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LED灯泡寿命标称5万小时,为何不到一年就坏了?

phoue

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前几天洗手间的灯坏了。那是一个换上去还不到一年的LED灯。翻看包装盒,上面赫然写着“寿命50,000小时”。按每天使用3小时计算,应该能用45年才对。然而,它只撑了一年就坏了。

起初我以为只是运气不好买到了次品。但仔细一想,这已经不是第一次了。去年是厨房的灯,前年是玄关的灯。换成LED之后,反而感觉比以前用荧光灯时换得更勤快。觉得奇怪,我便开始研究起来。

LED灯泡寿命5万小时,真正坏掉的零件在哪里?

我首先产生的疑问是:“LED本身的寿命真的很短吗?”答案是否定的。LED光源(芯片)本身的理论寿命是基于亮度降至初始值的70%这一标准来计算的,是通过在55度、85度、105度三种温度下连续点亮6,000小时以上,推导出的光衰减曲线得出的。也就是说,我们常见的“5万小时”这个数字,并非指芯片完全熄灭的时间,而是一个计算亮度逐渐变暗后的理论数值。

问题在于,灯泡里并不只有LED芯片。家里的插座输出的是交流电(AC),而LED需要直流电(DC)驱动。因此,灯泡内部装有类似手机充电器的电源装置(转换器),以及调节亮度和寿命的PWM控制器等辅助电路。拆开来看,往往这些电路零件比发光的芯片更不耐热,且发热量更大。最终,当灯泡坏掉时,绝大多数情况都是这些电路先出了问题,而不是LED芯片本身。

想到这里,我不禁感到有些虚脱。“LED寿命5万小时”的营销文案并没有撒谎,但准确地说,那是“芯片理论上的光衰减寿命”,而不是“整个灯泡能存活的时间”。

분해된 LED 전구 내부, 컨버터 회로기판과 커패시터, 방열판이 보이는 모습
분해된 LED 전구 내부, 컨버터 회로기판과 커패시터, 방열판이 보이는 모습

LED转换器与电解电容,为何偏偏是这里出问题?

那么,为什么偏偏是那些电路零件先坏呢?这就要深入探讨一下了。

电源装置内几乎都会用到一种叫电解电容(电容器)的零件。查阅其结构后发现,铝电解电容天生就是寿命有限的零件。内部的电解液会根据温度发生气化,并逐渐通过密封橡胶流失。随着时间推移,容量减小、电阻升高,最终电解液彻底干涸,导致电路断路。也就是说,这是一种从一开始就注定“终有一天会干涸”的零件。

而且,这种干涸的速度对温度极其敏感。在预测铝电解电容寿命时,常使用“10度2倍法则”,即温度每升高10度,寿命就会缩短一半。实际上,查看LED照明的相关资料也可以发现,LED温度每上升10℃,寿命可能会缩短50%。因此,如果将其安装在洗手间这种密闭插座或嵌入式灯具中,热量无法散发,对于电容来说简直就像被困在桑拿房里,它会非常诚实地以那个速度迅速干涸。

廉价产品中这个问题尤为突出,原因也在这里。查看实际使用评价发现,廉价LED灯具由于镇流器电路或散热处理问题,寿命反而更短,严重的情况甚至出现过100小时内坏掉两个的案例。拆开后发现,烧毁的不是发光部,而是内置的二极管本身。仅看LED本身的寿命,广告词确实不算错,但问题在于,绝大多数情况下,除LED之外的其他组成部件的寿命根本跟不上LED芯片的寿命。

廉价LED灯泡与昂贵LED灯泡,散热片和电容大有不同

此时自然会产生一个疑问:“那么贵的产品有什么不同呢?”

首先是电容种类不同。除了普通的铝电解电容,还有一种等效串联电阻(ESR)更低、工作寿命更长的聚合物铝电容,它使用固体聚合物代替液态电解质,因此从根本上就少了会“干涸”的液体。当然,成本也会更高。廉价灯泡为了节省成本而放弃了这些,所以便宜货先坏也就不足为奇了。

散热片的材质差异也很大。目前LED照明散热片的主力材料是铝。在替代白炽灯的灯泡型、投光灯、工厂灯、路灯等LED照明中,散热片占总材料成本的三分之一以上。散热片占据了这么多成本,意味着如果把材料用薄,或者用劣质铝材替代,就能相应地降低价格。实际上,业内普遍认为决定LED寿命和价格的关键部分正是散热片。

电源驱动器本身的设计寿命原本就比LED芯片短,这一点也很有意思。通常驱动电源的寿命在1万~3万小时左右,这是由于电解电容干涸或MOS晶体管烧毁造成的,而LED芯片本身的理论寿命却超过5万小时。也就是说,从一开始结构就是“灯泡整体寿命 = 最短命零件的寿命”,而那个最短命的零件在廉价产品中会变得更短。

想到这里,甚至会感到有些委屈。我们购买的是名为“LED灯泡”的商品,但实际上厂商在通过控制内部最薄弱环节的质量来调节成本。

[INFOGRAPHIC: “廉价LED灯泡 vs 昂贵LED灯泡内部结构对比” — 通过对比卡片展示电容种类、散热片材质、预计寿命的差异。直观地指出哪些零件是成本削减的目标。*

LED灯泡寿命,嵌入式灯具或洗手间环境也有影响吗?

