филаментные лампы что это такое и в чем их главные недостатки и преимущества
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.
7 секретов светодиодной филаментной лампочки — преимущества и недостатки.
Внешне все филаментные лампы напоминают обычные лампочки накаливания. Первоначально их даже так и называли – светодиодные лампы накаливания.
Однако ввиду противоречий, которые были запрятаны в таком определении, впоследствии в обиход прочно вошло иностранное слово филаментные. Хотя некоторые предпочитают называть их “ретро лампы”.
В буквальном переводе filament – это нить.
Изначально их выпускали только для декоративных целей, никто и не думал такими “светлячками” делать полноценную замену нормальному освещению. Объяснялось это их маленьким световым потоком.
Однако все изменилось в 2013 году. В этот период сразу несколько китайских компаний вывели на рынок филаментные лампы со световым потоком, эквивалентным обычным лампам накаливания в 60Вт.
При этом по своим некоторым характеристикам они оказались намного лучше не только лампочек Ильича, но и обошли многие модели на привычных светодиодах SMD 2835, SMD 5730 и т.д.
Что же такое этот самый филамент, который запрятан в стеклянной колбочке? Филамент – это стержень из искусственного сапфира или керамики, но чаще всего стекла.
На этом стержне размещаются миниатюрные светодиоды, которые соединяются между собой тончайшей золотой проволокой, образуя таким образом последовательную цепочку.
Это что-то вроде светодиодной ленты в миниатюре.
Светодиоды находятся так близко между собой, что в рабочем состоянии вся нить светится равномерно. Никаких отдельных точек не видно.
На концах стержня припаяны контакты для подачи напряжения.
Сверху вся эта конструкция покрыта специальным составом – люминофором.
Он преобразует синий свет кристаллов светодиодов в белый и отвечает за цветовую температуру источника света (теплый, холодный).
Таким образом, просто взглянув на лампочку можно тут же узнать ее примерную мощность.
Если их больше, то это означает что внутри либо неэффективный драйвер, либо светодиоды работают в жестком режиме и быстро сгорят.
Даже многие известные бренды на лампочках малой мощности прописывают срок службы в 15 000 часов и более, а для мощных, всего 10 000 часов.
Перегорают они следующим образом. Сначала начинают помаргивать и работать как стробоскоп отдельные нити. Светят то ярко, то тускло.
Затем тусклая фаза становится все дольше, пока лампа окончательно не погаснет и перестанет запускаться.
Все филаментные нити крепятся на стеклянной ножке, со штенгелем в виде трубки.
Помимо крепежных функций, через это устройство откачивают воздух из колбы. Через эту же ножку проходят проводники для подачи напряжения.
Так как лампочка все же светодиодная, никак нельзя обойтись без драйвера.
Его запрятали в цоколе E27.
Драйвер необходим для снижения силы тока до рабочего уровня светодиодов.
Из чего обычно состоит качественный драйвер?
- микросхема импульсного регулятора тока с элементами обвязки (дроссель, диод, сопротивление и высокочастотный конденсатор)
Как работает вся эта схема? После подачи напряжения ток поступает на цоколь светильника (его нижний контакт).
Проходя через предохранитель (F1), он выпрямляется диодным мостом (DB1). Из переменного тока мы получаем постоянный.
Далее вступают в дело конденсаторы (С1-С2) и дроссель (L1). Они сглаживают ток.
Дойдя до микросхемы (U1), он опять проходит преобразование и превращается в высокочастотные импульсы, которые сглаживаются конденсатором. Пробежав всю эту цепочку, ток наконец проходит через светодиоды филаментов и возвращается обратно в сеть.
Стабилизация тока, протекающего через филаменты, происходит через микросхему регулятора с помощью измерительного сопротивления (RS1).
Кроме обычной прозрачной колбы иногда можно встретить модели со специальным напылением. Оно создает более мягкое и теплое освещение.
Так как светодиоды в процессе работы сильно греются, необходимо оперативно отводить от них тепло. В старых светодиодных лампочках это делается через массивные радиаторы, которые существенно увеличивают габариты изделия.
