LED的壽命評價(jià)方法
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摘要： 這篇文章在調研LED 照明商品世界和國家規范有關(guān)壽數評估思考的基礎上，介紹了當前對于LED 壽數測驗的關(guān)聯(lián)研討作業(yè)，對LED 照明商品的壽數評估辦法做了探索性研討。經(jīng)剖析可知，選用壽數測驗核算辦法，IESTM21 和鴻溝函數法均存在必定的疑問(wèn)。研討標明，選用實(shí)驗條件加快的辦法來(lái)測驗核算LED 照明商品的壽數存在較高的可行性，且此評估辦法可明顯縮短商品的壽數評估周期。
1 導言
發(fā)光二極管( Light Emitting Diode,LED) 作為一種光電子器材，自身具有長(cháng)壽數的優(yōu)勢。跟著(zhù)藍光LED 芯片的創(chuàng )造和LED 照明技能的進(jìn)步，LED 逐漸進(jìn)入一般照明范疇，其技能水平也在近年呈現出疾速的展開(kāi)趨勢。LED 照明商品包含LED 光源和LED 燈具。對于一般照明范疇，受LED 照明商品價(jià)格要素的影響，歸納思考商場(chǎng)運用的性?xún)r(jià)比和本錢(qián)回收作用，LED 照明商品的壽數及其評估辦法在全職業(yè)界引起了廣泛的重視，也變成邇來(lái)評論和研討的熱門(mén)。
LED 照明商品的壽數及其評估辦法研討首要依據三個(gè)方面的思考： ( 1) 商品的壽數評估辦法研討及施行，將完善LED 照明商品的功能評估體系，縮短商品全部功能評估的測驗周期，推進(jìn)商品技能水平的晉升; ( 2) LED 照明商品全部功能評估的施行，將對政府的關(guān)聯(lián)決議計劃和引導供給強有力的保證，從政府引導的視點(diǎn)，推進(jìn)LED 照明職業(yè)的展開(kāi); ( 3) 這項作業(yè)將進(jìn)一步增強商場(chǎng)的規范展開(kāi)，從消費者認知和運用挑選的視點(diǎn)，對LED 照明職業(yè)的健康展開(kāi)供給保證。
當前世界范疇內對LED 的壽數評估也更加重視，這篇文章在剖析世界范疇內LED 壽數評估辦法的基礎上，對LED 照明商品壽數評估辦法與實(shí)驗環(huán)境條件間的對應聯(lián)系做了開(kāi)始研討。
2 LED 照明商品壽數及關(guān)聯(lián)研討現狀
2. 1 LED 照明商品的壽數
依據照明術(shù)語(yǔ)國家規范的規則， ( 燈的) 壽數是指燈作業(yè)到失效時(shí)，或依據規范規則以為其已失效時(shí)的總時(shí)辰。依據這一術(shù)語(yǔ)規則，照明商品的壽數取決于商品的失效辦法的關(guān)聯(lián)規則和判別。依據此，包含世界照明規范、美國照明技能規范、中國關(guān)聯(lián)的國家規范和技能規范等均對LED 照明商品的壽數及相對應的失效斷定做了關(guān)聯(lián)的思考和闡明。
世界電工委員會(huì )( International ElectrotechnicalCommission,IEC) 正在打開(kāi)對于原IEC /TS 62504LED Terms and Definitions 技能文件的修訂換版作業(yè)，修訂后規范將對LED 照明關(guān)聯(lián)各項IEC 規范所觸及術(shù)語(yǔ)界說(shuō)做和諧共同，因而，改版后的IEC62504 規范將與原TS 版文件有較大不一樣。IEC62504 規范將從LED 照明商品光通保持率的視點(diǎn)給出商品的壽數界說(shuō)。依據這一壽數界說(shuō)，LED 照明商品的壽數由商品隨燃點(diǎn)時(shí)辰的延伸其光通保持率的改動(dòng)所決議，商品的光通保持率衰減到指定值時(shí)( 依據運用場(chǎng)所不一樣，一般設定為70%或50%) 的累積燃點(diǎn)時(shí)辰即為商品的壽數。
商品的出光及光的保持性是LED 照明商品壽數目標的重要重視要素。此外，從LED 照明商品特性和運用場(chǎng)所的思考動(dòng)身，商品的壽數評估目標也存在必定區別，比方，除光通保持率之外，LED 照明商品的色質(zhì)量及其保持性等，本課題組也在展開(kāi)此方面研討作業(yè)，以期對LED 照明商品功能和壽數做更合理評估。表1 也給出了關(guān)聯(lián)國家或區域在LED 照明商品壽數關(guān)聯(lián)目標上的思考。
