Testen van lichtbronnen met LED voor auto's

Inhoudsopgave

Testapparatuur en methode

Fotometrie en flikkertest

De fotometrische test werd uitgevoerd met Opple Light Master 4 (Amazon).

Dit apparaat kan een aantal belangrijke lichteigenschappen meten: Lux, Ra, R9, kleurtemperatuur, CIE-coördinaten x en y, de duv-waarde en flikkering. Ik heb al deze eigenschappen voor elk testexemplaar gemeten.

Fotometrische parameters:

Lumen - de totale hoeveelheid licht die een bron uitstraalt.
Lux - de verlichtingssterkte, oftewel de hoeveelheid licht die op een oppervlak valt. 1 lux is gelijk aan 1 lumen per vierkante meter.
CRI Ra - kleurweergave-index. Dit is een kwantitatieve maat voor het vermogen van een lichtbron om de kleuren van verschillende voorwerpen natuurgetrouw weer te geven in vergelijking met een ideale of natuurlijke lichtbron. De schaal loopt van 0 tot 100. Voor toepassingen waarbij een juiste weergave van kleurtinten belangrijk is (verlichting van etalages, kunst- en ontwerpateliers, fotostudio's, keukens), moet de Ra-waarde hoger zijn dan 90, idealiter >95.
CRI R9 - het vermogen van een lichtbron om de rode component weer te geven (>600 nm). Dit is een zeer belangrijke parameter, vooral in de fotografie, in keukens en in medische instellingen, omdat deze een grote invloed heeft op de juiste weergave van huidtinten. Wat is CRI R9 en waarom is deze belangrijk?
CIE-coördinaten X en Y en de waarde duv - de coördinaten beschrijven de kleur in de kleurruimte CIE 1931, terwijl duv de afwijking aangeeft ten opzichte van de kleur die een zwart lichaam bij een bepaalde kleurtemperatuur uitstraalt. Meer hierover kunt u hier lezen.

Flikkerparameters:

Flikkerindex - houdt rekening met het oppervlak van de golfvorm boven en onder de gemiddelde lichtstroom.
Modulatiediepte (percentage flikkering) - beschrijft het verschil tussen de maximale en minimale lichtintensiteit gedurende één cyclus.
Frequentie - de meeste mensen merken flikkering bij een frequentie >90Hz niet op, maar licht met een frequentie <400Hz kan het lichaam onbewust via het gezichtsvermogen beïnvloeden.
Risico (IEEE PAR1789) - een overkoepelende risicobeoordeling op basis van de bovenstaande parameters.
Meer over flikkering en de invloed ervan op mensen kunt u lezen in dit artikel.

Ook kunnen de gegevens uit de Europese norm EN 12464-1 over aanbevolen verlichtingssterktes en Ra-waarden voor verschillende werkruimtes nuttig zijn.

Hoe nauwkeurig is de helderheidstest?

Om het uitgestraalde licht op te vangen en de invloed van de stralingshoek te verminderen, heb ik een testopstelling met een gespiegelde bol en een opening voor de fotometer gemaakt.

Om de helderheid zo nauwkeurig mogelijk te meten, moest ik de testopstelling kalibreren.

Voor de kalibratie heb ik een Nichia 519A 4000K LED met bekende, stabiele eigenschappen gebruikt. Volgens meetgegevens uit verschillende bronnen bedraagt de lichtstroom ongeveer 635 lumen bij 2A.

Vervolgens heb ik met de Opple LM4 21000 lux gemeten. Voor mijn opstelling levert dit een omrekenfactor Lux/Lumen van 33.07 op, die ik gebruik om de lichtstroom van andere LED's in lumen te schatten.

Temperatuurmeting van LED's

Voor het meten van de temperatuur van LED's gebruik ik een infraroodcamera Xinfrared InfiRay P2 Pro (Amazon).

Temperatuurmeting is belangrijk, omdat krachtige LED's een koellichaam nodig hebben om overtollige warmte af te voeren, die schadelijk is voor de LED's.

Voor de meeste in serie geproduceerde LED's is het wenselijk om de temperatuur indien mogelijk onder 60°C te houden en niet boven 85°C te laten komen, omdat een hogere temperatuur de levensduur van de LED kan verkorten. Sommige LED's zijn bestand tegen temperaturen tot 150°C, maar bij gangbare LED's mag u niet automatisch op die hittebestendigheid rekenen.

Hoeveel stroom moet een LED krijgen?

