呂光軍:CSA020方法測(cè)得的室內(nèi)LED照明產(chǎn)品流明衰減過(guò)快的原因分析

2013年11月11日熱管理與可靠性技術(shù)分會(huì)上，來(lái)自半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)工程師呂光軍做了題為《CSA020方法測(cè)得的室內(nèi)LED照明產(chǎn)品流明衰減過(guò)快的原因分析》的報(bào)告。

半導(dǎo)體照明聯(lián)合創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 研發(fā)工程師 呂光軍

呂光軍說(shuō)：“相對(duì)傳統(tǒng)照明產(chǎn)品而言,作為第三代照明的LED產(chǎn)品具有節(jié)能環(huán)保、壽命長(zhǎng)、安全、外觀可塑性好、驅(qū)動(dòng)靈活以及體積容易小型化等諸多優(yōu)勢(shì)。LED產(chǎn)業(yè)與目前各國(guó)所倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保、營(yíng)造綠色低碳生活的政策相符,因此獲得各國(guó)政府的大力支持,尤其與公用事業(yè)相關(guān)的應(yīng)用(如LED路燈等)更是發(fā)展迅猛。但由于受成本等因素的制約,在民用方面完全替代傳統(tǒng)照明,尚需時(shí)日。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間便成為行業(yè)迫切需要。

因此國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CSAS)制定發(fā)布的聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)CSA020《LED照明產(chǎn)品加速衰減試驗(yàn)方法》，主要適用于LED路燈、LED隧道燈、LED射燈、LED筒燈和LED球泡燈等LED照明產(chǎn)品?！?/p>

首先是CSA020加速衰減試驗(yàn)方法的加速原理是，在測(cè)試設(shè)備精度得到保證的前提下，假設(shè)光通維持率與時(shí)間呈e指數(shù)衰減關(guān)系，則可以使用3600小時(shí)光通量衰減數(shù)據(jù)替代ES測(cè)試方法所需的6000小時(shí)的數(shù)據(jù)。另外，加速衰減試驗(yàn)方法采用了多次通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明可行的Arrhenius加速模型描述LED產(chǎn)品在高結(jié)溫下的壽命。因此，該方法利用提高測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度(用以提高LED結(jié)溫)的方式進(jìn)一步縮短測(cè)試時(shí)間。在建議最高溫度為55℃的測(cè)試條件下，2000小時(shí)以內(nèi)的數(shù)據(jù)，可用來(lái)替代ES方法所需要的室溫下6000小時(shí)的數(shù)據(jù)。對(duì)于最高標(biāo)稱工作溫度小于55℃的LED照明產(chǎn)品，則要求以產(chǎn)品的最高標(biāo)稱工作溫度為最高測(cè)試溫度。該標(biāo)準(zhǔn)采用的加速衰減試驗(yàn)方法的可行性與合理性，不僅在理論上進(jìn)行了證明，還用LED照明燈具實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

其次是CSA020標(biāo)準(zhǔn)提出的檢驗(yàn)流程是采用抽樣方法，也就是說(shuō)檢驗(yàn)批次組成：采用相同的材料、元器件和光源，以及具有相同的結(jié)構(gòu)形式，在同一條生產(chǎn)線上連續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品組成檢驗(yàn)批次。檢驗(yàn)樣品應(yīng)至少在兩個(gè)以上的制造批次中隨機(jī)抽取。樣品的光通量應(yīng)符合穩(wěn)定衰減。樣品樣本數(shù)至少為3個(gè)。樣本數(shù)越多，檢測(cè)結(jié)果的置信度越高。

在加速試驗(yàn)溫度的選擇方面，將試驗(yàn)箱依序設(shè)置為表1所列的4個(gè)測(cè)試溫度，在每個(gè)測(cè)試溫度保持至少60分鐘，使樣品達(dá)到熱平衡穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)量樣品在該溫度下的光學(xué)特性(如照度)。在每次測(cè)量結(jié)束后，都應(yīng)將樣品從溫度試驗(yàn)箱中取出，在室溫條件下靜置，當(dāng)樣品達(dá)到熱平衡穩(wěn)定狀態(tài)后測(cè)量光通量。

樣品在溫度試驗(yàn)箱外測(cè)量得到的光通量之間的差異應(yīng)在5%之內(nèi)，在溫度試驗(yàn)箱中4個(gè)設(shè)定測(cè)試溫度下測(cè)量得到的光學(xué)性能之間的差異應(yīng)在10%之內(nèi)，則可以將該測(cè)試溫度(25℃除外)減小5℃作為加速衰減試驗(yàn)的加速試驗(yàn)溫度。加速試驗(yàn)中應(yīng)采用滿足以上條件的最高加速試驗(yàn)溫度，但不應(yīng)高于55℃，且不應(yīng)高于產(chǎn)品標(biāo)稱的最高工作溫度。

隨后進(jìn)行加速試驗(yàn)，樣品需要先測(cè)量初始光通量。然后將樣品置于試驗(yàn)箱中，進(jìn)行加速試驗(yàn)。試驗(yàn)環(huán)境溫度為上述判定的加速試驗(yàn)溫度，試驗(yàn)環(huán)境相對(duì)濕度不超過(guò)65%，樣品在額定電壓下連續(xù)工作。

得出加速試驗(yàn)達(dá)標(biāo)判定：CSA列舉了標(biāo)稱壽命分別為25000小時(shí)、30000小時(shí)和35000小時(shí)的樣品的達(dá)標(biāo)判定方法。如標(biāo)稱壽命為35000小時(shí)的樣品，在一定的加速溫度下，所有樣品達(dá)到表2所示的累計(jì)負(fù)載時(shí)間后，加速光通維持率不小于95%，則判定樣品的最小預(yù)期壽命達(dá)到其標(biāo)稱壽命35000小時(shí)。如果加速溫度為55℃,則判定LED照明產(chǎn)品壽命為35000小時(shí)、30000小時(shí)和25000小時(shí)所需的測(cè)試時(shí)間分別僅為1750小時(shí)，1550小時(shí)和1300小時(shí)。

最后為了驗(yàn)證CSA020《LED照明產(chǎn)品加速衰減試驗(yàn)方法》具有廣泛的代表性，在筒燈、射燈、球泡燈、路燈和隧道燈中選取了17種具有代表性的LED照明產(chǎn)品進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。在55℃加速和室溫(25℃)測(cè)試下，驗(yàn)證了加速衰減試驗(yàn)的結(jié)果與室溫測(cè)試結(jié)果保持一致。與美國(guó)能源之星ES方法相比，CSA020《LED照明產(chǎn)品加速衰減試驗(yàn)方法》能夠有效縮短預(yù)測(cè)LED照明產(chǎn)品壽命所需的試驗(yàn)時(shí)間。CSA020試驗(yàn)方法理論的正確性與廣泛的代表性得到了大量詳實(shí)的數(shù)據(jù)驗(yàn)證?？紤]到測(cè)量系統(tǒng)的精度，使用該方法能夠在55℃的測(cè)試溫度下將測(cè)試時(shí)間縮短至2000小時(shí)以內(nèi)。

目前CSA020正被國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)十家會(huì)員單位接收，相信不久的將來(lái)會(huì)受到越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)可，必將對(duì)LED照明產(chǎn)品的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。(邸曉偉)