LED照明燈具壽命影響因素及測試方法的研究

王立偉 楊怡新

摘要：長壽和節(jié)能方面的巨大潛能是促使LED走入照明界的兩個重要原因，很多學(xué)者都預(yù)測LED將成為21世紀(jì)的主流照明光源。在LED燈具可靠性影響參數(shù)當(dāng)中，壽命是最具代表性的參數(shù)。因此，LED的使用壽命已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)最為關(guān)注的問題之一，無論對于LED制造商還是使用者來說，開展關(guān)于LED壽命方面的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要分析探討了LED照明燈具壽命影響因素及測試方法，以供參閱。

關(guān)鍵詞：LED照明燈具;壽命;影響因素;測試方法

1 LED照明燈具壽命影響因素

1.1散熱效果對LED燈具壽命的影響

LED燈具在工作狀態(tài)時(shí)會產(chǎn)生熱量，相比于傳統(tǒng)的光源，因?yàn)長ED體積較小，所以會產(chǎn)生更多的熱量。功率比較大的LED，輸入的電能只有25%～34%會轉(zhuǎn)化為需要的光能，其余部分會以非輻射復(fù)合的形式轉(zhuǎn)化成為熱量。LED產(chǎn)生的大量熱能不能及時(shí)的散發(fā)出去，高溫會造成LED主要器件的加速老化，影響其壽命。當(dāng)LED的溫度超過了其最高臨界溫度，就會造成其永久失效。因此，如何保證LED燈具有良好的散熱效果是研究其使用壽命的重要研究對象。目前LED主要的散熱形式是利用風(fēng)冷散熱器和采用傳熱效率比較高的換熱元件。采用風(fēng)冷散熱器對電子芯片進(jìn)行散熱是最簡單方便的方法，在小功率的電子設(shè)備中多采用該散熱形式;利用熱管等傳熱性高的換熱元件的散熱形式多用于大功率電子元件散熱。除此之外，在不同的場合也有采用水冷散熱、陶瓷散熱等技術(shù)對照明產(chǎn)品進(jìn)行散熱處理?？傊?，針對LED應(yīng)用的不同場合，采用相應(yīng)的散熱形式，最終實(shí)現(xiàn)提高散熱效率的要求是產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的關(guān)鍵。

1.2驅(qū)動電源對LED燈具壽命的影響

為了保證照明級LED能夠獲得較高的使用效率，首先需要使其滿足一定的使用條件，其次是需要采用相適應(yīng)的驅(qū)動電路來滿足LED工作參數(shù)的要求。多路輸出時(shí)，每一路的輸出都要能夠單獨(dú)控制。具有線性度較好的調(diào)光功能，以滿足不同應(yīng)用場合對LED發(fā)光亮度調(diào)節(jié)的要求。在異常狀態(tài)時(shí)，電路能夠?qū)﹄娐繁旧?、LED和使用者都有相應(yīng)的保護(hù)作用。驅(qū)動電路工作時(shí)，對其他電路的正常工作干擾少，滿足相關(guān)的電磁兼容性要求。目前大功率LED均采用直流驅(qū)動，因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器，即LED馬區(qū)動器。它的功能是把交流市電轉(zhuǎn)換成適合LED的直流電。按照驅(qū)動方式可以分成兩大類：第一種是恒流式。第二種是穩(wěn)壓式。在大功率LED照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，主要采用開關(guān)電容型LED驅(qū)動方案，其優(yōu)點(diǎn)雖然是恒流驅(qū)動，但在上電的瞬間會產(chǎn)生過高的起始峰值電壓，很有可能將LED擊穿或斷開。因此，要求電源必須具有高可靠性、高驅(qū)動效率和高功率因數(shù)。然而目前市面上驅(qū)動電源的質(zhì)量參差不齊，這也是導(dǎo)致LED燈具壽命無法保證的一個重要原因。因此提高LED照明產(chǎn)品驅(qū)動電源可靠性，應(yīng)在提高效率方面進(jìn)行研究，采用一級電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高交流電壓到恒流輸出的轉(zhuǎn)變，提高LED驅(qū)動電源的效率和功率因數(shù)。