Een LED is een halfgeleidercomponent die door stroom wordt aangestuurd. De stroom-spanningskarakteristiek I-V is niet-lineair en bij benadering exponentieel: zodra de LED in doorlaatrichting begint te geleiden, kan een kleine toename van de spanning een aanzienlijke toename van de stroom veroorzaken. Daarom moet u LED's met stroombegrenzing gebruiken.

Als u met een LED-strip of een kant-en-klare LED-lamp werkt, bevat deze al stroombegrenzende weerstanden of een stroomstabilisatieschakeling. Het is dan voldoende om de aangegeven spanning aan te leggen.

Als u met een losse LED werkt, moet u weten tot welke waarde u de stroom moet begrenzen. Meestal vermeldt de fabrikant deze informatie in de datasheet of op de productpagina, maar die is niet altijd beschikbaar. Soms krijgt u een onbekende LED zonder dergelijke gegevens in handen.

Wat kunt u doen?

Als de eigenschappen van de LED onbekend zijn, sluit deze dan niet rechtstreeks aan op een spanningsbron zonder stroombegrenzing om de bedrijfsstroom te proberen vast te stellen. Gebruik een laboratoriumvoeding met stroombegrenzing of een voldoende grote serieweerstand. Begin met een kleine stroom en verhoog die geleidelijk, terwijl u de doorlaatspanning, helderheid en temperatuur in de gaten houdt.

Zonder gegevens van de fabrikant kunt u op deze manier alleen een conservatief werkpunt bepalen, geen gegarandeerde maximale stroom.

De doorlaatspanning hangt af van de golflengte van het uitgestraalde licht, dus van de kleur van de LED. Richtwaarden voor LED's zonder fosforlaag:

Infrarood (IR) - 1.5V
Rood/oranje/geel - 1.8V
Groen - 2V
Wit/blauw/ultraviolet (UV) - 3.2V

Soms ziet u een LED-chip met een gele coating. Dit is een fosforlaag over een blauwe LED. Blauwe LED's hebben een hoge energie-efficiëntie, en de fosfor zet een deel van het licht om in licht met andere golflengtes, waardoor een rijker spectrum ontstaat. Zo zien de meeste LED's eruit die als lichtbron worden gebruikt.

Een LED kan een hogere spanning en stroom verdragen, maar u kunt dit beter vermijden: bij een hoge belasting neemt de energie-efficiëntie af, ontstaat er meer warmte en degradeert de LED sneller. Om de verhouding Lumen/Watt te verhogen en de levensduur van de LED te verlengen, kan het juist zinvol zijn om de stroom te verlagen.

Nadat u de optimale stroom voor de LED hebt gekozen op basis van helderheid en efficiëntie, moet u de juiste stroombegrenzing op de voeding instellen of een schakeling met een stroombegrenzende serieweerstand bouwen. Om de weerstandswaarde te berekenen, kunt u gebruikmaken van deze online calculator.

Een LED kan met elke geschikte hogere spanning worden gevoed als de weerstand juist is gekozen. Hoe groter het verschil tussen de doorlaatspanning van de LED en de voedingsspanning, hoe lager echter de totale efficiëntie van de schakeling, omdat er meer elektrisch vermogen in de weerstand wordt gedissipeerd.

Ik test LED's bij verschillende spanningen en bijbehorende stromen, zodat hun efficiëntie en helderheid onder verschillende omstandigheden kunnen worden vergeleken.

Wat is een COB LED?

Een COB LED (chip-on-board LED) is één module met meerdere LED-chips, die op een substraat met een goede warmteafvoer zijn gemonteerd en met een gelijkmatige fosforlaag zijn bedekt. In de praktijk zijn zulke modules minder energie-efficiënt dan losse LED's, maar ze geven een gelijkmatigere verlichting en verminderen het effect van een puntlichtbron. Daarop is hun ontwerp gericht.

Opple Light Master 4

Testopstelling met een gespiegelde bol

Testopstelling onder de gespiegelde bol

Nichia 519A 4000K

Xinfrared InfiRay P2 Pro

5/3mm signal LED typical forward voltage

⇧ naar de inhoudsopgave ⇧

Problemen bij het gebruik van LED-lampen in auto's

Sommige autobezitters kunnen een probleem tegenkomen wanneer ze gewone gloeilampen (halogeenlampen) door LED-lampen vervangen: de LED-lamp gaat niet aan of knippert. In sommige auto's verschijnt daarbij een melding op het dashboard dat een lamp defect is.

