Měření parametrů LED žárovek

V poslední době jsem se vrhnul na měření světelného toku LED žárovek a proto jsem si posvítil i na normy, které standardizují způsob měření a uvádění parametrů LED zdrojů. Při měření světelných parametrů různých světelných zdrojů totiž zákonitě narazíte na křivky podobného tvaru:

Průběh relativního světelného toku různých světelných zdrojů
Průběh relativního světelného toku LED žárovky, kompaktní zářivky a klasické žárovky hodinu po zapnutí

U klasické žhavící žárovky se jeví světelný tok ihned po zapnutí stabilní, při nastavení velmi krátkého logovacího intervalu by se určitě dalo změřit oscilování světelného toku způsobené střídavým proudem, ale takovou měřící techniku k dispozici nemám a ani to nebylo účelem tohoto testu. 

U testované kompaktní zářivky (Philips Tornado 20W) vidíme, že ihned po zapnutí je světelný tok asi poloviční proti hodnotě na které se ustálí asi po 15 minutách. Mezi startem a ustálením ještě vidíme jakýsi přestřelený vrchol, jehož maximum se nachází cca 1-2 minuty od zapnutí. Kompaktní zářivky s jiným předřadníkem mohou mít průběh odlišný, ale to také není hlavním předmětem tohoto článku.

Světelný tok LED žárovky od zapnutí pozvolna klesá a v tomto případě se stabilizuje cca po 45 minutách asi na 85% počáteční hodnoty. Tento počáteční pokles je u LED zdrojů normální a je způsobený zahříváním, protože se vzrůstající teplotou se účinnost LED snižuje. Rychlost a velikost tohoto poklesu závisí na dimenzování a kvalitě použitého chladiče. Při testování jsem se u různých LED žárovek setkal s poklesem od 5% až do 30%.

Nabízí se proto otázka, zda výrobci LED žárovek mají dle norem uvádět světelný tok (a další relevantní parametry) ihned po zapnutí, po nějakém pevném časovém intervalu, nebo až po jeho stabilizaci?

Po chvilce pátrání zjistíme, že na většinu LED žárovek resp. "LED světelné zdroje pro všeobecné osvětlování s integrovaným předřadníkem na napájecí napětí › 50 V" se vztahuje norma ČSN EN 62612, která je českou verzí evropské normy EN 62612:2013.

Výběr toho nejdůležitějšího z ČSN EN 62612:

  • Počáteční hodnotou všech parametrů se rozumí hodnota po jejich stabilizaci.
  • Hodnoty jsou považovány za stabilní, pokud tři po sobě jdoucí měření v intervalu 15 minut vykazují vzájemnou odchylku menší než 0,5%.
  • Spotřeba deklarovaná výrobcem se může lišit maximálně o ± 10%.
  • Počáteční světelný tok nesmí být nižší než 90% hodnoty deklarované výrobcem.
  • Index podání barev CRI musí být rovný či větší 80. Povolená tolerance jsou 3 body.
  • Náhradní teplota chromatičnosti musí spadat do kategorií 2700 K, 3000 K, 3500 K, 4000 K, 4500 K, 5000 K, 5700 K, 6500 K a měnitelná v rozsahu 2700 - 6500 K. Povolená tolerance je cca ± 5-7% dle kategorie.
  • LED zdroj musí zvládnout 10 000 cyklů zapnutí a vypnutí (testováno jako 30 sekund zapnuto, 30 sekund vypnuto).
  • Světelný tok po 6000 hodinách provozu nesmí klesnout pod 90% počáteční hodnoty. Světelné zdroje s příkonem do 10W se testují za teploty okolí 25°C, zdroje s příkonem nad 10W se testují za teploty okolí 45°C.

