Неисправности светодиодных ламп

[Serg53]

Светодиодные лампы, вышедшие из строя после гарантийного времени работы, я вскрываю для анализа причин отказа. Имею небольшую статистику. В 8-ми случаях из 10-ти причиной отказа был обрыв (сгорание) светодиода. В 2-х случаях – некачественная пайка в печатном монтаже. Дефектов других элементов схемы пока не наблюдал. Имеется ли у кого-нибудь аналогичная статистика причин отказа светодиодных ламп?

[Booker48]

У меня статистики нет, но натыкался на видео какого-то мастера на все руки.
Он, помнится, утверждал, что производители злонамеренно соединяют светодиоды последовательно, если (допустим) в лампе 8 светодиодов, то перегорание одного делает лампу "мёртвой". Он аккуратно снимал колбу и как-то перепаивал контакты (не помню, то ли в обход сгоревшего светодиода, то ли вообще делал параллельное соединение).
Честно говоря не знаю, возможно ли это на практике (может нагрузка неприемлемо изменится? может небезопасно будет использование, так что это ни в коем случае не совет!!!), но он прям на камеру демонстрировал.
Может, люди, умеющие паять ))), прокомментируют?

[Dmitriy40]

Booker48 в сообщении #1728751 писал(а):

Может, люди, умеющие паять ))), прокомментируют?

Может. Правда паять я не слишком умею, но имел, хотя и несколько косвенное, отношение к разработке и производству светильников (не бытовых ламп) - в основном через разработку контрольно-измерительной аппаратуры и общение с инженерами разработчиками самих светильников.

Последовательное соединение выгоднее параллельного: для него не нужны балансирующие резисторы (и только не начинайте про их необязательность! мы же не про поделки радиолюбителей, а про серийные изделие), яркость всех светодиодов практически одинакова (с точностью до технологического разброса конкретных партий), регулировать один ток существенно проще регулирования нескольких (если для повышения КПД не применять балансирующих резисторов), нередко так проще разводка платы, так выше КПД и меньше помехи (с большим напряжением работать проще и меньше потерь чем с большим током). И ещё преимущества как следствие этих.

Да, ремонт путём замыкания неисправного светодиода вполне рабочий метод для большинства ламп (но разумеется только с последовательно включенными светодиодами). Ток останется тем же, напряжение чуть упадёт, световой поток тоже разумеется, но часто на глаз это и незаметно (вплоть до 30% падения). Но закорачивать более 10% светодиодов я бы не рискнул без анализа схемы регулятора, вдруг он не рассчитан на меньшее рабочее напряжение и будет где-то перегреваться или вообще пробьётся (из-за увеличенного падения напряжения на нём).

В относительно современных светодиодах (не самых дешёвых правда) часто специально предусмотрено что сгорает он более часто в замыкание, а не в разрыв. Вот только далеко не всегда это сразу замечается и лампу продолжают эксплуатировать. В бытовых лампах такие вряд ли применяют, а вот в промышленных светильниках или для спецприменений (медицина, аварийное освещение, вообще высоконадёжные системы) - запросто.

Статистики отказов не имею, не интересовался.

-- добавлено через 17 минут --

Booker48 в сообщении #1728751 писал(а):

производители злонамеренно соединяют светодиоды последовательно

А это виноваты не только производители, но и покупатели, голосующие рублём за более дешёвые изделия. А дешевизна требует далеко не оптимальных схемотехнических решений. (Я где-то тут на форуме писал, что в общем нет проблем сделать супернадёжную светодиодную лампу/светильник, но она окажется заметно дороже (раза в 1.3-1.5 наверное) и будет неконкурентна.)
Плюс реклама: почему-то покупают больше ламп с КПД 93% чем с КПД 89%, или с косинус фи 0.98 чем с 0.95 (хотя для обычных ламп он не требуется).

