LED тестирование

Тестирование светодиодных (LED) источников света

Этот прибор способен измерить ряд важных характеристик света: Lux, Ra, R9, цветовую температуру, координаты CIE x и y, значение duv, мерцание. Все эти характеристики были измерены для каждого испытуемого образца.

Фотометрические параметры:

Lumen (Люмен) - это количество излучаемого света.
Lux (Люкс) - это то, насколько яркой будет ваша поверхность, это мера плотности света. 1Lux равен 1 Lumen/m2. Lux and Lumen - What's the difference?
CRI Ra - индекс цветопередачи. Это количественная мера способности источника света достоверно воспроизводить цвет различных объектов по сравнению с идеальным или естественным источником света. Шкала варьируется от нуля до 100. Считается, что для задач, где важна правильность отображения цветовых оттенков (освещение витрин в магазине, художественные и дизайнерские мастерские, фотостудии, кухонные помещения) значение Ra должно быть более 90, идеально если >95.
CRI R9 - способность излучать красный свет (>600 нм). Это очень важный параметр, особенно в фотографии, на кухне и в медицинских учреждениях, который оказывает большое влияние на правильное отображение тона кожи. What is CRI R9 and Why is it Important?
CIE X и Y координаты и значение Duv - Координаты представляют цвет из цветового пространства CIE 1931, а duv описывает отклонение от цвета, излучаемого черным телом при определенной цветовой температуре. По ссылке вы можете получить больше информации о этих параметрах.

Параметры мерцания:

Flicker index(Индекс мерцания) - учитывает область формы волны выше и ниже среднего светового потока.
Modulation depth (Глубина модуляции (процент мерцания)) - мера соотношения максимальной и минимальной освещенности в одном цикле.
Frequency(Частота) - большинство людей не обнаруживают частоту мерцания >90 Гц, но бессознательно, через зрительные нервы, частота света <400 Гц оказывает воздействие на организм человека.
Риск (стандарт IEEE PAR1789) - интегральная оценка риска, включающая вышеупомянутые показатели.
Более подробную информацию о мерцании и воздействии на человека вы можете найти в этой статье.

Для вас также может быть полезной информация по европейкому стандарту EN 12464-1 относительно интенсивности освещения и параметра Ra, рекомендуемые для различных условий работы.

Являются ли тесты яркости точными?

Для того чтобы собрать и приблизительно оценить излучаемый свет, независимо от угола излучения источником света, был построен испытательный стенд с использованием зеркальной сферы с отверстием с одной стороны, в котором был установлен фотометрический прибор.

Чтобы получить максимально точное измерение яркости, тестовый стенд был откалиброван.

Для калибровки я использовал светодиод Nichia 519A 4000K с известными стабильными характеристиками. Этот светодиод имеет яркость 635 люмен (это приблизительное значение из нескольких источников, измерявших этот чип) при токе 2А.

Затем была измерена яркость этого светодиода в люксах с помощью фотометрического тестера Opple LM4 и получил значение 21000 люкс.

Таким образом, был рассчитан коэффициент преобразования Люкс/Люмен = 33,07 для моего тестового стенда.

Этот коэффициент предоставил возможность рассчитать люмены для всех остальных светодиодов, которые проходят тестирование.

Измерение температуры LED

С целью проведения темературных тестов LED ламп использовалась инфракрасная камера Xinfrared InfiRay P2 Pro(Amazon) (AliExpress).

Проведение температурного теста важно потому, что мощные светодиоды должны быть защищены радиатором, чтобы рассеивать избыточное тепло, которое вредно для светодиодов.

Хорошей практикой является поддержание температуры большинства коммерческих светодиодов на уровне 60C, если это возможно, но не выше 85C, так как это может сократить срок службы светодиодов. Некоторые светодиоды могут выдерживать до 150C, но мы не должны ожидать такой уровень теплостойкости в светодиодах для массового коммерческого рынка.

Как много энергии необходимо дать светодиоду для работы?

Светодиод является полупроводниковым прибором и может работать при различных напряжениях, которые выше, чем пороговое падение напряжения светодиода, но при этом ток должен быть ограничен, потому что кривая ток-напряжение светодиода параболическая и светодиод будет быстро перегорать, если ток не будет ограничен.