Z normy tedy jasně vyplývá, že výrobci LED žárovek musí uvádět parametry až po jejich stabilizaci. V praxi to při konstrukci LED zdroje znamená, že světelný tok měřený ihned po zapnutí musí být patřičně naddimenzovaný, aby pokryl pokles způsobený zahřátím. Dle toho jsem tedy "opravil" i graf z úvodu článku:

LED žárovka vs klasická žárovka

Za poslední roky se nabídka LED žárovek na našem trhu výrazně rozrostla a došlo i k poměrně výraznému poklesu cen. S širokou nabídkou a cenovým rozpětím však může značně kolísat i kvalita. Jak se s požadavky norem poprali různí výrobci se dozvíte v dalším článku již brzy :)

Rekordy na poli výkonných LED

Výrobci výkonných LED neustále tvrdě pracují na výzkumu a vývoji a čas od času se pochlubí novými úspěchy. Samozřejmě se jedná pouze o výsledky dosažené v laboratorních podmínkách, takže podobné výkony LED v masové produkci můžeme očekávat až za několik let. Zde si ve stručnosti shrneme, jak postupoval vývoj v laboratořích největších výrobců v posledních letech.

vyrobci power led loga

27.ledna 2007 - Společnost Philips Lumileds oznámila, že se jí podařilo vyrobit výkonnou LED se světelným tokem 136lm při proudu 350mA a účinností 115lm/W při barevné teplotě 4685K. Při napájení proudem 2000mA se výrobci podařilo z této LED "vymáčknout" světelný tok 502 lumenů při účinnosti 61lm/W.

30.srpna 2007 - Japonský výrobce LED Nichia oznámil dosažení světelného toku 145lm/350mA při účinnosti 134lm/W.

13.září 2007 - Americký výrobce Cree reagoval oznámením LED se světelným tokem 135,7lm/350mA při barevné teplotě světla 5813K a s účinností 129lm/W. Rekord firmy Nichia se jim tedy překonat nepodařilo. Zajímavé však je, že ta samá světlo emitující dioda byla schopná napájení proudem až 4A při kterém měla světelný tok přes 1000 lumenů (více zde: Cree LED s 1050 lumeny )

Léto 2008 - Lumileds oznámila LED s účinností 140,1lm/W. Podrobnější informace se mi nepodařilo dohledat.

21.července 2008 - Německý výrobce LED Osram Opto Semiconductors oznámil LED se světelným tokem 155lm/350mA při barevné teplotě 5000K. Účinnost potom byla 136lm/W. Při napájení proudem 1400mA se podařilo překonat hranici 500 lumenů.

20.listopadu 2008 - Poslední rekord oznámený v roce 2008 patří společnosti Cree. Jejich výkonná LED dosáhla opravdu špičkového světelného toku 173 lumenů při proudu 350mA s účinností 161lm/W a barevné teplotě 4689K.

1. prosince 2009 - V roce 2009 oznámila společnost Cree dosažení světelného toku 197 lumenů při proudu 350mA s účinností 186lm/W a teplotě chtomatičnosti 4577K.

3. února 2010 - První letošní rekord si opět připisuje společnost Cree a zřejmě jako první výrobce prolamuje hranici 200lm/W. Konkrétně se v laboratoři podařilo vyrobit LED s účinností 208 lm/W při napájení proudem 350mA a teplotě chromatičnosti 4579K.

9.  května 2011 - Cree opět překonává sama sebe a oznamuje dosažení nového rekordu 231 lm/W. Podmínky jsou stejné jako při předchozích rekordech. LED měla jediný světelný čip a byla napájena proudem 350mA. Teplota chromatičnosti bílého světla byla 4500K.

12. dubna 2012 - Cree nadále posunuje laťku a oznamuje nový rekord 254 lm/W při proudu 350mA a teplotě chromatičnosti 4408 K.

13. února 2013 - Po necelém roce tu máme další rekord od Cree a to 276 lm/W při proudu 350mA a a teplotě chromatičnosti 4401 K.

26. března 2014 - O prolomení magické bariéry 300 lumenů na Watt se postarala opět americká společnost Cree, jednoznačný světový lídr ve výrobě vysoce účinných světelných diod. Hodnota nového rekordu nyní činí 303 lumenů na Watt při napájení proudem 350mA a teplotě chromatičnosti 5150 K. 

Samozřejmě ještě jednou připomínám, že se jedná jen o výsledky dosažené v laboratoři, účinnost nejlepších komerčně dostupných bílých diod se nyní pohybuje kolem 180 - 200 lm/W (Cree XM-L2, Cree MK-R). Je otázka zda můžeme ještě nějaké další rekordy očekávat, teoretické maximum pro bílé diody se nachází již velmi blízko aktuálnímu rekordu. Nutno ovšem říct, že výrobci nepracují nejen na vyšší účinnosti ale i lepším barevném podání a dalších parametrech.

