普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)

俞安琪

國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(上海)

國(guó)家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心

上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!GeneralLEDlightingapparatus’skernelparameters,tothatattentionshouldbepaidYuAnqiChinaNationalLightSourceQualitySupervisionTestingCentre(Shanghai),ChinaNationalLightingFittingQualitySupervisionTestingCentre,ShanghaiAlphaLightingEquipmentTestingLtd.

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!摘要:文章就LED照明器具的核心參數(shù)--結(jié)溫與LED照明器具的光衰曲線和工作壽命的關(guān)系進(jìn)行了較深入的討論。文章還介紹了降低LED結(jié)溫的有效途徑和具有高熱擴(kuò)散系數(shù)的新材料。文章還就LED照明燈具使用壽命的短板--

LED控制裝置的可靠性進(jìn)行了分析并且介紹了LED控制裝置耐久性試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：光衰曲線、工作結(jié)溫、L70、F5、耐久性

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!一、序言

提到普通LED照明器具中的核心參數(shù)，應(yīng)首推照明器具內(nèi)LED模塊的工作結(jié)溫。目前，只有美國(guó)能源部LM79文件中提出了對(duì)照明燈具內(nèi)LED模塊指定工作點(diǎn)的溫度的標(biāo)注和控制要求，但這只是間接關(guān)注了照明器具內(nèi)LED模塊的工作結(jié)溫，有關(guān)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有指出對(duì)照明器具內(nèi)LED模塊工作結(jié)溫的考核要求。但照明器具內(nèi)LED模塊的工作結(jié)溫不僅關(guān)系到其光效，而且與LED照明器具的光衰和壽命直接相關(guān)。對(duì)照明器具內(nèi)LED工作結(jié)溫的關(guān)注和檢測(cè)，還能實(shí)現(xiàn)LED照明器具光衰和工作壽命的快速評(píng)估。普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!當(dāng)結(jié)溫為74℃時(shí)，K=70000，代入（1）式得：P=100·exp(-6000/70000)=91.79

即6000小時(shí)時(shí)光衰百分比在91.79及以上，則其L70的壽命約為2.5萬(wàn)小時(shí)。

當(dāng)結(jié)溫為63℃時(shí)，K=100000，代入（1）式得：P=100·exp(-6000/100000)=94.18

即6000小時(shí)光衰百分比在94.18及以上，則其L70的壽命約為3.57萬(wàn)小時(shí)。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!國(guó)內(nèi)好的一個(gè)應(yīng)用案例是從上海浦東到長(zhǎng)興島的長(zhǎng)江隧道改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方案和產(chǎn)品。該隧道安裝和采用了LED燈具后，除了平均照度、照度均勻度、平均亮度，亮度均勻度指標(biāo)全面達(dá)到隧道照明的JTJ026.1-1999標(biāo)準(zhǔn)要求外，綜合能效指標(biāo)，平均照度與單位面積內(nèi)照明功率密度，即lx/LPD的比值，略優(yōu)于采用高效三基色T8熒光燈配電子鎮(zhèn)流器并用高效燈具的方案。

2、LED照明燈具工作結(jié)溫與光衰及壽命的關(guān)系的實(shí)際應(yīng)用案例普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!3、降低LED結(jié)溫的有效途徑和方法

目前降低LED結(jié)溫方法主要是兩個(gè)方面:*一是在LED芯片與熱沉之間采用新型熱擴(kuò)散系數(shù)高的材料，使LED芯片的熱量能在很小的散熱面上迅速擴(kuò)散出去。*另一方法是在散熱手段和散熱器體積都受限止的場(chǎng)合，采用使LED芯片欠功率運(yùn)行的方法，亦能使結(jié)溫明顯降低。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!欠功率運(yùn)行是降低LED結(jié)溫的另一個(gè)有效手段

