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評測:GE、飛利浦、歐司朗LED球泡燈
2014/11/10 18:41:32

  一、由來

  市面上LED燈具琳瑯滿目,網上評測又眾說紛紜,找不到滿足自己需求的文檔,便準備自己動手測一回。此為本文檔由來。希望此文能給準備選購LED燈具的人一點參考,也希望有更多人能提供更多燈具的測試報告。

  二、目標理想的測試目標有這么幾個:

  實際功耗、電光轉化效率、頻閃控制、溫度控制、光譜組成。

  實際由于條件的限制,目標5在業余條件下較難實現,不得不放棄;其余目標在業余條件下均難以精確測量,只做定性分析、橫向比較,作為采購的參考,諸看官知悉。

  三、測試對象

  家里的照明系統涉及球泡、射燈、吸頂燈三大類,球泡用得最多,便以此為先,若有余暇再著手射燈、吸頂燈的測試。

  LED球泡種類繁多,作為有潔癖的技術宅,本應將市場上主流的球泡都測一遍,怎奈預算有限,以適用照明改造為原則,僅選取幾種球泡作為測試對象,先來看一張全家福:

  從上到下從左到右分別為:

  LED球泡燈

  螢火蟲4.8W、品苑3W(型號3001)

  歐司朗(OSRAM)系列:4W(型號:LED star classic A25)、6W(LED star classic A40)、9W(LED star classic A60)、10W(LED star classic A70)、

  飛利浦(Philips)系列:3W(型號:9290002558)、5W(型號:9290002485)、7.5W(型號:9290002488C)、10W(型號:9290002491)

  通用電氣(GE)系列: 2W(代碼:903434)、3W(代碼:11452)、3W(代碼:94101)、5W(代碼:11455)、8W(代碼:11458)、11W(代碼:11483)

  另外還有一只25W白熾燈作為參考標準。

  這里除了GE 3W(94101)是冷白光外,其他全部都是暖白光。之所以選暖白光,除了個人偏好外,LED的藍光溢出對視力的影響也是一個考慮:暖白光中藍光成分相對較少。可以看下OSRAM 2700K與6500K色溫的LED光譜.

  OSRAM 2700K色溫光譜

  OSRAM 6500K光譜

  可以看到,6500K色溫的LED光譜中,短波段成分很高。雖然說藍光溢出對眼睛的影響,其研究尚未有定論,但能夠避免的還是注意下比較好。

  四、測試工具

  雖然測試并不全面,測試用具卻用到不少,看看工具全家福:

  從左到右從上到下分別為:

  自制測試燈座1、示波器、精密溫度計2根、數字溫度計、照度計、功率表、卷尺、自制光敏電阻測試電路及供電電池、自制測試燈座2

  五、測試過程中存在的誤差因數

  測試過程中存在較多的誤差因數,最重要的誤差來源是光敏器件的非線性。比如數字照度計的頻率響應曲線

  照度計頻譜響應

  這個工具的非線性特性,導致其對不同光譜的敏感度不同,偏偏各個LED燈泡的光譜特性在業余條件下很難測試,而且生產廠家,除了OSRAM,均未提供光譜,所以光譜特性導致的誤差,不但沒法測量,甚至連評估都很困難。基于此種情況,以下的所有測試幾乎都可以說是不可信的。

  但我仍做完所有測試,主要原因是除GE 3W(94101)外,其他所有待測燈泡色溫都是2700K—3300K。色溫接近,光譜特性、光敏器件的敏感度偏差不會太大。況且這次測試以橫向對比為主,并不強求精確量化,所以還是有一定參考價值的。