Poslední aktualizace článku - duben 2014.

Zdroje: Ledsmagazine.com a stránky výrobců

Moderní li-ion 18650 akumulátory

Na neustálé zvyšování účinnosti i celkového výkonu LED jsme si již v posledních letech zvykli, obdobné zlepšování však lze pozorovat i u lithium-iontových akumulátorů.

Tento typ nabíjecích baterií se v současné době používá téměř ve všech přenosných elektronických zařízeních (mobily, notebooky...) a zároveň se prosazují i v hybridních autech a elektromobilech. Díky tomu se do rozvoje li-ion baterií mohutně investuje což nese ovoce, ze kterého v podobě špičkových 18650 akumulátorů nepřímo profitují i uživatelé svítilen. 

Zatímco v roce 2009 byla maximální dostupná kapacita 18650 akumulátorů nejčastěji 2200-2600mAh, od podzimu 2010 to již bylo 2900mAh, na podzim 2011 byly dostupné akumulátory s kapacitou 3100mAh a nyní o necelý rok později přicházejí na trh akumulátory s kapacitou až 3400mAh. Jejich první test si můžete prohlédnout níže v článku.

Saft li-ion baterie v elektromobilu od Exagon motors
  Li-ion baterie od Saftu umístěné v podlaze elektromobilu od Exagon Motors.

Veřejné osvětlení - není LED jako LED

V současnosti je na trhu obrovské množství LED světel, svítidel a svítilen pro různé účely s velmi různorodou kvalitou. Prakticky všechny výrobky používající LED slibují životnost 50 tisíc hodin či více, vysokou světelnou účinnost a další skvělé vlastnosti. Použití světelných diod však tyto vlastnosti automaticky nezaručuje. Velmi záleží na konstrukci svítidla, použitých materiálech i kvalitě samotných LED.

Níže zveřejňuji článek, který mi poslal budo pracující v české pobočce španělského výrobce LED osvětlení Indal. Článek naráží na různorodou kvalitu LED svítidel pro veřejné osvětlení a hezky shrnuje základní principy, které by měly kvalitní LED svítidla dodržovat, aby bylo jejich použití skutečně smysluplné.

Middlesbrough
Ulice v anglickém Middlesbrough vlevo osvětlená klasickými vysokotlakými sodíkovými výbojkami a vpravo po výměně za moderní LED osvětlení.

Jarní test svítilen

O velikonočním víkendu jsme po dlouhé době uspořádali menší sraz u Milana na chalupě a při té příležitosti jsme nafotili kolem 20 výkonných svítilen. Pro srovnání jsme měli i pár starších svítilen (Solarforce L900M), ale hlavně jsme se zaměřili na novinky (Olight M3X, Fenix TK41...) uvedené na trh v letošním roce. Došlo však i na jeden prototyp od Fenixu a upravené či přestavěné svítilny, zajímavé bylo i srovnání levných HID svítilen s dnešními nejvýkonnějšími LED svítilnami.

Velikonoční test svítilen

Nové rekordní LED od Nichie

Společnost Nichia v srpnu uvolnila na veřejnost informace o nových laboratrních rekordech dosažených již letos v lednu.

Japonským výzkumníkům se v laboratoři podařilo vyrobit bílou LED s rekordní účinností 249 lm/W. To je hodnota blížící se teoretickému maximu, která pro bílé světlo činí zhruba 300 lumenů na watt. Tohoto rekordu bylo dosaženo při napájení světelné diody proudem 20mA, při kterém světelný tok činil 14,4 lumenu. Plocha použitého světelného čipu byla 0,2mm2.

Stejnou technologií byl vyroben i čip s plochou 1mm2, který produkoval světelný tok 203 lumenů při napájení proudem 350mA a účinnosti 183 lm/W. To je však již mírně pod únorovým rekordem od amerického výrobce Cree (plocha použitého čipu u rekordu Cree však není známa).

rekordni LED Nichia
Změnami vnitřní struktury světelného čipu bylo docíleno zvýšení externí kvantové účinnosti. 

