Testarea surselor de lumină cu LED pentru automobile

Cuprins

Echipamentul și metodologia de testare

Fotometrie și testarea pâlpâirii

Am efectuat testul fotometric cu ajutorul Opple Light Master 4 (Amazon).

Acest dispozitiv poate măsura o serie de caracteristici importante ale luminii: Lux, Ra, R9, temperatura de culoare, coordonatele CIE x și y, valoarea duv și pâlpâirea. Am măsurat toate aceste caracteristici pentru fiecare exemplar testat.

Parametri fotometrici:

Lumen - cantitatea totală de lumină emisă de o sursă.
Lux - iluminanța, adică cantitatea de lumină care cade pe o suprafață. 1 lux este egal cu 1 lumen pe metru pătrat.
CRI Ra - indicele de redare a culorilor. Este un indicator cantitativ al capacității unei surse de lumină de a reda fidel culorile diferitelor obiecte în comparație cu o sursă de lumină ideală sau naturală. Scara variază de la 0 la 100. Pentru aplicațiile în care redarea corectă a nuanțelor este importantă (iluminatul vitrinelor, ateliere de artă și design, studiouri foto, bucătării), valoarea Ra trebuie să fie peste 90, ideal >95.
CRI R9 - capacitatea unei surse de lumină de a reda componenta roșie (>600 nm). Este un parametru foarte important, mai ales în fotografie, în bucătării și în unitățile medicale, deoarece influențează semnificativ redarea corectă a nuanței pielii. Ce este CRI R9 și de ce este important?
Coordonatele CIE X și Y și valoarea duv - coordonatele descriu culoarea în spațiul de culoare CIE 1931, iar duv indică abaterea acesteia față de culoarea emisă de un corp negru la o anumită temperatură de culoare. Puteți citi mai multe despre acest subiect aici.

Parametrii pâlpâirii:

Indicele de pâlpâire - ia în calcul aria formei de undă deasupra și sub nivelul mediu al fluxului luminos.
Adâncimea modulației (procentul de pâlpâire) - caracterizează diferența dintre intensitatea maximă și cea minimă a luminii pe durata unui ciclu.
Frecvența - majoritatea oamenilor nu observă pâlpâirea la o frecvență >90Hz, însă lumina cu o frecvență <400Hz poate influența organismul în mod inconștient prin sistemul vizual.
Risc (IEEE PAR1789) - evaluarea globală a riscului pe baza parametrilor de mai sus.
Puteți citi mai multe despre pâlpâire și efectele sale asupra oamenilor în acest articol.

De asemenea, pot fi utile datele din standardul european EN 12464-1 privind nivelurile de iluminanță și valorile Ra recomandate pentru diferite spații de lucru.

Cât de precis este testul de luminozitate?

Pentru a colecta lumina emisă și a reduce influența unghiului de emisie, am construit un stand de testare cu o sferă cu suprafață interioară oglindită și un orificiu pentru fotometru.

Pentru a obține rezultate cât mai precise la măsurarea luminozității, a fost necesar să calibrez standul de testare.

Pentru calibrare am folosit un LED Nichia 519A 4000K cu caracteristici stabile, cunoscute. Conform măsurătorilor din mai multe surse, fluxul său luminos aproximativ este de 635 lumeni la 2A.

Apoi am măsurat 21000 lux cu ajutorul Opple LM4. Pentru standul meu, aceasta înseamnă un coeficient de conversie Lux/Lumen de 33.07, pe care îl folosesc pentru a estima fluxul luminos al altor LED în lumeni.

Măsurarea temperaturii LED

Pentru măsurarea temperaturii LED folosesc o cameră termică cu infraroșu Xinfrared InfiRay P2 Pro (Amazon).

Măsurarea temperaturii este importantă, deoarece LED de mare putere trebuie să aibă un radiator pentru a evacua căldura în exces, care le este dăunătoare.

Pentru majoritatea LED de serie, este de dorit să mențineți temperatura sub 60°C, dacă este posibil, și să nu depășiți 85°C, deoarece o temperatură mai ridicată poate scurta durata de viață a LED. Unele LED pot rezista până la 150°C, dar nu se poate presupune automat că LED de larg consum au o asemenea rezistență la căldură.

Ce curent trebuie să primească un LED?