Если же перед вами светодиодная лента или уже готовое осветительное устройство (LED-лампа) то такие устройства уже содержат либо токо-ограничивающие резисторы либо электрические схемы которые выполняют регулирующую роль и вам необходимо только подать необходимое напряжение на лампу/ленту.

Но если вам необходимо работать с единичными светодиодами, то вам нужно знать, какое предельное значение тока вы можете передать на светодиод. Обычно эта информация предоставляется производителем в техническом паспорте или на странице продукта, но она не всегда доступна или вам попался случайный светодиод, поэтому иногда приходится иметь дело со светодиодом без такой информации.

В этой ситуации, нужно зажечь светодиод при прямом напряжении (voltage forward) без каких-либо последовательных резисторов, которые могут ограничивать ток в течение относительно короткого периода времени, потому что питать светодиод в течение длительного периода времени без ограничения тока опасно для светодиода, так как ток через светодиод имеет тенденцию увеличиваться со временем и в конечном итоге приведет к повреждению светодиода.

Поэтому, как только вы зажжете светодиод при прямом напряжении, проверьте ток, протекающий через цепь. Это и есть искомое значение тока которое вам нужно ограничить.

Значение прямого напряжения коррелирует с длиной волны излучения (цвета излучения) светодиода. Ниже параметры прямого напряжения для светодиодов без люминофорного покрытия:

Инфракрасный (IR) - 1.5V
Красный/Оранжевый/Желтый - 1.8V
Зеленый - 2V
Белый/Синий/Ультрафиолетовый (UV) - 3.2V

Иногда вы можете увидеть светодиодный чип с желтой поверхностью. Это люминофор, нанесенный поверх синего светодиода, потому что синий светодиод - самый энергоэффективный, а люминофор переизлучает свет в других длинах волн, давая более богатый спектр света. Большинство светодиодов, которые используются в качестве источника света, выглядят именно так.

Светодиод может выдерживать большее напряжение (и ток), но с ростом напряжения (и тока) светодиод становится менее энерго-эффективным, перегревается и работая в максимальных режимах быстро деградирует.

Иногда имеет смысл даже уменьшить ток, чтобы достичь более высокого соотношения Люмен/Ватт и продлить срок службы светодиода.

После того как вы решили, какой электрический ток для вашего светодиода является оптимальным (с учетом его яркости и эффективности), вам нужно либо установить определенный предел тока на блоке питания светодиода, либо собрать схему, установив последовательно со светодиодом токоограничивающий резистор. Вы можете использовать этот он-лайн калькулятор для расчета значения токо-ограничевающего резистора.

Стоит отметить, что при правильно подобранном резисторе вы можете питать светодиод любым напряжением, однако чем больше будет разница между прямым напряжением и напряжением питания, тем ниже будет общая эффективность схемы, поскольку на резисторе будет рассеиваться больше электрической энергии.

Я провожу тестирование при разных напряжениях (и токах соответственно), чтобы вы могли сравнить, насколько эффективны и ярки светодиоды в разных условиях.

Что такое COB LED?

COB LED (или chip-on-board LED) - это единое устройство с множеством светодиодных чипов, установленных на термоэффективной подложке, расположенной под равномерным люминофорным покрытием. Как показывает практика, такие сборки менее энерго-эффективны в сравнении с отдельными светодиодами, но дают более равномерное освещение и уменьшает эффект точечного источника света, что находит отражение в дизайне.

Opple Light Master 4

Mirror sphere test stand

Test stand under the mirror sphere

Nichia 519A 4000K

Xinfrared InfiRay P2 Pro

5/3mm signal LED typical forward voltage

⇧ to the table of contents ⇧

Проблемы с использованием автомобильных LED ламп

Некоторые владельцы автомобилей могут иметь сложности при замене обычных ламп накаливания на LED лампы. Проблема выражается в том, что LED лампа либо не включается, либо моргает. При этом на приборной панели у некоторых автомобилей с такой проблемой может показываться ошибка, что лампа не работает.

Такая проблема возникает у некоторых современных автомобилей, у которых присутствует функция определения сгоревшей/отсутствующей лампы.