Při třetím pokusu byly zapojeny čtyři výše uvedené výkonné světelné čipy do série a při napájení proudem 1000mA bylo dosaženo světelného toku 1913 lumenů při účinnosti 135 lm/W. To je zhruba dvojnásobná hodnota proti dnešním komerčně dostupným čtyřčipovým LED Cree MC-E a SSC P7.

Na uvedení podobně účinných LED do masové výroby si bohužel ještě několik let počkáme.

Něco ze světa módy: LED šaty a LED boty

Světelné diody jsou v současnosti opravdu IN, o tom asi nikdo nepochybuje. Jejich věhlas dokonce občas pronikne i do světa módy. Třeba takové slušivé svítící hadříky ze světelných vláken s LED podsvícením asi žádnou ženu neurazí.

led šaty LED top od Lumigramu
Tvůrcem je francouzská společnost Lumigram

Když už budete mít oblečení, tak se budou hodit i boty. Například stylové boty na podpatku od italského návrháře Francesca Castagnacciho budou skvěle ladit.

LED boty podpatky s optickymi vlakny Boty na podpatku s LED podsvicenim

Až vám bude příště vaše manželka, přítelkyně či matka vyčítat vysoké investice do LED svítilen, tak víte, čím ji umlčíte :)

Cree odhaluje XM-L LED s účinností až 160lm/W

Už jsme si zvykli, že americký výrobce světelných diod Cree nás pravidelně zásobuje novými a novými rekordy dosaženými v laboratoři. Zatím se jim však i poměrně úspěšně daří přenést úspěchy z laboratoře do masové výroby. 

Zatím nejnovější ohlášenou výkonnou LED je Cree XM-L, která má dosahovat účinnosti až 160 lumenů na Watt při napájení proudem 350mA. Při napájení proudem 2A má světelný tok činit až 750 lumenů při účinnosti 110lm/W. To je mimochodem hodnota, na kterou Cree MC-E M-bin potřebuje napájení proudem 2,8A.

Zajímavé je i poměrně nízké propustné napětí, které má být pouze 2,9V při napájení proudem 350mA a 3,4V při proudu 2A.

Aktualizace 25.11.2010:

Na začátku listopadu výrobce oficiálně oznámil dostupnost nových LED Cree XM-L a zároveň zveřejnil datasheet s přesnými parametry. Proti původně zveřejněným informacím došlo k několika drobným změnám.

Maximální napájecí proud činí 3A proti původně zveřejněným 2A. Tepelný odpor pouzdra si mírně pohoršil ze 2°C/W na 2,5°C/W. Typické propustné napětí je dle datasheetu ještě nižší, pouhých 2,8V při proudu 350mA a jen 3,4V při proudu 3A.

LED jsou rozděleny do tří výkonových skupin - T5, T6 a U2 se světelným tokem 260, 280 a 300 lumenů při proudu 700mA. Dle stránek výrobce jsou však zatím dostupné jen verze T5 a T6. Lepší verze T6 dosahuje účinnosti 145,8 lm/W při proudu 350mA, 104,9lm/W při napájení proudem 2A a 91lm/W při proudu 3A.

Světelné diody s původně slibovanou účinností až 160lm/W tak zatím nejsou dostupné a je otázka, kdy se tak stane. Může to být měsíc, nebo také rok :) Níže je tabulka porovnávající typické parametry různých Cree LED:

Světelný tok v závislosti na napájecím proudu
LED 350 mA 700 mA 1400 mA 2000 mA 2800 mA 3000 mA
Cree XM-L U2 154,6 lm 300,0 lm 557,7 lm 741,6 lm 936,1 lm 975,6 lm
Cree XM-L T6 144,3 lm 280,0 lm 519,9 lm 692,1 lm 873,7 lm 910,6 lm
Cree XM-L T5 134,0 lm 260,0 lm 482,8 lm 642,7 lm 811,3 lm 845,5 lm
Cree MC-E M 121,5 lm 230,8 lm 430,0 lm 580,1 lm 750,7 lm -
Cree XP-G R5 139,0 lm 259,7 lm 443,1 lm - - -
Cree XR-E Q5 106,9 lm 187,4 lm - - - -

 A nyní aktualizovaný graf porovnávající starý Luxeon III, první verze XR-E a další novější LED. V závorce je přibližné datum uvedení na trh.

 porovnání Cree XM-L s ostatními LED
Srovnání výkonných LED od Cree a Luxeonu III. V závorce je datum uvedení na trh.

