Otomotiv LED ışık kaynaklarının test edilmesi

İçindekiler

Test ekipmanı ve yöntemi

Fotometri ve titreşim testi

Fotometrik testi şu cihazla yaptım: Opple Light Master 4 (Amazon).

Bu cihaz ışığın birçok önemli özelliğini ölçebiliyor: Lux, Ra, R9, renk sıcaklığı, CIE x ve y koordinatları, duv değeri ve titreşim. Bu özelliklerin tümünü her test numunesi için ölçtüm.

Fotometri parametreleri:

Lumen - kaynağın yaydığı toplam ışık miktarı.
Lux - aydınlık düzeyi, yani bir yüzeye düşen ışık miktarı. 1 lux, metrekare başına 1 lumen değerine eşittir.
CRI Ra - renksel geriverim indeksi. Bir ışık kaynağının, ideal veya doğal bir ışık kaynağına kıyasla çeşitli nesnelerin renklerini doğru biçimde yansıtma yeteneğinin nicel bir ölçüsüdür. Ölçek 0 ile 100 arasındadır. Renk tonlarının doğru görünmesinin önemli olduğu uygulamalarda (vitrin aydınlatması, sanat ve tasarım atölyeleri, fotoğraf stüdyoları, mutfaklar) Ra değeri 90 üzerinde, ideal olarak >95 olmalıdır.
CRI R9 - ışık kaynağının kırmızı bileşeni (>600 nm) yansıtma yeteneği. Özellikle fotoğrafçılıkta, mutfaklarda ve sağlık kuruluşlarında çok önemli bir parametredir; çünkü ten renginin doğru yansıtılmasını önemli ölçüde etkiler. CRI R9 nedir ve neden önemlidir?
CIE X ve Y koordinatları ve duv - koordinatlar CIE 1931 renk uzayındaki rengi tanımlar; duv ise bu rengin, belirli bir renk sıcaklığındaki ideal siyah cismin yaydığı renkten sapmasını gösterir. Bu konuda daha fazla bilgiyi burada okuyabilirsiniz.

Titreşim parametreleri:

Titreşim indeksi - dalga biçiminin ortalama ışık akısı düzeyinin üstünde ve altında kalan alanlarını hesaba katar.
Modülasyon derinliği (titreşim yüzdesi) - bir çevrim boyunca maksimum ve minimum ışık şiddeti arasındaki farkı belirtir.
Frekans - çoğu insan >90Hz frekanstaki titreşimi fark etmez; ancak <400Hz frekanstaki ışık, görme sistemi yoluyla farkında olmadan vücudu etkileyebilir.
Risk (IEEE PAR1789) - yukarıdaki parametrelere dayanan bütünsel risk değerlendirmesi.
Titreşim ve insanlar üzerindeki etkisi hakkında daha fazla bilgiyi bu makalede okuyabilirsiniz.

Ayrıca yararlı olabilecek bir kaynak da Avrupa standardı EN 12464-1 verileridir; bu veriler çeşitli çalışma ortamları için önerilen aydınlık düzeylerini ve Ra değerlerini içerir.

Parlaklık testi ne kadar doğru?

Yayılan ışığı toplamak ve yayılım açısının etkisini azaltmak için aynalı bir küre ve fotometre için bir açıklık içeren test düzeneği yaptım.

Parlaklık ölçümünde mümkün olan en doğru sonuçları elde etmek için test düzeneğini kalibre etmem gerekiyordu.

Kalibrasyon için özellikleri bilinen ve kararlı olan Nichia 519A 4000K LED kullandım. Birkaç kaynaktan elde edilen ölçüm verilerine göre yaklaşık ışık akısı 2A akımda 635 lumen değerindedir.

Ardından Opple LM4 ile 21000 lux ölçtüm. Bu, düzeneğim için Lux/Lumen dönüşüm katsayısını 33.07 olarak veriyor; diğer LED ışık kaynaklarının ışık akısını lumen cinsinden tahmin etmek için bu katsayıyı kullanıyorum.