Бортовой компьютер таких автомобилей измеряет сопротивление на участке, где должна быть установлена лампа, и если сопротивление значительно выше чем у лампы накаливания, либо вообще ток не проходит, то компьютер регистрирует проблему, показывает ошибку и прерывает подачу тока на лампу. Разница в значении сопротивления возникает из-за того, что лампа накаливания потребляет значительно больше тока чем LED (2-7раз), а значение потребляемого тока обратно зависит от её сопротивления (чем выше сопротивление, тем меньше протекает ток).

При этом автомобили, у которых такой функции нет (определения сгоревшей лампы) прекрасно и без всяких проблем используют LED лампы вместо классических ламп накаливания (подтверждаю собственным опытом).

Если в вашем автомобиле такая проблема присутствует, то существуют несколько способов её решения:

Отключить в бортовом компьютере определение сгоревшей лампы (самый надежный способ, но требует участия электрика)
Установить резистор последовательно в цепь между проводом питания и лампой (до или после лампы - не имеет значения). Это позволит "обмануть" бортовой компьютер т.к. сопротивление в цепи будет выше и похожим на сопротивление лампы накаливания. Резистор должен быть достаточно мощным (50W, 6-10Ом) чтобы рассеивать тепло и не перегреваться. Резистор не имеет полярности, и установка не является сложной операцией (нужно разрезать провод и установить резистор в разрыв), но наличие резистора в цепи уменьшает экономию энергии которую можно было бы получить используя только LED лампу. Существуют также наборы-переходники, с которыми вам не нужно резать провода, они вставляются между цоколем и лампой. В целом, решение проблемы путем установки резистора (или набора-переходника с резистором) не является гарантией корректной работы лампы в вашем автомобиле т.к. некоторые автомобили достаточно точно измеряют сопротивление и небольшое отклонение могут считать за ошибку, а некоторое отклонение неизбежно т.к. сопротивление LED ламп различается, однако в большинстве случаев проблем устраняется таким способом.
Некоторые LED лампы имеют встроенную canbus error-free электрическую схему. Нельзя с уверенностью сказать, что реализация этой схемы в конкретной LED лампе гарантированно решит проблему с вашим автомобилем и LED лампой, т.к. реализации этой схемы могут различаться и причины возникновения такой проблемы с LED-лампами тоже у разных автомобилей различаются.

У некоторых автомобилей может присутствовать проблема с сигнальными огнями и DRL (Daily Running Light, дневные ходовые огни) которые используют одно-контактные лампы 21W вместо использования ламп с двумя контактами 21/5W, а для регулирования яркости применяется ШИМ-регулирование. ШИМ-регулирование (Широтно-Импульсная Модуляция) - это прерывание питания лампы с определенной частотой и длительностью, что в итоге позволяет регулировать видимую яркость лампы и энергопотребление. Некоторые LED лампы не могут корректно работать в таком режиме, что приводит к заметному мерцанию.

Решение: существуют адаптеры, которые сглаживают влияние ШИМ и устраняют мерцание LED-лампы используя конденсаторы большой емкости, но такой подход, устраняя мерцание, не позволяет регулировать яркость так, как это пытается сделать автомобиль. Часто такие адаптеры идут с встроенным резистором. Более верным решением может быть подбор лампы, которая способна работать с ШИМ регулированием.

Вывод: если вы не использовали ранее LED лампы (освещение интерьера, номерного знака, сигнальные огни, дневные ходовые огни, ближний/дальний свет), то имеет смысл попробовать взять лампу в магазине который позволит вам вернуть её, в случае, если на вашем автомобиле такая лампа работать не будет или вам не удастся решить проблему совместимости с LED-лампами. То же самое касается использования адаптеров и резисторов.

Хочу еще раз отметить, что описанные проблемы, это индивидуальные проблемы определенных моделей автомобилей. На моем автомобиле Peugeot 308 2008 года выпуска, интерьерные, лампы ходовых огней и сигнальные LED-лампы прекрасно работают без всяких проблем и резисторов.

Car LED resistor kit

⇧ to the table of contents ⇧

Тест 12V автомобильных сигнальных/маркерных ламп (60 ламп!)

Данный тест пригодится вам если вы планируете заменить в своем автомобиле стандартные галогенные лампы на LED(свтодиодные) лампы специально сделанных для автомобилей с тем же типом цоколя. Такая замена имеет смысл, если выходите либо уменьшить энергопотребление автомобиля (потребление электроэнергии снижается в 4 и более раз при той же яркости) и/или повысить яркость освещения.