Un LED este un dispozitiv semiconductor comandat în curent. Caracteristica sa curent-tensiune I-V este neliniară și aproximativ exponențială: după începerea conducției directe, o mică creștere a tensiunii poate provoca o creștere semnificativă a curentului. De aceea, LED trebuie utilizate cu limitarea curentului.

Dacă lucrați cu o bandă LED sau cu un bec LED gata de utilizare, acesta conține deja fie rezistențe de limitare a curentului, fie un circuit de stabilizare a curentului, deci este suficient să aplicați tensiunea indicată.

Dacă însă lucrați cu un LED separat, trebuie să știți la ce valoare să limitați curentul. De obicei, producătorul indică această informație în datasheet sau pe pagina produsului, dar ea nu este întotdeauna disponibilă. Uneori trebuie să lucrați cu un LED oarecare, fără astfel de date.

Ce puteți face?

Dacă nu cunoașteți caracteristicile LED, nu îl conectați direct la o sursă de tensiune fără limitarea curentului, încercând să determinați curentul de funcționare. Folosiți o sursă de alimentare de laborator cu limitarea curentului sau o rezistență în serie suficient de mare, începeți cu un curent mic și creșteți-l treptat, urmărind tensiunea directă, luminozitatea și temperatura.

Fără datele producătorului, această metodă permite determinarea doar a unui punct de funcționare conservator, nu a curentului maxim garantat.

Tensiunea directă depinde de lungimea de undă a luminii emise, adică de culoarea LED. Valori orientative pentru LED fără strat de luminofor:

Infraroșu (IR) - 1.5V
Roșu/portocaliu/galben - 1.8V
Verde - 2V
Alb/albastru/ultraviolet (UV) - 3.2V

Uneori puteți vedea un cip LED cu un strat galben. Acesta este un strat de fosfor (luminofor) aplicat peste un LED albastru. LED albastre au o eficiență energetică ridicată, iar luminoforul reemite o parte din lumină la alte lungimi de undă, creând un spectru mai bogat. Așa arată majoritatea LED utilizate ca surse de lumină.

Un LED poate suporta o tensiune și un curent mai mari, dar acest lucru trebuie evitat: la o sarcină ridicată, eficiența energetică scade, se degajă mai multă căldură, iar LED se degradează mai repede. Pentru a îmbunătăți raportul Lumen/Watt și a prelungi durata de viață a LED, uneori are sens, dimpotrivă, să reduceți curentul.

După alegerea curentului optim pentru LED, ținând cont de luminozitate și eficiență, trebuie fie să setați limita de curent corespunzătoare pe sursa de alimentare, fie să construiți un circuit cu o rezistență de limitare a curentului în serie. Pentru calcularea valorii rezistenței puteți folosi acest calculator online.

LED poate fi alimentat de la orice tensiune mai mare, adecvată, cu o rezistență aleasă corect. Totuși, cu cât diferența dintre tensiunea directă a LED și tensiunea sursei de alimentare este mai mare, cu atât eficiența globală a circuitului este mai mică, deoarece pe rezistență se disipă mai multă putere electrică.

Testez LED la diferite tensiuni și la curenții corespunzători, pentru a putea compara eficiența și luminozitatea lor în diferite condiții.

Ce este COB LED?

COB LED (chip-on-board LED) este un modul unic cu numeroase cipuri LED montate pe un substrat cu o bună disipare a căldurii și acoperite cu un strat uniform de luminofor. După cum arată practica, astfel de ansambluri au o eficiență energetică mai mică decât LED separate, dar asigură o iluminare mai uniformă și reduc efectul de sursă de lumină punctiformă, proprietăți valorificate în construcția lor.

Opple Light Master 4

Standul de testare cu sferă cu suprafață interioară oglindită

Standul de testare de sub sfera cu suprafață interioară oglindită

Nichia 519A 4000K

Xinfrared InfiRay P2 Pro

5/3mm signal LED typical forward voltage

⇧ la cuprins ⇧

Probleme la utilizarea becurilor LED pentru automobile

Unii proprietari de automobile pot întâmpina o problemă când înlocuiesc becurile obișnuite cu incandescență (cu halogen) cu becuri LED: becul LED nu se aprinde sau clipește. La unele automobile apare atunci și o eroare pe tabloul de bord, care indică un bec defect.