Zajímavé je i srovnání velikostí celých LED, které nejlépe vynikne na tomto renderu, který zveřejnil phburns na forums.mtbr.com.

LED render 

Nyní srovnání s dalšími 10W LED od konkurence. Pro zajímavost jsem přidal i graf Cree MC-E N, která se objevila v limitovaných množstvích u některých prodejců, dvou Cree XP-G R5 zapojených paralelně a graf 20W LED SST-50. (klikněte pro zvětšení)

Porovnání Cree XM-L s ostatními 10W LED

Z grafu je jasně vidět, že z pohledu výkonu se nejedná o žádnou velkou revoluci, ale spíše příjemnou evoluci :) Zvláště když zatím uvážíme dostupnost pouze Cree XM-L T6 a nikoliv U2. Co však revolučně vypadá je cena, která se dle prvních náznaků pohybuje kolem poloviny ceny za Cree MC-E.

Zda se objeví nějaké kvalitnější svítilny s Cree XM-L ještě před vánoci není jisté. Většího množství novinek mezi LED svítilnami se zřejmě dočkáme až na začátku roku 2011.

Zdroj: Cree.com

Preview čelovky Fenix HL20

Vzhledem k dobré pověsti, kterou si Fenix vytvořil díky svým led svítilnám, byly čelovky od Fenixu uživateli dlouho netrpělivě očekávány. Výrobce o nich hovořil již minimálně před dvěma lety, ale zákazníky nakonec udržoval v napětí až do druhé poloviny loňského roku, kdy představil čelovku HP10.

Dnes se však stručně podíváme na menší model Fenix HL20 na jednu tužkou baterii, který byl představený ke konci roku 2009. Porovnání jsem provedl s podobně kompaktní čelovkou Black Diamond Spot napájenou třemi mikrotužkami a starou levnou čelovku se 28 LED rovněž na tři AAA baterie.

LED čelovky
Čelovky zleva: Black Diamond Spot, Fenix HL20, 28 LED čelovka

Souboj LED titánů: Intimidator versus Howitzer

Když jsem loni psal článek o nových extra výkonných LED Luminus Phlatlight, tak jsem skutečně nečekal, že se s nimi setkáme i v sériově vyráběných svítilnách. V současnosti se však na trhu objevilo již několik svítilen s LED Luminus SST-50, která by měla umět dodat světelný tok i přes 1000 lumenů (při napájení proudem 5A) - například Jetbeam M2S, Legion II SST-50, některé svítilny Microfire, Olight M21 a nové modely připravuje i Tiablo a další výrobci.

První sériově vyráběnou svítilnou osazenou výkonnější variantou SST-90 je svítilna Olight SR90 Intimidator, u které výrobce uvádí světelný tok překračující magickou hranici 2000 lumenů.  V kategorii LED svítilen kolem 2000 lumenů však není jediný. Necelé dva tisíce lumenů by měla mít i svítilna Xtar D30 Howitzer se třemi Cree MC-E LED a rovnými 2000 lumeny se pyšní svítilny Wiseled Tactical (7x luxeon K2 TFFC) a Microfire L2000R Challenger (19x Cree XR-E Q5!).

Na krátké porovnání prvních dvou jmenovaných extrémních svítilen se podíváme v tomto článku. Pro srovnání jsem přidal ještě svítilnu EagleTac M2XC4 jako zástupce současných 10W LED svítilen a zástupcem LED technologie staré několik let (Luxeon III) je zde svítilna Maglite 4D LED.

Extrémně výkonné LED svítilny
svítilny zleva: EagleTac M2XC4, Xtar D30 Howitzer, Olight SR90 Intimidator, Maglite 4D LED

Reklama

AUTOMOBILOvedily24.cz

Syndikovat obsah