簡述LED燈泡“能源之星”規(guī)范的創(chuàng)新與可借鑒之處

本文選自《半導(dǎo)體照明》雜志2013年第9期（總第43期）轉(zhuǎn)載請注明：

普通照明用白熾燈泡，是歷史最悠久、應(yīng)用場所最廣、數(shù)量最大的照明產(chǎn)品，但由于其光效較低，許多國家都已出臺取代白熾燈泡的法令和措施。在已有技術(shù)中，熒光燈和LED燈是替代白熾燈較好的選擇;熒光燈產(chǎn)品推向市場的時間早于LED燈，市場規(guī)模也大于LED燈泡，從這兩個方面看，熒光燈是兄，LED燈是弟;其間，冷陰極熒光燈和無極燈都是熒光燈同類的改進(jìn)產(chǎn)品，但正趕上LED照明產(chǎn)品風(fēng)起云涌、蓬勃發(fā)展的年代，冷陰極熒光燈泡和無極燈泡變得相對不為普通大眾所關(guān)注和了解。當(dāng)然，現(xiàn)在LED燈的性能已大大超越了熒光燈泡(包括冷陰極熒光燈泡和無極燈泡)和白熾燈泡，全面取代熒光燈泡和白熾燈泡在產(chǎn)業(yè)上已成事實，這是照明歷史上一件非常了不起的技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)變革。

歷史上的熒光燈取代白熾燈，并未十分普及，至少在熒光燈上市之初的數(shù)十年，并不那么成功。為此，早在2006年美國能源部(DOE)對照明進(jìn)行過市場與技術(shù)的研究，其中有一項研究成果是《美國緊湊型熒光燈通往市場之路的教訓(xùn)》，其總結(jié)了緊湊型熒光燈(CFL)在美國取代白熾燈的市場化道路上，為什么緊湊型熒光燈不成功?這份文件是其后制定LED標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的一份方向性經(jīng)驗指南。在多次提到的緊湊型熒光燈取代白熾燈泡市場不成功的原因中，一個重要的因素就是緊湊型熒光燈的性能規(guī)范和早期質(zhì)量不佳，未能滿足消費者的預(yù)期;因此，完備的LED產(chǎn)品性能規(guī)范和驗證規(guī)范，對促進(jìn)快速成長的LED照明技術(shù)進(jìn)步和市場發(fā)展至關(guān)重要。

一、中國和國際IEC已出臺和即將出臺LED燈標(biāo)準(zhǔn)

下列有關(guān)LED燈泡的標(biāo)準(zhǔn)都是IEC標(biāo)準(zhǔn)和國家層面的國標(biāo)或輕工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

1.已有的國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)

(1)GB24906-2010普通照明用50V以上自鎮(zhèn)流LED燈安全要求(正在做與以下IEC 62560等同性修訂);

(2)IEC62560-Self-ballasted LED-lamps for general lighting services>50V–Safety specifications;

(3)GB /T 24908-2010普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈性能要求(在做與以下IEC/PAS 62612等同性修訂);

(4)IEC/PAS 62612 Self-Ballasted LED Lamps for General Lighting Services Performance Requirements;

(5)GB/T 29295-2012反射型自鎮(zhèn)流LED燈性能測試方法;

(6)GB/T 29296-2012反射型自鎮(zhèn)流LED燈性能要求;

2.已有的中國質(zhì)量認(rèn)證中心的節(jié)能認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

(1)CQC3129-2010反射型自鎮(zhèn)流LED燈節(jié)能認(rèn)證技術(shù)規(guī)范;

(2)CQC3130-2011普通照明用非定向自鎮(zhèn)流LED燈節(jié)能認(rèn)證技術(shù)規(guī)范;

3.在制訂的國際IEC標(biāo)準(zhǔn)

(1)IEC 62663-1 Ed.1.0非自鎮(zhèn)流LED燈第1部分安全要求(預(yù)計出版日2013-10);

(Non-ballasted LED-lamps-Part 1: Safety specifications(Forecast Publication Date 2013-10));

(2)IEC 62663-2 Ed.1.0非自鎮(zhèn)流LED燈第2部分性能要求(預(yù)計出版日2014-09);

