Тайны филаментных светодиодных ламп. Лампы филаментные светодиодные LED классическая колба A, с цоколем E27 Светодиодные нити филаменты

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.

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

Светодиодные лампы очень популярны и потребляют мало электроэнергии, но для некоторых светильников их внешний вид не подходит. Особенно касается хрустальных люстр и бра. В таких случаях лучше приобрести светодиодные лампы filament.

Филаментные лампы что это такое?

Это вид светодиодных ламп, которые внешне максимально приближены к лампам накаливания. Они имеют полностью прозрачную стеклянную колбу и цоколь, а внутри расположены светодиоды вместо нити накала.

Филамент – основной функциональный элемент такой лампы, представляет собой светодиодную полоску особой конструкции. Внешним видом филаменты напоминают нить, потому некоторые так их и называют — лампочки на светодиодных нитях.

Из чего состоит светодиодная нить?

Рассмотрим более подробную структуру такого типа LED – Filament. Дословно на русском языке это слово звучит, как нить накала . Состоит из трёх слоев:

1. Стеклянное или сапфировое основание;
2. 28 светодиодов синего свечения. Иногда, для получения более тёплых оттенков, часть синих светодиодов заменяются красными, в пропорции 1 к 3;
3. слой люминофора, который обеспечивает свечение белого цвета необходимой цветовой температуры.

В среднем мощность одного филамента – порядка 1Вт, а напряжение – от 60 вольт. Такое напряжение питания не позволяет производить низковольтные лампы со светодиодными нитями.

Филаментные лампы выдают довольно сильный световой поток, сравните его с другими типами из таблицы. Филаменты выпускаются в весьма узком диапазоне мощностей – от 4 до 8 Вт.

Корпус филаментных ламп совершенно отличается от светодиодных, в привычном их виде. Филаментные в точности повторяют конструкцию лампочек накаливания, что позволяет отечественным производителям делать их на тех же производственных линиях, что и накаливания. О том, какие последствия влечет за собой такое исполнение, мы расскажем ниже.

Конструкция филаментной лампы Томича

Лампа с нитевыми светодиодами состоит из:

• Цоколя, обычно E27 или E14;
• стеклянная колба;
• внутри колбы расположена стеклянная ножка и проводники для питания филаментов;
• филаментные светодиоды;
• драйвер, который расположен в цоколе.

На фото подробно рассмотрена конструкция производителя Rusled. Они продают свою продукцию под название «лампочка Томича».

Это изделия отечественного производства, они нацелены на замещение импортной продукции. Даже в своем названии проводят аналогию с лампой «Ильича». Лампа Томича — это своего рода новый шаг в развитии бытового освещения.

Кроме «Томича» на территории нашей страны производство есть в Саранске – на заводе «Лисма». Как заявляют рекламные ролики: «Единственная в РФ производственная линия лампового стекла и цоколей».

При этом в России нет мощных предприятий способных наладить выпуск подобных светодиодов, поэтому LED-комплектующие импортируют из Китая.

В обычных светодиодных лампах драйвер размещен на плате, для которой в корпусе достаточно много места. Это позволяет использовать схемы высокого качества и уровня сложности, с целью снижения коэффициента пульсаций.

В случае с размерами драйвера лампы filament led есть ограничения – его плата очень маленькая и должна вмещаться в пределах полости цоколя. Взгляните как это выглядит в жизни.

В таком маленьком пространстве конструкторам удалось разместить все необходимые детали. Качественные лампы не пульсируют или их пульсации крайне малы и находятся в пределах допустимого.

Естественно, бюджетные лампы зачастую оборудованы обычной схемой питания на гасящем конденсаторе, как и в случае с пластиковыми классическими светодиодными лампами. Это дает слишком пульсирующий свет, что крайне .

Схема драйвера

Драйвер выполняется обычно по подобной схеме. Вместо предохранителя F1 может использоваться низкоомный резистор (до 20Ом) средней мощности (до 1Вт).

DB1 – это выпрямительный диодный мост, рассчитанный на обратное напряжение до 400-1000В. E2 – конденсатор сглаживающий пульсации диодной моста, E1 – дополнительный конденсатор для питания микросхемы. SM7315P и подобные – это микросхема драйвер, сердце всей цепи.

Его устройство включает в себя ШИМ-контроллер, цепи обратной связи по току (различные мультиплексоры, компараторы и другие элементы. Они сравнивают значение номинального тока и реального, после чего дают сигнал ШИМ-контроллеру на изменение коэффициента заполнения управляющих импульсов). ШИМ управляет силовым ключом (n-MOS скорее всего). Силовой ключ расположен в корпусе микросхемы, поэтому на плате его вы не найдёте.