А тому "автору" могу посоветовать: прежде чем обвинять кого-то в злонамеренности стоит поинтересоваться реальными причинами. Почти всегда всё упрётся в деньги. Тем более для бытовых/массовых изделий.

[EUgeneUS]

Одно время пытался чинить светодиодные лампы. Потом бросил эту затею.
Проблема в том, что во всех бытовых лампах светодиоды (в погоней за светоотдачей) работают на пределе своих возможностей и (относительно) быстро деградируют.
Поэтому лампа после ремонта долго (относительно срока службы новой) не живет. Или снова вылетает очередной светодиод, либо, что реже, деградирует люминофор и сам светодиод с резким уменьшением светимости.

В особо дешманских лампах ещё теплоотвод плохой от пластины со светодиодами, что тоже резко снижает срок службы.

"Электрический рецепт" "вечной" светодиодной лампы прост:
1. Сдвинуть рабочую точку светодиодов от максимально допустимого значения (сразу, грубо, количество светодиодов для той же светимости - х1.5-2).
2. Обеспечить нормальный теплоотвод от пластины со светодиодами.
3. Защиты драйвера от неожиданностей со стороны электросети.

Срок службы вырастет раз в десять.

Вот только, как справедливо заметил уважаемый Dmitriy40, потребитель не будет платить в 2 раза больше за срок службы в 10 раз больше. Ибо деньги нужно заплатить сейчас, а сгорит она когда-нибудь потом.
И люминофор всё равно будет выгорать, хотя и медленнее.

Старший сын как-то тоже всё чинил светодиодные лампы. А потом купил новые с хорошим запасом по светимости и уменьшил у них рабочий ток. И забыл о проблеме на долгие годы.

-- добавлено через 8 минут --

Dmitriy40 в сообщении #1728774 писал(а):

Последовательное соединение выгоднее параллельного: для него не нужны балансирующие резисторы

Это не совсем так.
У диодов крайне крутая ВАХ в рабочей точке и температурно нестабильная, поэтому ток в любом случае нужно ограничивать\контролировать\стабилизировать. Неважно, это один светодиод или гирлянда.
"Балансирующий" (корректнее - "токоограничивающий") резистор - один из методов контроля тока, самый очевидный и с самым низким КПД - значимую часть мощности нужно высадить на резисторе.
Второй метод - питание от стабилизатора\источника тока, а не от стабилизатора\источника напряжения. Что и делается во всех минимально приличных светильниках.
Далее у Вас всё верно: соединение в гирлянду удобнее. И источник нужен один, а не на каждый светодиод, и рабочее напряжение на нём в десятки, под сотню-другую вольт более удобно (при питании от бытовой электросети), чем ~3 вольта на светодиод.

-- добавлено через 8 минут --

EUgeneUS в сообщении #1728780 писал(а):

Что и делается во всех минимально приличных светильниках.

FGJ, в ленточных используются токоограничивающие резисторы в каждой ячейке.
Но не знаю, можно ли ленточные светильники отнести к "минимально приличным"

[Dmitriy40]

EUgeneUS в сообщении #1728780 писал(а):

Проблема в том, что во всех бытовых лампах светодиоды (в погоней за светоотдачей) работают на пределе своих возможностей и (относительно) быстро деградируют.

Да, издержки массового/серийного производства, экономика рынка побеждает любые разумные доводы.

EUgeneUS в сообщении #1728780 писал(а):

"Электрический рецепт" "вечной" светодиодной лампы прост:

Совершенно верно.
И удорожание будет не вдвое (по количеству светодиодов), а меньше, ведь корпус и часть электроники останется той же.
Но вот защита электроники (и стабилизация рабочей точки светодиодов от колебаний температуры в "идиотских" условиях эксплуатации) - чуть добавит электроники, не сильно и недорого.

EUgeneUS в сообщении #1728780 писал(а):

А потом купил новые с хорошим запасом по светимости и уменьшил у них рабочий ток. И забыл о проблеме на долгие годы.