(Non-ballasted LED lamps-Performance requirements (Forecast Publication Date 2014-09));

(3)IEC62838 Ed. 1.0普通照明用電源電壓不大于50Vr.m.s交流電壓或120V無紋波直流電壓的自鎮(zhèn)流LED燈安全要求(預(yù)計出版日2014-12) (Self-ballasted LED-lamps for general lighting services with supply voltages not exceeding 50 V a.c. r.m.s. or 120 V ripple free d.c.-Safety specifications (Forecast Publication Date 2014-12);

(4)IEC 62776 Ed.1.0普通照明用雙端LED燈安全要求(預(yù)計出版日2014-04)

(Double-capped LED lamps for general lighting services-Safety specifications(Forecast Publication Date 2014-04));

(5)IEC/TS 62861 Ed1.0LED產(chǎn)品的主要元件的可靠性測試(預(yù)計出版日2014-03)(Principal component reliability testing for LED-based products(Forecast Publication Date 2014-03));

4.制訂中的國家標(biāo)準(zhǔn)(全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會)

(1)20130035-Q-607非自鎮(zhèn)流LED燈第1部安全要求(等同IEC 62663-1 Ed.1.0);

(2)20130042-Q-607 普通照明用電源電壓不大于50Vr.m.s交流電壓或120V無紋波直流電壓的自鎮(zhèn)流LED燈安全要求(等同IEC 62838 Ed.1.0);

(3)20130044-Q-607普通照明用雙端LED燈安全要求(等同IEC 62776 Ed. 1.0);

(4)20130043-T-607普通照明用非定向自鎮(zhèn)流LED燈規(guī)格分類;

(5)20130045-T-607普通照明用雙端LED燈性能要求;

5.在制訂的中國節(jié)能認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(全國能源基礎(chǔ)與管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會)

20130024-Q-469普通照明用LED射燈能效限定值及能效等級。

6.在制訂的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(工業(yè)和信息化部輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))

QBCPZT 1157-201 LED球泡燈性能要求。

二、LED燈泡“能源之星”規(guī)范的創(chuàng)新與可借鑒處

我國的標(biāo)準(zhǔn)體系與歐洲、南美洲、阿拉伯國家(地區(qū))、澳大利亞、南非、日本、韓國等大多數(shù)國家一樣，加入了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO、IEC體系。因此，我們的國家標(biāo)準(zhǔn)與IEC標(biāo)準(zhǔn)，基本上是等同的，如果有差異，還要向國際組織陳述理由，并向WTO發(fā)布公告，征詢各國意見。

美國能源部(DOE)、北美照明學(xué)會(ANSI)、北美電器加工者協(xié)會(NEMA)等機(jī)構(gòu)，在SSL固態(tài)照明技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)上早于其他國家進(jìn)行投入很多，也產(chǎn)出很多。此外，LM-79、ANSI NEMAC78.377、LM-80、LM-82、TM-21等能源之星規(guī)范經(jīng)過多次修訂，都確保了美國在LED照明標(biāo)準(zhǔn)所處的先進(jìn)地位。

美國LED照明標(biāo)準(zhǔn)不僅是技術(shù)研究的成果、產(chǎn)品發(fā)展與實踐經(jīng)驗的總結(jié)，也是由利益關(guān)方進(jìn)行自由、公開、民主評議投票的結(jié)果。如果我們僅習(xí)慣于自己已有的標(biāo)準(zhǔn)體系，不去兼容并蓄，積極關(guān)注和采用美洲標(biāo)準(zhǔn)體系，完善和發(fā)展我們自己的標(biāo)準(zhǔn)體系，這與我國作為世界照明產(chǎn)品加工基地和即將成為世界照明產(chǎn)品研發(fā)基地是不匹配的;此外，關(guān)注和研究美洲標(biāo)準(zhǔn)，對我國產(chǎn)品出口美洲會起到有益的幫助和引導(dǎo)作用。