  其他的誤差來源,比如儀器精度、手工操作的不確定性、環境溫度、環境亮度等影響反而不是太大,在測試過程或數據處理過程稍加注意即可。

  六、功耗測試

  功耗測試在整個過程中算是比較精確的一個測試。

  LED燈具與白熾燈的顯著區別就是LED燈有驅動電路。整個LED燈具的功耗由電路的插入損耗加上LED本身的功耗構成。

  雖然目前來說各種LED驅動電路效率都蠻高,但顯然任何電路的效率都不可能100%,我們買到的幾瓦幾瓦,都是額定功率,而不是LED本身的功耗--這一點與常識有點出入。雖然在不拆解的情況下無法得到電路效率,但就算假設電路效率100%,通過額定功率和實測功率的對比可以看到,哪些產品存在虛標功率的現象。

  功率測試

  上圖藍色部分為額定功率,紅色為實測功率。從圖中我們可以看到,各家的產品,額定功率與實際功率相差都不大。需要注意到是實測功率小于額定功率的那部分產品,肯定存在功率虛標現象,只不過大多虛標得不多。

  測功耗的同時,也測了下功率因數。雖然國家對居民用電設備的功率因數沒有要求,對實際的電費也不會產生影響,但低功率因數對電網來說總歸是種負擔,所以我們在可能的情況下,盡量選功率因數高的產品比較好。

  功率因數測試

  從功率因數上來看,普遍是功率比較大的,功率因數比較高。這可能與其電路設計有關:低功耗的估計直接電容降壓,高功率的可能用到專用的芯片來驅動----這只是推測。

  這里贊下GE 3W(94101),這是唯一在包裝上標識了功率因數的產品。大家可以看到,從上到下已經多次提到它了,這絕對是一個奇葩產品,不僅與其他廠家的產品很不一樣,甚至與GE自己的產品比也是獨樹一幟的。下面還會有很多其表現的地方。

  七、電光轉化效率測試

  這個參數無法精確測量,我們只能通過迂回對比的方法,來得到各個球泡的光電轉化效率。燈具的轉換效率應為流明/瓦,但光通量的測量需要用到積分球,沒有這個條件,也不需要這個精度,就簡單粗暴地使用發光強度代替光通量來做橫向比較。具體方法如下:

  測出球泡的功耗、測出球泡產生某個照度的距離、求出發光強度、求出每瓦功耗對光強的貢獻。

  實際測試中,用功率表得到每個球泡的功耗P;用照度計測試得到每個球泡產生40Lux照度的點,并測量這個點與球泡中心點的距離D。公式(40*D^2)/P即是每瓦功耗對光強的貢獻,也即我們想要的光電轉化效率。這個效率測出來誤差很大,主要受球泡大小及發光角度的影響。

  但對我們使用者來說,照度是實際體現燈具使用情況的一個指標,所以這個測試雖不精確但很實用。測試結果如下

  LED電光轉化效率

  從這個圖表中我們可以看到,白熾燈的效率明顯低于LED燈。LED燈之間,則是功率越高,效率越高。這很容易理解:整體功耗越低,LED驅動電路上消耗的能量占整體功耗比重越大,效率自然就越低。在總體功耗達到一定程度后,效率反而下降了,個人推測是由于燈泡內部空間過小,功率越大發熱越嚴重,溫度會嚴重影響電路效率。

  這里我們再次可以看到奇葩GE 3W(94101),效率遠超相同品牌相同額定功率的GE 3W(11453)。主要是因為GE 3W(94101)是6500K冷白光,冷白光LED本身效率就要比暖白光高;當然可能還有其他未知原因,比如照度計的敏感度。

  八、溫度測試

  溫度的測試也算是相對準確的一個測試。這個測試主要考察兩個性能:溫度控制和散熱效率。溫度控制的測試很簡單,讓燈泡點亮一段時間,測下最高溫度即可。散熱效率則沒那么容易測,我想到的方法為:看點亮后殼體溫度達到穩定態的時間。時間越短,說明內部電路與外殼之間的熱阻越低,散熱性能越好。

  就像用火燒鐵棍的一端,另一端很快會覺得燙;而用火燒木棍的一段,另一端要燙起來就比較困難。這個方法只是定性對比下散熱效率,實際會因為殼體材料的發射系數、環境溫度、空氣流動等誤差因素的影響。

