Pruebas de fuentes de luz LED para automóviles

Índice

Equipo y metodología de pruebas

Fotometría y prueba de parpadeo

Realicé la prueba fotométrica con Opple Light Master 4 (Amazon).

Este dispositivo permite medir varias características importantes de la luz: Lux, Ra, R9, temperatura de color, coordenadas CIE x e y, valor duv y parpadeo. Medí todas estas características en cada muestra de prueba.

Parámetros fotométricos:

Lumen - cantidad total de luz emitida por una fuente.
Lux - iluminancia, o cantidad de luz que incide sobre una superficie. 1 lux equivale a 1 lumen por metro cuadrado.
CRI Ra - índice de reproducción cromática. Es un indicador cuantitativo de la capacidad de una fuente de luz para reproducir fielmente los colores de distintos objetos en comparación con una fuente de luz ideal o natural. La escala va de 0 a 100. En aplicaciones donde importa reproducir correctamente los tonos de color (iluminación de escaparates, talleres de arte y diseño, estudios fotográficos, cocinas), el valor Ra debe ser superior a 90, idealmente >95.
CRI R9 - capacidad de una fuente de luz para reproducir la componente roja (>600 nm). Es un parámetro muy importante, especialmente en fotografía, cocinas y centros médicos, ya que influye considerablemente en la reproducción correcta del tono de la piel. ¿Qué es CRI R9 y por qué es importante?
Coordenadas CIE X e Y y valor duv - las coordenadas describen el color en el espacio cromático CIE 1931, mientras que duv indica su desviación respecto al color emitido por un cuerpo negro a una determinada temperatura de color. Puedes leer más sobre este tema aquí.

Parámetros de parpadeo:

Índice de parpadeo - tiene en cuenta el área de la forma de onda por encima y por debajo del nivel medio del flujo luminoso.
Profundidad de modulación (porcentaje de parpadeo) - caracteriza la diferencia entre la intensidad luminosa máxima y mínima durante un ciclo.
Frecuencia - la mayoría de las personas no percibe el parpadeo a una frecuencia >90Hz; sin embargo, la luz con una frecuencia <400Hz puede afectar al organismo de forma inconsciente a través del sistema visual.
Riesgo (IEEE PAR1789) - evaluación global del riesgo basada en los parámetros anteriores.
Puedes leer más sobre el parpadeo y su efecto en las personas en este artículo.

También pueden resultar útiles los datos de la norma europea EN 12464-1 sobre los niveles de iluminancia y los valores Ra recomendados para distintos espacios de trabajo.

¿Qué precisión tiene la prueba de brillo?

Para recoger la luz emitida y reducir la influencia del ángulo de emisión, construí un banco de pruebas con una esfera de espejos y una abertura para el fotómetro.

Para obtener resultados de medición del brillo lo más precisos posible, tuve que calibrar el banco de pruebas.

Para la calibración utilicé un LED Nichia 519A 4000K con características conocidas y estables. Según las mediciones de varias fuentes, su flujo luminoso aproximado es de 635 lúmenes a 2A.

Después, con el Opple LM4, medí 21000 lux. Para mi banco de pruebas, esto da un factor de conversión Lux/Lumen de 33.07, que utilizo para estimar el flujo luminoso de otros LED en lúmenes.

Medición de la temperatura de los LED

Para medir la temperatura de los LED utilizo una cámara infrarroja Xinfrared InfiRay P2 Pro (Amazon).

Medir la temperatura es importante porque los LED potentes deben tener un disipador de calor para evacuar el exceso de calor, que resulta perjudicial para los LED.

En la mayoría de los LED fabricados en serie, conviene mantener la temperatura por debajo de 60°C, si es posible, y no superar 85°C, ya que una temperatura mayor puede acortar la vida útil del LED. Algunos LED soportan hasta 150°C, pero no se puede dar por sentada esa resistencia térmica en los LED de uso general.

¿Qué corriente debe recibir un LED?