Тут бывает проблема отсутствия большей мощности в заданном габарите, например у меня в ванной плафон под обычные лампы накаливания и с большей колбой туда тупо не лезут, т.е. мощность led лампы ограничена ограничена примерно 25-30Вт (причём китайских) и больше не поставить. Ну если не рассматривать какие-то экзотические недешёвые решения.

EUgeneUS в сообщении #1728780 писал(а):

FGJ, в ленточных используются токоограничивающие резисторы в каждой ячейке.
Но не знаю, можно ли ленточные светильники отнести к "минимально приличным"

А КПД там видели? Вот то то.
Я уж молчу про падение напряжения вдоль ленты, для более-менее ярких лент вообще мрак.
Так что ленты скорее декоративное чем основное освещение.

(Оффтоп)

EUgeneUS в сообщении #1728780 писал(а):

Это не совсем так.
У диодов крайне крутая ВАХ в рабочей точке и температурно нестабильная, поэтому ток в любом случае нужно ограничивать\контролировать\стабилизировать. Неважно, это один светодиод или гирлянда.

Это не совсем так. Точнее процитированное конечно так, но это не исключает параллельное включение светодиодов без регулирования тока каждого.
Я долго спорил с инженером разработчиком светильников (не бытовых ламп), он мне упорно доказывал что светодиоды одной партии и с известными параметрами всё же можно ставить впараллель с ограничением суммарного тока или общего напряжения, но тут сразу много проблем с надёжностью: нужны светодиоды именно одной партии и с нормальной документацией (и то и другое далеко не всегда возможно), нужна существенно выше точность поддержания тока/напряжения, высока вероятность лавинного выгорания всех светодиодов, нужен правильный радиатор и/или расположение светодиодов на плате (требуется одинаковая температура всех светодиодов иначе какой-то один сгорает сильно раньше расчётного срока и дальше лавина, в итоге срок службы слишком уменьшается), появляется зависимость номинального тока/напряжения от конкретной партии (что очень плохо для серийного производства), ещё что-то уже не помню. Долго изучали доку на светодиоды, считали режимы, моделировали поведение - и таки убедил, что можно, но не нужно.
Так что в теории можно, на практике в серийном производстве - невыгодно, даже дешёвые балансирующие резисторы (не обязательно токоограничивающие, они могут именно лишь выравнивать токи по ветвям, ровно как с параллельным включением силовых транзисторов) решают большинство указанных проблем и без резисторов параллельно включают светодиоды лишь некоторые наивные радиолюбители (приверженцы максимы "у меня на столе работает - значит можно!").
Вот поэтому я и говорил не лезть здесь в эти тонкости, к виду соединения светодиодов это мало относится.

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1728799 писал(а):

А КПД там видели? Вот то то.
Я уж молчу про падение напряжения в

Не смотрел, честно говоря. Но думаю, не менее \ около 20% мощности высаживается на токоограничивающих резисторах. И умножить на КПД, связанный с потерями в шинах, а также КПД собственно диодов.

Dmitriy40 в сообщении #1728799 писал(а):

Это не совсем так. Точнее процитированное конечно так, но это не исключает параллельное включение светодиодов без регулирования тока каждого.

Ага. "В нулевом приближении Земля имеет форму чемодана, а остальное - это уточнения всё больших порядков малости".

Dmitriy40 в сообщении #1728799 писал(а):

Я долго спорил с инженером разработчиком светильников (не бытовых ламп), он мне упорно доказывал что светодиоды одной партии и с известными параметрами всё же можно ставить впараллель с ограничением суммарного тока или общего напряжения, но тут сразу много проблем с надёжностью:

Основная проблема в том, что имеется положительная обратная связь по температуре. Которая очень быстро приводит к катастрофическому росту тока через диод.
Численно для кремниевых диодов эта ПОС выражается так: падение напряжения на диоде при постоянном токе с ростом температуры падает на 2 милливольта на градус.
Для светодиодов (они на другом материале) численное значение может быть другим, но зависимость функционально будет такой же.