2 LED光源加速壽命測試方法與評價(jià)結(jié)果

2.1測試方法

2.1.1電流加速壽命測試

電流加速壽命試驗(yàn)選取的樣品試驗(yàn)樣品為某廠家生產(chǎn)的白光LED光源，對此利用電流加速壽命試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在大量的樣品中隨意各選取3只進(jìn)行測試，編號1-3。分別在額定電流350mA和加速電流600mA，800mA，1A的條件下對其進(jìn)行電流加速2000h的試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中，利用鋁基板做散熱片對其進(jìn)行散熱處理，同時(shí)，將其固定在散熱片上，加大散熱效果。此外對額定電流350mA和加速電流800mA做2000小時(shí)的不加散熱片的對比試驗(yàn)，此時(shí)樣品僅利用鋁基板做散熱處理。實(shí)驗(yàn)過程中分10次通過積分球?qū)ζ涔鈱W(xué)參數(shù)和色度參數(shù)進(jìn)行測量，測試時(shí)，對其通以額定電流進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)使用的加速電源為香港龍威儀器儀表有限公司和江蘇揚(yáng)中市光揚(yáng)電子儀器廠生產(chǎn)的直流電源，測試設(shè)備為浙大三色的積分球以及SL-300光譜分析儀。

2.1.2溫度加速壽命測試

溫度加速壽命試驗(yàn)選取的樣品試驗(yàn)樣品為不同廠家生產(chǎn)的兩種白光LED光源，分別記為樣品A和樣品B。樣品A聲稱壽命在5萬小時(shí)以上，其色溫屬于中性白范圍，而樣品B聲稱壽命在2萬小時(shí)以上，其色溫屬于口光色。在大量的樣品中隨意各選取5只進(jìn)行測試，編號1-5。分別在1000C和900C的條件下對其進(jìn)行高溫加速800h的試驗(yàn)，每隔100h通過積分球?qū)ζ涔鈱W(xué)參數(shù)和色度參數(shù)進(jìn)行測量，測試時(shí)，對其通以額定電流進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)使用的溫度加速設(shè)備為林頻儀器有限公司生產(chǎn)的高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱，測試設(shè)備為浙大三色的積分球以及SL-300光譜分析儀。

2.1.3色參數(shù)測試

作為照明光源，除了要求光效高之外，還要求他發(fā)出的光具有良好的顏色。光源的顏色有兩方面的意思：色表和顯色性。LED作為一種受溫度影響較大的新型照明產(chǎn)品，其光電和色品特性與其他光源有著較大的差異，最主要的就是其色參數(shù)會隨著使用時(shí)間的推移產(chǎn)生變化。而在一些特殊的場合，這些參數(shù)的嚴(yán)重改變會影響其正常使用，因而高溫對LED色度學(xué)參數(shù)的影響也得到了各界的廣泛關(guān)注。因此在溫度加速壽命試驗(yàn)中，不僅對光通量的變化進(jìn)行分析，同時(shí)對色坐標(biāo)及顯色指數(shù)的變化進(jìn)行討論。

2.2評價(jià)結(jié)果

在溫度加速壽命試驗(yàn)中，基于光通量的A，B兩種樣品計(jì)算壽命分別為74112h和14572h。然而在試驗(yàn)中，通過對色坐標(biāo)和顯色指數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，LED光通維持率和色參數(shù)漂移的速率存在不同步的現(xiàn)象。這是由于LED中的發(fā)光體之間存在顏色差異性，其色溫、顯色性等方面的變化在燈具壽命定義中也應(yīng)該在考慮范圍之內(nèi)。按照傳統(tǒng)光源的壽命定義方法來衡量LED的壽命肯定是不合適的，因此，提出了以色溫為參數(shù)，使用阿倫紐斯模型計(jì)算LED光源壽命，得到樣品A和樣品B的平均壽命為別為67136h和15447h。該方法的計(jì)算結(jié)果與以光通量為參數(shù)的計(jì)算結(jié)果基本保持一致，但為保守估計(jì)，取二者較小值記為LED實(shí)際預(yù)測壽命，最終所得樣品A和樣品B平均壽命為67136h和14572h。

3結(jié)束語

總而言之，由于LED燈具具有有長壽節(jié)能兩大特點(diǎn)，所以得到各界的廣泛關(guān)注。對于LED的壽命預(yù)測也是目前研究的重點(diǎn)課題。本文主要研究了影響LED燈具使用壽命的幾個主要因素，詳細(xì)的介紹了散熱系統(tǒng)、驅(qū)動電源對于LED燈具壽命的影響，并且對影響LED壽命的四個主要因素進(jìn)行了比較分析。希望能為以后對于LED照明燈具壽命的研究工作提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘曉智.LED照明燈具壽命影響因素的研究[J].科技與企業(yè).2014（12）.

（作者單位：天津三安光電有限公司）