Все подробности тестов, которые были проведены в этой категории светодиодов, вы можете найти в этом google-документе ("Car Signal/DLR Light" вкладка).

Тестирование постоянно продолжается, в связи с чем список тестируемых ламп и рекомендации к выбору будут постоянно обновляться.

Все лампы для дальнейшего тестирования были куплены мной лично за собственные деньги.

Типы тестируемых ламп:

В данной категории тестирования принимают участие лампы используемые в качестве сигнальных или маркерных огней:

Сигналы поворота/индикаторы
Тормозные/задние фонари
Дневные ходовые огни (DRL)
Огни заднего хода

Наиболее распространенные типы гнезд (цоколей) для этих ламп:

P21/5W, (цоколь: 1157, BAY15D, BA15D) - 2 контакта (высокая/низкая мощность)
P21W (белый), PY21W (желтый), (гнездо: 1156, BA15S, BAU15S) - 1 контакт
W21/5W, (цоколь: T20, 7443, 7443 SRCK, W3x16q), - 2 контакта (высокая/низкая мощность)
W21W, WY21W (гнездо: T20, 7440, W3x16d) - 1 контакт
P27/5W (цоколь: 3157, T25, W25x16q) - 2 контакта (высокая/низкая мощность)
P27W (цоколь 3156, T25, W25x16d) - 1 контакт

Некоторые производители светодиодных ламп используют одну и ту же световую голову, но разный тип цоколя или меняют цвет установленного светодиода (белый, желтый, красный), но разницы в производительности ламп с разными типами цоколей нет. Однако цвет лампы может оказывать некоторое влияние на яркость.

В своих тестах я в основном ориентировался на лампы типа P21/5W в этой категории автомобильных ламп.

Определение основного цвета лампы

Большинство испытуемых ламп - белые светодиодные лампы, однако есть и желто- и красноцветные. Когда я говорю о цвете лампы, важно определить основной цвет (цветовой тон является вторичным, если для вас тон важен обратите внимание на измеренное значение цветовой температуры), потому что для «лампочки поворота» основной цвет должен быть желтым, а также для некоторых «лампочек тормоза/заднего хода» цвет должен быть ярко-красным (если только для фонарь не является красным и требуют белые/прозрачные лампочки). Этот основной цвет также определен и отмечен в google-документе.

Типы проведенных измерений для каждой лампы:

Измерение яркости и энергопотребления проводились при 4 различных напряжениях:
- 14В (двигатель автомобиля включен),
- 13В (тестирование ради тестирования),
- 12В (базовое значение),
- 11В (тестирование ради тестирования),
- Дополнительно измеряется стартовое минимальное напряжение при котором загорается светодиод.
Тест фотометрии и измерения мерцания проводились при напряжении 14В (двигатель автомобиля включен), так как это основное рабочее напряжение для ламп.

Тест температуры светодиода. Выполняется 3 измерения:
- 10 секунд - тест ради теста.
- 30 секунд - чтобы проверить, подходит ли светодиод для использования в качестве сигнального света в пределах 85C.
- 60 секунд - чтобы проверить, может ли светодиод находиться в пределах температуры 85C для использования в качестве DRL (дневных ходовых огней).
- Если температура находится в пределах нормы, я проводил дополнительный опциональный 90-секундный температурный тест.
- Если лампа имеет стеклянную или пластиковую защитную крышку, невозможно правильно измерить температуру светодиодного чипа, в этом случае я измерял самую горячую часть лампы, обычно это корпус, и его температура чаще всего на 25-30C ниже, чем у светодиодного чипа, в случае если используется пластиковый корпус то температура чипа может быть еще выше т.к. пластик плохо отводит тепло.
Большинство моих тестов проводились для ламп с 2 контактными цоколями (высокая/низкая мощность) P21/5W. Разница в потребляемой мощности между режимами высокой и низкой мощности была отмечена в разделе дополнительных параметров в google-документе - "Car Signal/DLR Light" вкладка. Тесты яркости и фотометрии выполнены для режима высокой мощности.

Другие характеристики светодиодных ламп и описание подхода к предоставлению рекомендаций.

