанного на упаковке. К примеру, в лампе с U пит =85–250 В наверняка установлен качественный стабилизатор тока, защищающий филаментые светодиодные стержни от сетевых перепадов.

Преимущества и недостатки

Основной поставщик филаментных ламп в Россию – Китай. Поэтому качество поставляемой продукции зачастую далеко от идеального. Но всё-таки есть несколько положительных аспектов, благодаря которым светодиодные филаментные лампочки пользуются спросом:

высокая схожесть внешнего вида с лампами накаливания, что является обязательным условием в реализации некоторых дизайнерских задумок;
угол рассеивания света составляет 360°, а цветовая температура около 3000 °K (этот показатель может находится и в других цветовых температурах), что лучше аналогичных показателей ламп накаливания;
высокий уровень светоотдачи, благодаря прозрачной колбе;
отсутствие массивного радиатора;
продолжительный срок службы (только в случае качественных фирменных изделий);
в перспективе возможен выпуск новых типоразмеров с филаментами большей или меньшей длины, а также снижение себестоимости, чтобы сохранить конкурентоспособность.

Теперь о недостатках. За несколько лет эксплуатации филаментные лампы успели прилично пополнить замечаниями свой пассив:

изделие неремонтопригодное из-за неразборного корпуса;
хрупкая стеклянная колба;
зачастую в конструкции применяется примитивный выпрямитель, вместо полноценного токового драйвера;
большинство ламп имеют высокий ;
как правило, в конструкции филаментой лампы отсутствует предохранитель;
имеют завышенную рыночную стоимость;
в дешевых китайских лампах мощность и реальный срок службы ниже заявленных значений.

Подводя итоги, стоит сказать, что пока у филаментных светодиодных ламп минусов больше, чем плюсов. Однако технология конкурентно способная, благодаря принципиально новому подходу конструкции и охлаждении LED-кристаллов. Стоит надеяться, что китайские производители улучшат качество драйвера, надёжность которого исключит сразу несколько недостатков.

Практическое использование филаментных светодиодных стержней в лампах с цоколем Е27, Е14 – это первый шаг на пути их развития. Существует множество проектов с использованием других распространённых цоколей, возможно поэтому вскоре мы расскажем о их новых модификациях и сфере применения.

Читайте так же

Светодиодное освещение с каждым днём всё больше закрепляется на рынке световой продукции, за счёт своей практичности и экономичности самих светодиодов. Пользователю доступны различные светодиодные лампы любого формата, которые внешне могут не отличаться от аналогичных , что в свою очередь в некоторых случаях играет очень важную роль.

Человек может приобрести лампу с круглой колбой и стандартным цоколем Е27 или Е14 и установить её вместо устаревшего источника света. Лампа будет имееть такую же форму и принцип подключения, как и лампа накаливания. Благодаря работе ведущих инженеров фирм по производству светодиодной техники и развитию новых технологий, пользователю стали доступны инновационные . Данный вид освещения полностью копирует лампу накаливания, и пользователь если не уделит внимание источнику света, то не сможет даже заметить отличия. Такие лампы применяются повсеместно, заменяя собой устаревшие аналогичные источники света.

Принцип работы любой светодиодной лампы заключается в излучении светового потока специальным устройством, а именно светодиодом который имеет очень маленькие размеры. Как правило, светодиод имеет плоскую конструкцию, поэтому при излучении светового потока его рассеивания происходит на 180°, поскольку больший спектр просто напросто не позволяет обхватить конструкция. Филаментные световые модули имеют много отличий и принципиально разный подход в излучении светового потока. Основное отличие данных ламп заключается в том, что они используют светодиодные филаментные нити, которые способны излучать световой поток вокруг себя на 360°.

Разработчики светодиодного освещения при изготовлении модуля расположили в колбе лампы данные нити вертикально, таким образом, они могут быть очень длинными. К нитям в лампе подводятся контакты, обеспечивающие подачу электроэнергии. Светодиодные лампы, основанные на филаментных нитях, по видимым признакам отличаются от ламп накаливания лишь одной деталью, а именно, нить расположена в лампе накаливания горизонтально, а в светодиодной вертикально.

Филаментные светодиодные лампы имеют такое же строение и подсоединение к электросети по средствам цоколя Е14 , Е27 как и обычные светодиодные источники света однако их колба полностью прозрачная и пользователь может видеть всё внутреннее устройство лампы. В некоторых лампах у основания имеется специальный электронный модуль, который обеспечивает бесперебойную подачу электроэнергии на светодиодные нити. Данный модуль так же защищает лампу от скачков напряжения. Филаментные светодиодные лампы очень экономичные в плане потребления электроэнергии по сравнению с любыми источниками света, поэтому человек сможет извлечь большую выгоду, используя данный вид освещения.