LED sıcaklığının ölçülmesi

LED sıcaklığını ölçmek için kullandığım kızılötesi termal kamera: Xinfrared InfiRay P2 Pro (Amazon).

Sıcaklık ölçümü önemlidir; çünkü güçlü LED ışık kaynakları, LED için zararlı olan fazla ısıyı uzaklaştıracak bir soğutucuya sahip olmalıdır.

Çoğu seri üretim LED için, mümkünse sıcaklığı 60°C altında tutmak ve 85°C üzerine çıkarmamak tercih edilir; çünkü daha yüksek sıcaklık LED ömrünü kısaltabilir. Bazı LED ışık kaynakları 150°C sıcaklığa kadar dayanabilir; ancak yaygın LED ürünlerinde bu düzeyde bir ısı dayanımının bulunduğu varsayılamaz.

LED hangi akımla beslenmeli?

LED, akımla kontrol edilen bir yarı iletken elemandır. I-V akım-gerilim karakteristiği doğrusal değildir ve yaklaşık olarak üstel bir eğri izler: ileri yönde iletim başladıktan sonra gerilimdeki küçük bir artış, akımın önemli ölçüde artmasına yol açabilir. Bu nedenle LED kullanırken akım sınırlaması gerekir.

Bir LED şerit veya hazır LED ampul kullanıyorsanız, bunlar zaten akım sınırlayıcı dirençler ya da bir sabit akım devresi içerir; dolayısıyla belirtilen gerilimi uygulamanız yeterlidir.

Tek bir LED ile çalışıyorsanız, akımı hangi değere sınırlamanız gerektiğini bilmelisiniz. Bu bilgi genellikle üreticinin datasheet belgesinde veya ürün sayfasında yer alır; ancak her zaman bulunamayabilir. Bazen bu verileri olmayan, elinize geçmiş bir LED ile çalışmanız gerekir.

Ne yapmalı?

LED özellikleri bilinmiyorsa, çalışma akımını belirlemek amacıyla onu akım sınırlaması olmadan doğrudan bir gerilim kaynağına bağlamayın. Akım sınırlamalı bir laboratuvar güç kaynağı veya yeterince yüksek değerli bir seri direnç kullanın; düşük akımla başlayıp ileri yön gerilimini, parlaklığı ve sıcaklığı izleyerek akımı kademeli olarak artırın.

Üretici verileri olmadan bu yöntemle yalnızca ihtiyatlı bir çalışma noktası belirlenebilir; garanti edilen maksimum akım belirlenemez.

İleri yön gerilimi, yayılan ışığın dalga boyuna, yani LED rengine bağlıdır. Fosfor kaplaması olmayan LED ışık kaynakları için yaklaşık değerler:

Kızılötesi (IR) - 1.5V
Kırmızı/turuncu/sarı - 1.8V
Yeşil - 2V
Beyaz/mavi/ultraviyole (UV) - 3.2V

Bazen sarı kaplamalı bir LED çipi görebilirsiniz. Bu, mavi LED üzerindeki fosfor kaplamasıdır. Mavi LED ışık kaynaklarının enerji verimliliği yüksektir; fosfor ise ışığın bir bölümünü başka dalga boylarında yeniden yayarak daha zengin bir spektrum oluşturur. Işık kaynağı olarak kullanılan LED ürünlerinin çoğu bu şekilde görünür.

LED daha yüksek gerilim ve akıma dayanabilir; ancak bundan kaçınılmalıdır: yüksek yükte enerji verimliliği düşer, daha fazla ısı açığa çıkar ve LED daha hızlı yıpranır. Lumen/Watt oranını artırmak ve LED ömrünü uzatmak için bazen akımı azaltmak daha mantıklıdır.

Parlaklığı ve verimliliği dikkate alarak LED için en uygun akımı seçtikten sonra, güç kaynağında buna uygun akım sınırını ayarlamak veya seri akım sınırlayıcı direnç içeren bir devre kurmak gerekir. Direnç değerini hesaplamak için kullanabileceğiniz araç: bu çevrimiçi hesaplayıcı.

