분해: LED 전구 이론과 현실

듀안 벤슨 | 2023년 8월 25일

일반적인 가정용 LED 전구의 수명은 25,000시간으로 광고되는데, 하루 3시간 정도 사용하면 20년 이상이 됩니다. 좋은 것 같지만 상당수가 30~60일 사용 후 과도하게 깜박이거나 전원이 전혀 켜지지 않는 것 같습니다. 물론, 같은 기간에 수많은 백열 전구(ILB)가 소진된 적이 있습니다. 그러나 ILB는 단 2,000시간만 보장되므로 훨씬 저렴한 가격으로 제공되므로 특히 ILB를 더 이상 사용할 수 없는 지금은 LED 전구에 대한 기대가 더 높습니다.

2023년 8월 1일부터 대부분의 백열 전구의 제조 또는 판매는 미국에서 더 이상 합법이 아닙니다. 이 법은 특히 와트당 45루멘 미만을 생산하는 모든 전구에 적용됩니다. 다양한 정원용 가정용 전구가 W당 10~12루멘 정도를 제공하고 할로겐의 최고 밝기가 W당 약 20루멘이라는 점을 고려하면 사실상 백열등 금지 조치입니다. 가전제품 및 기타 가혹한 환경 설치에 대한 예외가 있으며, 새 오래된 재고에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 사용이 금지되지 않았습니다. 가지고 있다면 원하는 만큼 사용할 수 있습니다.

이 글에서는 수명이 수십 년이라는 약속에도 불구하고 수명이 30~60일에 불과한 이유를 알아보기 위해 일반적인 LED 전구를 분해한 내용을 공유하겠습니다.

LED 조명의 약속은 두 가지입니다. 첫째, 전력 효율성이다. 우리 집 위층에는 전구가 26개 있습니다. 나는 일반적으로 총 1.56kW에 대해 모든 고정 장치에서 60W 또는 이에 상응하는 전력을 사용합니다. 모든 조명을 동일한 밝기의 LED 전구로 교체한 후 원하는 경우 큰 욕실에 있는 다중 전구 조명기구 하나와 동일한 전력으로 조명 24개를 모두 켤 수 있습니다. 위층 전체를 조명하는 전선을 통해 흐르는 120V 전력의 3A 미만입니다. 엔지니어링에 관심이 있는 사람으로서 저는 이를 안전을 위한 여유 공간이 많다고 부릅니다.

개인적으로 저는 일반 조명 목적으로 LED 조명을 선호합니다. 집 배선에 가해지는 부하에 대해 더 안전하다고 느끼고 전력 사용량이 줄어든 것에 대해 매우 만족합니다. 다양한 색온도를 가질 수 있는 유연성도 좋습니다. 나는 저녁 식탁 위의 부드러운 흰색을 즐기고 일하는 곳에서는 밝은 빛을 즐깁니다. 물론 이러한 선택의 양은 너무 많은 옵션이 있는 "제1세계 문제"를 야기합니다. 부드러운 흰색과 일광 외에도 Home Depot은 겸손한 Edison 베이스에 추가로 7가지 조명 유형을 제공합니다. 이는 스마트 전구도 포함하지 않은 것입니다.

두 번째 장점은 LED 전구의 수명입니다. LED 전구당 $4.00의 가격으로 설치된 성능은 최소한 광고된 성능에 근접할 것으로 예상됩니다. 저는 LED를 포함한 고체 전자 장치를 꽤 잘 이해하고 있으므로 이론적인 30년 수명이 타당하다고 봅니다. 그러나 나는 또한 대량 규모, 수익성 및 제조 현실을 위한 설계의 경제성을 이해합니다. 그것은 내가 경험한 많은 조기 실패에 대한 몇 가지 이론을 제공합니다. 내 생각에는 중요한 부품(대부분 커패시터)에 대한 몇 푼의 비용 절감이 가능하다고 생각됩니다.

LED는 백열전구에 비해 놀라울 정도로 효율적이지만 입력 전력의 약 60%가 열로 손실됩니다. 이는 9W(60W IC와 동일)가 5.2W 히터임을 의미합니다. 그다지 많은 것 같지는 않지만 모든 열은 밀폐된 베이스와 LED 장착 기판에서 발생합니다. ILB는 훨씬 더 큰 열부하와 싸워야 하지만 중요한 재료는 필라멘트와 유리 봉투입니다. 업계에서는 이를 개선하는 데 약 140년이 걸렸습니다.

이번 분해를 위해 저는 설치 기간이 60일 미만인 LED E26(Edison 기반) 램프 3개를 분해했습니다. 지속적인 작업 조건에서는 아무것도 실행되지 않았습니다. 하나는 완전히 밀폐된 고정 장치에 사용하도록 정격된 표준 전구입니다. 나머지 두 개는 완전히 밀폐된 설비에 적합하지 않은 것으로 표시된 실내 홍수입니다.

표준 크기 전구는 전자 장치와 LED를 알루미늄 기판 PC 보드에 배치합니다. 램프의 베이스 부분은 추가 방열판 역할을 하기 위해 알루미늄으로 라이닝되어 있습니다. 안전을 위해 해당 베이스 부분은 플라스틱 쉘 내부에 있습니다. 주 전해 콘덴서는 램프 베이스의 비어 있는 공간에 있는 PC 보드 아래에 매달려 있습니다. 이 배열에서 저는 제조 어셈블리 품질 관리와 관련된 첫 번째 문제를 발견했습니다.