Светодиодная лампа с использованием технологии тепловых трубок

Светодиодная лампа с использованием технологии тепловых трубок»

Что нам даёт такая схематика, отличная от классической и распространённой ?

Обратимся к рисунку, на котором изображена классическая LED лампа (справа),

И слева – лампа с технологией тепловых трубок (для удобства)

На рисунке схематически изображены светодиоды, место для драйвера, и драйвер управления светодиодами.

1. Углы света и светопотери. В классической лампе – углы светораспределения , как правило, в реальности - не превышают 180 градусов.

Для получения больших углов светораспределения – применяют сильно матированную (молочную) защитную колбу, которая - многократно переотражает свет, что приводит с одной стороны – к заметно лучшим углам света лампы, но с другой стороны – резко увеличивает светопотери внутри лампы (до 40%). Большинство производителей старается найти оптимум между потерями и углами, поэтому реальные углы большинства ламп – около 140 градусов, после этих значений – происходит значительный спад яркости.

Это приводит к тому, что такая лампа в светильнике – светит как слабонаправленный фонарь, и если светильник горизонтальный – доминирующая яркость тоже идёт по горизонту, а если вертикальный – то светит в потолок (а вокруг получается полутень)

В производимой нами лампе – благодаря тому, что светодиоды установлены на тепловой трубке - углы светораспределения равны 330 градусов, полностью повторяя в этом настоящую лампу накаливания, а так же некоторые CFL лампы, и в отличие от конкурирующих решений – в нашем случае может применяться полностью прозрачное стекло колбы, поскольку углы света в лампе формируются - не матовым стеклом, а непосредственно светоизлучающей головкой на верхнем конце тепловой трубки,

на светоизлучающей головке - установлены светодиоды, и каждый – под нужным углом, для хорошего смешивания света.

Благодаря этому – лампа обладает 0% собственных светопотерь.

Однако, для эстетической стороны вопроса – нами применена уникальная патентованная методика маттирования колбы, которая не ослабляет поток света от светодиодоы (но правда и не меняет углы светораспределения).

В результате – колба нашей лампы создает всего 0,5…1% светопотерь, при этом – очень изящно выглядит.

Вводная информация про «теплопотери вообще» и как они влияют на светодиодную лампу:

Светодиод – полупроводниковый прибор, работающий за счёт рекомбинации электрона с дыркой в PN переходе, и выхода излишней энергии в виде кванта света. Оптимальная светоотдача светодиода – только в том случае, когда PN переход - холодный.

В случае, если светодиод имеет повышенную температуру – происходит моментальная термическая деградация – в результате тепловых пульсаций решетки металлов PN перехода – не все электроны начинают попадать в дырки, и рекомбинировать, некоторые электроны начинают попадать в решётку, и ещё больше её нагревать – у светодиода резко падает световое КПД.

Пример моментальной деградации светодиода из datasheet на светодиод 5630 показывает , как сильно падает КПД светодиода при повышенных температурах:

Данные в графике - для тока в 50 mA,

Для больших токов – деградация может быть более существенной.

Высокая температура и термическая деградация так же ограничивают максимальный ток для диода, воизбежание вероятности пробоя PN-перехода.

Так же есть ещё очень существенный момент, связанный с деградацией, это так называемая - долговременная деградация ( т.е. СТАРЕНИЕ светодиода), график, который большинство производителей светодиодов - стараются никому не показывать, хоть такие исследования и проводятся, и имеются у всех производителей светодиодов.

Что же такое долговременная деградация? В результате постоянного нагрева – решетка металла PN перехода - искривляется, в ней начинают появляться дефекты, и даже в холодном состоянии – такой светодиод уже начинает выдавать заметно худшие цифры, относительно своих «заявленных» параметров. При высоких температурах за 20000 часов светодиоды реально теряют до 70% своей яркости!

Моментальная (тепловая) и долговременная (старение) деградации – складываются при работе лампы, поэтому старая + нагретая лампа – будет светить намного хуже чем новая и нагретая, а новая и холодная лампа – будет заметно ярче, чем такая же, но полностью прогревшаяся.

Эти параметры - очень мало кто учитывает, хотя они сильнейшим образом влияют на основные характеристики лампы – её ресурс.

Поэтому в заявляемых многими производителями ламп 40000 часах – больше маркетинга и вранья !

Это возможно ТОЛЬКО если светодиоды будут работать при комфортных для них температурах, будут иметь небольшую моментальную (ударную) термическую деградацию, и как следствие – будут намного медленнее стареть.

Теперь про тепловые проблемы в классических лампах, и решение этих проблем в нашей лампе:

2. Теплопотери на радиаторе.

В классической лампе практически отсутствует конвекция воздуха, поскольку в 90% случаев применяется пластинчатый радиатор, который, как хорошо известно, из курса теплотехники - крайне плохо работает при естественной конвекции. У пластинчатых радиаторов в конвекционном режиме - эффективно работают только самые кромочки, а остальная площадь – является, по сути, бесполезной массой металла.

Для увеличения площади кромок – классическая лампа растёт в размерах, и становится весьма «пузатой» и может элементарно не влезть в некоторые светильники.

В производимой нами лампе - применён уникальный комбинированный пластинчато-игольчатый радиатор, который не соприкасается непосредственно - ни со стеклом, ни с пластиковым корпусом, что вкупе обеспечивает идеальные конвективные характеристики при любых положениях лампы – будь то горизонтальная или вертикальная установка в светильнике. Воздух свободно проникает внутрь полостей между игл, и хорошо отводит с радиатора тепло.

3. Градиентные тепловые перепады внутри лампы.

