СмартПульс - держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций

   Главная - Обзоры - Свет и освещение - Как сделать вечную светодиодную лампочку (часть 1)

Как сделать вечную светодиодную лампочку (часть 1)

Предисловие

Как уже давно убедились потребители, срок службы светодиодных лампочек далеко не соответствует заявленному. Производители и продавцы заявляют срок службы в 25000 часов и более (а это - почти 3 года непрерывной работы), но на деле не каждая из них прослужит даже год в режиме экономного пользования.

Причины - крайняя "экономность" производителей, из-за которой светодиоды работают в предельных режимах по мощности и температуре. Плюс этому добавим и максимальное упрощение технологии производства. Если первые светодиодные лампы делались с ребристыми радиаторами с хорошо развитой поверхностью, то сейчас лампочки даже с высокой мощностью делаются с гладкой поверхностью цокольной части, не слишком хорошо отводящей тепло.

Дорабатывать будем эту светодиодную лампу. На упаковке указан срок службы якобы в 30 лет (ага, конечно) (кликнуть для увеличения)

Все эти печальные факты давно побудили прогрессивно мыслящую общественность искать способы продления срока жизни светодиодных ламп за счёт снижения их температуры.

Далее в этой статье (первая часть из серии в трёх частях) будет рассмотрен способ снижения температуры ламп, но увы, за счёт снижения их мощности и, соответственно, яркости света.

Тут читатель может задать вопрос - а нужно ли продление жизни ламп, если оно достигается такой ценой?!

Отвечаю: благодаря хитростям законов Природы, а точнее - по закону Вант-Хоффа (статья), срок жизни светодиодных ламп увеличивается в большее число раз, чем падает яркость! Это происходит из-за того, что яркость снижается по линейному закону в зависимости от мощности, а срок службы увеличивается по экспоненте. Так что, даже несмотря на необходимость покупки более мощных ламп или замены одной лампы на две, смысл есть!

Некоторые способы такого рода охлаждения были опробованы и был протестирован их результат (будет описано далее).
 

Оглавление:
 

1. Как снизить ток через светодиоды лампы заменой резистора
 

2. Сравнение режима работы светодиодной лампы перед доработкой и после неё
 

3. Окончательный диагноз с техническими и экономическими выводами
 

Как снизить ток через светодиоды лампы заменой резистора

Начнём с самого правильного и универсального, но не самого простого способа - замены токозадающего резистора в схеме лампы. Способ - не новый, но в данном случае будет сделана попытка с помощью замера температуры оценить возможное увеличение срока службы; а также будет определено, в каких случаях есть смысл пользоваться этим способом, а в каких - нет.

Чтобы заменить токозадающий резистор, нужно выполнить такую последовательность действий:

1. Снять купол лампы;

2. Выпаять токозадающий резистор (если он там один) или выпаять "лишний" из числа токозадающих резисторов (если там установлено два параллельных резистора);

3. Найти резистор нужного номинала и припаять его вместо извлечённого, если он там был один (если их было два, эта операция не требуется).

4. Собрать лампу.

В данном случае в качестве "жертвенной" лампы была выбрана лампа "Эра" номинальной мощностью 25 Вт. Впрочем, она не совсем "жертвенная" - после доработки она осталась жива, здорова, и прослужит ещё много лет!

Ну кто ж знал, что это окажется самый сложный случай из всех возможных?!

Проблемы начались ещё на этапе разборки лампы.

Обычно это делается легко: слегка подогреваем лампу (можно, просто включив её минут на 5-10), вставляем шлиц тонкой отвёртки между куполом лампы и её цокольной частью, обходим по кругу, и вуаля!

Но в данном случае изготовитель налил такое количество силиконового клея, что для отделения купола пришлось применить существенную физическую силу, в результате чего пластиковая часть краешка лампы оказалась повреждена (отломившийся кусок не выбрасываем!).

Что показало вскрытие?

Оно выявило ещё одну сложность. Здесь оказался только один токозадающий резистор, а не два параллельных (хотя место под второй резистор предусмотрено).

На этой фотографии токозадающий резистор обведён тонкой красной рамкой.