Această problemă apare la unele automobile moderne cu un sistem de monitorizare a becurilor arse.

Computerul de bord al acestor automobile monitorizează sarcina electrică din circuitul becului. Dacă rezistența este mult mai mare decât cea a unui bec cu incandescență sau dacă nu circulă deloc curent, sistemul înregistrează o defecțiune, afișează o eroare și poate întrerupe alimentarea becului. Un bec cu incandescență consumă de aproximativ 2-7 ori mai mult curent decât un bec LED, iar curentul este invers proporțional cu rezistența: cu cât rezistența este mai mare, cu atât curentul este mai mic.
La automobilele fără această funcție, becurile LED funcționează de obicei în locul becurilor obișnuite cu incandescență fără probleme, lucru confirmat și de experiența mea.

Dacă la automobilul dumneavoastră apare această problemă, există câteva modalități de a o rezolva:

Dezactivați monitorizarea becurilor arse în computerul de bord. Aceasta este cea mai fiabilă metodă, dar de obicei necesită ajutorul unui electrician auto.
Instalați o rezistență de sarcină în paralel cu becul LED, conectând-o între firul de alimentare și masă. Aceasta mărește curentul consumat de sarcină și ajută la simularea sarcinii electrice a unui bec cu incandescență pentru sistemul de monitorizare a becurilor arse. Rezistența trebuie să aibă o putere suficientă, de obicei 50W, și o valoare de aproximativ 6-10Ohm. Nu are polaritate și se conectează în paralel cu circuitul becului. Deoarece rezistența se poate încălzi puternic, fixați-o bine pe o suprafață metalică, departe de plastic și de alte componente sensibile la căldură. Există și kituri de adaptoare care se montează între soclu și bec și nu necesită tăierea firelor. Totuși, nici rezistența, nici adaptorul nu garantează compatibilitatea cu toate automobilele: unele sisteme monitorizează sarcina foarte precis, iar rezistența becurilor LED diferă. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, această metodă ajută.
Unele becuri LED au circuite integrate pentru eliminarea erorilor CAN Bus. Acest lucru nu garantează compatibilitatea cu fiecare automobil, deoarece diferă atât sistemele de monitorizare ale automobilelor, cât și circuitele utilizate în becurile LED.

La unele automobile, problema poate apărea la luminile de semnalizare și la DRL (luminile de zi), unde se folosesc becuri de 21W cu un singur contact în locul celor de 21/5W cu două contacte, iar luminozitatea este reglată prin PWM. PWM (Pulse Width Modulation) întrerupe alimentarea becului la o anumită frecvență și cu un anumit factor de umplere, reglând luminozitatea percepută și consumul de energie. Unele becuri LED nu pot funcționa corect în acest regim și încep să pâlpâie vizibil.

Soluție: există adaptoare cu condensatoare de capacitate mare, care netezesc PWM și elimină pâlpâirea becurilor LED. Totuși, acestea împiedică reglarea luminozității în modul în care încearcă să o facă automobilul. Adesea, astfel de adaptoare au o rezistență integrată. O soluție mai potrivită poate fi alegerea unui bec conceput să funcționeze corect cu reglarea prin PWM.

Concluzie: dacă nu ați mai folosit becuri LED (pentru iluminatul habitaclului, al numărului de înmatriculare, pentru luminile de semnalizare, luminile de zi, faza scurtă/lungă), este rezonabil să cumpărați primul bec dintr-un magazin care permite returul, în cazul în care acesta nu funcționează în automobilul dumneavoastră sau nu reușiți să rezolvați problema de compatibilitate. Același lucru este valabil și pentru adaptoare și rezistențe.
Menționez încă o dată că problemele descrise sunt caracteristice doar anumitor modele de automobile. La Peugeot 308 din 2008 pe care îl dețin, becurile LED din habitaclu, din luminile de zi și din lămpile de semnalizare funcționează corect fără rezistențe suplimentare.

Kit cu rezistență de sarcină pentru becuri LED auto

⇧ la cuprins ⇧

Testarea becurilor de semnalizare/poziție de 12V pentru automobile (64 de becuri)

Acest test vă va fi util dacă intenționați să înlocuiți becurile originale cu halogen ale automobilului cu becuri LED auto cu același tip de soclu. O astfel de înlocuire are sens dacă doriți să reduceți consumul de energie al automobilului (la aceeași luminozitate, acesta scade de 4 ori sau mai mult) și/sau să măriți luminozitatea iluminatului.