R1 – датчик тока, позволяет изменить силу тока в цепи светодиодов. Чем больше его номинал – тем меньше ток.

L1 – накопительная индуктивность, благодаря которой происходит преобразование напряжения.

D1 – диод, необходимый для работы преобразователя.

E3 – конденсатор, фильтрующий выходные пульсации.

R2 – резистор, обеспечивающий минимальную нагрузку для преобразователя.

В целом, контур образованный из L1, D1 и транзисторного ключа, встроенного в микросхему, представляет собой типовую схему импульсного понижающего преобразователя. Упрощенный вариант такой схемы изображен на следующем рисунке.

Особенности конструкции

Как я часто пишу – светодиоды греются. При этом нагрев происходит настолько сильный, что некоторые чипы не могут проработать и минуты без дополнительного теплоотвода. У мелких светодиодов в SMD-корпусах тепло отводится через их контактные площадки.

Мощность одного филамента около 1 ватта. Взгляните на SMD-светодиоды – на каждый ватт их мощности, нужно 25-30кв.см. площади радиатора. Отсюда возникает интересный вопрос, связанный с охлаждением филаментов.

Мощность филаментной лампы можно определить по её внешнему виду, а именно по количеству нитей. 1 нить — 1Вт.

Как охлаждаются филаментные светодиоды?

Во-первых, филамент – это не цельный мощный светодиод, а лишь матрица. Тип матрицы в этом форм-факторе на англоязычных ресурсах называется «COG» или «Chip-on-Glass». На русском языке это что-то вроде «Матрица на стеклянной основе».

Во-вторых, раз уж это матрица, значит на ней есть множество мелких светодиодов. По отдельности они выделяют очень мало тепла, так как они маломощные. Приблизительный расчет:

1 Вт / 28 светодиодов = 0,036 Вт/светодиод

Для отвода тепла нужен носитель. Производители заполняют колбу филаментных ламп хорошо проводящим тепло газом. Одни источники заявляют, что этот газ — гелий, в рекламных видео о лампочках томича говорится о специальной рецептуре газов. Однозначной информации по этому поводу нет.

Благодаря такой конструкции нагрев филаментной лампочки слабый – порядка 50-60 градусов. Вы смело можете использовать их в светильниках с бумажными, тканевыми и пластиковыми абажурами. Нагрев самой нити филамента доходит до температур свыше 100 градусов. Современные светодиоды способны работать и при температурах КРИСТАЛЛА в 120 градусов, а корпус имеет значительно меньший нагрев.

Распространение филаментов

После появления филаментных ламп – спрос на них начал расти и постепенно дошел до уровня обычных светодиодных изделий. Причина этому проста – их дизайн и возможность добиться большого угла свечения, без использования дополнительных оптических систем.

У стандартных светодиодных ламп, в пластиковом корпусе, угол излучения до 170 градусов. У филаментных же доходит до 300 градусов.

Такого угла свечения получилось достичь благодаря стеклянной прозрачной колбе и расположенных по кругу филаментов. Некоторые модели имеют нестандартные формы и способ расположения филаментов (под углом, крест на крест, S-образно), для обеспечения более равномерного освещения.

Сравнительная таблица филаментнов от разных производителей

Если решили покупать — обратите внимание на производителя. Заявленные параметры у всех отличаются и зачастую завышен процентов на 10.

Как вы можете понять из таблицы, изделия разных производителей выдают различное количество света при одинаковой мощности. Это связано с тем, что они получают различный удельный световой поток (Лм/Вт) с каждого ватта мощности светодиодного светильника.

Это вызвано различными поставщиками материалов или схемотехникой и режимами работы драйвера.

Проблемы нитевидных светодиодов

Колба, выполненная из стекла бьется. Хоть и форма колбы придаёт ей большую жесткость, и способна выдержать некоторую нагрузку, но все же она бьется. Рассеиватель стандартной светодиодной лампы гораздо прочнее. При этом битая филаментная лампа может сохранить свою работоспособность, что вы можете увидеть на фотографии.

Также сохраняется высокая вероятность поражения электрическим током, при прикосновении к токоведущим частям.

Этот вопрос прорабатывается производителями, ведутся работы по внедрению колб из поликарбоната, что повысит прочность и снизит стоимость продукта.