Doğru seçilmiş bir dirençle LED, uygun olan herhangi bir daha yüksek gerilimle beslenebilir. Ancak LED ileri yön gerilimi ile güç kaynağının gerilimi arasındaki fark büyüdükçe, dirençte daha fazla elektrik gücü harcandığı için devrenin toplam verimliliği düşer.

Farklı koşullardaki verimlilik ve parlaklıklarını karşılaştırabilmek için LED ışık kaynaklarını farklı gerilimlerde ve bunlara karşılık gelen akımlarda test ediyorum.

COB LED nedir?

COB LED (chip-on-board LED), ısıyı iyi uzaklaştıran bir alt tabaka üzerine yerleştirilmiş ve eşit bir fosfor katmanıyla kaplanmış çok sayıda LED çipi içeren tek bir modüldür. Pratikte bu düzenekler, tekil LED ışık kaynaklarına göre daha düşük enerji verimliliğine sahiptir; ancak daha eşit aydınlatma sağlar ve noktasal ışık kaynağı etkisini azaltır. Tasarımlarında bu özelliklerden yararlanılır.

Opple Light Master 4

Aynalı küreli test düzeneği

Aynalı kürenin altındaki test düzeneği

Nichia 519A 4000K

Xinfrared InfiRay P2 Pro

5/3mm signal LED typical forward voltage

⇧ içindekilere ⇧

Otomotiv LED ampullerinin kullanımında karşılaşılan sorunlar

Bazı araç sahipleri, normal akkor (halojen) ampulleri LED ampullerle değiştirirken bir sorunla karşılaşabilir: LED ampul yanmaz veya yanıp söner. Bazı araçlarda bu sırada gösterge panelinde ampul arızası uyarısı çıkar.

Bu sorun, ampul arıza izleme sistemine sahip bazı modern araçlarda görülür.

Bu araçların araç bilgisayarı, ampul devresindeki elektrik yükünü izler. Direnç akkor ampulünkinden belirgin biçimde yüksekse veya hiç akım geçmiyorsa, sistem bir arıza kaydeder, uyarı gösterir ve ampulün beslemesini kesebilir. Akkor ampul, LED ampule göre yaklaşık 2-7 kat daha fazla akım çeker; akım dirençle ters ilişkilidir: direnç arttıkça akım azalır.
Bu özelliğin bulunmadığı araçlarda LED ampuller genellikle normal akkor ampullerin yerine sorunsuz çalışır; kendi deneyimim de bunu doğruluyor.

Aracınızda bu sorun ortaya çıkıyorsa, çözmek için birkaç yöntem var:

Araç bilgisayarında ampul arıza izleme işlevini kapatmak. Bu en güvenilir yöntemdir; ancak genellikle bir oto elektrikçisinin yardımını gerektirir.
Besleme kablosu ile şase arasına bağlayarak LED ampule paralel bir yük direnci takmak. Bu, yük akımını artırır ve ampul arıza izleme sisteminin akkor ampulün elektrik yükünü taklit etmesine yardımcı olur. Direnç yeterli güç kapasitesine, genellikle 50W değerine ve yaklaşık 6-10Ohm dirence sahip olmalıdır. Polaritesi yoktur; ampul devresine paralel bağlanır. Direnç çok ısınabileceğinden, plastikten ve ısıya duyarlı diğer parçalardan uzakta metal bir yüzeye sağlam biçimde sabitleyin. Duy ile ampul arasına takılan ve kabloların kesilmesini gerektirmeyen adaptör kitleri de vardır. Ancak ne direnç ne de adaptör tüm araçlarla uyumluluğu garanti eder: bazı sistemler yükü çok hassas izler ve LED ampullerin dirençleri farklıdır. Yine de bu yöntem çoğu durumda işe yarar.
Bazı LED ampullerde yerleşik CAN Bus hata bastırma devreleri vardır. Bu, her araçla uyumluluğu garanti etmez; çünkü hem araçlardaki izleme sistemleri hem de LED ampullerde kullanılan devreler farklıdır.