  測試方法為:先用精密溫度計選擇一致性較好的兩根T型熱電偶;校正偏差后;用數字溫度計同時采集環境溫度和燈具表面溫度,每種至少采集10000點數據。得到的數據經過處理,可以得到需要的結論。

  實際測試時,所有燈具都處于開放空間(無風室內環境),燈具螺口朝下球體朝上。環境溫度則較難控制(測試的時間跨度很大,基本每個燈具的測試時間都在兩小時左右),所以這個測試中有部分環境溫度較高,對部分燈具來說有失公平,結果僅供參考。總體環境溫度在28~29度,白熾燈的測試較晚,環境溫度在27度左右,用的是K型熱電偶。

  溫升測試

  可以看到白熾燈的工作溫度遠遠高于LED燈的工作溫度。這點在冬季還好,在夏季會導致房間內溫度升高,空調降溫的費用也會隨之升高。

  由于白熾燈的溫度過高,LED燈具部分的溫升曲線過于密集,下面另外提供一張只顯示LED燈具的溫升曲線

  LED燈具溫升曲線

  這張圖右邊的圖例是按照最高溫度從高到低排列的。這是溫升圖,我們再來看看環境最高溫度、燈體最高溫度、溫差之間的關系(忽視白熾燈)

  環境溫度、燈具溫度、溫升圖

  這張圖紫色是環境最高溫度,可以看到各次測試區別不算太大;黃色是燈具表面最高溫度,可以看到大部分大功率燈具表面溫度將近80度;紅色是溫升。很明顯的是功率越高,溫升越大。不過Philips3W是個例外,居然比Philips7.5W的溫度還高。

  溫度是LED壽命最大的殺手,殼體外的溫度都這么高了,內部的溫度肯定更高。散熱做得特別好會不會導致殼體外溫度特別高呢?散熱做得再好,也不可能外部溫度比內部溫度高吧,倒是散熱效率低的話,內部溫度會比外部溫度高出許多。

  我們再開看看散熱效率。這個測試是從前面的測試數據中,找出各個燈泡的最高溫度,再尋找燈泡首次達到最高溫度的95%時,所耗費的時間。為什么是最高溫度的95%,而不直接是最高溫度呢?一則95%已經非常接近最高溫度;二則燈泡到一定溫度后,其表面溫度會上下浮動,最高溫度出現的時間反而不太準。

  達到穩定溫度耗時測試

  這個時間應該是越短越好。這里有兩點需要注意:一個是白熾燈的穩定時間,一個是大功率LED的穩定時間。

  我們可以看到所有燈具中,白熾燈的耗時反而最短。這是白熾燈的散熱最好嗎?并不是。而是白熾燈熱量發散主要靠熱輻射,而LED燈具靠的熱傳導,兩者有本質上的區別,所以無法比較。

  大功率LED燈則因為本身功耗高,溫度上升本身的耗時就比較長。

  寫到這里,忽然發現這個測試有硬傷:燈具內部達到穩定溫度的時間會影響外部達到穩定溫度的時間。有比較意義的應該是:相同額定功率的燈具,其達到穩定溫度的耗時。

  品苑3W看起來散熱做得不錯;GE 2W看起來非常差,則可能與其外殼是陶瓷的有關;Philips 3W看起來散熱做得還可以,但其最高溫度太高了。不明白為什么會這樣,查了下其內部電路只是簡單的電容限流,按說電路效率是高的,若說恒流性能不好,LED超負荷工作了也不像,畢竟功率測試時,其實測功率還沒達到標稱功率呢。網上找了個拆解圖,發現有個LED3未焊接,難道真是超功率使用了?--這是推測!

