LED 燈具的耐久性與熱試驗

錢劉星 張佰軍

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海201114

國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（上海），上海201114

0 引言

LED 燈具有自己的特點，一般不使用傳統(tǒng)的光源控制裝置，如電感鎮(zhèn)流器、電子鎮(zhèn)流器。LED 光源的發(fā)熱情況也與傳統(tǒng)光源不同，導(dǎo)致LED 燈具產(chǎn)品的熱學(xué)設(shè)計和散熱結(jié)構(gòu)都會發(fā)生變化。由于LED 燈具的大范圍普及高速發(fā)展，國際上燈具安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60598-1對LED 燈具的要求也在不斷更新，IECEE 國際電工委有一些針對耐久性和熱試驗的CTL 決議在廣泛使用，針對與國標(biāo)的區(qū)別，有必要展開分析，以總結(jié)出LED燈具國內(nèi)如何做好相應(yīng)的測試。

1 耐久性試驗的周期

在GB 7000.1—2015[1]的12.3.1 中要求：“c) 燈具應(yīng)在箱內(nèi)共試驗168 h, 分成7 個連續(xù)的24 h 周期。在每周期中, 前21 h, 按下面d) 規(guī)定的電源電壓施加于燈具上, 剩余的3 h 斷開電源。燈具的初始加熱期屬于第一個試驗周期的一部分。前6 個周期線路條件應(yīng)處于正常工作, 而第7 個周期線路條件應(yīng)處于異常工作(見附錄C)。對裝有電動馬達(dá)(例如風(fēng)扇) 的燈具,應(yīng)選擇會產(chǎn)生最不利試驗結(jié)果的異常條件。對于按照12.5.1 無異常條件試驗的燈具, 其總試驗時間應(yīng)為240 h (即正常工作10×24 周期)。對于鎢絲燈燈具, 所有情況下, 其總試驗時間應(yīng)為240 h?！?/p>

在12.5 熱試驗（異常工作）的內(nèi)容中，異常工作條件共有4 種：1) 工作位置的異常；2）異常線路條件（附錄C）；3）誤用GLS 燈泡；4）二次線路短路。由此可見，附錄C 所列的異常線路條件僅是12.5.1 的一部分。耐久性的試驗周期中要求沒有12.5.1 這4 種異常條件的燈具，需進(jìn)行240 h 的測試，而標(biāo)準(zhǔn)只明示168 h 中的第7 個周期處于附錄C 的條件下。那么假如燈具的異常條件為12.5.1 中的1），3）或4），則沒有明確，根據(jù)光源異常線路條件的實際效果，對于其他異常條件的燈具，特別是LED 燈具，應(yīng)該做240h的耐久性。

2 III 類LED 燈具的試驗電壓

現(xiàn)行國標(biāo)GB 7000.1—2015[1]并未特別給出Ⅲ類LED 燈具的耐久性測試電壓。IECEE 在 CTL DSH0919A[2]決議中規(guī)定：“Ⅲ類LED 燈具如果為恒壓輸入，則耐久性與熱試驗均為1.1 倍的電壓，如果是恒流輸入，則耐久性與熱試驗均應(yīng)達(dá)到1.1 倍的電流?！?/p>

3 LED 燈具的正常條件熱試驗

早期標(biāo)準(zhǔn)還未包含LED 燈具要求時，LED 燈具的熱試驗遵循CTL 決議“DSH0745”[3]，即正常條件熱試驗以1.06 倍額定電壓進(jìn)行試驗?，F(xiàn)行國標(biāo)GB 7000.1—2015 發(fā)布后，IECEE 同期也取消了DSH0745這份決議，原因是標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)有了LED燈具的內(nèi)容。

現(xiàn)行國標(biāo)GB7000.1—2015[1]中對除電容器以外的帶c標(biāo)記部件的要求為：“以1.00 倍的額定電壓進(jìn)行測試。”這個要求回歸了傳統(tǒng)燈具，把DSH0745 中的1.06 倍額定電壓又改回了1.00 倍，故實驗室應(yīng)用1.00 倍額定電壓來測試LED 控制裝置的c值，1.06 倍下的測試數(shù)據(jù)僅供參考。