Bazı araçlarda, çift kontaklı 21/5W ampuller yerine tek kontaklı 21W ampullerin kullanıldığı ve parlaklığın PWM ile ayarlandığı sinyal lambalarında ve DRL (gündüz sürüş farları) uygulamalarında sorun ortaya çıkabilir. PWM (Pulse Width Modulation), ampulün beslemesini belirli bir frekans ve görev oranıyla keserek görünen parlaklığı ve güç tüketimini ayarlar. Bazı LED ampuller bu modda düzgün çalışamaz ve gözle görülür şekilde titreşmeye başlar.

Çözüm: PWM sinyalini yumuşatan ve LED ampullerin titreşimini gideren, yüksek kapasiteli kondansatörler içeren adaptörler vardır. Ancak bunlar, aracın yapmaya çalıştığı şekilde parlaklık ayarına izin vermez. Bu adaptörlerde genellikle yerleşik bir direnç bulunur. PWM ile parlaklık ayarında düzgün çalışacak şekilde tasarlanmış bir ampul seçmek daha doğru bir çözüm olabilir.

Sonuç: daha önce LED ampul kullanmadıysanız (iç aydınlatma, plaka aydınlatması, sinyal lambaları, gündüz sürüş farları, kısa/uzun farlar), ilk ampulü iade imkânı olan bir mağazadan almanız mantıklıdır; böylece aracınızda çalışmazsa veya uyumluluk sorununu çözemezseniz iade edebilirsiniz. Aynı durum adaptörler ve dirençler için de geçerlidir.
Açıklanan sorunların yalnızca belirli araç modellerinde görüldüğünü bir kez daha vurgulayayım. 2008 model Peugeot 308 aracımda iç aydınlatmadaki, gündüz sürüş farlarındaki ve sinyal lambalarındaki LED ampuller ek dirençler olmadan düzgün çalışıyor.

Otomotiv LED ampulleri için yük direnci kiti

⇧ içindekilere ⇧

12V otomotiv sinyal/işaret ampulleri testi (64 ampul)

Aracınızın orijinal halojen ampullerini aynı duy tipine sahip otomotiv LED ampulleriyle değiştirmeyi planlıyorsanız bu test yararlı olacaktır. Aracın güç tüketimini azaltmak (aynı parlaklıkta tüketim 4 kat ve daha fazla azalır) ve/veya aydınlatmanın parlaklığını artırmak istiyorsanız bu değişiklik anlamlıdır.

Tüm ayrıntılarıyla bu LED kategorisinde yaptığım testler şu belgede yer alıyor: bu Google belgesi (sayfa "Car Signal/DRL Light").

Testler devam ediyor; bu nedenle ampul listesi ve öneriler zamanla güncellenecek ve yeni numunelerle genişletilecek.

Sonraki testlerde kullanacağım tüm ampulleri şahsen kendi paramla satın aldım.

Test edilen ampul tipleri

Bu kategori, sinyal veya işaret lambası olarak kullanılan ampulleri kapsar:

- Sinyal lambaları

- Fren/arka park lambaları

- Gündüz sürüş farları (DRL)

- Geri vites lambaları

Bu ampullerde en yaygın duy (soket) tipleri:

P21/5W (duy: 1157, BAY15D, BA15D) - 2 kontak (yüksek/düşük güç)
P21W (beyaz), PY21W (sarı) (duy: 1156, BA15S, BAU15S) - 1 kontak
W21/5W (duy: T20, 7443, 7443 SRCK, W3x16q) - 2 kontak (yüksek/düşük güç)
W21W, WY21W (duy: T20, 7440, W3x16d) - 1 kontak
P27/5W (duy: 3157, T25, W25x16q) - 2 kontak (yüksek/düşük güç)
P27W (duy: 3156, T25, W25x16d) - 1 kontak

Bazı LED ampul üreticileri aynı ışık yayan kısmı kullanıp farklı duy tipleri seçer veya takılan LED ışık kaynaklarının rengini (beyaz, sarı, kırmızı) değiştirir; ancak farklı duy tipleri arasında ampul özellikleri açısından bir fark yoktur. Bununla birlikte ışığın rengi, parlaklığı bir miktar etkileyebilir.