  Philips 3W內部LED圖

  九、頻閃控制

  早期的鎮流器熒光燈由于頻閃嚴重而飽受詬病,后來出了電子熒光燈,頻閃有所改善。市場上還有一種護眼燈,則完全沒有頻閃。雖然頻閃肉眼感覺不到,但容易導致眼睛疲勞,已經有很多研究證明過這一點,IEEE也有風險提示。

  LED燈本來有專門的驅動電路,應該是很容易做到無頻閃的。市電供電的產品,減少或消除頻閃主要靠電容或者電感,電感體積太大,普通電解電容在燈泡內部的高溫下容易出問題,鉭電容成本很高,所以我對LED燈具如何控制頻閃非常不放心。其實這次的測試,主角就是頻閃控制。

  要測燈具的頻閃,業余條件下只能使用光敏二極管。我選的是PT333-3C,其典型上升下降時間都是15uS,跟工頻的10mS比起來差了幾個數量級,可以忽略不計。影響測試精度的是其頻率響應曲線。

  PT333-3C頻率響應曲線

  圖中我們可以看到,其對不同波長的入射光敏感度不同,這會導致不同光源,測出來的頻閃與實際頻閃有區別。正如之前所述,定性測試不求精確—也只能如此了。

  電路很簡單,只要注意使用電池供電即可。如下圖

  頻閃測試電路

  在各燈具提供40Lux照度距離處,將光敏管D1在對準燈具中心,示波器測量D1兩端波形即可。

  頻閃測試

  看到這張圖我相當無語:同一個品牌、同一個系列,不同功率的LED燈具,頻閃差異居然可以這么大。比如OSRAM 10w和OSRAM 9W,一個只有120mV,一個卻達到1320mV,功率只差1w,頻閃幅度卻是整整11倍!GE 3W(11452)和GE 3W(94101)之間還要夸張,達到14.5倍!

  關于頻閃,還有一點常常被忽視:大型吊燈通常會使用大量的相同型號燈泡,這些燈泡具有相同相位,頻閃幅度則會疊加,導致比單個燈泡更嚴重的頻閃。

  相同相位是什么意思呢?正弦波的波形大家都知道,所謂相同相位,就是說某個燈泡出于波峰時,其他燈泡也都處于波峰;某個燈泡出于波谷時,其他燈泡也處于波谷,則就是相同相位。既然存在這個頻閃疊加的問題,那就來測下各個燈泡的相位吧。

  相位的測試用到兩個上面的光敏電路圖,其中一個對準白熾燈,一個對準待測光源,示波器同時采集兩個輸出,就可以得到以白熾燈為參考基準的相位。

  相位的測試結果如下圖

  相位測試

  由于工頻經全波整流后的頻率為100Hz,周期為10mS,所以上圖中0mS和10mS、1mS和9mS,以此類推,都是等效的相位。

  這個圖上需要注意的是,GE 2W和GE 3W(11452)兩個并非數據遺漏。GE 2W經驅動電路變化了輸出方式,跟工頻無關;GE 3W(11452)的頻閃輸出幾乎是一條直線,其相位也可以忽略不計。GE 2W的相位圖如下

  GE 2W相位圖

  圖中黃色曲線是白熾燈,藍色曲線為GE 2W。

  為了驗證大型燈具上多個相同燈泡頻閃幅度疊加效果,以安裝了兩個相同燈泡的燈具為例,距離兩只Philips 3W LED燈2米處,分別測得其頻閃輸出如下

  相同的位置,兩只燈同時打開時,測得其頻閃輸出如下

  頻閃幅度疊加

  可以看到,頻閃的峰峰值從480mV,460mV,升到了900mV,其頻閃幅度疊加了。

  反過來,兩個不同相位的燈具,若其相位差為5mS或者接近5mS,則其頻閃幅度會互相抵消。比如Philips3W LED燈和白熾燈,其相位差就接近5mS,讓我們來看看他們兩個的頻閃輸出疊加后的效果

