普通LED照明器具应关注的核心参数

普通LED照明器具应关注的核心参数

俞安琪

国家电光源质量监督检验中心(上海)

国家灯具质量监督检验中心

上海时代之光照明电器检测有限公司

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第1页!GeneralLEDlightingapparatus’skernelparameters,tothatattentionshouldbepaidYuAnqiChinaNationalLightSourceQualitySupervisionTestingCentre(Shanghai),ChinaNationalLightingFittingQualitySupervisionTestingCentre,ShanghaiAlphaLightingEquipmentTestingLtd.

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第2页!摘要:文章就LED照明器具的核心参数--结温与LED照明器具的光衰曲线和工作寿命的关系进行了较深入的讨论。文章还介绍了降低LED结温的有效途径和具有高热扩散系数的新材料。文章还就LED照明灯具使用寿命的短板--

LED控制装置的可靠性进行了分析并且介绍了LED控制装置耐久性试验方法。

关键词：光衰曲线、工作结温、L70、F5、耐久性

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第3页!一、序言

提到普通LED照明器具中的核心参数，应首推照明器具内LED模块的工作结温。目前，只有美国能源部LM79文件中提出了对照明灯具内LED模块指定工作点的温度的标注和控制要求，但这只是间接关注了照明器具内LED模块的工作结温，有关的国内外标准都没有指出对照明器具内LED模块工作结温的考核要求。但照明器具内LED模块的工作结温不仅关系到其光效，而且与LED照明器具的光衰和寿命直接相关。对照明器具内LED工作结温的关注和检测，还能实现LED照明器具光衰和工作寿命的快速评估。普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第4页!当结温为74℃时，K=70000，代入（1）式得：P=100·exp(-6000/70000)=91.79

即6000小时时光衰百分比在91.79及以上，则其L70的寿命约为2.5万小时。

当结温为63℃时，K=100000，代入（1）式得：P=100·exp(-6000/100000)=94.18

即6000小时光衰百分比在94.18及以上，则其L70的寿命约为3.57万小时。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第5页!国内好的一个应用案例是从上海浦东到长兴岛的长江隧道改进后的设计方案和产品。该隧道安装和采用了LED灯具后，除了平均照度、照度均匀度、平均亮度，亮度均匀度指标全面达到隧道照明的JTJ026.1-1999标准要求外，综合能效指标，平均照度与单位面积内照明功率密度，即lx/LPD的比值，略优于采用高效三基色T8荧光灯配电子镇流器并用高效灯具的方案。

2、LED照明灯具工作结温与光衰及寿命的关系的实际应用案例普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第6页!3、降低LED结温的有效途径和方法

目前降低LED结温方法主要是两个方面:*一是在LED芯片与热沉之间采用新型热扩散系数高的材料，使LED芯片的热量能在很小的散热面上迅速扩散出去。*另一方法是在散热手段和散热器体积都受限止的场合，采用使LED芯片欠功率运行的方法，亦能使结温明显降低。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第7页!欠功率运行是降低LED结温的另一个有效手段

*降低LED结温的另一个有效手段是让照明器具内各LED工作在欠功率运行状态，例如对于最大工作电流为350mA的LED，让其工作在280mA～300mA状态，其光效将明显增加且其结温也将会明显下降，这将大幅延长LED模块的有效工作寿命。*可能有人认为，这种做法在一个照明器具中在具有相同的光通量输出的情况下，将增加LED芯片的使用量，并将使成本增加。但是，如果不使用国际顶级的LED芯片，而采用一般档次的LED芯片，即使多用几颗，其综合成本仍小于前者，并且其运行的光效，往往不低于国际顶级LED芯片满功率工作状态的实际光效。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第8页!L70加F5的考核方案和适用性从长江隧道LED照明的实际应用例子中也体现出这一点，在运行近一年左右的时间中，长江隧道灯具的失效率为0.6%，分析其原因，基本都是控制装置(驱动电路)损坏。从这一实例可看出，LED驱动电路已成为LED灯具使用寿命的短板。强化驱动电路的寿命设计，尤其是保证在较高的tc温度值下不失效，是目前LED控制装置改进设计和选择元件的目标。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第9页!ｂ.电源电压开关冲击把经过上述冷热循环冲击的LED控制装输入端接上额定电源电压，输出端开路，进行200次的空载开关试验。完成空载开关试验后，再把LED控制装输出端带上其声称的最大的负载，再进行800次的满载开关试验。上述开关试验的开关周期为开30S，关30S。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第10页!重要提示只有通过上述严格的耐久性试验，并且在实际的使用条件下能使LED控制装置的使用tc值低于标注的tc值10℃及以上，（低10℃使用寿命增加一倍原理）才能保证LED控制装置也具有足够的使用寿命。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第11页!对LED结温的测量来控制照明器具寿命适合我国的国情按照美国DOE的LM80要求以及我国正在推行的有关规范，往往要化300天以上的时间（6000h），这在很多工程招标和验收时是无法实施的。对照明器具内LED结温的测量来控制照明器具寿命虽说不如直接测量寿命正确，但是可以避免因为工期紧而无法进行寿命试验的空白，并且，只要操作正确，能够达到80%以上的置信度。普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第12页!报告人的信息上海市质量监督检验研究院国家电光源质量监督检验中心（上海）副主任国家灯具质量监督检验中心上海时代之光照明电器检测有限公司技术负责人教授级高工；高级审核员；3C高级工厂检查员；国家认监委3C认证TC05照明电器技术组组长全国照明电器标准化技术委员会委员照明基础分委员会副主任委员俞安琪Tel:021-54264512021-51097935转3052网址：.E-mail:yuaq@普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第13页!Abstract：ThisessaymakesadeepdiscussionofthekernelparametersofLEDlightingapparatus—curvesforjunctiontemperaturewithluminousmaintenanceofLEDlightingapparatusanditsoperatinglife.ThisessayalsointroducesaneffectivemethodofreducingLEDjunctiontemperatureandnewmaterialwithhighthermaldiffusionfactor.AtthesametimethisessayanalyzesthemainproblemofoperatinglifeofLEDlightingluminaire—reliabilityofLEDcontrolgearandintroducestheendurancetestingmethodforLEDcontrolgear.