Некоторые лампы имеют алюминиевый корпус, что позитивно влияет на качество лампы, так как он используется в качестве радиатора для рассеивания тепла и продлевает срок службы светодиодов.
Некоторые лампы более мощные, чем другие. Если мощная лампа не имеет хорошего радиатора, она быстро перегревается, яркость падает, а светодиод быстро деградирует. Вы можете установить мощные горячие лампы в качестве стоп-сигналов или ламп поворота, так как они горят время от времени и могут остывать между вспышками, но вы должны избегать их использование в качестве дневных ходовых огней (DRL).
Старайтесь не полагаться на номинальную мощность (Вт), указанную на странице товара на AliExpress, так как в большинстве случаев (за редким исключением) она не соответствует действительности, однако вы можете узнать реальную мощность лампочки, температуру, энергоэффективность и многие другие параметры на основе моих измерений.
Моя окончательная рекомендация была составлена с учетом нескольких параметров:
- Конструкция/качество, общее впечатление
- Измерение нагрева лампы (светодиодов)
- Энергоэффективность
- Уровень яркости и его стабильность. Уровень яркости должен быть не менее 75% или выше, чем у галогенной «классической» лампы.

Светодиодные лампы, которые я рекомендую в данной тестовой категории среди 64 протестированных образцов:

CSL_18 (Альтернативная ссылка) - Очень хорошая лампа, хорошая яркость (89% от галогенной), температура в пределах нормы, впечатляющая энергоэффективность, мощность 4,7Вт. Можно использовать в качестве дневных ходовых огней (DRL). Цена - 3USD за лампу.
CSL_25 (Альтернативная ссылка) - Очень хорошая лампа! Стабильная яркость (76% от галогенной), стабильная невероятно низкая температура, алюминиевый радиатор, сфокусированный луч с линзой, хорошая упаковка, мощность 5.9Вт. Лучший вариант для дневных ходовых огней (DRL). Цена - 3.4USD за лампу.
CSL_29 (Альтернативная ссылка) - Очень хорошая стабильная яркость (103% от галогенной), Хорошее рассеивание тепла (алюминиевый радиатор), хорошая энергоэффективность, мощность 6 Вт. Подходит в качестве дневных ходовых огней (DRL). Цена - 3.8USD за лампу.
CSL_32 (Альтернативная ссылка) - Хорошая упаковка, прочная конструкция, алюминиевый радиатор, очень яркий свет (156% от галогенной), мощность 9.8Вт, может быть использована как дневные ходовые огни (DRL). Цена - 3.6USD за лампу.
CSL_34 (Альтернативная ссылка) - Надежная конструкция, алюминиевый радиатор, стабильная очень высокая яркость (171% от галогенной), отличная энергоэффективность, мощность 9.6Вт. Возможно использование как дневные ходовые огни (DRL). Цена - 5.2USD за штуку.
CSL_46 (Альтернативная ссылка) - Отличная алюминиевая конструкция, стабильно высокая яркость (126% от галогенной) на разных напряжениях, температура в допустимых пределах (до 80С через 90секунд), подходит для установки в дневные ходовые огни (DRL). Высокая энергетическая эффективность. Мощность 7.1Вт. Цена 3.7USD за штуку.
CSL_48 (Альтернативная ссылка) - надежная конструкция, достаточная яркость (79% от галогенной), низкая температура (до 62С через 90секунд), подходит для установки в дневные ходовые огни (DRL). Хорошая энергетическая эффективность. Мощность 5.5Вт. Цена 6.3USD за штуку.
CSL_51 (Альтернативная ссылка) - надежная конструкция, достаточная яркость (90% от галогенной), низкая температура (до 70С через 90секунд), подходит для установки в дневные ходовые огни (DRL). Отличная энергетическая эффективность. Мощность 5.5Вт. Цена 6.5USD за штуку.
CSL_53 (Альтернативная ссылка) - компактные размеры, отличная яркость (105% от галогенной), приемлимая температура (68С через 90секунд, измерение радиатора), подходит для установки в дневные ходовые огни (DRL). Великолепная энергетическая эффективность. Мощность 6.1Вт. Цена 6.3USD за штуку.
CSL_62 (Альтернативная ссылка) - превосходная яркость (139% от галогенной), приемлимая температура (76С через 90секунд, измерение LED чипов), подходит для установки в дневные ходовые огни (DRL). Отличная энергетическая эффективность. Мощность 8.6Вт. Цена 3.5USD за штуку.