試論LED燈流明維持壽命的預(yù)估問題

【摘要】本文主要針對LED燈流明維持壽命的預(yù)估問題進行探討，并結(jié)合試驗分析，指出LED光源和驅(qū)動器性能變化則是共同決定了LED燈的流明維持壽命，僅僅通過LED光源IES LM-80-08測試報告中的數(shù)據(jù)則無法對于LED燈的流明維持壽命進行準(zhǔn)確評估，希望對于今后的LED燈發(fā)展具有一定幫助。

【關(guān)鍵詞】LED燈；流明維持壽命；預(yù)估方法；影響因素

根據(jù)美國能源部關(guān)于固態(tài)照明燈具中的CALIPER計劃中的第13輪的產(chǎn)品檢測中，可以看出日新月異的變化出現(xiàn)在LED照明技術(shù)中，對于13個SSL固態(tài)照明燈具來說，美國市場抽查結(jié)果說明，相應(yīng)的顯色指數(shù)、色溫以及功率因素都能得到不同程度的均衡提高，能夠達到平均光效為61lm/W。相比于前三個季度來說，能夠使得平均光效增加約為20%。另外，在實際工作中，部分LED燈光的光效能夠達到85lm/W，而高光效的LED替代燈也有所出現(xiàn)，其能夠達到90以上的高顯色指數(shù)，以及2700K低色溫，能夠有光效過超過100lm/W的LED路等產(chǎn)品。

同時，經(jīng)過相關(guān)的美國在2012年的LED替代燈產(chǎn)品的調(diào)研中，可以發(fā)現(xiàn)，其LED燈的每千流明的價格也在在下降，從2010年到2011年一年的時間基本下降55%左右；對于每流明每瓦（lm/W）光效的價格也已經(jīng)從一年的時間內(nèi)下降為44%左右。

在LED照明產(chǎn)品的不斷下降的成本價格以及進一步提高的光色電性能來說，盡管存在一定的優(yōu)勢，但是LED照明產(chǎn)品的使用壽命則確實是個問題。壽命的燃點證明對于LED照明產(chǎn)品不太現(xiàn)實，試驗方法關(guān)于加速壽命測試估算也不成熟，所以，本文主要就LED產(chǎn)品壽命估算問題進行探討，在基于LED燈能源之星計劃，結(jié)合相關(guān)實驗，分析LED燈流明維持壽命的評估方法。

1、LED燈流明維持壽命評估分析

根據(jù)相關(guān)文獻，LED燈溫度升高則是由于剩余電能所轉(zhuǎn)換而成的熱能，分析工作中的LED燈，往往僅有電能的10%～40%來轉(zhuǎn)化為光能。其中，LED性能對于溫度變化具有較為敏感的特性，在不同殼溫條件下，根據(jù)IES LM-80-08標(biāo)準(zhǔn)提出LES的流明維持測試，基于此方法，通過指數(shù)函數(shù)來擬合測試方法的測試數(shù)據(jù)，在指定溫度下，LED指定溫度下，推算個時間點的流明維持情況。

（1）

在上式中，曲線擬合參數(shù)為B和在時間t時平均歸一化光通量，t則為小時為單位的時間。

在不同的照明產(chǎn)品中的LED光源中，根據(jù)IES LM-80-08標(biāo)準(zhǔn)進行測試，在實際工作中的不同照明系統(tǒng)進行測試的殼溫條件存在差異性，則應(yīng)該根據(jù)插值法進行推算，這樣就可以得出在其他情況下的流明維持情況。另外，可以在測試數(shù)據(jù)中選擇最大和最小殼溫之間任何溫度點進行推算其流明維持情況，但是，在不同的驅(qū)動電流下的流明維持，還不能進行相關(guān)的LED光源的推算。所以，這里評估LED燈或者燈具的流明維持壽命則是利用相應(yīng)的LED光源的IES LM-80-08的測試報告，要求進行LED光源的流明維持壽命推算的條件則是，應(yīng)該保證流過相應(yīng)的LED照明產(chǎn)品中的LED光源的驅(qū)動電流必須大于LED光源的測試報告中的驅(qū)動電流測試條件。

影響LED照明產(chǎn)品流明維持壽命的主要因素中主要包括驅(qū)動器和LED光源，這兩者因素有相互影響，其中在LED燈具中表現(xiàn)更為明顯，因為，LED燈在較小的器具中繼承了驅(qū)動器和光源，產(chǎn)品整體的流明維持性能則會受到相互的性能變化和熱輻射的影響。結(jié)合實際LED燈的特殊要求，整體式的LED燈標(biāo)準(zhǔn)要求，分析如下：一是，LED光源制定測試點的溫度和驅(qū)動電流都不能大于IES LM-80-08的測試報告中的最大殼溫和驅(qū)動電流的條件。二是，根據(jù)IES LM-80-08的測試報告，且6000小時的流明維持應(yīng)該至少達到92%；三是，LED燈3000小時的流明維持也不應(yīng)該小于95.8%。要獲得相應(yīng)的全面認證，還應(yīng)該完成6000小時的流明維持測試。對于能夠上到上述前兩天要求，且對于LED燈具中的驅(qū)動器使用最大溫度不超過驅(qū)動器制造商推薦的最大值，則不用提供第三項的測試結(jié)果，使得監(jiān)測認證周期有所縮短。

所以，本文通過實驗方法探討了LED燈流明維持壽命評估方法。

2、實驗結(jié)果分析

這里采用兩組，每組各12個7W車鋁球泡燈和12W車鋁球泡燈兩種類型的LED燈，使用同樣型號的LED光源，其中，測試殼溫在LED光源的IES LM-80-08的測試報告中，溫度分別為：25℃，55℃，85℃，驅(qū)動電流則是300mA。

