采用半導(dǎo)體(光源) 燈具的一般要求與試驗

廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院　戴高峰

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采用半導(dǎo)體(光源) 燈具的一般要求與試驗

廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院戴高峰

【摘要】與傳統(tǒng)光源的燈具不同采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具的設(shè)計使用壽命和燈具的防護壽命相同，本文對編制標(biāo)準(zhǔn)采用半導(dǎo)體(光源) 燈具一般要求與試驗的說明。

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體LED；試驗；分析

從大量的試驗中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)用恒定的直流電壓給采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具供電，在保持通電的情況下，采用半導(dǎo)體LED(光源) 燈具的電流是慢慢增加的，即采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具的功率是增加的；就是說在這種狀態(tài)下半導(dǎo)體LED(光源)的PN結(jié)電阻是減少的。

這個現(xiàn)象是由半導(dǎo)體LED(光源)的特性決定的：半導(dǎo)體LED(光源)在正向電壓下發(fā)光是通過電子與空穴的復(fù)合運動，將復(fù)合的能量以光(有效復(fù)合)或熱(無效復(fù)合)的形式釋放，也就是說半導(dǎo)體LED(光源)PN結(jié)的電阻是隨著直流電流的增加和溫度的升高在不斷減小。

1　要想提高PN結(jié)的有效復(fù)合能量

（1）通過在試驗中不斷地搜尋導(dǎo)熱和散熱都比較好的半導(dǎo)體作為PN結(jié)材料。

（2）通過在試驗中不斷地搜尋導(dǎo)熱、散熱和絕緣都比較好的材料；作為PN結(jié)的襯底材料。

（3）可以采用導(dǎo)熱、散熱和絕緣都比較好，連接作為PN結(jié)的襯底材料進行自然散熱、風(fēng)冷散熱和水冷散熱等方式進行散熱。

事實證明：從我國的超級計算機天河一號和天河二號的使用情況比較可以發(fā)現(xiàn)；超級計算機天河一號是采用風(fēng)冷方式散熱，超級計算機天河二號采用水冷方式散熱，根據(jù)近來使用反映的信息：超級計算機天河一號在世界超級計算機的運算速度比賽中只在第一名位置停留了很短的時間，并在使用中出現(xiàn)了故障，超級計算機天河二號在世界超級計算機的運算速度比賽中取得了第一名直到現(xiàn)在還是遙遙領(lǐng)先于世界；水冷方式比風(fēng)冷方式散熱的效率高幾百倍。

2　所謂半導(dǎo)體LED(光源)燈是指采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管技術(shù)做為發(fā)光源的一種新型環(huán)保照明產(chǎn)

（1）半導(dǎo)體LED(光源)發(fā)光特性：半導(dǎo)體LED(光源)在正向電壓下發(fā)光是通過電子與空穴的復(fù)合運動，將復(fù)合的能量以光(有效復(fù)合)或熱(無效復(fù)合)的形式釋放，發(fā)出的光場呈扇形分布，發(fā)光強度略大于最大強度的一半之處所構(gòu)成的角度稱為半強度角1/2，是典型的點光源和高指向性光源。如果將多個半導(dǎo)體LED(光源)芯片封裝在一個面板上，那么就構(gòu)成了面光源，但仍具有高指向性，距離照明需求的散光源還有一定的差距。雖然可以在封裝時加上散射劑以及光學(xué)透鏡處理來促進散射問題，但在大功率 半導(dǎo)體 LED (光源) 發(fā)光芯片的散熱及發(fā)光效率的處理上又存在著尋求理想解決方案的難題。

