LM80灯珠寿命计算方法

LM80灯珠寿命计算方法北美照明工程协会和美国国家标准学会颁布了针对SSL照明LED封装、阵列、模块的光通量和颜色的维持测试方法(LM-80)以及光源长期流明维持率预测(TM-21)的标准文件。LM-80-15介绍在正常的工作电流和工作条件下，LED一般具有很长的工作寿命，可能在50000小时或更长，在整个寿命过程中，光输出慢慢衰减。光谱可能发生偏移，导致颜色和光效的失效。2015年6月26日，IESNA北美照明工程协会(IlluminatingEngineeringSocietyofNorthAmerica)和ANSI美国国家标准学会(AmericanNationalStandardsInstitute)联合颁布ANSI/IESLM-80-15IESApprovedMethod:MeasuringLuminousFluxandColorMaintenanceofLEDpackages,ArraysandModules.即：LED封装，阵列，模块的光通量和颜色的维持测试方法。此方法可以接受AC恒压、DC恒压、PWM等LED封装、阵列、模块光学器件做LM-80测试和出报告。LED通常具备很长的使用寿命特性，且依靠驱动电流和使用条件可以使用50000小时或者更久。与所有光源一样，LED发出的光输出随着输出时间会慢慢减弱。与传统光源不同的是，LED不会彻底失效。因此，随着时间的变化，流明维护率会导致更慢的光输出，而非规格中预期的或者规范、标准规范或规则中要求的情况。随着时间的变化，LED发出的光谱也会逐渐变化，这会导致不可接受的外观或显色性。这些变化可能影响流明维护率，这主要是由于变化的光谱能量分布所引起的光输出变化的作用。LED光源的性能通常受变量的影响，比如操作周期、外部设备与装置产生的条件、环境温度、气流以及方位。当多个实验室进行测试时，测试条件与程序的设计应可提供参照结果。推荐使用该认定方法也旨在此目的。标准中明确规定了：测试环境条件Ta、Ts、Humldity、AirTemperature、AirMovemen、Temperature、MeasurementEquipmentorSystem。标准对Ts点和Ta点的温度控制要求，Ts温度要求大于等于标称温度Ts减2°C,同时环境温度Ta要求大于等于Ta减5C,表述了不同的Ts温度监控方法，最低的温度监控点作为典型的监控点，同时要求报告中必须体现Ts温度监控点位置。Ts温度点的数量要求一般要求最少两个温度，具体考虑光源的使用环境。至少包含两个温度中（55C和85C）的一个。数据采集时间至少每隔1000H收集测试数据，测试时间不少于6000H。光通量（流明）维持率任意运行时间的输出光通量与原始光通量数据的比值百分比。额定流明维持寿命指定流明维持率百分比达到的时间。TM-21介绍TM-21ProjectingLongTermLumenMaintenanceofLEDLightSources艮口光源长期流明维持率的预测。LED光源的好处之一就是使用寿命长。其和其他照明技术不同，在使用过程中通常不会突然失效。然而，随着时间的推移，光输出也会逐渐衰减。在某一时间点，LED发出的光衰减至某一水平而不再被认为达到了足够的应用要求。对于照明设计而言，理解LED光源何时达到“使用寿命”非常重要。IESLM-80是用于测量LED光源流明维持率的方法。针对于LED阵列和模组，其定义了安装、条件和流明维持率的测试流程°LM-80是IES推荐的方法，并被广泛用于描述LED光衰特性。LED器件生产厂家提供的LM-80日常测试报告采用的数据都来自于持续测试6000小时或更多时间内的测试数据。然而，对于被测产品，LM-80并没有很好的定义对于收集到的数据，如何被实际用于确定LED的有效寿命。额定流明维持寿命是指LED光源的光输出相对于初始光输出达到某一给定百分比所经过的运行时间。这个值被定义为Lp，p即百分比值。比如L70的含义是LED光输出下降至初始光输出的70%所经过的时间。LED光源达到其额定流明维持寿命取决于很多变量，包括运行温度、驱动电流、产品结构的技术与材料。因此，产品流明维持率不仅仅是制造商之间不同，并且在同一生产厂家内不同封装型式的LED之间也不相同。标准中明确规定了：额定流明维持寿命Lp，p标示剩余流明与初始数据流明的百分比。使用数据：在本推算方法中所采用的数据按照IESLM-80所描述的方法采集数据。样品数量：样品数量要求10pcs以上，分为10-19pcs，20pcs以上。预测时间：10-19pcs不超过推算时间的5.5倍，20pcs不超过推算时间的6倍。即10-19pcs预测光通量时间只能推算5.5倍以内预测时间寿命，20pcs预测光通量时间只能推算6倍以内预测时间寿命。寿命推算公式：由中(t)=Bexp(-at)推导出寿命公式Lp=ln(100B/p)/a。t二运行时间中(t)=在时间t时的光通量输出归一化平均值。B二由最小二乘曲线拟合派生出的推算初始化常数。a二最小二乘曲线拟合派生出的衰减系数。根据标准文件计算公式可以得出相关的数据。某温度的寿命推导：用于较低值Ts1和较高值Ts2之间的温度下的寿命推导。计算案例本文数据以同一方光电6VSMD3030LM-80测试数据为版本进行以下计算。1Ts测试数据寿命推算Tabel3.1、3.4为LM-80测试数据，Ts1=85°C,Ts2=105°C3-1DataSet1,85'C,150mA(LumenMaintenance)LumctnMaintenance(■%>0hr(initE3F)tDOOhr^20ODhrBaoooritsJDOOhnsooohrsSODOlira1126.5010016100.0899.929953993B豹22212(.0010032100wlOO.Oa球76W2i3126.50WD-161QD.OB99.8499.6099.4599.294126-70100-3210D.2499.8J997699.6199.455OB沔阳$9.3?迥w】沔SB6l2t2010008纣6996®99.459921989?7125.30100241D0_0899.7699.52993«99.2&~—126.D01000899.84&9.5299.2999一2199.0591271099.8499JB99.3799.0698.909B.5810126.50008993499.53犯3F99139S熊