Поэтому при питании даже одного светодиода от источника напряжения происходит следующее:
1. Температура возрастает.
2. Падение напряжения на диоде падает (при том же токе)
3. Но источник напряжения поддерживает его постоянным, а значит ток будет возрастать.
4. А возрастать он будет очень сильно, так как рабочая точка на весьма крутом участке ВАХ.
5. Для кремниевых диодов при постоянном напряжении ток возрастает где-то на порядок при росте температуры на 25 градусов.
6. А раз ток растет - растет выделяемая тепловая мощность на диоде. И см. пункт 1.

Поэтому при питании от источника напряжения светодиодов они ведут себя, как падающие звезды : при совсем низких напряжениях они не светят, при приближении к рабочему напряжению - зажигаются и тут же сгорают.

Поэтому мне слабо верится, что светодиоды (хоть один, хоть несколько в параллель, можно запитать хоть сколько-нибудь устойчиво от источника напряжения).

Что касается питания параллельных диодов от источника тока.
Даже при абсолютно одинаковых диодах, установленных на общий радиатор, единожды возникнув перекос токов уже не вернется к сбалансированному состоянию (к равенству токов через диоды). Потому что нет никакой физической причины туда вернуться - по тем же, озвученным выше, причинам.
Вопрос только в величине этого дисбаланса.

[ozheredov]

Dmitriy40, в итоге с учётом всего сказанного - кто побеждает по продолжительности службы: лампы накаливания, энергосберегалки (это такие коротенькие лампы дневного света, нередко закрученные) или диодные? На сколько процентов оторвался лидер? И ещё вопрос: филаментарные лампы с теплым спектром (выглядит как лампа накаливания в стеклянной колбе, но вместо спирали там прямые ярко-желтые палочки) - это те же самые диоды или есть нюанс?

[EUgeneUS]

Хотя вопросы адресованы не мне, попрбоую частично ответить:

ozheredov в сообщении #1728886 писал(а):

кто побеждает по продолжительности службы: лампы накаливания, энергосберегалки (это такие коротенькие лампы дневного света, нередко закрученные) или диодные?

1. Лампы накаливания - срок службы тысячи часов.
Кстати, под лампы накаливания попадают и т.н. галогеновые лампы. У них вообще срок службы сильно зависит от того, лапали их голыми руками или в перчатках
2. Светодиодные - обычно десятки тысяч часов. Но может сильно зависеть от производителя\модели лампы
3. "Энергосберегалки" - это ЛДС с ртутной трубкой. Возникают сопутствующие проблемы с утилизацией, поэтому использование снижается до полного вымывания. Выход из строя у них:
а) связан с разгерметизацией трубки
б) деградация электродов в трубке
в) выход из строя драйвера (а он гораздо более высоковольтный, чем у светодиодов)
По сроку службы не должны быть хуже светодиодов, но от исполнения зависит.

ozheredov в сообщении #1728886 писал(а):

На сколько процентов оторвался лидер?

Если смотреть по группам: лампы накаливания - ртутные ЛДС - светодиодные, то разброс этого параметра вообще может пересекаться. От исполнения зависит. Типовые значения: лампы накаливания хуже на полпорядка-порядок. ЛДС и светодиодные, не знаю, считайте примерно равными.

ozheredov в сообщении #1728886 писал(а):

филаментарные лампы с теплым спектром (выглядит как лампа накаливания в стеклянной колбе, но вместо спирали там прямые ярко-желтые палочки) - это те же самые диоды или есть нюанс?