Un LED es un dispositivo semiconductor controlado por corriente. Su característica de corriente-tensión I-V es no lineal y aproximadamente exponencial: una vez iniciada la conducción directa, un pequeño aumento de tensión puede provocar un aumento considerable de corriente. Por eso, los LED deben utilizarse con limitación de corriente.

Si trabajas con una tira LED o una bombilla LED completa, esta ya contiene resistencias limitadoras de corriente o un circuito de regulación de corriente, por lo que basta con aplicar la tensión indicada.

Si trabajas con un LED individual, debes saber a qué valor limitar la corriente. Normalmente, el fabricante indica esta información en el datasheet o en la página del producto, pero no siempre está disponible. A veces hay que trabajar con un LED cualquiera sin estos datos.

¿Qué hacer?

Si desconoces las características del LED, no lo conectes directamente a una fuente de tensión sin limitación de corriente para intentar determinar su corriente de funcionamiento. Utiliza una fuente de alimentación de laboratorio con limitación de corriente o una resistencia en serie de valor suficientemente alto, empieza con una corriente baja y auméntala gradualmente, vigilando la tensión directa, el brillo y la temperatura.

Sin los datos del fabricante, este método solo permite determinar un punto de funcionamiento conservador, pero no una corriente máxima garantizada.

La tensión directa depende de la longitud de onda de la luz emitida, es decir, del color del LED. Valores orientativos para LED sin recubrimiento de fósforo:

Infrarrojo (IR) - 1.5V
Rojo/naranja/amarillo - 1.8V
Verde - 2V
Blanco/azul/ultravioleta (UV) - 3.2V

A veces se puede ver un chip LED con un recubrimiento amarillo. Se trata de un recubrimiento de fósforo sobre un LED azul. Los LED azules tienen una alta eficiencia energética, y el fósforo reemite parte de la luz en otras longitudes de onda, creando un espectro más rico. Este es el aspecto de la mayoría de los LED utilizados como fuentes de luz.

Un LED puede soportar una tensión y una corriente mayores, pero conviene evitarlo: con una carga elevada disminuye la eficiencia energética, se genera más calor y el LED se degrada más rápido. Para aumentar la relación Lumen/Watt y prolongar la vida útil del LED, a veces conviene reducir la corriente.

Después de elegir la corriente óptima del LED teniendo en cuenta el brillo y la eficiencia, hay que ajustar la limitación de corriente correspondiente en la fuente de alimentación o montar un circuito con una resistencia limitadora de corriente en serie. Para calcular su valor se puede utilizar esta calculadora en línea.

Un LED puede alimentarse con cualquier tensión superior adecuada si se elige correctamente la resistencia. Sin embargo, cuanto mayor sea la diferencia entre la tensión directa del LED y la tensión de la fuente de alimentación, menor será la eficiencia global del circuito, ya que se disipa más potencia eléctrica en la resistencia.

Pruebo los LED a distintas tensiones y sus correspondientes corrientes para poder comparar su eficiencia y brillo en diferentes condiciones.

¿Qué es COB LED?

COB LED (chip-on-board LED) es un módulo único con múltiples chips LED montados sobre un sustrato con buena disipación de calor y cubiertos por una capa uniforme de fósforo. En la práctica, estos conjuntos tienen una menor eficiencia energética que los LED individuales, pero proporcionan una iluminación más uniforme y reducen el efecto de fuente de luz puntual, una ventaja que aprovecha su diseño.

Opple Light Master 4

Banco de pruebas con esfera de espejos

Banco de pruebas bajo la esfera de espejos

Nichia 519A 4000K

Xinfrared InfiRay P2 Pro

5/3mm signal LED typical forward voltage

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Problemas al utilizar bombillas LED para automóviles

Algunos propietarios de automóviles pueden encontrarse con un problema al sustituir las bombillas incandescentes convencionales (halógenas) por bombillas LED: la bombilla LED no se enciende o parpadea. En algunos automóviles, también aparece en el cuadro de instrumentos un aviso de avería de la bombilla.

Este problema se presenta en algunos automóviles modernos con un sistema de detección de bombillas fundidas.