2013年8月27日，美國能源署EPA公布了能源之星“燈泡(Lamp)”規(guī)范最終版本V1.0，試圖將“LED一體式燈泡”與“緊湊型熒光燈燈泡(CFL)“兩個規(guī)范進(jìn)行整合成一個“燈泡”規(guī)范。該規(guī)范公開后，即可以有效采用;舊版本“LED一體式燈泡V1.4”和“緊湊型熒光燈CFL-V4.3”，過渡使用到2014年5月30日，依據(jù)這2個能源之星舊規(guī)范認(rèn)可的產(chǎn)品，在2014年9月30日之后生產(chǎn)，不能再貼能源之星的標(biāo)志上市，已有的能源之星網(wǎng)上列名也將取消。規(guī)范中有幾項LED燈泡性能要求和測試方法，是我國標(biāo)準(zhǔn)體系和IEC標(biāo)準(zhǔn)中沒有呈現(xiàn)的地方，或是能源之星規(guī)范的創(chuàng)新之處(相對我國與IEC體系)，值得關(guān)注和借鑒。[!--empirenews.page--]

1.光維持壽命測試

能源之星要求“燈泡”規(guī)范和“燈具”規(guī)范，光維持率都需要測試6000小時，相關(guān)的IES標(biāo)準(zhǔn)LM-80，TM-21也是設(shè)定這個最少的測試時間，這是基于壽命推導(dǎo)統(tǒng)計方法和LED壽命屬性的研究結(jié)果，是美國固態(tài)照明技術(shù)研究對世界的一個貢獻(xiàn)。

在國際電工委員會(歐洲)的LED標(biāo)準(zhǔn)，“IEC/PAS 62612-2009自整流通用照明LED燈泡性能要求” 和“IEC/PAS 62717-2011通用照明的LED模組性能要求”，這兩本標(biāo)準(zhǔn)中，有關(guān)壽命方面的性能，除了IEC首次提出了額定壽命的1/4時間為壽命測試時間外，也注明了最大壽命測試時間是6000小時，在我國LED標(biāo)準(zhǔn)中，也陸續(xù)采用了6000小時的壽命測試時間，這些都體現(xiàn)了美國提出的6000小時光維持率，已被其他國家和組織廣泛地認(rèn)可。

6000小時，尤其在LED產(chǎn)品蓬勃發(fā)展更新?lián)Q代很快的階段，不是最好的辦法。因此，各國都在尋找更快的壽命測試方法，北美照明學(xué)會也不例外，據(jù)說燈具的壽命測試時間有望簡化到3000小時，以下是相關(guān)的北美照明學(xué)會在制訂中的有關(guān)光維持壽命測試標(biāo)準(zhǔn)：

(1)IES LM-84LED燈泡、引擎和燈具的光通維持測試方法(Method for Measuring Lumen Maintenance of LED Lamps，Light Engines，and Luminaires);

(2)IES LM-85大功率LED燈泡測量方法 (Approved Method for the Measurements of High Power LEDs);

(3)IES LM-xx5LED可靠性測試(LED Reliability Tests);

(4)IES TM-26LED產(chǎn)品額定壽命的預(yù)估方法 (Method for Estimating the Rated Life of an LED Product);

(5)IES TM-28LED燈泡、燈具的光通維持預(yù)測方法(Prediction of Lumen Maintenance of LED Lamps and Luminaires)。

2.高溫下光輸出測試

美國LM-79測試標(biāo)準(zhǔn)是全世界第一部有關(guān)LED燈泡與LED燈具的測試標(biāo)準(zhǔn)，已被英國ECA、新西蘭、澳大利亞、南美洲、以色列、IEA-4E等廣為接受。LM-79的測試條件是被測試的LED產(chǎn)品周圍1米處的環(huán)境溫度保持為25℃，然而LED燈泡或LED光引擎在實際使用中周圍的溫度不止25℃，這就是LM-79測試結(jié)果的局限性，常溫下25℃所測的光通數(shù)據(jù)不一定能反映LED光源(包括燈泡或引擎)在實際使用時的高溫環(huán)境下的光學(xué)數(shù)據(jù)，因此，美國又率先制定了一本LM-82—LED光源或光引擎在高溫下的測試方法標(biāo)準(zhǔn)。