Филаментные лампы - это светодиоды. Но есть нюанс.
Т.н. "филамент" - это длинная узкая керамическая или сапфировая подложка, на которой размещены мелкие светодиоды, и все это залито люминофором. Филаменты помещены в герметичную колбу, заполненную легким газом (обычно гелий - он ещё и инертный) для отвода тепла.
Тепловые режимы светодиодов вроде бы у филаментов получше, и выход из строя светодиодов реже (это не точно, по наблюдениям). Но деградация люминофора происходит примерно за то же время, что и у "обычных" светодиодных.
И большУю светимость у "филаментов" ждать не стОит.

-- добавлено через 31 минуту --

Кстати, самая большая подлость светодиодных ламп - это деградация люминофора.
Лампа накаливания либо светит, как полагается, либо сгорела.
А со светодиодными можно заметить, что при той же (вроде бы) освещенности рабочего места стало невозможно работать с мелкими деталями... Посещают мысли о посещении окулиста... А это лампы деградировали.

Вторая подлость светодиодных ламп - это высокие пульсации светового потока у дешманских моделей. Глаза сильно устают, а при работе с электроинструментами с синхронными двигателями это просто опасно.
Был в шоке, когда работающая циркулярная пила под светодиодным освещением выглядела остановленной.
А особый цинизм в том, что "дешманские модели" совсем не означает "самые дешевые".

[wrest]

ozheredov в сообщении #1728886 писал(а):

в итоге с учётом всего сказанного - кто побеждает по продолжительности службы: лампы накаливания, энергосберегалки (это такие коротенькие лампы дневного света, нередко закрученные) или диодные?

Для 220В -- диодные. После замены ламп накаливания на диодные где-то примерно лет 10-12 назад, я не поменял ни одной. А всего их у меня что-то около пары десятков. До замены на диодные, были лампы накаливания (40Вт в основном) менял их до 10% в год. Все (и накаливания и диодные) -- "зеркальные" миньоны (Е14) и все сидят цоколем вверх. Возможно, тогда лампы делали лучше, кстати.

После замены люминисцентных ламп на светодиодные ленты примерно в то же время, поменял пару трансформаторов (драйверов), в которых сохнут и хлопают элетролиты.

Так что лично у меня сомнений нет: для 220В светодиодные лампы "на порядок" надёжнее.

Но вот с 12В могут быть варианты. Их питают обычно драйверами, которые не шарашат со всей дури, а поднимают напряжение плавно, вот они могут со светодиодными сравняться, наверное (но тут личного опыта недостаточно -- нужна статистика пообъёмней).

[Dmitriy40]

ozheredov
Хотя у меня и нет статистики по лампам (я как уже сказал бытовыми лампами не занимался вообще, только светильниками, в том числе и бытовыми, но лишь весьма косвенно), но довольно очевидно что побеждают светодиодные. Могут быть исключения (как правильно заметил уважаемый EUgeneUS при пересечении разбросов), но в среднем так.
Из скромного домашнего опыта могу сказать что лампы накаливания менял в разы чаще лдс и лед. Разница между последними трудно уловима, но пожалуй в пользу лед. При этом речь про самые дешёвые варианты (но не с озона/вб, там вообще треш и обман).

EUgeneUS в сообщении #1728889 писал(а):

Вторая подлость светодиодных ламп - это высокие пульсации светового потока у дешманских моделей.

Странно, даже в самых дешевых лампах (ну может кроме самых маломощных, до 10Вт) стоят вполне обычные dc-dc драйвера, т.е. пульсации тока в единицах процентов и на высокой частоте, не должно бы это на глаза влиять. Или Вы про экономию на входном электролите и соответственно мигание на 50/100Гц? Сам не видел, но может где и бывает.

wrest в сообщении #1728898 писал(а):

Но вот с 12В могут быть варианты. Их питают обычно драйверами, которые не шарашат со всей дури, а поднимают напряжение плавно, вот они могут со светодиодными сравняться, наверное

Я для такой галогеновой лампы заменил родной обычный транс (вообще без электрики после) на dc-dc блок питания со стабилизацией ровно номинального тока вместо напряжения, так теперь лампа включается дольше секунды, зато уже не помню когда менял и куда сунул запасную.