Бюджетные филаментные лампы не работают заявленные сроки в 15 000 и более часов, по причине низкого качества комплектующих. Лампа либо просто перестает включаться, либо начинают мерцать или перестают светиться отдельные нити.

Филаментные лампы в отличии от классических моделей светодиодных ламп, не поддаются ремонту, что является еще одним минусом в этой конструкции.

Может вы заметили еще какие-то достоинства или недостатки? Поделитесь в комментариях.

Преимущества филаментных ламп

• Равномерное свечение во всех направлениях;
• низкая рабочая температура;
• хорошо выглядят, можно использовать в открытых и прозрачных светильниках;
• утилизируются как бытовые отходы;

Недостатки

• Цена выше чем у обычных;
• хрупкая стеклянная колба;
• не пригодны для ремонта;
• при выходе из строя отдельной филаменты – создает дискомфорт и мигания;
• разброс по качеству и выбраковка в разы большая, чем у пластиковых аналогов;
• производятся только для сетей 220 вольт;
• доступно два цоколя – E27 и E14;

У светодиодных ламп филаментного типа есть свои плюсы и минусы, однако минусов на момент написания статьи больше чем плюсов. Это не значит, что нужно забыть об этих лампах, просто нужно учитывать для чего вы её покупаете.

Филаментные лампы неплохо подойдут как источник света для настольных светильников, а также в декоративных целях. Они практически холодные во время своей работы. Репутацию филаментных ламп портит низкосортная продукция недобросовестных китайских производителей.

Решил я приобрести упаковку светодиодных сборок для экспериментов. В статье я попытаюсь протестировать их последовательное включение, а также варианты их применения.

Заказывал я у продавца, который продаёт их по 20 штук. Я заказал 40 штук, но попросил положить 30 «холодных» и 10 «тёплых». Продавец так и сделал, и я получил 35 + 15 штук. Добра ему. Стоило это всё каких-то 13$ на момент покупки.

Сразу прошу прощения, но магазин больше не продаёт этот лот. Мне пришлось указать в ссылке на товар другой магазин, ещё я прошелся поиском и выудил там магазины с похожим товаром.

А изначально я собирался использовать их в создании семисегментных индикаторах на «скорую руку». Думал, что если их расположить просто на текстолите, да наладить их яркость в зависимости от освещённости комнаты - выйдут неплохие настольные часики. Я немного ошибся. Контрастность таких импровизированных индикаторов ниже плинтуса. А вырезать желобки, красить чёрной краской и накрывать это всё матовым орг.стеклом мне было лень.

Но руки чесались и решил я искать им применение на ходу. Для начала, изучаем их внимательней, ну и тестируем заявленные параметры. Как-то я лихо начал и даже не объяснил, что же покупка из себя представляет.

Описание

Плюсы:
- не нагревается
- всенаправленный свет
- приспособлены для работы в сети 220v

Минусы:
- вся сборка перестаёт работать при выгорании кристалла одного светодиода
- некоторые виды могут быть хрупкими (но есть залитые твёрдым компаундом)
- не найдут применение в низковольтной аппаратуре
- не любят пайку (подразумевается сварка)

Разбираем

Перед включением я попросил продавца спецификацию на светодиоды. Он мне прислал спеки на продукцию Runlite.
Кому интересно, могут полюбопытствовать.

А я пока начну зажигать

При подаче 62v светодиодная сборка начинает открываться и потреблять около 0.001A. При 64v ток вырастает до 0.003A - и такой светодиод можно использовать в качестве индикатора или ненавязчивой подсветки.

Вот начиная с 70v ток нужно ограничивать на уровне 0.016A. В таком режиме яркость светодиода максимальна. Измерить нет возможности, но при таком освещении уже можно читать.

За всё время тестирования ни одна из филаментяшек не нагревается вообще никак*. С закрытыми глазами и дотрагиваясь пальцем я отличил бы включённый образец от выключенного только по тому как оно бьётся током. При всём этом «выход на режим» имеется, за 15 секунд ток повышается примерно с 0.014 до 0.017А (при о ограничении тока резистором).

* под «не нагревается вообще никак» подразумевается нагрев до температуры 70-80 градусов. Но из-за малой теплоёмкости они успевают остыть при касании пальцами.

Теперь продемонстрирую различие между «тёплыми» и «холодными» вариантами.
Выдержку и цветопередачу подбирал сравнивая фото с реальным положением дел.
Я дополнительно установил в качестве фона карточки для выставления баланса белого.

5 светодиодов

4 светодиода

Конец

P.S.