El ordenador de a bordo de estos automóviles supervisa la carga eléctrica del circuito de la bombilla. Si la resistencia es mucho mayor que la de una bombilla incandescente, o si no circula corriente, el sistema registra una avería, muestra un error y puede cortar la alimentación de la bombilla. Una bombilla incandescente consume aproximadamente entre 2-7 veces más corriente que una bombilla LED, y la corriente está relacionada inversamente con la resistencia: cuanto mayor es la resistencia, menor es la corriente.
En los automóviles sin esta función, las bombillas LED suelen funcionar en lugar de las bombillas incandescentes convencionales sin ningún problema, como también confirma mi experiencia.

Si este problema se presenta en tu automóvil, hay varias formas de solucionarlo:

Desactivar la detección de bombillas fundidas en el ordenador de a bordo. Es el método más fiable, pero normalmente requiere la ayuda de un electricista de automóviles.
Instalar una resistencia de carga en paralelo con la bombilla LED, conectándola entre el cable de alimentación y la masa. Esto aumenta la corriente de carga y ayuda a simular la carga eléctrica de una bombilla incandescente ante el sistema de detección de bombillas fundidas. La resistencia debe tener una potencia suficiente, normalmente 50W, y una resistencia aproximada de 6-10Ohm. No tiene polaridad y se conecta en paralelo con el circuito de la bombilla. Como puede calentarse mucho, fíjala firmemente a una superficie metálica, lejos del plástico y de otras piezas sensibles al calor. También existen kits adaptadores que se instalan entre el portalámparas y la bombilla sin necesidad de cortar cables. Sin embargo, ni la resistencia ni el adaptador garantizan la compatibilidad con todos los automóviles: algunos sistemas supervisan la carga con mucha precisión y la resistencia de las bombillas LED varía. Aun así, este método ayuda en la mayoría de los casos.
Algunas bombillas LED incorporan circuitos de supresión de errores CAN Bus. Esto no garantiza la compatibilidad con todos los automóviles, ya que varían tanto los sistemas de detección de los automóviles como los circuitos utilizados en las bombillas LED.

En algunos automóviles, el problema puede surgir con las luces de señalización y las DRL (luces de circulación diurna), donde se utilizan bombillas de un contacto de 21W en lugar de bombillas de dos contactos de 21/5W, y el brillo se regula mediante PWM. PWM (Pulse Width Modulation) interrumpe la alimentación de la bombilla con una frecuencia y un ciclo de trabajo determinados para regular el brillo percibido y el consumo energético. Algunas bombillas LED no funcionan correctamente en este modo y empiezan a parpadear de forma visible.

Solución: existen adaptadores con condensadores de gran capacidad que suavizan la señal PWM y eliminan el parpadeo de las bombillas LED. Sin embargo, impiden regular el brillo como intenta hacerlo el automóvil. Estos adaptadores suelen incorporar una resistencia. Una solución más adecuada puede ser elegir una bombilla diseñada para funcionar correctamente con regulación PWM.

Conclusión: si no has utilizado antes bombillas LED (iluminación del habitáculo, de la matrícula, luces de señalización, luces de circulación diurna, luces de cruce/carretera), conviene comprar la primera bombilla en una tienda que permita devolverla por si no funciona en tu automóvil o no consigues resolver el problema de compatibilidad. Lo mismo se aplica a los adaptadores y las resistencias.
Reitero que los problemas descritos solo afectan a determinados modelos de automóvil. En mi Peugeot 308 de 2008, las bombillas LED del habitáculo, de las luces de circulación diurna y de las luces de señalización funcionan correctamente sin resistencias adicionales.

Kit de resistencia de carga para bombillas LED de automóvil

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Prueba de bombillas de señalización/posición de 12V para automóviles (64 bombillas)

Esta prueba te resultará útil si planeas sustituir las bombillas halógenas de serie de tu automóvil por bombillas LED para automóviles con el mismo tipo de casquillo. Este cambio tiene sentido si quieres reducir el consumo energético del automóvil (a igual brillo, se reduce 4 veces o más) y/o aumentar el brillo de la iluminación.