由于是高發(fā)光強度的點光源和高指向性光源，對人眼視網(wǎng)膜造成傷害的問題不容忽視。因此，在大功率照明光源設(shè)計、創(chuàng)新中就要有新的思路，并制定新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（2）制定LED(光源)半導(dǎo)體照明光源標(biāo)準(zhǔn)的建議:現(xiàn)有半導(dǎo)體LED(光源)照明的設(shè)計仍沿用傳統(tǒng)照明設(shè)計思路是不可取的。傳統(tǒng)照明是由燈絲或其它電致發(fā)光材料發(fā)光，較少考慮散熱問題，與半導(dǎo)體LED(光源)照明通過電子注入與空穴復(fù)合發(fā)光完全是兩種發(fā)光原理。因此，半導(dǎo)體LED(光源)照明標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)沿用燈泡、燈管、燈座、燈罩的概念，而應(yīng)該是由發(fā)光體、散熱體、電源組、光學(xué)組件構(gòu)成發(fā)光引擎。低照度(小于30lm/W)二極管可采用現(xiàn)行二極管的標(biāo)準(zhǔn)，而大功率(大于1W)、高流明[根據(jù)半導(dǎo)體LED(光源)的發(fā)展，隨著半導(dǎo)體材料的不斷試驗；單顆半導(dǎo)體(光源)的芯片將來可制造出超過1000lm/W]，半導(dǎo)體LED(光源)發(fā)光管則應(yīng)有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，為避免或盡量減小大功率點光源對人眼視網(wǎng)膜造成的傷害，還建議制定對大功率點光源發(fā)光強度的限制標(biāo)準(zhǔn)，對未經(jīng)過良好光學(xué)設(shè)計，不具備綠色照明效果的半導(dǎo)體 LED(光源)照明亮出市場準(zhǔn)入的紅燈，同時對半導(dǎo)體LED(光源)點光源、面光源、線型光源進行標(biāo)準(zhǔn)定義和符合規(guī)定光學(xué)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

另外，對半導(dǎo)體LED(光源)結(jié)溫測定中應(yīng)規(guī)定結(jié)溫許可值< 80 ℃，用以保證產(chǎn)品的設(shè)計壽命和光效，同時應(yīng)增加熱量管理指標(biāo)，防止半導(dǎo)體LED(光源)由于過熱而造成失效。熱量管理中，對散熱指標(biāo)給出推薦性的結(jié)構(gòu)尺寸，如點光源基板尺寸、散熱體散熱面積等，如有可能，還可建立半導(dǎo)體LED(光源)常規(guī)基板標(biāo)準(zhǔn)、支架標(biāo)準(zhǔn)(推薦采用專利)，使行業(yè)規(guī)?；a(chǎn)有標(biāo)準(zhǔn)可循。

3　范圍和主要技術(shù)內(nèi)容

通過對我省生產(chǎn)采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具的企業(yè)進行走訪和調(diào)研，對目前采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具設(shè)計水平、質(zhì)量狀況、集中存在問題進行統(tǒng)計分析。通過分析列出能夠分辨功能是否滿足設(shè)計要求、質(zhì)量是否安全可靠的一系列技術(shù)指標(biāo)。

圍繞上述技術(shù)指標(biāo)，搜集典型樣品進行試驗。包括試驗方法的驗證和確定，標(biāo)準(zhǔn)值的驗證和確定。對試驗獲取的數(shù)據(jù)進行科學(xué)的處理、分析，研究制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

通過與國內(nèi)外相關(guān)實驗室進行驗證，確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)條款是否必要，合理性如何?

確定本標(biāo)準(zhǔn),在電學(xué)、熱學(xué)、機械學(xué)、光度學(xué)、色度學(xué)范圍內(nèi)的相關(guān)技術(shù)規(guī)范,在可靠性、安全性，電源效率提出要求。并對其所采用的技術(shù)手段進行分析。

運用相應(yīng)的技術(shù)手段,對采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具產(chǎn)品所增加的成本及能效指標(biāo)進行分析和抽取，同時對我省相關(guān)企業(yè)的影響進行分析。

采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具 第一部分:一般要求與試驗在IEC 60598-1的基礎(chǔ)上依據(jù)半導(dǎo)體LED(光源) 的特點增加和減少一些條款進行修改。

（1）增加標(biāo)準(zhǔn)：GB/T20145-2006 燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性等

