产品特点
电光转换效率是衡量LED性能的一个重要指标,是指将电能转换为光能的能量转换效率,它遵循能量守恒定律。光通量代表光源发光总量,单位是流明(lm),输入的电能功率,单位是瓦(W),转换效率即为 流明/瓦(lm/W)。手电发光是LED将电能转换为光能的过程,只有小部分转换为光能,大部分转换为热能。
I 光强Luminous Intensity:表示光源给定方向上单位立体角内的光通量,单位是坎德拉(cd)
也就是上图圆锥内的光通量(箭头)。如果是点光源,即使圆锥的体积发生变化,如果立体角不发生变化,圆锥内通过的光量也不会发生变化。光通量是指所有方向上的总量,反过来将所有立体角的光强加在一起(积分)就可以得到光通量。
任意大小的球总立体角均为4π,因此烛光的总光通量固定为4π,且不因距离变化而变化,1烛光(cd)的光通量约为12.56流明。
同一颗LED功率越小电光转换效率越高,热量损失越少,功率越大转换效率越低,发热量越高。以下用CREE的XP-L2为例,厂商以1050mA电流下的光效划分不同等级,等级越高转换效率越高,价格越高,你见到的T6、U2、U3、U4、V5、V6、W2都是指的等级,电光转换效率逐级递增。顺便说一句Luminus SST-40的等级是P4>P3>P2>N5>N4>N3>N2。
由上表可知350mA时可发出203流明(lm),光效高达213.8 lm/W,而满功率3000mA时发出1316.2流明 (lm),光效仅138.2 lm/W, 光效足足下降了35%,下降的部分转换为热量了。这就解释了为什么越亮就越热。
这里没有谈对LED超流(超额定功率)后的光效,可以肯定的说对任何LED超流后,其光效远远低于原厂标称值很多很多,超流的结果是又亮又烫续航时间又短,LED寿命还大打折扣。
近几年流明密度提升举步维艰,头部企业CREE新品一直在增加发光面积来提升光通量。在没有新技术出现之前不大可能大幅提升单核心的光效,几家LED大厂单核的性能也非常接近。
所以要亮,多芯片矩阵LED就显的非常有必要。输入总功率由多个核心分摊,单一核心的光效就可以维持在较高水平,“众人拾柴火焰高”光通量叠加亮度自然就更高,同时热量损失也更少。
同样拿XP-L2 HD W2来推算(不严谨的推算看看就好,你又爱又恨的CREE是不会拿W2这么高等级为你组合的,牙膏还可以挤几年。况且LED组合还涉及到很多学问这里不展开)。
同等10W时(你可以理解为相同续航时间),一颗LED光通量1316.2流明,将4颗拼在一起因为个体低功率光效高,光通量1657.6流明,足足提升了26%。打个比方,限时10分钟搬砖,我一个成年人虽然力气大,也比不过一个班的小学生搬的砖多。超流(超功率)就是用鞭子抽我,压榨我的极限让我比快更快,不管我下一秒还能不能站起来。
拼在一起以后它的最大功率也可由原来的10W上升到40W,翻了4倍,理论光通量来到了5264.9流明。这就是多核心矩阵的意义,可以维持较高光效,可以更大功率,光通量自然就更高。
CREE XHP35、XHP50、XHP50.2、XHP70、XHP70.2和Luminus SST-70X、SFT-70X及未来XHP35.2、XHP50.3、XHP70.3都是将4颗LED呈“田”字形拼在一起集中发力,维持高光效的同时加大功率,光通量大幅提升,你会明显的感觉到更亮了。国产LED厂商深谙其道,更是组合出6核、9核、12宫格还取了个好听直译的名字P120。
这和手电指向性照明的需求有关,通常手电需要两次光学设计,一次由LED厂商完成出光角度、光通量、光强、光强分布、色温范围、显色指数等。二次由手电厂商完成,主要集中在反光杯的设计,反光杯的目的是把LED发散的光线汇聚发射往一个方向,聚弱为强,以达到强化照明效果。通过对反光面的设计可以调整手电的出光角度、聚光/泛光比例等。
LED发出的光经过反光杯二次反射投射出去,在相同反光杯和物理条件下,不同LED的发光面积与聚光性能密切相关。其发光面积越小表现为中心光强越高,也就是越聚光远射。发光面积越大光线越难以被约束光越散。
由前文可知,4核心相当于单核心4倍的发光面积,这就需要配置大口径深反光杯,反光杯体积大了容纳它的手电就大了。例如:在路上M9 PRO、X3 PRO、X5 PRO、X6-USB。同等体积(同等反光杯)要想获得更强聚光性能,还得单核心上场。单核心发光面积小,粗算只有4核心的1/4更容易做到聚光。更有去掉透镜的平头版本加持,例如XP-P、XP-L HI、XHP35.2 HI、SFT-40、NM1、PM1。
中间的荧光粉部分是发光体,SFT-40比较好辨认,XHP50.2也是正方形不过CREE把整颗LED都糊满了荧光粉,不讲究卫生啊。从外观上我们能一眼就能看出LED发光面积的区别。以下是发光面积柱形图,资料来自网络。
按需选择,合适的才是最好。为了便于理解我们将光斑划分为[中心光柱]和[泛光区域]。首选输出光通量相等,切换反光杯[中心光柱]与[泛光区域]的光强互为此消彼长的关系。
其次LED灯珠仅是光斑表现的一方面,聚光/泛光与反光杯口径及工艺密切相关,当然我们不能忽视高光通量带来的震撼,这些暂撇开不谈。