А в филаментных внутри колбы закачан инертный газ на основе гелия. Это тот, при вдыхании которого, вы начинаете на некоторое время разговаривать как маленький ребенок.
Он то и способствует быстрой передаче тепла от кристаллов к стеклянным стенкам и далее в окружающее пространство.
Без газа и стекла сами стержни разогреваются весьма заметно.
А вот оперативный отвод тепла и большая площадь стеклянных стенок, по сравнению с площадью самих светодиодов, позволяют филаментному источнику света не нагреваться более 50-60 градусов.
В то же время попробуйте дотронуться до включенной лампочки накаливания. Некоторые умельцы из них даже делают инфракрасные обогреватели.
К сожалению, мощность всех филаментных ламп ограничена объемом колбы. Конечно, теоретически вы туда можете запихать 20-30 стержней, но светиться они у вас будут всего несколько секунд.
Малое пространство и небольшой объем газа в нем, просто не успеют оперативно отвести образовавшееся тепло и светодиоды моментально перегреются. Понадобятся колбы совершенно других форм и размеров.
Поэтому филаментные лампочки привычных габаритов А60 стараются не делать большой мощности. Экономия здесь не причем.
Все дело в технической составляющей и ограничениях по перегреву.
Реальные показатели будут раза в два меньше указанного на упаковке.
11 ваттные модели по люменам и уровню освещения не заменят вам полноценные 80-100 Вт, которые дают простые лампы накаливания.
Они будут соответствовать максимум 60 Вт. То же самое относится и к индексу цветопередачи CRI.
В лучшем случае он будет превышать показатель 80, но никак не CRI>90.
Вот таблица наиболее распространенных тип ламп, их максимальная мощность и световой поток, которые они способны выдать.
Данные получены известным специалистом в области световых технологий Алексеем Надёжиным, в результате независимых тестов и лабораторных замеров.
Каждый раз, когда вы видите в магазине лампочку, на упаковке которой будут написаны показатели превышающие эти измерения, знайте – вас дурят. Это чистый маркетинг и гонка производителей.
Напишешь на своем изделии 7Вт, а рядом будет стоять конкурент с надписью 9Вт, причем за те же деньги, то 9 из 10 купят именно его продукцию, а не твою. 99% потребителей попросту не имеют соответствующих приборов для измерений и проверки.
Им главное, чтобы изделие служило подольше.
Обращайте на это внимание.
Помимо малого нагрева филаменты обладают еще одним преимуществом – высокая светоотдача. Он доходит до 120 Лм/Вт.
При этом угол рассеивания лампочек достигает 360 градусов. В то время как в обычных светодиодных он не превышает 120-270 градусов.
Когда филаментная лампочка висит вниз колбой, у нее по центру появляется пятно, которое раза в два темнее, чем весь освещаемый периметр. Диаметр пятна достигает 50см на удалении в 1,5 метра от самой лампочки.
Форма пятна – это четырехлистник, который образуется от нитей светодиодов сходящихся наверху вместе.
Чем он шире, тем больше это пятно.
Кроме прямых нитей, выпускаются модели с дугообразной и спиральной формой.
Они дороже и их чаще всего используют в качестве декоративной подсветки под Новый Год.
Филаментные лампы идеально подходят для хрустальных светильников и люстр. В них как раз-таки важен нитевидный источник света, который при отражении будет играть на гранях хрусталя.
Матовые экономки в таких люстрах смотрятся нелепо. Свет получается “мертвый”, а висюльки не сияют.
Помимо преимуществ стоит упомянуть и о недостатках, а их не так уж и мало.
Во-первых, это цена. Она высокая из-за дорогих миниатюрных драйверов, которые по причине ограниченного пространства нужно как-то умудриться запихнуть в цоколь.
Из-за маленького драйвера возникают проблемы с фильтром. А отсюда повышенные пульсации света.
Вот к примеру сравните, старую добрую светодиодную лампу на технологии SMD и современную филаментную.
У старых один драйвер был такого же размера, как колба у филаментной.