Toate detaliile testelor efectuate în această categorie de LED se găsesc în acest document Google (foaia "Car Signal/DRL Light").

Testarea continuă, așa că lista becurilor și recomandările vor fi actualizate în timp și completate cu exemplare noi.

Am cumpărat personal, din banii proprii, toate becurile pentru testele care urmează.

Tipurile de becuri testate

Această categorie include becurile utilizate ca lumini de semnalizare sau de poziție:

- Semnalizatoare de direcție

- Lumini de frână/poziție

- Lumini de zi (DRL)

- Lumini de mers înapoi

Cele mai răspândite tipuri de socluri (conectori) pentru aceste becuri:

P21/5W (soclu: 1157, BAY15D, BA15D) - 2 contacte (putere mare/mică)
P21W (alb), PY21W (galben) (soclu: 1156, BA15S, BAU15S) - 1 contact
W21/5W (soclu: T20, 7443, 7443 SRCK, W3x16q) - 2 contacte (putere mare/mică)
W21W, WY21W (soclu: T20, 7440, W3x16d) - 1 contact
P27/5W (soclu: 3157, T25, W25x16q) - 2 contacte (putere mare/mică)
P27W (soclu: 3156, T25, W25x16d) - 1 contact

Unii producători de becuri LED folosesc aceeași parte care emite lumină, dar tipuri diferite de socluri, sau schimbă culoarea LED montate (alb, galben, roșu), însă nu există diferențe în caracteristicile becului în funcție de tipul soclului. În schimb, culoarea luminii poate influența într-o anumită măsură luminozitatea.

În testele mele din această categorie de becuri auto, m-am concentrat în principal pe becurile de tip P21/5W.

Determinarea culorii principale

Majoritatea becurilor testate sunt albe, deși unele sunt galbene sau roșii. La descrierea culorii unui bec, parametrul principal este culoarea de bază; dacă nuanța exactă este importantă, trebuie să vă orientați după temperatura de culoare măsurată. Becurile semnalizatoarelor de direcție trebuie să emită în primul rând lumină galbenă, iar pentru unele lumini de frână și de poziție spate este necesară o lumină roșie intensă, dacă lampa propriu-zisă nu este roșie și nu folosește un bec alb sau transparent. Această culoare de bază este, de asemenea, determinată și indicată în documentul Google.

Tipurile de măsurători pentru fiecare bec

Măsurătorile de luminozitate și de consum de energie au fost efectuate la 4 tensiuni diferite:
- 14V (motorul automobilului pornit),
- 13V (pentru test),
- 12V (valoarea de bază),
- 11V (pentru test),
- În plus, măsor tensiunea de pornire (tensiunea minimă la care LED se aprinde).

Testul fotometric și măsurarea pâlpâirii au fost efectuate la 14V (motorul automobilului pornit), deoarece aceasta este principala tensiune de funcționare a acestor becuri.
Testarea temperaturii LED. Efectuez 3 măsurători:
- 10 secunde - pentru test.
- 30 secunde - pentru a verifica dacă LED este potrivit pentru utilizarea ca bec de semnalizare, cu temperatura limită de 85°C.
- 60 secunde - pentru a verifica dacă LED rămâne în limita de 85°C și poate fi utilizat ca DRL (lumină de zi).
- Dacă temperatura rămâne în limitele admise, efectuez o măsurătoare suplimentară după 90 de secunde.
- Dacă becul are un înveliș de sticlă sau plastic, temperatura cipului LED nu poate fi măsurată corect. În acest caz, măsor partea cea mai fierbinte a becului, de obicei carcasa; temperatura acesteia este de obicei cu 25-30°C mai mică decât temperatura cipului LED. În cazul unei carcase din plastic, temperatura cipului LED poate fi și mai mare, deoarece plasticul disipă slab căldura.
Majoritatea testelor mele sunt efectuate pe becuri P21/5W cu două contacte și cu moduri de putere mare/mică. Diferența de consum de energie dintre aceste moduri este indicată în secțiunea cu parametri suplimentari din documentul Google - pe foaia "Car Signal/DRL Light". Testul de luminozitate și măsurătorile fotometrice sunt efectuate în modul de putere mare.