下文依然是基于相同条件下不同LED的对比,设置前提条件便于我们了解LED对于聚光性能的影响。
上述“在路上X6-USB”相同反光杯 不同的两款LED,其出光立体角相同。XHP70.2 4核心[泛光区域]的光通量更高几乎覆盖了对方,SFT-40的[中心光柱]更细光强必然照射的更远。
前文提过多核心的XHP70.2是由4颗小LED拼成一个大LED,发光面积31.52mm²,封装在7mm*7mm的透镜内。[中心光柱]较粗,P4级在满功率30W下可达4325.2流明,[泛光区域]光强高,光线所覆盖区域亮度高物体清晰可辨。是目前进口LED中最强的多核心。因其粗壮的[中心光柱]它照射的并不远,而是广阔且亮度高。玩家简称它P70或P70二代,是目前光效最高的泛光LED,孤独求败没有竞品。
但XHP70.2并非没有缺点,它的驱动电压必须要6V以上,对于1节锂电池3.7V来说需要升压才能驱动它,升压的转换效率普遍在85%左右(当然也有同步整流效率90%+成本翻倍),意味着仅提高电压以支持它就需要损失15%的电能。再来升压时若要提供5A电流,锂电池端放电电流近11A,对电池放电性能、弹簧、开关、各零配件接触电阻都是一个考验。
好在,我们还有3V版本的XHP50.2,依然是由4颗小LED拼成一个大LED,发光面积23.22mm²,与上面XHP70.2 6V版2并2串不同,CREE将4颗芯片全并联封装在5*5mm的透镜内,原生的低电压4核心是目前单节锂电池最强泛光LED(可理解为相对均匀的光)。
如果你不在乎升压的损耗,或者通过串联电池来提高供电电压(如:在路上X6-USB),那么无疑XHP70.2是这个阵营的首选。如果在意损耗,又无法接受串联电池加长的“金箍棒”手感,3V版本的XHP50.2是最佳选择(如:在路上U16、U18、X5-4核版)。
单核心的SST-40和XM-L3是同级竞争产品,都是一颗发光面积4mm²的LED封装在5*5mm的透镜内,都在18W约1800流明左右,粗看外形一样,LED最重要的指标——发光效率二者旗鼓相当。但是不知道为什么我们很难见到SST-40高等级的货,Datasheet中最高等级P4 6A下可达2173流明,而目前供应最多的是N4-N5离最高P4差了3-4个等级,6A下只有1693流明和1806流明。难道也是受芯片缺货的影响?再看CREE高等级铺货倒是很好。
它们在搭配40mm以上大口径反光杯时[中心光柱]又细又亮,较多的光线被集中在[中心光柱]近乎平行的投射出去(平行是追求那是不可能滴!),光强超过10万坎德拉,远射超过600米。射出一条光柱划破夜空,百米开外不在话下,但照射脚下就一只盘子大小的光圈白花花的刺眼,驴友用于爬山反馈“调低档位旁边看不清,调高档位中间太刺眼。”此时的它更适合探照、搜索、隧道、探洞、开路及需要远距离照明的场景。
在搭配36mm口径以下反光杯时,带来泛光与聚光兼顾的平衡性能,照顾的更全面。适合中距离及近距离照明,如家用、徒步、钓鱼、爬山、露营、工作面照明等大多数户外活动。
筒友群比较热衷于聚光远射,细细的光柱劈荆斩棘人群中你最闪耀,有些更是超流(超功率)使用,LED寿命、效率、发热、续航都不是考虑因素,只要帅过3秒就行。引用某位桐油的话“还不到LED寿命到头,就有新LED出来了早就该换掉了,效率是什么?续航是什么?不就是要多带几节电池么”。这么说也挑不出毛病。
SFT-40已出Rev.01版,拥有接近SST-40的性能,凭借官方去果冻(透镜)与3.83mm²的发光面积,同等40mm口径反光杯光强提升100%,从前文可知光强决定了照射距离,计算公式为 射程=√(光强*4),在样品【在路上X5】40mm口径反光杯下远射超过600米,在当下在大功率聚光远射市场大有横扫之势。
从实际体验来看,输出光通量相同的手电,聚光的照射范围小光强高,对人的感官刺激更强烈会让人感觉更亮,特别是拍照同框对比的时候「泛光区域」的光交叉,SFT-40细细的光柱会给你留下深刻印象。所以,追求聚光的筒友可以忽视它与SST-40的那点数据差异,可别忘了特定条件下它的光强要高一倍以上,对比起来SFT-40给人的直观感觉要亮很多。
非常期待在后期Rev.02版能提升光通量和光效。它的出现令人眼前一亮,上次打动我还是久远的CREE XR-E Q5的面世。“十年磨一剑,霜刃未曾试。今日把示君,谁有不平事?”
这里特别提醒反光杯口径越大越深,搭配SFT-40时光强提升越明显,光柱越细照射的越远。现阶段用18mm反光杯搭配SFT-40几乎感受不到它与SST-40有特别明显的差异,反而拉低了整体光通量与光效。对于小直手电或小口径反光杯倘若想要聚光,个人建议当前可选nm1,或是再等等CREE XP-P 1mm²核心的LED。小反光杯现阶段依然是XM-L3或SST-40最合适。
可见4核心的XHP50.2得益于它多核心矩阵的优势,光通量鹤立鸡群,同等功率(可理解为相同续航时间)高出SST-40 38%,高出SFT-40 47%。
光强测试中平头的SFT-40 一枝独秀,肉眼可见的中心光斑更小更强,盖过它大哥SST-40的风头超了100%,XHP50.2就显的弱鸡被超319%,各擅胜场罢了。