11l2t.50100.161Q0.DB99.68995399威99.2112126.6099.84S9.61知.5399.2999.1398.0213127JO100-D899.77M.3799.2298.9€987514■i2e.5O100.08$992996099.3799K9B.97ISi2t.7OJ00OS翁一斜59.5399.2190.90355616126.8099.9239.6199.5B99.0798.769B.521712€BO口9四豹76为4599?999139RQO18127.9010008的8499.7799.5399.3099.1419I2tSO1001699.9299.6199.37992599.1320127.60100.0899.9299.6999.45991499.Q&2112t.9Q10D.1699.9299.&B99.6199.4599.132212670100.161DD-D899.99.5399.2999.1323128.60100.31100.1699秘99.6199那96.912412€20100.24泡9299.7G99.45]99.2S98.092512^-10100.23S9.7799.6999.6199.4599.14Ave.126961001159.9299.6799.4399.2499.01Med12e.7Oloo.oa*099.ee9945992999.05stdevD.seCl.tSOS0.1681U.1欧0.16660.20220.2283Min.125.3099.8499.6199.3799.06987698.52Mix12fi.8O100.321DD.24100.0899.7699.61验453.4DataSet2,1O5°C1150mA(LumenMaintenance)NO.LumenMaintenancei%)Ojirdmlial}lOOOnrs2000Tirs3000hrsJOOOnrs5000hrs6000HfS网1274099肮99J699.37994)698.82犯5927128.40100.1699.7799.45990790.9198.4426126.3099.9299一6899.4599.2198&990.5729127.70990499.3798.9898.6798,2097.B1W125.4099.9299.5299-1296.&D98.4198施311274099.6199.3799.069&.S790.5190.19121276099.7699一5399.229&.9O90.759B.«3312670997699.37弭知9咨904298-113412S6099.U99.3$99.2093.659耻19833J512&301000B998499.6099.059BS19B.^21256010024知甲99,即99.$e991299045m叩ionasAqah99.3599.119B87361246099.9299.6099.28邱却96fJ9032391269D99朋99.68992198.5098M98.3540126501Q0DB99.7699.6099.2999.059B.89411271099.8499.6999.2198.749B.4398.1142125.7099.T638.9790.5090L3490.034312460100.1699-8499.6099.3699/12908S12B701000899599910989190«a983712640100D8598499.45992998.979S66461267010024100.1699.6499.JS993759.054712720100,16WO08的阅99溥99^14^88248iwm】99M99599"洲即98由98'9外12B30IOO.T599一睨99jS29t5加ya.K>5012BD099.9299-6999.2298.11985990J3Avt&.126S199.97泡E9gg.3599029B769B45Med1267099.9299.6999.3798.9890.7590.42stdev1.16D.17M0^1770.2461O.2B740.30450.34D0Min.123.9099.6t99.369B.5D9S.5fi93.2097』1Max12B.70100.&1DQ.1699.6499.5399.3799.05

计算公式^y=mx+b①m=(n£xy-£x£y)/(n£x2-(£x)2)②b=(£y-m£x)/n③a=-m④B=exp(b)⑤n=Point#平均数据点⑥Lp=ln(100B/p)a⑦y=mx+b①m=(n£xy-£x£y)/(n£x2-(£x)2)②b=(£y-m£x)/n③a=-m④B=exp(b)⑤n=Point#平均数据点⑥Lp=ln(100B/p)a⑦样品的数量25pcs根据上述公式进行计算结果如下表▼