Todos los detalles de las pruebas realizadas en esta categoría de LED se pueden consultar en este documento de Google (hoja "Car Signal/DRL Light").

Las pruebas continúan, por lo que la lista de bombillas y las recomendaciones se actualizarán con el tiempo y se ampliarán con nuevas muestras.

Compré personalmente con mi propio dinero todas las bombillas destinadas a las siguientes pruebas.

Tipos de bombillas probadas

Esta categoría incluye bombillas utilizadas como luces de señalización o de posición:

- Intermitentes

- Luces de freno/posición

- Luces de circulación diurna (DRL)

- Luces de marcha atrás

Los tipos de casquillo (conector) más habituales para estas bombillas son:

P21/5W (casquillo: 1157, BAY15D, BA15D) - 2 contactos (alta/baja potencia)
P21W (blanca), PY21W (amarilla) (casquillo: 1156, BA15S, BAU15S) - 1 contacto
W21/5W (casquillo: T20, 7443, 7443 SRCK, W3x16q) - 2 contactos (alta/baja potencia)
W21W, WY21W (casquillo: T20, 7440, W3x16d) - 1 contacto
P27/5W (casquillo: 3157, T25, W25x16q) - 2 contactos (alta/baja potencia)
P27W (casquillo: 3156, T25, W25x16d) - 1 contacto

Algunos fabricantes de bombillas LED utilizan la misma parte luminosa con distintos tipos de casquillo o cambian el color de los LED instalados (blanco, amarillo, rojo), pero no hay diferencias en las características de la bombilla entre los distintos tipos de casquillo. Sin embargo, el color de la luz puede influir ligeramente en el brillo.

En mis pruebas de esta categoría de bombillas para automóviles, me he centrado principalmente en las bombillas de tipo P21/5W.

Determinación del color principal

La mayoría de las bombillas probadas son blancas, aunque algunas son amarillas o rojas. Al describir el color de una bombilla, el parámetro principal es el color básico; si importa el tono exacto, conviene guiarse por la temperatura de color medida. Las bombillas de los intermitentes deben emitir principalmente luz amarilla, y algunas luces de freno y de posición traseras requieren una luz roja intensa si el propio conjunto óptico no es rojo y no utiliza una bombilla blanca o transparente. Este color principal también se ha determinado y se indica en el documento de Google.

Tipos de mediciones para cada bombilla

Las mediciones de brillo y consumo energético se realizaron a 4 tensiones distintas:
- 14V (motor del automóvil en marcha),
- 13V (para la prueba),
- 12V (valor de referencia),
- 11V (para la prueba),
- Además, mido la tensión de encendido (la tensión mínima a la que se enciende el LED).

La prueba fotométrica y la medición del parpadeo se realizaron a 14V (motor del automóvil en marcha), ya que esta es la tensión principal de funcionamiento de estas bombillas.
Prueba de temperatura de los LED. Se realizan 3 mediciones:
- 10 segundos - para la prueba.
- 30 segundos - para comprobar si el LED es adecuado para utilizarlo como bombilla de señalización con una temperatura límite de 85°C.
- 60 segundos - para comprobar si el LED se mantiene dentro del límite de 85°C y puede utilizarse como DRL (luz de circulación diurna).
- Si la temperatura se mantiene dentro de los límites permitidos, realizo una medición adicional a los 90 segundos.
- Si la bombilla tiene una cubierta de vidrio o plástico, no es posible medir correctamente la temperatura del chip LED. En este caso, mido la parte más caliente de la bombilla, normalmente su cuerpo; su temperatura suele estar 25-30°C por debajo de la del chip LED. Con un cuerpo de plástico, la temperatura del chip LED puede ser aún mayor, ya que el plástico disipa mal el calor.
La mayoría de mis pruebas se realizan con bombillas P21/5W de dos contactos y modos de alta/baja potencia. La diferencia de consumo energético entre estos modos se indica en el apartado de parámetros adicionales en el documento de Google - en la hoja "Car Signal/DRL Light". La prueba de brillo y las mediciones fotométricas se realizan en el modo de alta potencia.