В классической лампе светодиоды установлены на плате ALPCB, которая приклеена к алюминиевой пластине (на рисунке – фиолетовая), являющейся частью радиатора. В результате того, что от центральной части пластины тепло отходит в стороны хуже всего - возникает термический градиент - сильный перепад температур, убывающий к краям пластины, что ухудшает тепловые характеристики части светодиодов, стоящих ближе к центру лампы, эти светодиоды - всегда оказываются более горячими.

В производимой нами лампе – светодиоды установлены на тепловую трубку, которая за счёт работы на фазе кипения жидкости - обладает сверхнизким тепловым сопротивлением, благодаря этому – тепловая мощность с светодиодов распределяется по всей площади тепловой трубки, и равномерно попадает на радиатор , сразу же во все стороны, на иглы-пластинки радиатора.

Это позволяет - полностью истребить градиентные перепады температур.

4. Тепловые проблемы с драйвером

В классической LED лампе – драйвер установлен внутри радиатора.

Но как известно – радиатор сбрасывает тепло ВО ВСЕ стороны, т.е. в том числе и внутрь, поэтому внутри полости классической LED лампы, в которой находится драйвер – образуется повышенная температура, даже более высокая, чем t самого радиатора, поскольку сам драйвер – так же является источником тепла (выделяет от 1 до 2 ватт) поскольку ни один драйвер в мире - не обладает 100% КПД преобразования.

Драйвер питания светодиодов для переменного тока - состоит из различных компонент, и некоторые из них - крайне плохо переносят высокие температуры, в частности – конденсаторы.

В конденсаторах от постоянных высоких температур – высыхает электролит,

и это является ОСНОВНОЙ причиной преждевременного выхода из строя светодиодных ламп на всех рынках в мире.

В производимой нами лампе – драйвер стоит в отдельном корпусе, и не связан с тепловым контуром лампы, и не получает тепло от радиатора. Благодаря этому – драйвер не работает на пределе своих термических возможностей , и вероятность выхода его из строя – чрезвычайно мала.

5. Ремонтнопригодность и легкость обслуживания лампы для поддержания гарантий силами заказчика.

Большинство LED ламп - намертво заклеены, более того – в полости радиатора – зачастую залит компаунд, поэтому выход из строя драйвера (а это, на сегодня, - основная причина отказов LED ламп, поскольку сегодняшние лампы на рынке - элементарно не успевают даже «дожить» до деградации диодов и пробоя PN перехода) – приводит к невозможности её восстановления.

В нашей лампе , как уже упоминалось выше, помимо того, что драйвер – заметно более холодный в работе, и вероятность его выхода из строя – в десятки раз меньше, в сравнении с конкурентами, но тем не менее – мы предусмотрели сервисную возможность его заменять.

Пластиковая часть корпуса – состоит из двух половинок, она оснащена замком, и соединена специальным клеем, и может быть разобрана для замены неисправного драйвера силами сервис-центра компании клиента, которая осуществляет продажу ламп, и поддержку в той, или иной стране.

Это позволяет существенно сэкономить на логистике, и обменах / возвратах, поскольку LED-драйверы - очень компактны, легки, и дешевы.

И таким образом – запасные драйверы - могут быть приложены к партии ламп, в качестве поддержки для обеспечения гарантии, поскольку вероятность выхода из строя головной части самой лампы со светодиодами – пренебрежимо мала.

5. Тепловая «Эластичность» лампы.

В большинстве LED ламп из за гонки за компактностью лампы - радиатор рассчитан по площади поверхностей «по верхней границе» допусков, т.е. практически впритык.

Поскольку в реальных условиях – лампа не одиноко висит под потолком J, а - находится обычно - в каком-то светильнике, и конвекция внутри светильника - часто далеко «не идеальная», это приводит к термическому перегреву лампы, и её деградации по яркости, а так же ускоренному старению диодов, и быстрому выходу из строя драйвера от высыхания конденсаторов.

Температура LED ламп внутри светильников часто превышает 100 градусов, т.е. критическую для светодиодов, и компонентов лампы.

В производимой нами лампе, благодаря применению тепловой трубки вкупе с уникальным игольчато-пластинчатым радиатором – радиатор имеет эффективную площадь поверхностей, достаточную для утилизации 21 ватта тепла, при реально получаемых от тепловой трубке ~6 ватт тепла.

Т.е. мы имеет трёхкратный запас по «мощности» тепловой системы.

При сохраняемых и уникальных компактных размерах лампы.

Это, с одной стороны, приводит к повышенной яркости (даже выше номинала) у нашей лампы, при работе лампы в «хороших» условиях по конвекции, и - практически гарантирует таковой лампе - вечную жизнь J.

И, с другой стороны, в светильниках с худшей конвекцией (а обычно - именно такой случай наиболее вероятен) – наша лампа чувствует себя в плане тепла и нагрева диодов втрое лучше конкурентов, и существенно меньше греется, что значительно снижает вероятность её перегрева, и закритичных режимов работы светодиодов.

Результативно - получается минимальная термическая деградация после выхода лампы на режим, приблизительно в 20..40 люмен, что на сегодня - один из лучших параметров среди всех ламп!

И этот параметр - сильнее всего влияет на эксплуатационную (реальную) яркость лампы, ресурс лампы, и её яркость через несколько лет эксплуатации.

Ведь большинство производителей LED ламп - просто мухлюют с параметрами лампы по яркости, попросту замеряя яркости ламп «на холодную», и в реальной эксплуатации лампы показывают зачастую СОВСЕМ ДРУГИЕ ЦИФРЫ.

Ну а после долгой эксплуатации – меркнут ещё сильнее (в соответствии с графиком старения диодов)