*降低LED結(jié)溫的另一個(gè)有效手段是讓照明器具內(nèi)各LED工作在欠功率運(yùn)行狀態(tài)，例如對(duì)于最大工作電流為350mA的LED，讓其工作在280mA～300mA狀態(tài)，其光效將明顯增加且其結(jié)溫也將會(huì)明顯下降，這將大幅延長(zhǎng)LED模塊的有效工作壽命。*可能有人認(rèn)為，這種做法在一個(gè)照明器具中在具有相同的光通量輸出的情況下，將增加LED芯片的使用量，并將使成本增加。但是，如果不使用國(guó)際頂級(jí)的LED芯片，而采用一般檔次的LED芯片，即使多用幾顆，其綜合成本仍小于前者，并且其運(yùn)行的光效，往往不低于國(guó)際頂級(jí)LED芯片滿功率工作狀態(tài)的實(shí)際光效。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!L70加F5的考核方案和適用性從長(zhǎng)江隧道LED照明的實(shí)際應(yīng)用例子中也體現(xiàn)出這一點(diǎn)，在運(yùn)行近一年左右的時(shí)間中，長(zhǎng)江隧道燈具的失效率為0.6%，分析其原因，基本都是控制裝置(驅(qū)動(dòng)電路)損壞。從這一實(shí)例可看出，LED驅(qū)動(dòng)電路已成為L(zhǎng)ED燈具使用壽命的短板。強(qiáng)化驅(qū)動(dòng)電路的壽命設(shè)計(jì)，尤其是保證在較高的tc溫度值下不失效，是目前LED控制裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)和選擇元件的目標(biāo)。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!ｂ.電源電壓開(kāi)關(guān)沖擊把經(jīng)過(guò)上述冷熱循環(huán)沖擊的LED控制裝輸入端接上額定電源電壓，輸出端開(kāi)路，進(jìn)行200次的空載開(kāi)關(guān)試驗(yàn)。完成空載開(kāi)關(guān)試驗(yàn)后，再把LED控制裝輸出端帶上其聲稱的最大的負(fù)載，再進(jìn)行800次的滿載開(kāi)關(guān)試驗(yàn)。上述開(kāi)關(guān)試驗(yàn)的開(kāi)關(guān)周期為開(kāi)30S，關(guān)30S。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!重要提示只有通過(guò)上述嚴(yán)格的耐久性試驗(yàn)，并且在實(shí)際的使用條件下能使LED控制裝置的使用tc值低于標(biāo)注的tc值10℃及以上，（低10℃使用壽命增加一倍原理）才能保證LED控制裝置也具有足夠的使用壽命。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!對(duì)LED結(jié)溫的測(cè)量來(lái)控制照明器具壽命適合我國(guó)的國(guó)情按照美國(guó)DOE的LM80要求以及我國(guó)正在推行的有關(guān)規(guī)范，往往要化300天以上的時(shí)間（6000h），這在很多工程招標(biāo)和驗(yàn)收時(shí)是無(wú)法實(shí)施的。對(duì)照明器具內(nèi)LED結(jié)溫的測(cè)量來(lái)控制照明器具壽命雖說(shuō)不如直接測(cè)量壽命正確，但是可以避免因?yàn)楣て诰o而無(wú)法進(jìn)行壽命試驗(yàn)的空白，并且，只要操作正確，能夠達(dá)到80%以上的置信度。普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!報(bào)告人的信息上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海）副主任國(guó)家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司技術(shù)負(fù)責(zé)人教授級(jí)高工；高級(jí)審核員；3C高級(jí)工廠檢查員；國(guó)家認(rèn)監(jiān)委3C認(rèn)證TC05照明電器技術(shù)組組長(zhǎng)全國(guó)照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員照明基礎(chǔ)分委員會(huì)副主任委員俞安琪Tel:021-54264512021-51097935轉(zhuǎn)3052網(wǎng)址：.E-mail:yuaq@普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!Abstract：ThisessaymakesadeepdiscussionofthekernelparametersofLEDlightingapparatus—curvesforjunctiontemperaturewithluminousmaintenanceofLEDlightingapparatusanditsoperatinglife.ThisessayalsointroducesaneffectivemethodofreducingLEDjunctiontemperatureandnewmaterialwithhighthermaldiffusionfactor.AtthesametimethisessayanalyzesthemainproblemofoperatinglifeofLEDlightingluminaire—reliabilityofLEDcontrolgearandintroducestheendurancetestingmethodforLEDcontrolgear.

Keyword:luminousmaintenancecurve、operatingjunctiontemperature、L70、F5、endurance普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!二、照明器具內(nèi)LED結(jié)溫與光衰光系1、美國(guó)DOE文件提供的LED結(jié)溫與壽命的關(guān)系圖1是美國(guó)DOE文件中給出的二條較典型的在不同工作結(jié)溫時(shí)高強(qiáng)度白光LED的光衰和使用壽命的曲線圖，從圖中可看出，對(duì)于采用有機(jī)高分子硅膠加黃色熒光粉的封裝結(jié)構(gòu)的白光LED，其光衰百分比P隨時(shí)間衰減的一般規(guī)律:

P=A·e-t/k..................（1）式中A和K均為常數(shù)，t:時(shí)間(h)。當(dāng)t=0時(shí)，光衰百分比P=100,則A=100;DOE文件中，用試驗(yàn)到6000小時(shí)的光衰百分比來(lái)得到光衰達(dá)到70%即L70時(shí)的使用壽命值。普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!*對(duì)于同一個(gè)LED模塊，僅因?yàn)楣ぷ鹘Y(jié)溫的不同，而造成光衰和使用壽命的明顯差異，*從這一點(diǎn)可見(jiàn)，LED芯片的工作結(jié)溫是LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)。