GB 7000.1—2015 較老版標(biāo)準(zhǔn)，還有一個細(xì)微的變化，見表1。

表1 新舊版本標(biāo)準(zhǔn)中Tc 溫度限值對照表

5 LED 燈具常見的問題

LED 燈具由于散熱結(jié)構(gòu)的特殊性，耐久性與熱試驗中出現(xiàn)的問題和傳統(tǒng)燈具有所不同。傳統(tǒng)光源如高強(qiáng)度氣體放電燈、鹵鎢燈等，光源發(fā)熱相對較高。這些光源在使用電感鎮(zhèn)流器時，鎮(zhèn)流器本身的線圈溫度也較高，使得容易出現(xiàn)問題的部位一般為燈頭燈座處、電感鎮(zhèn)流器的附近。LED 燈具一般使用電子控制裝置，其溫升沒有電感鎮(zhèn)流器那么高，且LED 燈具的熱源一般在LED 芯片的熱沉、散熱片上，良好的散熱會讓LED 光源降低結(jié)溫，從而把光衰控制在理想的水平。

出于散熱結(jié)構(gòu)的改變，一般LED 燈具的矛盾會集中在靠近光源的導(dǎo)線、端子座、受壓導(dǎo)線等地方，或由于高a值導(dǎo)致c不合格使LED 燈具產(chǎn)生問題。

LED 燈具的發(fā)熱源主要來自LED 光源和LED 控制裝置，如圖1 所示，故而熱試驗的考核主要集中在（1）LED 控制裝置c、（2）受壓導(dǎo)線和（3）近光源導(dǎo)線。尤其在燈具的a較高時，近光源導(dǎo)線和受壓導(dǎo)線最易超出溫度限值要求?？刂蒲b置c只要保持一定的間距，一般不難符合要求。為使燈具的熱試驗數(shù)據(jù)能符合GB 7000.1—2015 的要求，除了在LED 光源模組上用多組金屬片進(jìn)行散熱，同時在近光源導(dǎo)線和受壓導(dǎo)線上加上一層套管從而提高導(dǎo)線的溫度限值。

圖1 LED 投光燈

嵌入式LED筒燈的使用環(huán)境相對其他燈具來說更加嚴(yán)酷，是在一個相對密閉的空間，燈具的溫升顯然會更高一點。這就要求燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及相關(guān)零部件的選用應(yīng)更加合理。當(dāng)LED 燈具光源與LED 控制裝置分體時（如圖2 所示），兩個發(fā)熱源相對獨立，不易相互影響而使溫度更高，這是一種常見的結(jié)構(gòu)，燈具熱試驗相對容易符合要求。當(dāng)燈具LED 光源與LED控制裝置一體時（如圖3 所示），控制裝置在光源的上方顯然會使控制裝置的溫度比圖2 高，燈具應(yīng)選用Tc相對高一點的控制裝置來滿足標(biāo)準(zhǔn)限值的要求。當(dāng)燈具使用單顆大功率LED 模塊（如圖4 所示），在相同功率的情況下，比多顆小功率LED 模塊散發(fā)的熱量高得多，近光源導(dǎo)線很容易超過限值，因而燈具可在導(dǎo)線外加一層套管或使用耐高溫導(dǎo)線。但是如果透光罩材料選用不佳或塑料件過于靠近光源，很容易因溫度過高而燒壞，燈具應(yīng)謹(jǐn)慎使用此類光源。此外，圖2和圖4 所示的分體式燈具，由于結(jié)構(gòu)要求，光源腔也需要導(dǎo)線固定架，這樣受壓導(dǎo)線的溫度也是需要考慮的。

圖2 分體式LED 燈具

圖3 一體式LED 燈具

圖4 單顆大功率LED 燈具

6 總結(jié)

通過標(biāo)準(zhǔn)條款的分析、CTL 決議的引入、常見的LED 燈具案例分析，讓LED 燈具的檢測更規(guī)范，熱學(xué)設(shè)計也有據(jù)可依。LED 燈具因為其綠色節(jié)能，改變了人們的生活，而熱恰恰是半導(dǎo)體壽命非常重要的指標(biāo)。做好LED 燈具的散熱，將大大延長光源的壽命，這樣才能真正讓綠色節(jié)能的LED 有更長遠(yuǎn)的發(fā)展。