呂光軍:CSA020方法測得的室內LED照明產品流明衰減過快的原因分析

2013年11月11日熱管理與可靠性技術分會上，來自半導體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點實驗室研發(fā)工程師呂光軍做了題為《CSA020方法測得的室內LED照明產品流明衰減過快的原因分析》的報告。

半導體照明聯(lián)合創(chuàng)新國家重點實驗室 研發(fā)工程師 呂光軍

呂光軍說：“相對傳統(tǒng)照明產品而言,作為第三代照明的LED產品具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、安全、外觀可塑性好、驅動靈活以及體積容易小型化等諸多優(yōu)勢。LED產業(yè)與目前各國所倡導的節(jié)能環(huán)保、營造綠色低碳生活的政策相符,因此獲得各國政府的大力支持,尤其與公用事業(yè)相關的應用(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,尚需時日。由于市場競爭激烈、產品更新?lián)Q代快、縮短開發(fā)時間便成為行業(yè)迫切需要。

因此國家半導體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯(lián)盟標準化委員會(CSAS)制定發(fā)布的聯(lián)盟標準CSA020《LED照明產品加速衰減試驗方法》，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照明產品?！?/p>

首先是CSA020加速衰減試驗方法的加速原理是，在測試設備精度得到保證的前提下，假設光通維持率與時間呈e指數(shù)衰減關系，則可以使用3600小時光通量衰減數(shù)據(jù)替代ES測試方法所需的6000小時的數(shù)據(jù)。另外，加速衰減試驗方法采用了多次通過實測數(shù)據(jù)證明可行的Arrhenius加速模型描述LED產品在高結溫下的壽命。因此，該方法利用提高測試時的環(huán)境溫度(用以提高LED結溫)的方式進一步縮短測試時間。在建議最高溫度為55℃的測試條件下，2000小時以內的數(shù)據(jù)，可用來替代ES方法所需要的室溫下6000小時的數(shù)據(jù)。對于最高標稱工作溫度小于55℃的LED照明產品，則要求以產品的最高標稱工作溫度為最高測試溫度。該標準采用的加速衰減試驗方法的可行性與合理性，不僅在理論上進行了證明，還用LED照明燈具實際測試數(shù)據(jù)進行了驗證。

其次是CSA020標準提出的檢驗流程是采用抽樣方法，也就是說檢驗批次組成：采用相同的材料、元器件和光源，以及具有相同的結構形式，在同一條生產線上連續(xù)生產的產品組成檢驗批次。檢驗樣品應至少在兩個以上的制造批次中隨機抽取。樣品的光通量應符合穩(wěn)定衰減。樣品樣本數(shù)至少為3個。樣本數(shù)越多，檢測結果的置信度越高。

在加速試驗溫度的選擇方面，將試驗箱依序設置為表1所列的4個測試溫度，在每個測試溫度保持至少60分鐘，使樣品達到熱平衡穩(wěn)定狀態(tài)，測量樣品在該溫度下的光學特性(如照度)。在每次測量結束后，都應將樣品從溫度試驗箱中取出，在室溫條件下靜置，當樣品達到熱平衡穩(wěn)定狀態(tài)后測量光通量。

樣品在溫度試驗箱外測量得到的光通量之間的差異應在5%之內，在溫度試驗箱中4個設定測試溫度下測量得到的光學性能之間的差異應在10%之內，則可以將該測試溫度(25℃除外)減小5℃作為加速衰減試驗的加速試驗溫度。加速試驗中應采用滿足以上條件的最高加速試驗溫度，但不應高于55℃，且不應高于產品標稱的最高工作溫度。

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

得出加速試驗達標判定：CSA列舉了標稱壽命分別為25000小時、30000小時和35000小時的樣品的達標判定方法。如標稱壽命為35000小時的樣品，在一定的加速溫度下，所有樣品達到表2所示的累計負載時間后，加速光通維持率不小于95%，則判定樣品的最小預期壽命達到其標稱壽命35000小時。如果加速溫度為55℃,則判定LED照明產品壽命為35000小時、30000小時和25000小時所需的測試時間分別僅為1750小時，1550小時和1300小時。

最后為了驗證CSA020《LED照明產品加速衰減試驗方法》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照明產品進行了驗證試驗。在55℃加速和室溫(25℃)測試下，驗證了加速衰減試驗的結果與室溫測試結果保持一致。與美國能源之星ES方法相比，CSA020《LED照明產品加速衰減試驗方法》能夠有效縮短預測LED照明產品壽命所需的試驗時間。CSA020試驗方法理論的正確性與廣泛的代表性得到了大量詳實的數(shù)據(jù)驗證?？紤]到測量系統(tǒng)的精度，使用該方法能夠在55℃的測試溫度下將測試時間縮短至2000小時以內。

目前CSA020正被國家半導體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯(lián)盟數(shù)十家會員單位接收，相信不久的將來會受到越來越多的企業(yè)認可，必將對LED照明產品的研發(fā)與產業(yè)發(fā)展起到巨大的推動作用。(邸曉偉)