Разбор: теория светодиодных лампочек против реальности

Дуэйн Бенсон | 25 августа 2023 г.

Типичная бытовая светодиодная лампа рекламируется со сроком службы 25 000 часов, что составляет более 20 лет при примерно 3 часах использования в день. Звучит здорово, но кажется, что многие из них начинают чрезмерно мерцать или вообще не включаются после 30–60 дней использования. Конечно, у меня случалось перегорать множество ламп накаливания (ILB) за один и тот же период времени. Но ILB продаются по гораздо более низкой цене, поскольку обещают срок службы всего 2000 часов, поэтому я возлагаю большие надежды на светодиодные лампы, особенно сейчас, когда ILB больше не доступны.

С 1 августа 2023 года производство и продажа большинства ламп накаливания больше не являются законными в США. Закон конкретно касается любых лампочек, которые производят менее 45 люмен на ватт. Учитывая, что ваша садовая домашняя лампочка выдает порядка 10–12 люмен на Вт, а галогенная — около 20 люмен на Вт, это фактически запрет на лампы накаливания. Есть исключения для бытовой техники и некоторых других установок, работающих в суровых условиях, и — не бойтесь за свои новые старые запасы — их использование не запрещено. Если они у вас есть, вы можете использовать столько, сколько захотите.

В этой статье я поделюсь разбором обычных светодиодных лампочек, чтобы выяснить, почему они так часто служат всего 30–60 дней, несмотря на обещанный срок службы на десятилетия.

Перспективы светодиодного освещения двояки. Во-первых, это энергоэффективность. У меня на верхнем этаже дома 26 лампочек. Обычно я использую во всех светильниках мощность 60 Вт или эквивалентную мощность, что в сумме составляет 1,56 кВт. После того, как я заменю их все светодиодными лампочками одинаковой яркости, я смогу включить все 24 светильника, если захочу, с той же мощностью, что и один светильник с несколькими лампочками в моей большой ванной комнате. Это менее 3 ампер напряжения 120 В, проходящего по моим проводам и освещающего весь верхний этаж. Как человек с инженерным складом ума, я называю это большим запасом по безопасности.

Лично я сторонник светодиодного освещения для общего освещения. Я чувствую себя безопаснее из-за нагрузки, которую возлагаю на домашнюю проводку, и очень доволен снижением энергопотребления. Гибкость использования широкого спектра цветовых температур также хороша. Мне нравится мягкий белый свет над обеденным столом и яркий свет в местах, где я работаю. Конечно, такой объем выбора действительно порождает «проблему первого мира» слишком большого количества вариантов. В дополнение к мягкому белому и дневному свету Home Depot предлагает еще семь типов освещения в скромном цоколе Эдисона — и это даже не считая умных лампочек.

Второе предполагаемое преимущество – срок службы светодиодных лампочек. Я ожидаю, что при цене 4 доллара за светодиодную лампу установленные характеристики, по крайней мере, будут близки к заявленным. Я достаточно хорошо разбираюсь в полупроводниковой электронике, включая светодиоды, поэтому считаю, что теоретический срок службы в 30 лет кажется обоснованным. Однако я также понимаю экономику массового проектирования, прибыльность и реальность производства. Это дает мне некоторые теории о большом количестве преждевременных отказов, с которыми я столкнулся. По моим прикидкам, все сводится к экономии нескольких копеек на критических деталях — скорее всего, на конденсаторах.

Хотя светодиоды невероятно эффективны по сравнению с лампами накаливания, они все равно теряют около 60% входной мощности на нагрев. Это означает, что мощность 9 Вт (эквивалент 60 Вт IC) — это нагреватель мощностью 5,2 Вт. Звучит не так уж и много, но все это тепло генерируется в закрытом основании и подложке для монтажа светодиодов. ILB приходится иметь дело с гораздо большей тепловой нагрузкой, но критически важными материалами являются нить накала и стеклянная оболочка, на совершенствование которых у промышленности было около 140 лет.

Для этого демонтажа я разобрал три светодиодные лампы E26 (цоколь Эдисона), время установки всех которых составило менее 60 дней. Ни один из них не эксплуатировался в условиях непрерывной работы. Одна из них — стандартная лампа, предназначенная для использования в полностью закрытых светильниках. Два других — это внутренние потопы, которые помечены как непригодные для полностью закрытых светильников.

В лампе стандартного размера электроника и светодиоды размещаются на печатной плате с алюминиевой подложкой. Основание лампы покрыто алюминием, служащим дополнительной зоной теплоотвода. В целях безопасности эта базовая часть расположена внутри пластикового корпуса. Главный электролитический конденсатор подвешен под печатной платой в пустой полости цоколя лампы. Именно здесь я обнаружил свою первую проблему, связанную с контролем качества производственной сборки.