LED 照明系統(tǒng)的可靠性：確保穩(wěn)健的設(shè)計

在 LED 照明產(chǎn)品首次應(yīng)用于普通照明至少 10 年后，如何評估 LED 照明產(chǎn)品的可靠性仍然是一個持續(xù)爭論的話題，有時甚至是混亂的話題。下面我們將了解一些用于可靠性設(shè)計 LED 照明系統(tǒng)的指標(biāo)和流程。

白熾燈或熒光燈等現(xiàn)有照明技術(shù)的壽命通常以平均額定壽命為特征，即連續(xù)運行的燈的一半測試群體發(fā)生故障(即不再發(fā)光)的時間(以小時為單位)。白熾燈的平均額定壽命約為 1,000 小時，緊湊型熒光燈約為 12,000 小時，線性熒光燈約為 25,000 小時。相比之下，在適當(dāng)環(huán)境條件下運行的 LED 可以發(fā)光 100,000 小時或更長時間，因此無法測量平均額定壽命。

相反，LED 照明壽命使用 L70 指標(biāo)來表征，這是以小時為單位的時間，以流明 (L) 為單位測量的光輸出下降到初始值的 70%。從可靠性工程角度來看，L70 的缺點是測試方法由公認的照明權(quán)威機構(gòu)照明工程學(xué)會發(fā)布，僅基于 LED 封裝的流明輸出測量值，不考慮其他系統(tǒng)組件，例如驅(qū)動器、熱管理設(shè)計，甚至光學(xué)器件。現(xiàn)有的照明制造商并沒有把重點放在整體系統(tǒng)的可靠性上，因為燈幾乎總是第一個出現(xiàn)故障的組件。隨著 LED 照明的出現(xiàn)，制造商和最終用戶已經(jīng)開始明白，照明系統(tǒng)的其他部分可能是整個壽命的限制因素，如下表所示。

產(chǎn)品類別使用壽命(小時)

白熾燈1,000

節(jié)能燈12,000

線性熒光25,000

點燈25,000

LED燈槽56,000

LED路燈50,000

表 1 SSL 與其他照明技術(shù)相比的典型性能

正式意義上的可靠性是部件或系統(tǒng)在指定的操作條件下在指定的時間段內(nèi)按預(yù)期運行的概率。產(chǎn)品可靠性評估幾乎總是基于加速壽命測試統(tǒng)計建模和預(yù)測。對于 LED 照明系統(tǒng)，流明衰減和其他組件的故障都會影響整體可靠性，如下圖所示。但是，將照明系統(tǒng)性能的這兩個不同方面結(jié)合起來的統(tǒng)計模型被證明是難以捉摸的，這也是將重點放在穩(wěn)健性測試上的主要原因。

在現(xiàn)場操作的背景下，穩(wěn)健性是產(chǎn)品或系統(tǒng)在指定環(huán)境中按預(yù)期操作的能力的非量化指標(biāo)，通過確認設(shè)計和生產(chǎn)過程產(chǎn)生的產(chǎn)品能夠承受比正常預(yù)期更高的壓力水平手術(shù)。幾十年來，電子行業(yè)一直采用穩(wěn)健性測試協(xié)議作為其驗證計劃的一部分。這個概念直到最近才被更大的 LED 照明社區(qū)所接受，因為人們已經(jīng)意識到基于 LED 的照明產(chǎn)品與其他類型的電子產(chǎn)品沒有太大區(qū)別，當(dāng)然，它們會產(chǎn)生光。

與使用設(shè)計原型的可靠性測試相比，穩(wěn)健性測試通常涉及使生產(chǎn)樣品經(jīng)受各種過應(yīng)力條件，使其更多地成為整體 QA 計劃的一部分。與目標(biāo)是測試失敗以了解失敗模式的可靠性測試不同，穩(wěn)健性測試的期望是所有產(chǎn)品在測試結(jié)束時都能正常運行。

LED 照明的穩(wěn)健性測試類似于JEDEC、IEC和其他組織發(fā)布的其他類型電子設(shè)備的測試，但針對 LED 產(chǎn)品的特殊特性進行了定制。給定產(chǎn)品的具體測試協(xié)議將取決于預(yù)期的應(yīng)用，例如，室內(nèi)辦公產(chǎn)品的測試面板可能不需要包括高溫操作或振動。下表中列出的測試代表了推薦用于 LED 照明產(chǎn)品的一些更常見的穩(wěn)健性測試。

測試樣本量(典型)持續(xù)時間(典型)描述

高溫操作30 個(3 個，共 10 個)1000 小時連續(xù)運行：

1. 與允許的最大電流對應(yīng)的溫度

2. 對應(yīng)于允許的最高溫度的驅(qū)動電流

低溫操作30 個(3 個，共 10 個)1000 小時在 40 °C(典型值)的環(huán)境溫度和工作溫度允許的最大驅(qū)動電流下連續(xù)運行

電源循環(huán)操作30 個(3 個，共 10 個)1000 小時在標(biāo)稱溫度和驅(qū)動電流下開/關(guān)操作。由制造商確定的占空比

非工作溫度循環(huán)30 個(3 個，共 10 個)500 次循環(huán)在 T min = 40 °C 和

T max = 85 °C時，典型的浸泡時間和溫度為 15 分鐘

變頻振動30 個(3 個，共 10 個)168 小時由制造商確定的頻率分布

高溫/高濕30 個(3 個，共 10 個)1000 小時在 85 °C 的典型環(huán)境溫度和 85% 的典型 RH 下連續(xù)或循環(huán)運行

腐蝕30 個(3 個，共 10 個)168 小時在標(biāo)稱溫度和驅(qū)動電流下運行，75% RH(典型值)至鹽霧

曝光(非工作)3 個(3 個，共 1 個)1000 小時透鏡和外殼材料暴露于近紫外輻射

灰塵208 小時在標(biāo)稱溫度和驅(qū)動電流下連續(xù)運行

表 2 LED 照明系統(tǒng)穩(wěn)健性的典型測試

一些標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)最近已經(jīng)解決了 LED 照明系統(tǒng)穩(wěn)健性的主題，并且正在進行進一步的努力。下一次，我們將回顧現(xiàn)有和計劃中的標(biāo)準(zhǔn)，以及每個標(biāo)準(zhǔn)如何解決 LED 照明系統(tǒng)的可靠性問題。