Keyword:luminousmaintenancecurve、operatingjunctiontemperature、L70、F5、endurance普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第14页!二、照明器具内LED结温与光衰光系1、美国DOE文件提供的LED结温与寿命的关系图1是美国DOE文件中给出的二条较典型的在不同工作结温时高强度白光LED的光衰和使用寿命的曲线图，从图中可看出，对于采用有机高分子硅胶加黄色荧光粉的封装结构的白光LED，其光衰百分比P随时间衰减的一般规律:

P=A·e-t/k..................（1）式中A和K均为常数，t:时间(h)。当t=0时，光衰百分比P=100,则A=100;DOE文件中，用试验到6000小时的光衰百分比来得到光衰达到70%即L70时的使用寿命值。普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第15页!*对于同一个LED模块，仅因为工作结温的不同，而造成光衰和使用寿命的明显差异，*从这一点可见，LED芯片的工作结温是LED照明器具应关注的核心参数。

结温是LED照明器具应关注的核心参数普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第16页!*更重要的是灯具内的LED结温均控制在60℃左右，这不仅保持了灯具的高效率运行，而且实现了在运行11月后光通维持率达到98%的水平，按照这些参数按（1）式推算，该长江隧道采用的LED灯具，其灯具内LED模块L70的寿命可以达到10万～11万小时。对此，我们将拭目以待。*除了上述参数外，该隧道的LED灯具，还根据不同时间段对照明的不同需求，利用LED灯具调控功能实现了可观的调控节能。目前这一隧道，在节电、减少维护次数和成本方面的综合性能，已经体现出良好的应用经济性，类似这样的方案是有其推广和使用的生命力的。

2、LED照明灯具工作结温与光衰及寿命的关系的实际应用案例普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第17页!目前采用的新型散热材料A*高导热系数陶瓷材料，该材料国际跨国公司已研发成功，具有良好的导热效果及良好的电绝缘性能，但由于属于国际专利，目前价格也较高。*纳米碳素加石墨的复合导热板。该材料是我国民营企业发明的具有独立知识产权的材料，其25℃时热扩散系数高达220（mm）2/s，远高于传统有色金属银（169（mm）2/s），铜（100（mm）2/s）和氮化铝（70（mm）2/s），这是一种价廉物美的好材料，如得到推广使用，对降低LED模块的结温，提高使用寿命的贡献将是巨大的。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第18页!

三、LED控制装置的可靠性，已成为LED照明灯具使用寿命的短板1、L70加F5的考核方案和适用性今年6月在芬兰赫尔辛基召开的IECTC34工作组会议上，美国代表对LED照明灯具的寿命提出了L70加F5的方案，即在LED照明器具光衰达到70%的有效使用寿命期间，失效率应该不高于5%。实际的应用例子证明，美国对LED灯具的寿命考核方案是切合实际的，L70针对的考核对象主要是LED模块，F5针对的考核对象主要是控制装置。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第19页!2、LED控制装置耐久性要求

对于LED控制装置，工作的耐久性是很重要的，由于其内部具有较多的电子元件，所以早期的失效概率就较大，作为性能指标，耐久性项目是一个关系到用户利益和LED照明器具推广前途的重要指标。所以应按以下要求进行试验：（1）冲击试验ａ.温度循环冲击：－10℃（更低）⇌ｔc5个周期普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第20页!（2）tc条件下的耐久性试验

把经过上述冲击试验的LED控制装放入到加热箱内（注意：加热箱内不得启用鼓风机），给其输出端带上额定的LED模块负载，LED模块放在加热箱以外，LED模块周围环境温度为25±5℃，输入端通以额定的电源电压，使LED控制装置正常工作，调整加热箱温度，促使LED控制装置表面最热处达到其所标注的tc值。在达到这一条件后，LED控制装置应连续工作200h。

普通LED照明器具应关注的核心参数共24页，您现在浏览的是第21页!四、回顾和总结*结温是判断LED照明器具性能优劣的核心要素测量照明器具在额定的ta条件下的LED结温，这不仅能评价LED器具散热设计的合理性，而且还