Bu otomotiv ampulü kategorisindeki testlerimde ağırlıklı olarak P21/5W tipi ampullere odaklandım.

Temel rengin belirlenmesi

Test ettiğim ampullerin çoğu beyazdır; bazıları ise sarı veya kırmızıdır. Ampulün rengini tanımlarken temel parametre ana renktir; tam renk tonu önemliyse ölçülen renk sıcaklığı esas alınmalıdır. Sinyal ampulleri öncelikle sarı ışık yaymalıdır. Lamba gövdesi kırmızı değilse ve beyaz veya şeffaf bir ampul kullanmıyorsa, bazı fren ve arka park lambalarında parlak kırmızı ışık gerekir. Bu temel renk de belirlenmiş ve şu belgede belirtilmiştir: Google belgesi.

Her ampul için ölçüm türleri

Parlaklık ve güç tüketimi ölçümlerini 4 farklı gerilimde yaptım:
- 14V (araç motoru çalışırken),
- 13V (test amacıyla),
- 12V (referans değer),
- 11V (test amacıyla),
- Ayrıca ilk yanma gerilimini (LED ışık kaynağının yanmaya başladığı minimum gerilim) ölçüyorum.

Fotometrik test ve titreşim ölçümlerini 14V gerilimde (araç motoru çalışırken) yaptım; çünkü bu ampullerin temel çalışma gerilimi budur.
LED sıcaklık testi. 3 ölçüm yapıyorum:
- 10 saniye - test amacıyla.
- 30 saniye - LED ışık kaynağının 85°C sıcaklık sınırında sinyal ampulü olarak kullanıma uygun olup olmadığını kontrol etmek için.
- 60 saniye - LED ışık kaynağının 85°C sınırları içinde kalıp kalmadığını ve DRL (gündüz sürüş farı) olarak kullanılıp kullanılamayacağını kontrol etmek için.
- Sıcaklık izin verilen sınırlar içinde kalıyorsa, 90 saniye sonra ek bir ölçüm yapıyorum.
- Ampulün cam veya plastik bir kapağı varsa, LED çipinin sıcaklığını doğru ölçmek mümkün değildir. Bu durumda ampulün en sıcak kısmını, genellikle gövdesini ölçüyorum; gövde sıcaklığı genellikle LED çipinin sıcaklığından 25-30°C daha düşüktür. Plastik gövdede LED çipinin sıcaklığı daha da yüksek olabilir; çünkü plastik ısıyı iyi uzaklaştırmaz.
Testlerimin çoğunu, yüksek/düşük güç modlarına sahip çift kontaklı P21/5W ampullerle yapıyorum. Bu modlar arasındaki güç tüketimi farkı, ek parametreler bölümünde belirtilmiştir: Google belgesi - "Car Signal/DRL Light" sayfasında. Parlaklık testini ve fotometrik ölçümleri yüksek güç modunda yapıyorum.

LED ampullerin diğer özellikleri ve önerilerde izlediğim yaklaşım:

Bazı ampullerin gövdesi alüminyumdur ve bu önemli bir avantajdır: gövde bir soğutucu görevi görür, ısıyı uzaklaştırır ve LED ömrünü uzatır.
Bazı ampuller diğerlerinden daha güçlüdür. Güçlü ve parlak bir ampul iyi bir soğutucuya sahip değilse hızla aşırı ısınır, parlaklığı düşer ve LED hızla yıpranır. Güçlü ve çok ısınan ampuller fren lambası veya sinyal lambası olarak kullanılabilir; çünkü yalnızca kısa süreliğine yanar ve yanma aralıklarında soğuyabilirler. Ancak bunları DRL (gündüz sürüş farları) olarak kullanmamak daha iyidir.
Şu sitedeki ürün sayfasında watt cinsinden belirtilen nominal gücü esas almayın: AliExpress - nadir istisnalar dışında, çoğu durumda gerçeği yansıtmaz. Ölçümlerimle ampulün gerçek gücünü, sıcaklığını, enerji verimliliğini ve daha birçok parametresini kontrol edebilirsiniz.
Nihai önerimde birkaç parametreyi dikkate alıyorum:
- Yapı/kalite, genel izlenim
- Isı uzaklaştırma ölçümlerinin sonuçları
- Enerji verimliliği
- Parlaklık düzeyi ve kararlılığı. Parlaklık, normal bir halojen ampulün parlaklığının en az 75% değerinde olmalıdır.

Bu kategoride test ettiğim 64 numune arasından önerdiğim LED ampuller:

CSL_18 - Çok iyi bir ampul, iyi parlaklık (halojen ampul parlaklığının 89% değeri), sıcaklığı izin verilen sınırlar içinde, etkileyici enerji verimliliği, güç 4.7W. DRL olarak kullanılabilir. Fiyat - 3USD ampul başına.
CSL_25 - Çok iyi bir ampul! Sürekli iyi parlaklık (halojen ampul parlaklığının 76% değeri), sürekli çok düşük sıcaklık, iyi alüminyum soğutucu, mercek sayesinde odaklanmış ışık demeti, iyi ambalaj, güç 5.9W. DRL için en iyi seçenek. Fiyat - 3.4USD ampul başına.
CSL_29 (Alternatif bağlantı) - Çok iyi ve kararlı parlaklık (halojen ampul parlaklığının 103% değeri), iyi ısı uzaklaştırma (alüminyum soğutucu), iyi enerji verimliliği, güç 6W DRL için uygundur. Fiyat - 3.8USD ampul başına.
CSL_32 (Alternatif bağlantı) - İyi ambalaj, sağlam yapı, çok yüksek parlaklık (halojen ampul parlaklığının 156% değeri), güç 9.8W, DRL olarak kullanılabilir. Fiyat - 3.6USD ampul başına.
CSL_34 (Alternative link) - Sağlam yapı, alüminyum soğutucu, kararlı ve çok yüksek parlaklık (halojen ampul parlaklığının 171% değeri), çok iyi enerji verimliliği, güç 9.6W. DRL olarak kullanılabilir. Fiyat - 5.2USD ampul başına.
CSL_46 - Mükemmel alüminyum yapı, sürekli yüksek parlaklık (halojen ampul parlaklığının 126% değeri) farklı gerilimlerde, sıcaklığı izin verilen sınırlar içinde (90 saniye sonra en fazla 80°C), DRL için uygundur. Yüksek enerji verimliliği. Güç:7.1W Fiyat: 3.7USD ampul başına.
CSL_48 (Alternatif bağlantı) - Sağlam yapı, alüminyum gövde, iyi parlaklık (halojen ampul parlaklığının 79% değeri), mükemmel ısı uzaklaştırma (90 saniye sonra maksimum 62°C), DRL için uygundur. İyi enerji verimliliği. Güç:5.5W Fiyat: 6.3USD ampul başına.
CSL_53 (Alternatif bağlantı) - Kompakt boyut, mükemmel parlaklık (halojen ampul parlaklığının 105% değeri), kabul edilebilir sıcaklık (90 saniye sonra maksimum 68°C, soğutucuda ölçüldü), DRL için uygundur. Etkileyici enerji verimliliği. Güç:6.1W Fiyat: 6.3USD ampul başına.
CSL_62 (Alternatif bağlantı) - Mükemmel parlaklık (halojen ampul parlaklığının 139% değeri), iyi ısı uzaklaştırma (90 saniye sonra maksimum 76°C, LED çiplerinde ölçüldü), DRL için uygundur. İyi enerji verimliliği. Güç:8.6W Fiyat: 3.5USD ampul başına.