對于LED 照明商品壽數關(guān)聯(lián)目標的思考，表1中規范或技能文件分別從商品的光通保持率LM、色彩坐標漂移、壽數時(shí)辰規則和失功率等參數上做了思考。以上各項規范或技能文件中關(guān)于LED 照明商品的光通保持率、色彩漂移等參數均以kh ( 千小時(shí)) 為單位進(jìn)行目標規則，當前尚無(wú)經(jīng)驗證的實(shí)在可操作的加快測驗或評估辦法。中國所發(fā)動(dòng)LED 照明商品節能認證，在商品光通保持率等測驗項目上也存在類(lèi)似疑問(wèn)。
2. 2 LED 壽數測驗核算辦法概要
2. 2. 1 美國IES TM21規范關(guān)于LED 光通保持率的核算辦法
美國于2011 年發(fā)布了IES TM21 《ProjectingLong Term Lumen Maintenance of LED Light Sources》
規范，運用于LED 封裝、LED 陣列、外接驅動(dòng)操控的LED 模塊。該規范規則了一種運用IES LM80 測驗數據，以指數衰減為光通量衰減模型核算LED 光源光通保持率的辦法
具體操作辦法如下。
① 以不超越1000h 為時(shí)辰距離測驗光通量，測驗時(shí)辰不低于6000h;
② 以0h 光通量為基準，核算各時(shí)辰點(diǎn)的光通保持率;
③ 以指數衰減模型φ ( t) = β·exp ( – αt) 擬合光通保持率趨勢曲線(xiàn)，若測驗總時(shí)辰不超越10000h,取最終5000h 數據點(diǎn)為擬合曲線(xiàn)原始數據;若測驗總時(shí)辰超越10000h,則取總測驗時(shí)辰的后50%測驗點(diǎn)為擬合曲線(xiàn)原始數據;
④ 依據曲線(xiàn)擬合成果核算α 和β 值，在此基礎上依據L70 = ln ( β /0. 7 ) /α 核算光源的L70壽數( 若核算所得壽數時(shí)辰大于總測驗時(shí)辰的5. 5 倍( 或6 倍) ,則取總測驗時(shí)辰的5. 5 倍( 或6 倍) 為核算壽數時(shí)辰)2. 2. 2 依據鴻溝函數的LED 壽數核算辦法
依據IES TM21 關(guān)于LED 壽數核算辦法在IEC規范技能評論會(huì )上的評論，有教授提出了TM21 在LED 普適性上的疑問(wèn)，并提出了依據鴻溝函數的LED 壽數核算辦法。該辦法將LED 封裝的光通保持率測驗曲線(xiàn)與指數衰減鴻溝函數比照，將適用的鴻溝函數所對應的壽數時(shí)辰界說(shuō)為該LED 封裝的壽數，具體操作辦法如下。
① 以0h,500h,1000h,2000h,3000h,……為時(shí)辰距離測驗LED 封裝的光通量，測驗總時(shí)辰應不低于6000h;
② 以0h 光通量為基準，核算各時(shí)辰點(diǎn)的光通保持率并制作光通保持率曲線(xiàn);
③ 在以上光通保持率曲線(xiàn)圖上，制作B ( t) =e – αt 指數衰減鴻溝函數曲線(xiàn)，曲線(xiàn)中參數依照B ( L70) =0. 7 核算得出;④ 若光通保持率曲線(xiàn)圖上最終2000h 光通保持率高于鴻溝函數曲線(xiàn)，則LED 封裝的壽數大于該鴻溝函數所對應L70壽數值。
2. 2. 3 IEC 關(guān)于LED 壽數測驗提案
IEC 世界規范開(kāi)發(fā)進(jìn)程中，有成員曾在2010 年提出對于LED 器材的光通保持率測驗和估測的提案，提出了依據溫度加快比照的LED 器材光通保持率的核算辦法，核算理論如圖3 所示。光通保持率的核算辦法為：
① 在至少兩種殼溫下進(jìn)行樣品光通保持率燃點(diǎn)測驗;
② 分別在0h,500h,1000h,2000h,3000h,……燃點(diǎn)時(shí)辰下測驗LED 器材的光通量，并核算各時(shí)辰點(diǎn)的光通保持率，測驗時(shí)辰不少于6000h;
③ 將每種溫度下的光通保持率測驗點(diǎn)相連;
④ 將兩條不一樣溫度下光通保持率曲線(xiàn)上的一樣光通保持率水平的點(diǎn)相連;
⑤ 以上述連接點(diǎn)對應的時(shí)辰核算加快因子;
⑥ 對至少5 個(gè)不一樣的光通保持率水平重復④⑤的操作，且各點(diǎn)間的時(shí)辰距離不該低于500h;
⑦ 核算均勻加快因子;
⑧ 運用均勻加快因子依據高溫測驗曲線(xiàn)核算低溫下的光通保持率隨燃點(diǎn)時(shí)辰的改動(dòng)。
3 LED 壽數測驗核算辦法比照剖析及研討3. 1 IES TM21 關(guān)于LED 壽數核算辦法