Alte caracteristici ale becurilor LED și modul în care formulez recomandările:

Unele becuri au o carcasă din aluminiu, iar acesta este un avantaj semnificativ: carcasa funcționează ca radiator, evacuează căldura și prelungește durata de viață a LED.
Unele becuri au o putere mai mare decât altele. Dacă un bec puternic și luminos nu are un radiator bun, se supraîncălzește rapid, luminozitatea scade, iar LED se degradează repede. Becurile puternice care se încălzesc mult pot fi montate ca lumini de frână sau semnalizatoare de direcție, deoarece se aprind doar pentru scurt timp și se pot răci între aprinderi, dar este mai bine să nu fie utilizate ca DRL (lumini de zi).
Nu vă bazați pe puterea nominală în wați indicată pe pagina produsului de pe AliExpress - în majoritatea cazurilor, cu rare excepții, aceasta nu corespunde realității. Pe baza măsurătorilor mele puteți verifica puterea reală a becului, temperatura, eficiența energetică și mulți alți parametri.
Recomandarea mea finală ține cont de mai mulți parametri:
- Construcția/calitatea, impresia generală
- Rezultatele măsurătorilor de disipare a căldurii
- Eficiența energetică
- Nivelul luminozității și stabilitatea acesteia. Luminozitatea trebuie să fie de cel puțin 75% din luminozitatea unui bec obișnuit cu halogen.

Becurile LED pe care le recomand în această categorie, dintre cele 64 de exemplare testate:

CSL_18 - Un bec foarte bun, cu luminozitate bună (89% din luminozitatea unui bec cu halogen), temperatură în limitele admise, eficiență energetică impresionantă, putere 4.7W. Poate fi utilizat ca DRL. Preț - 3USD pe bec.
CSL_25 - Un bec foarte bun! Luminozitate bună și stabilă (76% din luminozitatea unui bec cu halogen), temperatură constant foarte scăzută, radiator bun din aluminiu, fascicul focalizat datorită lentilei, ambalaj bun, putere 5.9W. Cea mai bună opțiune pentru DRL. Preț - 3.4USD pe bec.
CSL_29 (Link alternativ) - Luminozitate foarte bună și stabilă (103% din luminozitatea unui bec cu halogen), disipare bună a căldurii (radiator din aluminiu), eficiență energetică bună, putere 6W Potrivit pentru DRL. Preț - 3.8USD pe bec.
CSL_32 (Link alternativ) - Ambalaj bun, construcție robustă, luminozitate foarte ridicată (156% din luminozitatea unui bec cu halogen), putere 9.8W, poate fi utilizat ca DRL. Preț - 3.6USD pe bec.
CSL_34 (Alternative link) - Construcție robustă, radiator din aluminiu, luminozitate stabilă și foarte ridicată (171% din luminozitatea unui bec cu halogen), eficiență energetică foarte bună, putere 9.6W. Poate fi utilizat ca DRL. Preț - 5.2USD pe bec.
CSL_46 - Construcție excelentă din aluminiu, luminozitate constant ridicată (126% din luminozitatea unui bec cu halogen) la diferite tensiuni, temperatură în limitele admise (până la 80°C după 90 de secunde), potrivit pentru DRL. Eficiență energetică ridicată. Putere:7.1W Preț: 3.7USD pe bec.
CSL_48 (Link alternativ) - Construcție robustă, carcasă din aluminiu, luminozitate bună (79% din luminozitatea unui bec cu halogen), disipare excelentă a căldurii (maximum 62°C după 90 de secunde), potrivit pentru DRL. Eficiență energetică bună. Putere:5.5W Preț: 6.3USD pe bec.
CSL_53 (Link alternativ) - Dimensiuni compacte, luminozitate excelentă (105% din luminozitatea unui bec cu halogen), temperatură admisibilă (maximum 68°C după 90 de secunde, măsurată pe radiator), potrivit pentru DRL. Eficiență energetică impresionantă. Putere:6.1W Preț: 6.3USD pe bec.
CSL_62 (Link alternativ) - Luminozitate excelentă (139% din luminozitatea unui bec cu halogen), disipare bună a căldurii (maximum 76°C după 90 de secunde, măsurată pe cipurile LED), potrivit pentru DRL. Eficiență energetică bună. Putere:8.6W Preț: 3.5USD pe bec.