結(jié)溫是LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!*更重要的是燈具內(nèi)的LED結(jié)溫均控制在60℃左右，這不僅保持了燈具的高效率運(yùn)行，而且實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)行11月后光通維持率達(dá)到98%的水平，按照這些參數(shù)按（1）式推算，該長(zhǎng)江隧道采用的LED燈具，其燈具內(nèi)LED模塊L70的壽命可以達(dá)到10萬(wàn)～11萬(wàn)小時(shí)。對(duì)此，我們將拭目以待。*除了上述參數(shù)外，該隧道的LED燈具，還根據(jù)不同時(shí)間段對(duì)照明的不同需求，利用LED燈具調(diào)控功能實(shí)現(xiàn)了可觀的調(diào)控節(jié)能。目前這一隧道，在節(jié)電、減少維護(hù)次數(shù)和成本方面的綜合性能，已經(jīng)體現(xiàn)出良好的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，類(lèi)似這樣的方案是有其推廣和使用的生命力的。

2、LED照明燈具工作結(jié)溫與光衰及壽命的關(guān)系的實(shí)際應(yīng)用案例普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!目前采用的新型散熱材料A*高導(dǎo)熱系數(shù)陶瓷材料，該材料國(guó)際跨國(guó)公司已研發(fā)成功，具有良好的導(dǎo)熱效果及良好的電絕緣性能，但由于屬于國(guó)際專(zhuān)利，目前價(jià)格也較高。*納米碳素加石墨的復(fù)合導(dǎo)熱板。該材料是我國(guó)民營(yíng)企業(yè)發(fā)明的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料，其25℃時(shí)熱擴(kuò)散系數(shù)高達(dá)220（mm）2/s，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)有色金屬銀（169（mm）2/s），銅（100（mm）2/s）和氮化鋁（70（mm）2/s），這是一種價(jià)廉物美的好材料，如得到推廣使用，對(duì)降低LED模塊的結(jié)溫，提高使用壽命的貢獻(xiàn)將是巨大的。

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三、LED控制裝置的可靠性，已成為L(zhǎng)ED照明燈具使用壽命的短板1、L70加F5的考核方案和適用性今年6月在芬蘭赫爾辛基召開(kāi)的IECTC34工作組會(huì)議上，美國(guó)代表對(duì)LED照明燈具的壽命提出了L70加F5的方案，即在LED照明器具光衰達(dá)到70%的有效使用壽命期間，失效率應(yīng)該不高于5%。實(shí)際的應(yīng)用例子證明，美國(guó)對(duì)LED燈具的壽命考核方案是切合實(shí)際的，L70針對(duì)的考核對(duì)象主要是LED模塊，F(xiàn)5針對(duì)的考核對(duì)象主要是控制裝置。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!2、LED控制裝置耐久性要求

對(duì)于LED控制裝置，工作的耐久性是很重要的，由于其內(nèi)部具有較多的電子元件，所以早期的失效概率就較大，作為性能指標(biāo)，耐久性項(xiàng)目是一個(gè)關(guān)系到用戶利益和LED照明器具推廣前途的重要指標(biāo)。所以應(yīng)按以下要求進(jìn)行試驗(yàn)：（1）沖擊試驗(yàn)ａ.溫度循環(huán)沖擊：－10℃（更低）?ｔc5個(gè)周期普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!（2）tc條件下的耐久性試驗(yàn)

把經(jīng)過(guò)上述沖擊試驗(yàn)的LED控制裝放入到加熱箱內(nèi)（注意：加熱箱內(nèi)不得啟用鼓風(fēng)機(jī)），給其輸出端帶上額定的LED模塊負(fù)載，LED模塊放在加熱箱以外，LED模塊周?chē)h(huán)境溫度為25±5℃，輸入端通以額定的電源電壓，使LED控制裝置正常工作，調(diào)整加熱箱溫度，促使LED控制裝置表面最熱處達(dá)到其所標(biāo)注的tc值。在達(dá)到這一條件后，LED控制裝置應(yīng)連續(xù)工作200h。

普通LED照明器具應(yīng)關(guān)注的核心參數(shù)共24頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!四、回顧和總結(jié)*結(jié)溫是判斷LED照明器具性能優(yōu)劣的核心要素測(cè)量照明器具在額定的ta條件下的LED結(jié)溫，這不僅能評(píng)價(jià)LED器具散熱設(shè)計(jì)的合理性，而且還