Обязательно проверяйте пульсации при покупке. Иначе повесите такие лампы у себя в зале и спальне как основной источник света, а затем будете мучиться с глазами.
Если подходить к этому вопросу по всей строгости закона, то лампы с плохими показателями коэффициента пульсации, вообще не имеют права даже находиться на прилавках магазинов.
Существует постановление правительства России №1356 “Требования к осветительным приборам и осветительным лампам”. Оно запрещает продажу источников света с пульсацией более 10% и CRI 
Заметьте, что у одних и тех же по размеру лампочек внутри может быть два разных драйвера. Один полноценный с коэффициентом пульсации 1% и менее, другой – на основе дешевых комплектующих.
Хороший драйвер при поднесении к нему радио будет фонить. А вот дешевый, не создаст никаких серьезных импульсных помех в эфире.
В некоторых моделях “свеча” с миниатюрным цоколем E14, драйвер помещают в специальную проставку между цоколем и колбой, так как воткнуть что-то качественное в бочонок диаметром 14мм вообще не реально.
Второй недостаток – стеклянная колба, которую легко можно разбить при небрежном отношении или транспортировке.
Третий – малая мощность. А еще не забываем:
Филаментные лампы, что это такое и в чем их главные недостатки и преимущества
Мы уже давно привыкли к светодиодному освещению и Led-лампы можно найти на любой вкус и кошелек. В этом материале я же хочу с вами поговорить о так называемых филаментных лампах, в которых производители попытались совместить все самое лучшее от старых добрых «лампочек Ильича» и современных светодиодных. Так же расскажу вам о плюсах и минусах таких ламп. Итак, приступим.
Что такое филаментные лампы
Для начала хочу вкратце рассказать, что представляют из себя эти филаментные лампы (вдруг кто еще не в курсе). На первый взгляд эти лампочки мало чем отличаются от обычных ламп накаливания, вот только вместо привычной спирали там можно увидеть несколько «нитей», расположенных по кругу внутри колбы лампы.
Вот именно эти нити и называются filament, что можно перевести как «нить накаливания» и официально она называется Filament LED. У нас же адаптировали иностранное название и получилась Филаментная лампа.
Конструктивные особенности филаментной лампы
Конструктивно лампа состоит из следующих элементов:
Из всех составных частей наибольший интерес, конечно же, вызывают сами нити. Вот про них чуть по подробней.
Из чего состоит филаментная нить
Конструктивно данная нить выполнена из стеклянной трубки (у разных производителей может быть круглая или же прямоугольная), на которую закрепляются мелкие светодиоды по технологии Chip – on – Glass. При этом от каждой такой «палочки» получают мощность, равную 1 ватт (с небольшими отклонениями в ту или иную сторону).
При этом светодиоды могут быть изготовлены как в синем или ультрафиолетовом спектре излучения, так и некоторые производители добавляют на колбы красные светодиоды.
Так вот, после того как нужная комбинация светодиодов будет закреплена, их покрывают слоем специально подобранного люминофора, который преобразуя исходящее излучение от светодиодов, начинает испускать свет нужной температуры.
Естественно, полученные таким образом «палочки» нельзя запитать от переменного напряжения, поэтому они подключаются через специальный драйвер.
А внутри колбовое пространство заполняется инертным газом для отвода тепла и его рассеивания через саму колбу.
Ну а теперь, после того, как мы познакомились с внутренним устройством филаментных ламп, перейдём к самому важному: их преимуществам и недостаткам.
Плюсы и минусы филаментных ламп
Давайте по традиции начнем с отрицательных моментов, и они заключены в следующем:
Ну а теперь поговорим о плюсах:
Именно по этой причине (относительная долговечность) я рекомендую приобретать только в проверенных магазинах, которые способны вам предоставить гарантию.
Заключение
Конечно, как основной свет данные лампы я бы не рискнул использовать у себя в доме. Но как декоративная подсветка и создание образа вполне подойдет. Только еще раз хочу подчеркнуть, нужно приобретать только качественные изделия в местах, где вам смогут предоставить гарантию.
Если же понравился материал, то не забудьте сделать репост. Спасибо за уделенное время!