label2Leastsquarecnirve-fitfor6000hoursLM-SO-15 dataattt^>?ratiireDointTs,1=S5aCPoint#kafArcir^gt!}y*x~11000100.11%0JDO113I.1346S1000(10011310(X10002加泌①网胞-L59765泗础Kgi醐呻4).00334-10.03173珊Id皿饷帅相（M44000驭4翔4.(H)56^->>.7425444IK)4)JXWl6fOKNIO5Sfflioyy.24%■fl.OO祐-3&却754MKJ^O.IK)76525OCW6的初WH%-59.62610ESums■0,02633-131.214542HXM>-0.02A339HKxm>label3LeastSQuaf#eurvt-fitfor6000h*ursLM-S0-1Stest&立忸attemtJti'atti/ejjoifitTs.1=105aCPtHiir#Tirrit(h)lAverageItifAv^erayE)SyK>■ 11100099,97%皿312内]ono-0XKKJ3]I0000D022000JHW13土獭眼w@面134IMKKJ00330W9933%-(UK切-19475523000-0.0(16494400099.02%-OXWftifi.?-39岛9蚪4000也J«w廊OCX排w550009S.76%4101249-fi2.+553l3000-0JM249政KXXWWb66000驰43%-0.01559-93E3轴伸1031郊咒MKX而£Sums-5214蛇辞2l(XM'耳甲制9IOOONK)以L70为计算寿命数据如下表^Table1:Repa<tateachLM-80TestCanditfianDncriptioniLEDLightSourcia

Tested{manufacturer,tnodel,

catalognumber)TestCondigni- CistT，TestCondigni- CistT，mpSainptesize25Numberoffailures0DUTdrivecurrentusedinthe0L(mA)150Testdur^lion(hours.)5,000丁已时durahonttsedforprojecion(hourtohour)l.GOti-6.00UTestedeasetcmperatijrePC)&5<12232E-06Rtnci3ReporlBdLTO(Sk)(hoursj>36000Samplesize2&Numberoffailures0DUTdfiwecijrrenitusedinLilt;toa-t(iriA)1&0Tesaduration(hour^6,000Teg)duratimu^edforproecliori(nourtohour)1.000-0,900Tesedcas^lem^eratur-a(DC)106a30&1E-06Rt003ReporlcdLJQ(6k)(hours)>36000TestCondition2-1O5*CTtmpSamplestzeHumberoffailuresDUTdrhscurrejitusednUieteal(mA)-Testduration(hours),Testdur&tioriugforprojection(houriohour)［一Testedcasetemperalure(QC)«n-RepartsdL70(6k)Oiours)DLC4.2PremiumL90为计算寿命数据如下表^Tabte1:ReportateachLM-BOTeatConditionDescriptionofLEDLightSourceTested(rn^niJifacturerBmodd.catalognumfcher)TestCcndfiJan1-85nCCa&BTempSgHon2-1Q5X TempSamplesrze25Samplesize25Sainpiesize^NumberoFFailures0NumberoffaEluresaNumberoffadiiresDUTdrivecurrentusedinHieiB5l[itiA)150DUTdrrvecurrentuse<f;tnUhetest(mA)150DUTdrivecurre^lusedinlhetest(mA)Testduration(hours)6.OT0Testduration(hours)6.M)0Testduraliori(hours)*Testdurationusedtorprojection：(hourlohour)1.000-6.000Testduralionusedlorprotection(hourtnhour)1.000-6.000Testdurationusedforprojection(hourIqhour)Testedcasestempsraluro(%):,-Testedcasetemperaliire(°C)1Q5Te5tedcasetemperature(°C)-a2.232E-O6aicetE-oenB1003B1.003e・ReportedL90(6k)(hours)>36000ReportedL90(6k)(hiMrs)35/300ReportedL90(6k>(hours}-根据中(t)=Bexp(-at)公式可以计算出不同时间的光衰数据^购一炉98.00%97.00W96.00H95.0魄94.00%93.00%92.00%91.00«90.00%89,00%100.00%98.00%96.00M94-00%90.00%83.0OW购一炉98.00%97.00W96.00H95.0魄94.00%93.00%92.00%91.00«90.00%89,00%100.00%98.00%96.00M94-00%90.00%83.0OW86-00%2某温度的寿命推导用于较低值Ts1和较高值Ts2之间的温度下的寿命推导以一款为6VSMD3030LM-80产品测试数据为例，数据为Ts=85°C以及Ts=105°C,进行Ts=100C的寿命推导。推导公式如下▼温度单位转换为KTS[K]=TS[C]+273.15I由Arrhenius计算方程式中1(t)=B0exp(-a1t)II可以推导出现场光衰常数aiai=Aexp(-Ea/(KBTs.i)III其中A二指前因子Ea=能量(电子eV)Tsi=使用现场测试绝对温度(K)KB二伯茨曼常数(8.6173*10-5eV/K)通过a1、a2和对应温度TS1和Ts2可以拟合出EaEa/KB=(lna1-lna2)/(1/Ts.2-1/Ts.1)IV从而计算出指前因子AA=a1exp(Ea/(KBTs.1)V上式可用a2、Ts2替代al、Ts1通过B1：Ts1初始预测常数；B2：Ts2初始预测常数。可计算出B0B0=V(B1B2)VI利用上式计算出B0,针对现场外壳测试温度Ts对应的Lp,利用下面的公式计算出Ts对应的流明维持率Tabel1。Lp=ln(100B0/P)/aVII根据以上数据进行推导数据如下表▼!.•lUperl11*iEh