  上面左圖為距離Philips3W LED燈1.5米處測得的頻閃;右圖是同樣位置測得25W白熾燈頻閃。兩者同時打開后,在相同位置測得的頻閃如下圖

  頻閃幅度抵消

  可以明顯看到,頻閃幅度從760mV和680mV,疊加后降到了320mV,疊加后的波形也有所不同。之所以沒有完全抵消,是因為兩種燈具不僅僅是相位差不同,其他參數并非完全一致。

  這兩個測試給我們在大型燈具的組裝方式上提供了很好的建議:大型組合燈具應當盡可能避免使用完全相同型號的LED燈泡--其實白熾燈、節能燈也同樣適用,只是白熾燈由于沒有驅動電路,再怎么換型號,相位也是相同的。

  十、外觀、做工,以及價格對燈泡的性能我們了解得差不多了,接下來就是外觀、做工、價格等。

  外觀上大同小異,2W、3W以小燈為主,其他以大燈為主。比較特別的是GE 2W,外殼是陶瓷(?)的,不知道是不是這個影響了它的散熱性能。

  GE 2W

  品苑3W則在燈體上設計了很多小孔。這些小孔雖然有助于散熱,但估計會很容易進灰,時間久了可能更不利于散熱。另外,這個燈上一個字/logo都沒有,節約成本節約得有點過了啊

  品苑3W

  再說做工。做工方面不得不說的是OSRAM。先是淘寶上買了3個他家的LED球泡,分別是4W 6W和10W,結果這三只里面4W和6W存在明顯的瑕疵

  OSRAM 4W

  先看4W的,這面看上去,字體印刷明顯從淡到深再到淡

  OSRAM 4W

  另一面,一個是logo字跡非常淡,另一個在螺口上殘留有白色膠水。

  OSRAM 6W

  再看6W的燈泡,燈罩與燈體之間有明顯的膠水溢出--圖拍得不是很好,實物非常明顯。

  只有10W的質量看起來還成,但與Philips和GE的比還是有點差距的。我想該不是在淘寶上買到假貨了吧,便又跑到百安居買了個9W的,結果......見下圖

  OSRAM 9W

  這個9W,居然在螺口與杯體交界處殘留了一個金屬球。如果說上面那些都只是影響觀感,那么這個則有安全之虞:是否會導致意外觸電?

  至此,若非鄙人人品差到極致,就是OSRAM的品控有問題。在微博上發了問題產品的照片@歐司朗中國照明,幾天后他們聯系我說能夠給我換品質沒問題的燈,還讓給淘寶賣家和更清晰度圖片過去來鑒定真假,結果圖片給過去十幾天也沒回應,我估計淘寶賣家沒問題,東西也是真貨吧,那就是品控真的有問題了。

  還有更奇怪的,OSRAM主頁上居然沒有4W、6W、9W燈泡的產品信息。

  說到主頁,GE的主頁就更奇怪了,其中文主頁上找不到我買的任何一款燈具信息;北美版里面倒是有部分信息,11W產品居然是停產而且庫存都是firesale的......

  價格方面,品苑3W不到5元,非常親民;其他的都有點小貴,如下圖

  LED球泡價格圖

  其中OSRAM 9W購于百安居,所以價格比其他淘寶上買的貴些。基本上是功率越高,價格越貴。家里一堆燈泡改造下來,也是一筆不菲的支出。

  十一、點評與總結

  從這么一堆測試結果來看,沒有任何一款符合所有期望的燈具—當然,這是常態。

  就被測試的產品總的來說,GE的產品,除了GE 3W(94101)還不錯,但價格偏高;Philips的產品價格、性能都比較中庸;OSRAM的則很難評說,好壞差異很大,且品控貌似有問題,買它拼人品?;國產的測得不多,有價格取勝的,也有無甚性價比的。

  只能說,作為一個消費者,實在太難了:我略懂硬件,又有如此多的工具,花了大量時間精力金錢,也只能得到有限的一些參考信息,更不要提一般的消費者在沒有足夠信息的情況下,該如何選擇了。

[責任編輯:admin]



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