Dit probleem komt voor in sommige moderne auto's met een systeem dat controleert op defecte lampen.

De boordcomputer van zulke auto's controleert de elektrische belasting in het lampcircuit. Als de weerstand aanzienlijk hoger is dan bij een gloeilamp, of als er helemaal geen stroom loopt, registreert het systeem een storing, toont het een foutmelding en kan het de voeding van de lamp uitschakelen. Een gloeilamp verbruikt ongeveer 2-7 keer zoveel stroom als een LED-lamp. De stroom is omgekeerd evenredig met de weerstand: hoe hoger de weerstand, hoe lager de stroom.
In auto's zonder deze functie werken LED-lampen doorgaans probleemloos als vervanging van gewone gloeilampen. Dat komt ook overeen met mijn eigen ervaring.

Als dit probleem zich in uw auto voordoet, zijn er verschillende manieren om het op te lossen:

Schakel de controle op defecte lampen in de boordcomputer uit. Dit is de betrouwbaarste oplossing, maar hiervoor is meestal hulp van een auto-elektricien nodig.
Plaats een belastingsweerstand parallel aan de LED-lamp door deze tussen de voedingsdraad en de massa aan te sluiten. Dit verhoogt de belastingsstroom en helpt om voor het controlesysteem voor defecte lampen de elektrische belasting van een gloeilamp na te bootsen. De weerstand moet voldoende vermogen aankunnen, doorgaans 50W, en een weerstand van ongeveer 6-10Ohm hebben. De weerstand heeft geen polariteit en wordt parallel aan het lampcircuit aangesloten. Omdat deze zeer heet kan worden, moet u hem stevig op een metalen oppervlak bevestigen, uit de buurt van kunststof en andere warmtegevoelige onderdelen. Er bestaan ook adaptersets die tussen de fitting en de lamp worden geplaatst, zonder dat u draden hoeft door te knippen. Een weerstand of adapter garandeert echter geen compatibiliteit met alle auto's: sommige systemen controleren de belasting heel nauwkeurig, en de weerstand van LED-lampen verschilt. Toch helpt deze oplossing in de meeste gevallen.
Sommige LED-lampen hebben ingebouwde schakelingen om CAN Bus-foutmeldingen te voorkomen. Dit garandeert geen compatibiliteit met elke auto, omdat zowel de controlesystemen in auto's als de schakelingen in LED-lampen verschillen.

In sommige auto's kan het probleem optreden bij signaallichten en DRL (dagrijverlichting), waarbij lampen van 21W met één contact worden gebruikt in plaats van lampen van 21/5W met twee contacten, en de helderheid via PWM wordt geregeld. PWM (Pulse Width Modulation) onderbreekt de voeding van de lamp met een bepaalde frequentie en dutycycle, waardoor de zichtbare helderheid en het energieverbruik worden geregeld. Sommige LED-lampen werken niet goed in deze modus en beginnen zichtbaar te flikkeren.

Oplossing: er bestaan adapters met condensatoren met een grote capaciteit die het PWM-signaal afvlakken en het flikkeren van LED-lampen verhelpen. Daarbij maken ze het echter onmogelijk om de helderheid te regelen zoals de auto dat probeert te doen. Zulke adapters hebben vaak een ingebouwde weerstand. Een betere oplossing kan zijn om een lamp te kiezen die is ontworpen om correct met PWM-regeling te werken.

Conclusie: als u nog niet eerder LED-lampen hebt gebruikt (interieurverlichting, kentekenverlichting, signaallichten, dagrijverlichting, dimlicht/grootlicht), is het verstandig om uw eerste lamp in een winkel met retourmogelijkheid te kopen. U kunt deze dan terugbrengen als hij niet in uw auto werkt of als het compatibiliteitsprobleem niet kan worden opgelost. Hetzelfde geldt voor adapters en weerstanden.
Ik benadruk nogmaals dat de beschreven problemen alleen bij bepaalde automodellen voorkomen. In mijn Peugeot 308 uit 2008 werken de LED-lampen in het interieur, de dagrijverlichting en de signaallichten correct zonder extra weerstanden.

Belastingsweerstandsset voor LED-lampen in auto's

⇧ naar de inhoudsopgave ⇧

Test van 12V signaal- en markeringslampen voor auto's (64 lampen)

Deze test is nuttig als u de standaard halogeenlampen in uw auto wilt vervangen door LED-lampen voor auto's met hetzelfde type lampvoet. Zo'n vervanging is zinvol als u het energieverbruik van de auto wilt verlagen (bij dezelfde helderheid neemt dit met een factor 4 of meer af) en/of de helderheid van de verlichting wilt verhogen.