對于兩種LED燈樣品的光度性能測試和老化測試，其驅(qū)動的條件則為AC 220V（60Hz），樣品中的LED光源都是采用串聯(lián)方式，測試結(jié)果如表2所示，其中包括兩種LED燈樣品正常工作LED光源電流IF，LED光源的數(shù)量，測試報告中LED光源殼溫監(jiān)測點中所對應(yīng)的測試點溫度Ts等。

其中，在上述兩種類型的LED燈樣品中，六個燈頭朝上，六個燈頭朝下，老化測試則是在45℃下進行 測試，另外，根據(jù)相應(yīng)的IES LM-80-08測試標(biāo)準(zhǔn)，劃定老化測試過程中的相應(yīng)的0h，500h， 1000h，2000h，3000h的時間點，每個樣品進行光電性能的測量則是根據(jù)積分球測試系統(tǒng)，同時，還能夠保證樣品工作方法和老化測試方向一致。

根據(jù)相應(yīng)的IES TM-21-11的推測方法，再加上LED光源的IES LM-80-08測試報告和實測指定點的溫度，以及每個型號的12個樣品的在3000h老化后的流明所維持的平均值，能夠?qū)τ贚ED燈在指定溫度下工作3000h后的流明維持進行推算。從結(jié)果分析可以看出，兩種型號的LED燈在實測值和推算值的誤差在1%之內(nèi)，非常接近。但是，根據(jù)上述規(guī)定的能源之星的要求，LED燈3000h后的流明維持數(shù)據(jù)能夠滿足，但是，存在流過LED燈光源的電流都大于IES LM-80-08測試報告中的最大驅(qū)動電流，還不能滿足LED燈能源之星的初始認證條件。所以，還應(yīng)該進行相應(yīng)的6000h流明維持測量的試驗，才能進行有效判斷。

經(jīng)過上述分析，可以得到，首先，對于這兩個型號的LED燈正常穩(wěn)定工作12W車鋁球泡燈和7W車鋁球泡燈的流過LED光源的電流分別為254mA和286mA，都小于LED光源所允許的最大正向電流300mA；經(jīng)過公式，可以對LED光源的結(jié)溫Tj進行預(yù)估，得到這種類型的LED光源的結(jié)溫分別為83.7℃和92.6℃，都小于LED光源所允許的最大結(jié)溫110℃。

通過上述分析，可以得到，LED燈樣品中的LED光源都能夠在廠商所規(guī)定的工作條件內(nèi)，另外，相比于12W車鋁球泡燈來說，LED光源在7W車鋁球泡燈中工作條件則相對惡劣，所以，樣品7W車鋁球泡燈的3000h流明維持的數(shù)據(jù)略小于12W車鋁球泡燈樣品。另外，相比于TM-21推算結(jié)果，兩種LED燈的3000h流明維持實測結(jié)果都要小一些，相比于12W車鋁球泡燈，7W車鋁球泡燈推算值和實測值則偏差較大。另外，在TM-21推算方法中，LED的電能主要是轉(zhuǎn)換成熱能和光能，這樣其中已經(jīng)考慮相應(yīng)的LED流明維持壽命的影響?？梢酝ㄟ^一定假設(shè)，要求對于LED流明維持壽命影響在電應(yīng)力方面完全為轉(zhuǎn)換成熱應(yīng)力的影響，這要規(guī)定在一定的允許驅(qū)動電流內(nèi)。所以，LED驅(qū)動器的變化則是造成偏差的主要因素，從上述兩種樣品的分析中可以看出，在3000h老化過程中，通過光電參數(shù)歸一化到初始值的相對漂移可以有效證明。

分析在3000h老化過程中的12W車鋁球泡燈樣品，存在基本同趨勢的變化的燈電流和功率，其都趨于穩(wěn)定，具有恒定的功率因數(shù)PF；對于總光通量來說，存在較小的相對漂移，緩慢起伏衰減，光效也是隨之緩慢衰減；分析在3000h老化過程中的7W車鋁球泡燈樣品，其燈功率、電流和PF等都是和12W車鋁球泡燈基本一致，這些電參數(shù)在進行3000h老化以后都出現(xiàn)比較大的負向漂移，這是因為較大的變化出現(xiàn)在驅(qū)動器的性能中，另外，相應(yīng)的衰減也出現(xiàn)在總光通量中，但是，相比于功率的漂移還小一些，所以，經(jīng)過3000h老化后的光效還是有一定的提高。

綜上所述，兩種LED燈樣品總光通量存在不同的衰減趨勢，此外，相比于LED光源的IES LM-08-80測試報告，也存在不同的衰減趨勢。所以，這點可以說明，LED光源和驅(qū)動器性能變化則是共同決定了LED燈的流明維持壽命。

3、結(jié)語

本文主要針對LED燈流明維持壽命評估方法繼續(xù)相關(guān)研究，研究指出，LED光源和驅(qū)動器性能變化則是共同決定了LED燈的流明維持壽命。僅僅通過LED光源IES LM-80-08測試報告中的數(shù)據(jù)則無法對于LED燈的流明維持壽命進行準(zhǔn)確評估，這點也在試驗中進行相關(guān)驗證。

參考文獻

[1]唐國慶.從室內(nèi)照明發(fā)展趨勢論LED技術(shù)提升的關(guān)鍵[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2009，34（3）.

[2]彭捷.高功率LED應(yīng)用中的主要問題[J].光源與照明，2004，（3）.