[wrest]

Dmitriy40 в сообщении #1728912 писал(а):

так теперь лампа включается дольше секунды, зато уже не помню когда менял и куда сунул запасную.

Ну да, такие работают очень долго.

У меня кстати история забавная. Решил я поменять пару 20Вт 12В галогенок на 2 Вт (или 3Вт) светодиодные. Так транс отказывается запускаться: видимо слишком малая нагрузка. В итоге поменял только одну из двух, вторую оставил чтобы нагрузку создавала.

-- добавлено через 7 минут --

Dmitriy40 в сообщении #1728912 писал(а):

Вы про экономию на входном электролите и соответственно мигание на 50/100Гц? Сам не видел, но может где и бывает.

Бывает в прожекторах (уличных), а вот в хозбыте не должно бы. У меня по крайней мере не мигают, я их на видео снимал в 240fps, мигания нет.

[ozheredov]

EUgeneUS, Dmitriy40, спасибо!

[EUgeneUS]

Dmitriy40 в сообщении #1728912 писал(а):

Странно, даже в самых дешевых лампах (ну может кроме самых маломощных, до 10Вт) стоят вполне обычные dc-dc драйвера, т.е. пульсации тока в единицах процентов и на высокой частоте, не должно бы это на глаза влиять. Или Вы про экономию на входном электролите и соответственно мигание на 50/100Гц? Сам не видел, но может где и бывает.

1. Конечно, речь про пульсации 50/100Гц.

2. Лет восемь назад поменял в гараже старые советские плафоны для ЛДС на светодиодные светильники. Вот под ними работающая циркулярка выглядит остановленной.
Что там за проблема - пока не разбирался. Всё руки не доходят

3. Есть сайт https://lamptest.ru/, там какой-то энтузиаст покупает лампы и проводит их инструментальную проверку. Уже довольно большая база накопилась.
Разброс по пульсациям у него в базе очень большой от прекрасных ламп с коэффициентом пульсаций около 0.2%, то более 100% (sic!).

4. Так что - как повезет. Но соглашусь, что с удешевлением нормальных драйверов ламп, вероятность попасть на пакость с большими пульсациями всё меньше.

Кстати, вот у него статейка в ЖЖ, про переделку светодиодной лампы в "вечную". Кому лень смотреть:
1. Там токозадающий резистор драйвера представляет два, установленных в параллель.
2. И один из них просто выкусывается
3. После чего автор сравнивает температурные режимы "до" и "после".

А вот статья, в которой демонстрируется деградация LED\люминофора за примерно 9000 часов работы (10 лет).

[wrest]

EUgeneUS в сообщении #1729119 писал(а):

А вот статья
, в которой демонстрируется деградация LED\люминофора за примерно 9000 часов работы (10 лет).

20% падение потока (люмены) это "на глаз" 10% уменьшение интенсивности ощущений (что по Стивенсу, что по Веберу-Фехнеру), незаметно.

То что вы заметили у себя, значит что падение потока было значительно драматичнее.

[EUgeneUS]

wrest в сообщении #1729132 писал(а):

20% падение потока (люмены) это "на глаз" 10% уменьшение интенсивности ощущений (что по Стивенсу, что по Веберу-Фехнеру), незаметно.

То что вы заметили у себя, значит что падение потока было значительно драматичнее.

Заметно\не заметно от многих факторов зависит. От условий сравнения, например.

У меня самые тяжелые условия - это лампа в тамбуре, она вообще никогда не выключается. Соответственно, почти 9000 часов набегает за год, а не за 10 лет.
Вот в этом месте лампы после ремонта долга не жили.

Ещё относительно недавно поменяли филаментовые лампы на обычные LED в люстре на кухне. Стало заметно ярче. Но тут сложно утверждать, то ли у филаментов подсел люминофор, то они изначально такие были.