Alle details van de tests die ik in deze LED-categorie heb uitgevoerd, zijn te vinden in dit Google-document (tabblad "Car Signal/DRL Light").

Het testen gaat door, dus de lijst met lampen en de aanbevelingen worden in de loop van de tijd bijgewerkt en aangevuld met nieuwe exemplaren.

Alle lampen voor verdere tests heb ik zelf met mijn eigen geld gekocht.

Soorten geteste lampen

Deze categorie omvat lampen die als signaal- of markeringslichten worden gebruikt:

- Richtingaanwijzers

- Remlichten/achterlichten

- Dagrijverlichting (DRL)

- Achteruitrijlichten

De meest voorkomende typen lampvoeten (aansluitingen) voor deze lampen:

P21/5W (lampvoet: 1157, BAY15D, BA15D) - 2 contacten (hoog/laag vermogen)
P21W (wit), PY21W (geel) (lampvoet: 1156, BA15S, BAU15S) - 1 contact
W21/5W (lampvoet: T20, 7443, 7443 SRCK, W3x16q) - 2 contacten (hoog/laag vermogen)
W21W, WY21W (lampvoet: T20, 7440, W3x16d) - 1 contact
P27/5W (lampvoet: 3157, T25, W25x16q) - 2 contacten (hoog/laag vermogen)
P27W (lampvoet: 3156, T25, W25x16d) - 1 contact

Sommige fabrikanten van LED-lampen gebruiken hetzelfde lichtgevende gedeelte met verschillende typen lampvoeten, of veranderen de kleur van de gebruikte LED's (wit, geel, rood), maar er is geen verschil in de eigenschappen van de lamp bij verschillende typen lampvoeten. De lichtkleur kan de helderheid wel enigszins beïnvloeden.

Bij mijn tests in deze categorie autolampen heb ik me voornamelijk gericht op lampen van het type P21/5W.

Bepaling van de hoofdkleur

De meeste geteste lampen zijn wit, hoewel sommige geel of rood zijn. Bij de beschrijving van de kleur van een lamp is de hoofdkleur de belangrijkste parameter. Als de exacte tint belangrijk is, kunt u het beste uitgaan van de gemeten kleurtemperatuur. Lampen voor richtingaanwijzers moeten vooral geel licht uitstralen. Voor sommige remlichten en achterlichten is felrood licht nodig als de behuizing van het achterlicht zelf niet rood is en er geen witte of transparante lamp wordt gebruikt. Deze hoofdkleur is ook bepaald en vermeld in het Google-document.

Soorten metingen per lamp

Metingen van de helderheid en het energieverbruik werden uitgevoerd bij 4 verschillende spanningen:
- 14V (automotor draait),
- 13V (voor de test),
- 12V (basiswaarde),
- 11V (voor de test),
- Daarnaast meet ik de inschakelspanning (de minimale spanning waarbij de LED oplicht).

De fotometrische test en de meting van flikkering werden uitgevoerd bij 14V (automotor draait), omdat dit de voornaamste bedrijfsspanning voor deze lampen is.
Temperatuurtest van de LED. Ik voer 3 metingen uit:
- 10 seconden - voor de test.
- 30 seconden - om te controleren of de LED geschikt is als signaallamp, met een maximale temperatuur van 85°C.
- 60 seconden - om te controleren of de LED onder de grens van 85°C blijft en als DRL (dagrijverlichting) kan worden gebruikt.
- Als de temperatuur binnen de toegestane grenzen blijft, voer ik een extra meting uit na 90 seconden.
- Als de lamp een glazen of kunststof kap heeft, is het niet mogelijk om de temperatuur van de LED-chip correct te meten. In dat geval meet ik het heetste deel van de lamp, meestal de behuizing. De temperatuur daarvan is doorgaans 25-30°C lager dan die van de LED-chip. Bij een kunststof behuizing kan de temperatuur van de LED-chip nog hoger zijn, omdat kunststof warmte slecht afvoert.
De meeste van mijn tests worden uitgevoerd met P21/5W-lampen met twee contacten en standen voor hoog/laag vermogen. Het verschil in energieverbruik tussen deze standen staat bij de aanvullende parameters in het Google-document - op het tabblad "Car Signal/DRL Light". De helderheidstest en de fotometrische metingen worden uitgevoerd in de stand met hoog vermogen.