IES TM21 的LED 壽數核算辦法依據IES LM80關(guān)于LED 光通保持率的測驗數據。圖4 給出了選用IES TM21 的壽數核算辦法對某類(lèi)型LED 器材LM80測驗數據進(jìn)行光通保持率擬合的曲線(xiàn)圖。依據曲線(xiàn)擬合成果，三種燃點(diǎn)環(huán)境溫度下LED壽數目標排序為，85℃下LED 壽數> 105℃下LED壽數> 55℃ 下LED 壽數，這與實(shí)踐狀況并不相符合，因而，IES TM21 壽數核算辦法在適用性需要做進(jìn)一步研討承認。
3. 2 依據指數衰減鴻溝函數的LED 器材壽數核算辦法
該辦法今后2000h 光通保持率測驗成果與鴻溝函數上對應時(shí)辰點(diǎn)保持率數值凹凸來(lái)承認LED 的最低壽數目標。收集LED 商品進(jìn)行6000h 光通保持率測驗，并依據指數衰減鴻溝函數進(jìn)行擬合給出了100000h 和500000h 壽數的鴻溝函數曲線(xiàn)，對三種LED 商品的光通保持率測驗曲線(xiàn)做比照可見(jiàn)，三種商品的壽數均高于100000h,其間，商品1 和3 的壽數更是超越500000h,與商品壽數存在較大的不符合性。因而，鴻溝函數比照法在LED 照明商品壽數核算上也并不合適。
3. 3 依據溫度加快比對的LED 壽數核算辦法及研討
該辦法以溫度為壽數加快應力，一起，低溫下的測驗時(shí)辰不該低于6000h.依據該壽數核算辦法，展開(kāi)實(shí)驗條件與LED 照明商品壽數參數聯(lián)系的實(shí)驗研討。
3. 3. 1 實(shí)驗計劃
壽數燃點(diǎn)進(jìn)程中，受LED 器材、透鏡、驅動(dòng)等部件功能改動(dòng)或商品散熱作用的影響，LED 照明商品壽數參數目標的衰減首要表如今光通量衰減和色彩漂移兩個(gè)方面。思考到商品零部件間的交互影響，LED 照明商品的壽數評估實(shí)驗辦法以全體LED 照明商品為研討目標，因而實(shí)驗條件的設定思考對于全體商品的實(shí)踐測驗操作可行性。
本期間以燃點(diǎn)環(huán)境溫度為實(shí)驗應力，設定不一樣溫度水平，在控溫環(huán)境溫度( ± 2℃) 下對燈進(jìn)行燃點(diǎn)實(shí)驗，選用積分球- 光譜輻射度計丈量體系監測燈在長(cháng)時(shí)刻燃點(diǎn)進(jìn)程中各溫度水平下LED 照明商品壽數參數目標的改動(dòng)狀況。溫度水平的設定和實(shí)驗進(jìn)程中樣品狀況的剖析承認是實(shí)驗的重要思考要素。
首要收集實(shí)驗樣品，監測不一樣燃點(diǎn)環(huán)境溫度下燈零部件的溫度，以斷定溫度應力實(shí)驗的極限水平中偏下測驗曲線(xiàn)為高環(huán)境溫度水平下的燃點(diǎn)測驗實(shí)驗成果，偏上曲線(xiàn)為常態(tài)壽數燃點(diǎn)實(shí)驗溫度下的比照測驗成果?？梢?jiàn)，商品的光通保持率在高燃點(diǎn)環(huán)境溫度下呈現疾速衰減趨勢，至1968h,樣品的光通量衰減到達58. 2%,這標明以環(huán)境溫度為加快測驗要素的實(shí)驗辦法存在必定的可行性。為進(jìn)一步剖析影響高環(huán)境溫度下樣品光通衰減的要素，對實(shí)驗后樣品做拆解剖析，測驗各部件在燃點(diǎn)進(jìn)程中所致使的光通量衰減，實(shí)驗成果標明，燃點(diǎn)進(jìn)程中由LED 封裝體所致使的光通量衰減為57. 9%,根本等同于樣品的光通量衰減值。也就是說(shuō)，以環(huán)境溫度為加快應力，商品在光通量疾速衰減條件下并未呈現非常態(tài)的壽數參數目標改動(dòng)或失效形式，即，LED 商品的壽數測驗評估時(shí)辰并不以常態(tài)低溫環(huán)境溫度下商品的光通保持率測驗和不一樣保持率水平下相對共同的加快因子為必要條件，商品的壽數測驗評估時(shí)辰可在不改動(dòng)商品失效形式的前提下減縮。
4 定論
在現有LED 關(guān)聯(lián)壽數測驗辦法比照研討的基礎上，對于LED 照明商品的壽數測驗評估辦法展開(kāi)研討。以燃點(diǎn)環(huán)境溫度為加快應力的實(shí)驗研討標明，對于LED 照明商品的零部件溫度功能特性，在特定溫度水平下，商品的壽數評估參數指數存在明顯加快作用，一起，商品的光通量衰減要素和失效形式并未改動(dòng)，因而，燃點(diǎn)環(huán)境溫度可作為有用的LED照明商品壽數加快應力做深入研討。
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