Кстати, опознать токозадающие резисторы можно по их номиналу. Обычно он составляет несколько Ом, иногда - чуть меньше Ома, иногда - до 50 Ом (зависит от типа светодиодного драйвера). В любом случае это - самый низкоомный резистор в схеме лампы. Иногда может быть доступен и ещё один низкоомный резистор, ограничивающий бросок тока в момент включения; но он обычно хорошо заметен, так как отличается большей рассеиваемой мощностью, и, соответственно, габаритами. В данном случае его не видно, он скрыт под платой со светодиодами.

У "жертвенной" лампы оказалось два посадочных места под токозадающие резисторы, но сам резистор оказался только один.

Это означает, что его надо заменять, а для этого надо подобрать ему замену!

SMD-резисторы массово продаются на маркетплейсах, но вот беда: они продаются не поштучно, а только мешками от 50 штук!

В данном случае номинал резистора  в лампе составлял 1.3 Ом, и его требовалось заменить на номинал на 25-50% выше для уменьшения тока на разумную величину без перебора.

В итоге в одной из безнадёжно погибших светодиодных лампочек был найден резистор сопротивлением 2 Ома. То есть, ток через светодиоды и мощность лампы должны уменьшиться в 1.54 раза.

Теоретически, можно "собрать" нужный номинал токозадающего резистора из параллельных или последовательных резисторов из числа имеющихся в распоряжении пользователя номиналов (если они есть).

Если в лампе установлены два параллельных резистора, то выпаивать следует тот, у которого сопротивление больше (иначе яркость лампы упадёт катастрофически).

После замены резистора лампа была протестирована и собрана. Для сборки использовался термостойкий силиконовый клей; в том числе был приклеен на своё место и отколовшийся кусок цокольной части. Желательно, чтобы после доработки в конструкции не оставалось бы щелей, через которые может попадать пыль, или могут заползать мелкие насекомые.

Перед выполнением всех этих манипуляций была измерена реальная мощность лампы (она составила 15.8 Вт в установившемся режиме) и сделан её тепловой снимок (для последующей оценки эффективности доработки). Почему производители так сильно врут при указании номинальной мощности лампы, описано в статье по ссылке.
 

Сравнение режима работы светодиодной лампы перед доработкой и после неё

Итак, первый тепловой снимок, сделанный перед доработкой (купол снят, но снова надет для сопутствующего эксперимента). Лампа находилась в установившемся тепловом режиме после 20 минут прогрева.

Тепловые снимки производились с помощью тепловизора UNI-T UTi260M (обзор).

Мощность лампы, измеренная ваттметром (обзор), составила 15.8 Вт.

Итак, максимальная температура корпуса лампы составила 87 градусов.

Теперь - аналогичный снимок, но после доработки. При этом мощность лампы составила 10.2 Вт (снизилась, чего и добивались доработкой).

Итого, нагрев корпус лампы снизился округлённо на 22 градуса!

Теперь - об упомянутом выше вскользь сопутствующем эксперименте (он - хоть и сопутствующий, но не менее важный, а даже поболее!).

Суть его состоит в том, что после перехода лампы в установившийся режим купол лампы снимался, и сразу после этого быстро делался тепловой снимок непосредственно платы со светодиодами. Ведь наиболее важна именно их температура, как наиболее уязвимого к перегреву элемента!

Итак, тепловой снимок платы со светодиодами перед доработкой:

Максимальная температура светодиодов составила 137 градусов - можно кипятить воду, жарить яичницу (правда, маленькую) и делать пирог "шарлотка"!

Теперь - аналогичный снимок после доработки: прогреваем лампу с надетым куполом 20 минут, затем снимаем купол и быстро делаем тепловой снимок:

Температура светодиодов по сравнению со "штатным" режимом снизилась аж на 48 градусов! На всякий случай эксперимент был повторен, результат подтвердился.

Теперь попытаемся оценить продление жизни лампы с точки зрения закона Вант-Хоффа. Закон Вант-Хоффа (Вант-Гоффа) гласит, что скорость химических реакций возрастает в 2-4 раза при возрастании температуры на каждые 10 градусов. Возьмём для простоты расчётов эту константу равной 2.718 (число "e"), тогда функция превращается в банальную экспоненту.

Таким образом, изменение температуры на 48 градусов приведёт к изменению скорости химических реакций в e^x раз, где x=48/10=4.8. Подставляем число 4.8 в формулу, получаем e^4.8=121 раз! Поскольку деградация светодиодов - это физико-химический процесс, то в такое же количество раз можно ожидать продления жизни светодиодов.