Andere eigenschappen van LED-lampen en mijn aanpak voor aanbevelingen:

Sommige lampen hebben een aluminium behuizing, en dat is een belangrijk voordeel: de behuizing werkt als koellichaam, voert warmte af en verlengt de levensduur van de LED.
Sommige lampen hebben een hoger vermogen dan andere. Als een krachtige, heldere lamp geen goed koellichaam heeft, raakt deze snel oververhit, neemt de helderheid af en degradeert de LED snel. Krachtige lampen die heet worden, kunnen als remlicht of richtingaanwijzer worden gebruikt, omdat ze maar kort branden en tussendoor kunnen afkoelen. Als DRL (dagrijverlichting) kunt u ze beter niet gebruiken.
Ga niet af op het nominale vermogen in watt dat op de productpagina staat op AliExpress - in de meeste gevallen klopt dit niet, op enkele uitzonderingen na. Met mijn metingen kunt u het werkelijke vermogen van de lamp, de temperatuur, de energie-efficiëntie en veel andere parameters controleren.
Mijn uiteindelijke aanbeveling houdt rekening met verschillende parameters:
- Constructie/kwaliteit, algemene indruk
- Meetresultaten van de warmteafvoer
- Energie-efficiëntie
- Helderheid en de stabiliteit daarvan. De helderheid moet minimaal 75% van die van een gewone halogeenlamp bedragen.

LED-lampen die ik in deze categorie aanbeveel uit 64 geteste exemplaren:

CSL_18 - Een zeer goede lamp, goede helderheid (89% van de helderheid van een halogeenlamp), temperatuur binnen de toegestane grenzen, indrukwekkende energie-efficiëntie, vermogen 4.7W. Kan als DRL worden gebruikt. Prijs - 3USD per lamp.
CSL_25 - Een zeer goede lamp! Stabiele, goede helderheid (76% van de helderheid van een halogeenlamp), een stabiele, zeer lage temperatuur, een goed aluminium koellichaam, een gebundelde lichtstraal dankzij de lens, goede verpakking, vermogen 5.9W. De beste keuze voor DRL. Prijs - 3.4USD per lamp.
CSL_29 (Alternatieve link) - Een zeer goede, stabiele helderheid (103% van de helderheid van een halogeenlamp), goede warmteafvoer (aluminium koellichaam), goede energie-efficiëntie, vermogen 6W Geschikt voor DRL. Prijs - 3.8USD per lamp.
CSL_32 (Alternatieve link) - Goede verpakking, stevige constructie, aluminium koellichaam, zeer hoge helderheid (156% van de helderheid van een halogeenlamp), vermogen 9.8W, kan als DRL worden gebruikt. Prijs - 3.6USD per lamp.
CSL_34 (Alternative link) - Stevige constructie, aluminium koellichaam, stabiele en zeer hoge helderheid (171% van de helderheid van een halogeenlamp), zeer goede energie-efficiëntie, vermogen 9.6W. Kan als DRL worden gebruikt. Prijs - 5.2USD per lamp.
CSL_46 - Uitstekende aluminium constructie, stabiele hoge helderheid (126% van de helderheid van een halogeenlamp) bij verschillende spanningen, temperatuur binnen de toegestane grenzen (tot 80°C na 90 seconden), geschikt voor DRL. Hoge energie-efficiëntie. Vermogen:7.1W Prijs: 3.7USD per lamp.
CSL_48 (Alternatieve link) - Stevige constructie, aluminium behuizing, goede helderheid (79% van de helderheid van een halogeenlamp), uitstekende warmteafvoer (maximaal 62°C na 90 seconden), geschikt voor DRL. Goede energie-efficiëntie. Vermogen:5.5W Prijs: 6.3USD per lamp.
CSL_53 (Alternatieve link) - Compact formaat, uitstekende helderheid (105% van de helderheid van een halogeenlamp), aanvaardbare temperatuur (maximaal 68°C na 90 seconden, gemeten op het koellichaam), geschikt voor DRL. Indrukwekkende energie-efficiëntie. Vermogen:6.1W Prijs: 6.3USD per lamp.
CSL_62 (Alternatieve link) - Uitstekende helderheid (139% van de helderheid van een halogeenlamp), goede warmteafvoer (maximaal 76°C na 90 seconden, gemeten op de LED-chips), geschikt voor DRL. Goede energie-efficiëntie. Vermogen:8.6W Prijs: 3.5USD per lamp.