探究LED燈具可靠性試驗方法

施婷婷

常州星宇車燈股份有限公司 江蘇常州 213000

1 LED燈具可靠性分析

1.1 LED燈具可靠性工程概述

當前，半導體制造工藝得到了持續(xù)改進，各種新材料也被引入，這使LED行業(yè)迎來了新的發(fā)展，LED燈具的性能與穩(wěn)定性都得到了顯著的提升。在LED應用領域不斷擴展、市場需求不斷增加的背景下，LED燈具可靠性評價技術也成為了社會關注的重點。可靠性評價是對產(chǎn)品可靠性水平進行檢測的重要手段。對于LED燈具來說，可靠性試驗可以確定燈具的可靠性特征值，可以對各個器件是否達到預定的可靠性指標進行全面考核，同時還可以了解LED燈具在不同工作環(huán)境下所表現(xiàn)出的失效規(guī)律，相關工作人員在了解LED燈具失效機理與失效模式的情況下可以采取相應的措施來增強產(chǎn)品的可靠性[1]。當前，針對LED燈具的可靠性試驗項目比較多樣，相關人員需要根據(jù)研究目標來選擇合適的試驗方法。

1.2 LED燈具的失效機理

失效是造成LED燈具可靠性降低的最重要原因。LED燈具失效的過程主要包括早期失效期、穩(wěn)定使用期以及耗損失效期這三個階段。具體如下圖1-1所示。

圖1 LED燈具失效變化圖

在產(chǎn)品使用初期，LED燈具的故障發(fā)生率比較高，穩(wěn)定性呈現(xiàn)出急速下降的趨勢。這一階段產(chǎn)品失效的主要原因是設計與制造方面的問題。在使用一段時間之后，LED燈具的性能開始趨于穩(wěn)定，故障率也保持在一個較低的水平，這一時期通常被成為“隨機失效期”。這段時間比較長，同時也是產(chǎn)品發(fā)揮作用的主要時期，該時期所出現(xiàn)的故障大多都是由偶然因素所引起的。而在使用較長一段時間之后，LED燈具內(nèi)部的零件開始出現(xiàn)老化，進入到疲勞期。這個階段產(chǎn)生的損耗性因素比較多，產(chǎn)品會在較短的時間內(nèi)進入到失效期，故障率不斷增加，最終會面臨報廢。有研究人員在對失效之后的LED燈具進行研究之后發(fā)現(xiàn)，封裝材料退化、能級缺陷增加、靜電作用、歐姆接觸增大等原因是造成失效的主要因素。

2 LED燈具可靠性試驗方法

2.1 LED燈具光通維持率壽命試驗方法

在對LED燈具的可靠性進行研究的過程中，產(chǎn)品的預期壽命是其中的一項重要指標，這主要是由產(chǎn)品本身的特性所決定的。傳統(tǒng)的試驗方法是直接測試，這種方法需要耗費較長的時間，同時也需要較高的成本。當前，人們可以運用壽命預測技術，基于相關的標準、根據(jù)不同產(chǎn)品的表征數(shù)據(jù)來對LED燈具的壽命進行預測，在有限數(shù)據(jù)量的情況下模型表征LED燈具產(chǎn)品的物理化學變化，并在這個基礎上對產(chǎn)品的可靠性進行評估。根據(jù)相關研究，LED燈具的光通量衰減規(guī)律與自然指數(shù)規(guī)律相符合，在這個基礎上可以運用相應的試驗方法進行研究。在GB/T33721—2017國家標準的基礎上，還可以加入LED燈具光線、色溫以及燈光顏色調(diào)節(jié)的操作循環(huán)，并對試驗過程當中LED燈具的故障率和電參數(shù)變化情況來進行評估[2]。

2.2 LED燈具安全特性試驗方法

（1）LED燈具調(diào)控開關電磁電容試驗。在使用的過程中，LED燈具調(diào)控電路電容元件、MOS管等元件斷開是否充分通常與調(diào)控開關有直接的關系。當前，人們對調(diào)控開關電磁電容的兼容性進行試驗時所采用的方法主要是穩(wěn)態(tài)試驗，并沒有充分考慮到其在運行過程當中出現(xiàn)的電磁脈沖、其他電磁兼容限制等問題。與此同時，調(diào)控開關動作對電磁兼容試驗造成的影響，試驗過程中存在的電沖擊、放電異常等問題，很多企業(yè)也并不重視。而實際上，在可靠性試驗的過程中，如果只針對LED燈具的信號和控制端口進行實驗操作，試驗電壓對部分LED燈具的控制器可能會造成損壞。因此，在GB/T18595—2014標準的基礎上，需要對該試驗進行優(yōu)化，然后按照GB/T17626.4—2018當中所提出的方法來開展試驗。

（2）LED燈具調(diào)控開關可靠性試驗。LED燈具的功能主要包括調(diào)光、調(diào)色溫以及調(diào)顏色這三種，但是在實際運行的過程中，通常會對這三種功能進行集成調(diào)控。因此，在開展調(diào)控開關可靠性試驗的過程中，需要將所有的功能打開，使調(diào)控功能同時發(fā)揮作用。比如在調(diào)光的過程中，要同時對燈光顏色進行調(diào)節(jié)。在這樣的條件下，對LED控制裝置當前的故障狀態(tài)進行測試，同時對其耐久性進行熱測試。。

因此，在LED燈具調(diào)控開關可靠性試驗當中，可以綜合不同原理，選擇2s開與2s斷的方式。同時在試驗當中選擇10個樣本，將LED燈具與控制裝置的溫升變化與故障率作為兩個考核對象。除此之外，在發(fā)生故障的情況下，還要考慮LED燈具是否會發(fā)生電容不可控放電的問題，對輸入端與輸出端的電壓進行測定。除此之外，調(diào)控開關在異常操作或者輸入錯誤的情況下，還要針對其內(nèi)部零部件是否發(fā)生過熱、自燃問題開展實驗，以此來對LED燈具在操作故障狀態(tài)下是否能夠造成安全危害進行測定。

總的來說，當前市場當中所流通的LED燈具產(chǎn)品主要包括調(diào)光類、調(diào)色溫類以及調(diào)顏色類。在對這些燈具進行可靠性試驗的過程中，需要對光通維持率壽命進行驗證，同時還需要對其安全特性進行測試。隨著國家相關檢測標準的完善，LED燈具的可靠性實驗與檢測也將越來越完善，在提高產(chǎn)品可靠性水平的同時也可以實現(xiàn)對消費者權益的有效保護。