只谈零件还有一点遗憾,那就是灯具本身的结构。

我一直好奇为什么安装在洗手间或嵌入式灯具等密闭空间时会坏得特别快,原因纯粹是因为热量没有散发的出口。虽然LED本身发热量不大,但散热主要依靠循环空气,因此在通风不良的结构中就会出现问题。据称,灯泡表面温度超过70度时,内部就会受到损伤。

还有说法称,像洗手间的吸顶灯那样安装在玻璃罩内是“最恶劣的条件”。因为在罩内热量无法散发,再加上洗手间特有的潮湿环境,这对灯泡型LED来说是最糟糕的生存环境。此外,如果听到“滋滋”的电流声,可能是建筑供电质量本身较差的信号,这也会加速LED的损坏。

这一点让人既感到无奈又觉得有道理。无论用了多好的零件,如果塞进密闭的嵌入式灯具里,对电容来说就是进了桑拿房。反之,即使是廉价灯泡,如果插在通风良好的台灯上,意外地可能撑得更久。不过,目前我还没找到通过统计数据证实这一点的资料,这仅仅是基于发热原理的推测。

这里还有一个容易混淆的点。即“LED灯泡寿命到了”到底是什么意思。起初我以为会像灯丝灯泡那样突然熄灭,但参考前文提到的L70标准,情况就不同了。LED芯片的光衰从点亮的第一天就开始了,只是初期太慢而无法察觉。所以,“芯片寿命到了”这个表达并非指完全熄灭,而是指亮度明显变暗。相反,像我家洗手间的灯那样突然熄灭的故障,几乎都是转换器电路侧的完全断路。即使同样说“坏了”,指代芯片的话题和指代电路的话题其实是两种不同的现象。

明白了这种区别,在买灯泡时该看什么也更清晰了。只看包装上印的“额定寿命”数字来挑选,实际上看的只是芯片的理论值,与它在家里能撑几年是两码事。反而那些标称单位瓦特(W)亮度(流明)极高的产品,即广告宣传在同样功耗下异常亮的产品,值得怀疑。这可能是通过过度发光来弥补散热不足,从而导致电容和散热片承受更大压力的结构。当然,这也只是基于原理的推测,因为没有对每款产品进行实测,将其作为绝对标准需要谨慎。

想让LED灯泡用得久,该看什么?

整理到这里,有必要总结一下。我制作了一个表格。

廉价LED灯泡 vs 昂贵LED灯泡 零件与寿命对比

| 区分 | 廉价型LED灯泡 | 昂贵型LED灯泡 |

| — | — | — |

| 电容 | 普通铝电解型,廉价零件 | 多采用聚合物铝电容等长寿命零件 |

| 散热片 | 较薄或劣质材质,常伴随塑料 | 铝材占比高,厚度有保障 |

| 驱动寿命设计 | 因成本削减,设计寿命往往较短 | 设计冗余,发热裕量充足 |

| 认证 | 存在无认证/廉价流通产品 | 多经过KC、KS等认证流程 |

| 售后(A/S) | 实际上几乎没有 | 有品牌方的质保政策 |

提到认证,在韩国制造、流通、销售LED灯具时,所需的认证包括KS认证、KC认证和高效器材认证。其中,KS认证旨在确保LED照明产品的质量和耐用性,并通过产品标准化提高消费者信任度。KC更接近于安全认证,而KS则是质量和性能标准,所以即使是同样的KC认证产品,是否获得了KS认证又是另一回事。不过,我没能找到仅凭认证与否量化对比实际寿命差异的资料。获得认证仅代表“通过了最低标准”,并不代表能保证“用得最久”。

从实际使用角度来看,能做的其实很简单:密闭的嵌入式灯具或玻璃罩内不要使用廉价灯泡,如果散热结构良好,则无需刻意追求昂贵产品,以及选择有售后保障的厂商产品,而非无名品牌。其实这与其说是LED的窍门,不如说是挑选电子产品的通识。

LED灯泡寿命,到底什么才是正解?

回到最初的问题,“LED寿命长,为何坏得快?”的答案更倾向于“LED没坏,而是其他部件坏了”。而且,那些其他部件,即电容和散热片,越是廉价型就越容易先坏。

不过,我不敢确定这是否能仅靠价格标签来100%判断。即使是同一个品牌,不同系列的产品零件可能也不同,在真正拆开之前,很难知道内部构造。如果洗手间的灯坏得特别频繁,在责怪灯泡之前,先怀疑一下插座的结构,这是我目前所能确认的全部建议。

参考资料
  1. Daum Tip - LED灯泡(照明用)优缺点、嵌入式插座发热问题
  2. Clien - LED灯泡寿命本不该这么短,频繁损坏的原因(转换器/PWM控制器发热)
  3. TodaysPPC - 廉价LED灯泡寿命过短的案例(二极管烧毁)
  4. 文化照明 Q&A - LED灯具寿命不良案例
  5. HQG Optoelectronics - LED维护:温度每上升10度寿命缩短50%
  6. DigiKey - 电容类型特性,铝电解电容与聚合物电容寿命差异
  7. Panasonic IDS Korea - 铝电解电容的10℃ 2倍法则
  8. Namuwiki - 电容器、电解电容器质量偏差
  9. 电子新闻 - LED照明散热片铝材之后的下一代材料
  10. ledrhythm - LED L70寿命标示标准,电源驱动器寿命1万~3万小时
  11. e-Nara标准认证 - KS C 7653 LED灯泡规格
  12. cpuholic - KS认证/KC认证/高效器材认证的区别
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