（2）增加定義：采用半導(dǎo)體LED(光源)的燈具是由發(fā)光體、散熱體、電源組、光學(xué)組件構(gòu)成發(fā)光引擎。

1）有限的半導(dǎo)體LED點光源組合燈具：

半導(dǎo)體LED光源在燈具中的焊接點<50，燈具的輸入總功率<25W。

2）集成式LED光源燈具：

在大約100mm×100mm的面積上，由同一種半導(dǎo)體LED材料固晶、焊電極、涂熒光粉、膠封；只有正、負兩極供人們連接在燈具上。

3）半導(dǎo)體LED點光源組合燈具

半導(dǎo)體 LED光源在燈具中的焊接點>50，燈具的輸入總功率>25W。

（3）增加標(biāo)記的要求：標(biāo)志或使用說明書應(yīng)包括下述內(nèi)容：半導(dǎo)體LED控制裝置是否可以更換.

（4）增加半導(dǎo)體LED光源在燈具上固定的方法。

1）可用螺釘?shù)龋?）不允許用固定電線的方法。

（5）增加絕緣電阻和電氣強度、接觸電流和保護導(dǎo)體電流：

采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具經(jīng)過以上試驗后，通電，要求燈具的功率應(yīng)能達到在試驗前的輸入總功率。

（6）耐久性試驗期間，箱內(nèi)環(huán)境溫度應(yīng)保持在45℃±2℃。耐久性后；在通電狀態(tài)下，要求燈具的功率應(yīng)能達到在試驗前的輸入總功率。

（7）熱試驗試驗期間，燈具環(huán)境溫度應(yīng)保持在35℃±1℃。熱試驗(正常工作)、熱試驗(異常工作)后；在通電狀態(tài)下，要求燈具的功率應(yīng)能達到在試驗前的輸入總功率。(試驗方法和判定合格見附錄A)

（8）采用半導(dǎo)體LED(光源)的燈具的功率的變化率不大于3%。

1）輸入電壓是寬電壓等；2）采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具供電的LED控制裝置要求輸出功率是恒定的。

（9）采用半導(dǎo)體LED(光源) 燈具熱試驗試驗方法。

熱試驗試驗期間，燈具的環(huán)境溫度應(yīng)保持在35℃±1℃。熱試驗 (正常工作)、熱試驗(異常工作)后；在通電狀態(tài)下，要求燈具的功率應(yīng)能達到在試驗前的輸入總功率。

1）試驗方法：采用半導(dǎo)體LED(光源)燈具在燈具所標(biāo)稱的最大電流連接處連接熱電偶測量燈具的半導(dǎo)體LED光源溫度。

2）合格性判定：

①半導(dǎo)體 LED光源在燈具中的焊接點>50，燈具的輸入總功率>25W；燈具的LED光源處溫度最高溫升值<20℃。

②有限的半導(dǎo)體LED點光源組合燈具；燈具的半導(dǎo)體LED光源處溫度最高溫升值<30℃。

③集成式半導(dǎo)體LED光源燈具：燈具的半導(dǎo)體LED光源處溫度最高溫升值<40℃。

（10）燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性。

室內(nèi)使用的燈具要求達到無危險類。

強制性標(biāo)準(zhǔn)涉及的內(nèi)容(主要強制內(nèi)容，強制的理由，標(biāo)準(zhǔn)所涉及的產(chǎn)品清單和強制性標(biāo)準(zhǔn)實施風(fēng)險評估等)

半導(dǎo)體LED(光源)照明燈具的光、電、色等安全要求源于照明燈具散熱的設(shè)計和試驗方法的標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范燈具產(chǎn)品光、電、色質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

半導(dǎo)體LED(光源)照明燈具的光、電、色等性能要求和試驗方法涉及照明燈具散熱的設(shè)計的安全性能，是對燈具光、電、色性能和質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實施有利于規(guī)范和統(tǒng)一采用半導(dǎo)體LED(光源)照明燈具的性能，使燈具光、電、色性能參數(shù)能夠正確的評價和具有復(fù)現(xiàn)性和可追溯性。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)(與國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容異同，參考和引用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)號和標(biāo)準(zhǔn)名稱，法律法規(guī)依據(jù)及與之關(guān)系等)。

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