Естественно, в этих расчётах может быть значительная ошибка, связанная с тем, что процесс деградации светодиодов - не только химический, но и физический, в частности, связанный с "раскачиванием" из-за температурного расширения мест соединения проводников с кристаллом светодиода. Эти процессы могут не вполне подчиняться закону Вант-Хоффа.

Кроме того, выйти из строя на плате могут не только светодиоды (хотя чаще всего сгорают именно они), но и другие детали; особенно это касается электролитических конденсаторов. Их продолжительность жизни будет больше зависеть от изменения температуры корпуса, которое оказалось гораздо более скромным (22 градуса, как упоминалось выше). Продолжительность их жизни по аналогичным расчётам увеличится в 9 раз; но надо иметь в виду, что поменять вышедший из строя электролитический конденсатор значительно легче, чем светодиод SMD-конструкции (электролитические конденсаторы в светодиодных лампах применяются, как правило, с обычными выводами, а не SMD).

Пожалуй, на этом можно перейти к итогам.
 

Окончательный диагноз с техническими и экономическими выводами

Итак, доработка "жертвенного" экземпляра светодиодной лампы показала, что расчётную продолжительность её жизни можно увеличить от 9 раз (если рассчитывать по температуре корпуса), и до 121 раза (если рассчитывать по температуре светодиодов). Истина лежит, видимо, где-то посередине.

Пожалуй, можно было бы снизить мощность "жертвенной" лампы и на меньшую величину; но в данном случае был ограниченным выбор комплектующих (резисторов).

В любом случае, продолжительность жизни светодиодных увеличивается в разы; в то время, как из-за произведённой доработки с уменьшением мощности лампы, яркость снизилась только чуть больше, чем в 1.5 раза. Так что, даже если потребуется установка двух ламп вместо одной; или же покупка более мощной лампы вместо менее мощной, всё равно экономический эффект от такой доработки будет несомненным; по крайней мере, в обычных сценариях использования.

А есть ли сценарии, когда дорабатывать светодиодные лампы таким способом смысла нет?! Конечно, есть! Если лампа установлена в таком месте, где включается на короткое время и редко, то дорабатывать ничего не надо: лампа и так прослужит годы, если не десятилетия. Например, в кладовке у автора до сих служит лампа накаливания, которую ввернул ещё мой отец при Брежневе. :)

А когда есть смысл в доработке?!

А есть он в сценариях, когда лампа включается надолго (жилые комнаты, кухня); или ненадолго, но часто (туалет, простите). В последнем случае вредоносным является фактор термоциклирования, вызывающий механические напряжения в светодиодах из-за сжатия и расширения входящих в них компонентов.

Теперь перейдём к другому экономическому вопросу: а почему производители сразу не делают "хорошие" светодиодные лампы, которые служили бы долго?!

Это элементарно, Ватсон: для поддержания светодиодной промышленности надо, чтобы лампы не служили долго. А ведь первые светодиодные лампы, когда они были дорогими, делались именно в расчёте на долгий срок службы! Посмотрите на эту светодиодную лампу (2013 год, до сих пор работает - 12 лет!):

Несмотря на небольшую мощность лампы (5 Вт), у неё сделан массивный и ребристый теплоотвод с большой площадью поверхности, полностью исключающий перегрев и, соответственно, обеспечивший долгий срок безупречной службы.
 

В следующих двух частях статьи:

• Снижаем мощность лампы, у которой нет доступа к токозадающим резисторам. Решение - не стандартное, но эффективное.

• Пробуем снизить нагрев лампы без снижения мощности. Получается не красиво, но работает!

Ссылки будут опубликованы по мере готовности.

В данной статье в качестве "жертвенной" светодиодной лампы была выбрана лампа Эра 25 Вт, купленная на Яндекс.Маркет. Реклама. ООО «Яндекс Маркет», ИНН 9704254424
 

Дополнительно:
 

Статья: Светодиодные лампочки: как они устроены, почему выходят из строя, и как их можно отремонтировать (главный способ и варианты)
 

Весь раздел "Свет и освещение"
 

Перейти на Главную

  Ваш Доктор.
 29 марта 2025 г.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов или использовании изображений ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!  Доктора! (Администрация сайта - контакты и информация)
  Группа SmartPuls.Ru  Контакте - анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них