Otras características de las bombillas LED y criterios para las recomendaciones:

Algunas bombillas tienen un cuerpo de aluminio, lo que supone una ventaja importante: el cuerpo actúa como disipador de calor, evacua el calor y prolonga la vida útil del LED.
Algunas bombillas son más potentes que otras. Si una bombilla potente y brillante no tiene un buen disipador de calor, se sobrecalienta rápidamente, pierde brillo y el LED se degrada con rapidez. Las bombillas potentes que se calientan mucho pueden instalarse como luces de freno o intermitentes, ya que solo se encienden durante periodos breves y pueden enfriarse entre encendidos, pero conviene evitar su uso como DRL (luces de circulación diurna).
No conviene guiarse por la potencia nominal en vatios indicada en la página del producto en AliExpress - en la mayoría de los casos, salvo contadas excepciones, no se corresponde con la realidad. Mis mediciones permiten comprobar la potencia real de la bombilla, la temperatura, la eficiencia energética y muchos otros parámetros.
Mi recomendación final tiene en cuenta varios parámetros:
- Construcción/calidad, impresión general
- Resultados de las mediciones de disipación de calor
- Eficiencia energética
- Nivel de brillo y su estabilidad. El brillo debe ser al menos el 75% del de una bombilla halógena convencional.

Bombillas LED que recomiendo en esta categoría entre las 64 muestras probadas:

CSL_18 - Muy buena bombilla, buen brillo (89% del brillo de una bombilla halógena), temperatura dentro de los límites permitidos, eficiencia energética impresionante, potencia 4.7W. Se puede utilizar como DRL. Precio - 3USD por bombilla.
CSL_25 - ¡Muy buena bombilla! Buen brillo estable (76% del brillo de una bombilla halógena), temperatura muy baja y estable, buen disipador de aluminio, haz concentrado gracias a la lente, buen embalaje, potencia 5.9W. La mejor opción para DRL. Precio - 3.4USD por bombilla.
CSL_29 (Enlace alternativo) - Muy buen brillo estable (103% del brillo de una bombilla halógena), buena disipación de calor (disipador de aluminio), buena eficiencia energética, potencia 6W Adecuada para DRL. Precio - 3.8USD por bombilla.
CSL_32 (Enlace alternativo) - Buen embalaje, construcción robusta, disipador de aluminio, brillo muy alto (156% del brillo de una bombilla halógena), potencia 9.8W, se puede utilizar como DRL. Precio - 3.6USD por bombilla.
CSL_34 (Alternative link) - Construcción robusta, disipador de aluminio, brillo estable y muy alto (171% del brillo de una bombilla halógena), muy buena eficiencia energética, potencia 9.6W. Se puede utilizar como DRL. Precio - 5.2USD por bombilla.
CSL_46 - Excelente construcción de aluminio, brillo alto y estable (126% del brillo de una bombilla halógena) a distintas tensiones, temperatura dentro de los límites permitidos (hasta 80°C a los 90 segundos), adecuada para DRL. Alta eficiencia energética. Potencia:7.1W Precio: 3.7USD por bombilla.
CSL_48 (Enlace alternativo) - Construcción robusta, cuerpo de aluminio, buen brillo (79% del brillo de una bombilla halógena), excelente disipación de calor (máximo de 62°C a los 90 segundos), adecuada para DRL. Buena eficiencia energética. Potencia:5.5W Precio: 6.3USD por bombilla.
CSL_53 (Enlace alternativo) - Tamaño compacto, excelente brillo (105% del brillo de una bombilla halógena), temperatura aceptable (máximo de 68°C a los 90 segundos, medida en el disipador), adecuada para DRL. Eficiencia energética impresionante. Potencia:6.1W Precio: 6.3USD por bombilla.
CSL_62 (Enlace alternativo) - Excelente brillo (139% del brillo de una bombilla halógena), buena disipación de calor (máximo de 76°C a los 90 segundos, medida en los chips LED), adecuada para DRL. Buena eficiencia energética. Potencia:8.6W Precio: 3.5USD por bombilla.