能源之星“燈泡”規(guī)范規(guī)定：使用條件下的高溫，例如55℃的環(huán)境下，測得的光輸出(按照LM-82)與在常溫環(huán)境下溫度25℃時(按照LM-79)測得燈泡的光通相比，前者不得低于后者的90%。這條性能要求，以及該“燈泡”規(guī)范中列出的保持高溫環(huán)境的幾種方式，相比其他組織的LED標(biāo)準(zhǔn)在高溫下進(jìn)行老化而常溫下測試光輸出的方式，美國能源之星的規(guī)范更切合實際，更先進(jìn)和科學(xué)，值得我國LED照明行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)借鑒和參考。

圖 1 積分球內(nèi)做光源的 LM-82 測試的高溫控制盒

3.燈泡的光輸出頻率(Operation Frequency)與閃爍(Flicker)

LED燈作為照明用時，光輸出的閃爍頻率是照明舒適性的重要參數(shù)，圖2的LED燈頻閃測試圖，其光輸出大小并非恒定不變而是波動的，也有波幅、頻率等參數(shù)，需要用來界定其光舒服程度;燈泡的能源之星規(guī)范草案4規(guī)定了LED燈泡的光輸出頻閃頻率不低于120Hz;有調(diào)光(Dimming)功能的燈泡，其閃爍指數(shù)(Flicker Index)要低于0.001倍的光輸出頻率，在LED燈泡光輸出頻率不確定時，LED燈泡的閃爍指數(shù)要低于30%。閃爍指數(shù)計算，如圖2，等于區(qū)域1/(區(qū)域1+區(qū)域2);閃爍測試標(biāo)準(zhǔn)IEEE PAR1789還在完善中，因此，該處與草案4不同，最終版本的燈泡 V1.0能源之星規(guī)范，沒有規(guī)定閃爍指數(shù)的具體限值，只需要產(chǎn)品申請能源之星時，向?qū)徍藱C(jī)構(gòu)報告光輸出的頻率周期，最大閃爍百分比，最大閃爍指數(shù)。

能源之星燈泡規(guī)范也公布了測試推薦方法。LED照明的操作頻率與閃爍在北美NEMA標(biāo)準(zhǔn)中、美國IES參與主導(dǎo)的IEA-4E文件中，也有光輸出頻率與閃爍要求，在我國有關(guān)LED的標(biāo)準(zhǔn)中，據(jù)了解，尚未提出光輸出頻率與閃爍的要求。

圖 2 LED 燈泡頻閃測試圖(Flash Photometer)

圖 3 閃爍指數(shù)(Flicker Index)計算圖

4.LED驅(qū)動的聲學(xué)噪音(Noise)

能源之星“燈泡”和“燈具”規(guī)范中都有LED驅(qū)動的聽覺噪音不得超過24db的要求，以前能源之星規(guī)范都沒有明確的聽覺噪音測試方法，這次燈泡的能源之星規(guī)范，第一次公布了測試方法指南和測試參照的有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7574-4:1985 B.2.1和ANSI s12.55-2006/ISO 3745:2003，并規(guī)定測試6個方位和測試距離在1m以內(nèi)，這樣要求的噪音測試隔音室，預(yù)留的空間比較大，聽覺噪音測試設(shè)備的成本很高。

能源之星此項要求，有效規(guī)范與預(yù)防LED照明的驅(qū)動電源在調(diào)光狀態(tài)下可能造成聲學(xué)噪音，因為傳統(tǒng)的白熾燈泡沒有聲學(xué)噪音。據(jù)了解，在我國有關(guān)LED標(biāo)準(zhǔn)中，還沒有提出LED驅(qū)動的噪音要求。因此，LED驅(qū)動電源、LED調(diào)光器、LED燈泡、LED燈具，以及LED室內(nèi)照明設(shè)計的驗收規(guī)范，都應(yīng)該參考和借鑒。

在我國的標(biāo)準(zhǔn)體系中，基于已有的歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，多借鑒、吸收些美國的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗，對形成我國照明行業(yè)自己的標(biāo)準(zhǔn)體系有非常實際的幫助。此外，美洲市場作為重要的出口市場，借鑒其標(biāo)準(zhǔn)有著更迫切的實際需求。