CN105759223B - 一种led灯具光通维持寿命的检测方法 - Google Patents

一种led灯具光通维持寿命的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED灯具光通维持寿命的检测方法，包含有，步骤S1，提供LED灯具样品；步骤S2，获取所述LED灯具样品的正向电压与结温关系曲线；步骤S3，根据所述正向电压与结温关系曲线获取所述LED灯具样品在环境温度为室温且正常工作的情况下所对应的结温值TJ；步骤S4，验证所述LED灯具样品的可靠性；步骤S5，根据所述正向电压与结温关系曲线获取验证后所述LED灯具样品在室温且正常工作的情况下所对应的结温值TJ’；步骤S6，比较结温值TJ与结温值TJ’。本发明的优点在于：为检测LED灯具的光通维持寿命提供新的途径，具有耗时短、成本低和操作简便的优点。

Description

一种LED灯具光通维持寿命的检测方法
技术领域
本发明涉及一种LED灯具光通维持寿命的检测方法。
背景技术
在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中的能源重点领域中的优先主题(1)工业节能中指出“要重点研究高效节能、长寿命的半导体照明产品”。近年来，我国半导体照明产业正在进入快速发展时期，已经形成了基本完整的产业链。作为半导体照明的主流技术，LED以其高光效、长寿命正在逐步的成为照明产品的代名词。
尽管LED芯片器件具备长寿命的优势，而且厂商声称可达到十万小时以上。但是形成的LED照明产品的寿命及可靠性一直是科研、产业界和消费者共同关注的重点。排除早期失效的情况外，一般认为，LED照明产品的寿命是其光通维持率降到70％时所需要消耗的时间。由于LED灯具是一个融合光学、电子、机械、材料等复杂类别的产品，主要的组成部分包括LED芯片模组、电子组件、光学材料、散热系统和结构材料等，不能仅仅用LED芯片的寿命来代替LED灯具的寿命，其整个系统的失效机理也是完全不一样的。
对于LED灯具而言，目前预测其寿命的方法主要有两种。一种是在LED灯具的正常工作状态下自然燃点，然后测试其光通维持率降到70％时所需要的时间；另一种是根据北美标准IESNA LM-84-14，测试LED灯具的6000小时(或9000小时)光通维持率数据，再用这些测试数据根据IESNA TM-28-14推算出其寿命。由于LED灯具的声称寿命至少是数万小时，所以前一种方法周期长、成本高；后一种方法缩短了测试时间，但是对于长寿命(超过50000小时)的LED灯具，仍然需要增加测试时间到接近1万小时，而且该方法没有考虑LED灯具的可靠性试验，增加了测试样品的早期失效数量，降低了检测效率。因此，如何快速准确的检测出其光通维持寿命就显得非常重要。该方法不仅适用于LED灯具产品的光通维持寿命检测，而且可以为LED灯具新产品的开发提供技术参考。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中测试时间长且准确性不高的问题，提供一种新型的LED灯具光通维持寿命的检测方法。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：一种LED灯具光通维持寿命的检测方法，包含有，
步骤S1，提供LED灯具样品；
步骤S2，获取所述LED灯具样品的正向电压与结温关系曲线；
步骤S3，根据所述正向电压与结温关系曲线获取所述LED灯具样品在环境温度为室温且正常工作的情况下所对应的结温值TJ；
步骤S4，验证所述LED灯具样品的可靠性；
步骤S5，根据所述正向电压与结温关系曲线获取验证后所述LED灯具样品在室温且正常工作的情况下所对应的结温值TJ’；
步骤S6，比较结温值TJ与结温值TJ’，若结温值TJ与结温值TJ’的变化量不小于5℃，则执行步骤S7；若结温值TJ与结温值TJ’的变化量小于5℃，则执行步骤S8；
步骤S7，对所述LED灯具样品进行光通维持试验，根据所述光通维持试验得到的光通维持率并结合北美照明工程协会(IESNA)TM-28推算所述LED灯具样品的光通维持寿命；
步骤S8，进一步地包含有，
步骤S81，根据美国能源之星LM-80报告确定与所述结温值TJ最为邻近的第一焊点温度值T1和第二焊点温度值T2(T2＞T1)，进而再确定与所述第一焊点温度值T1和所述第二焊点温度值T2分别对应的光通维持率LLED(T1)和光通维持率LLED(T2)；
步骤S82，根据所述正向电压与结温关系曲线获取所述LED灯具样品在环境温度分别为所述第一焊点温度值T1和所述第二焊点温度值T2且正常工作的情况下所对应的结温值TJ1和TJ2；
步骤S83，通过公式
Figure GDA0001010861160000031
用插入法对所述LED灯具样品的光通维持率进行修正，LJ1为修正后的第一焊点温度值T1对应的光通维持率，LJ2为修正后的第一焊点温度值T2对应的光通维持率；以及，
步骤S84，根据修正后的所述LED灯具样品的光通维持率并结合北美照明工程协会(IESNA)TM-21推算所述LED灯具样品的光通维持寿命。
作为一种LED灯具光通维持寿命的检测方法的优选方案，步骤S2中，获取所述LED灯具样品的正向电压与结温关系曲线的方式系根据中国专利CN102193053A公开的“一种灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法”。
作为一种LED灯具光通维持寿命的检测方法的优选方案，步骤S3中，将所述LED灯具样品置于正常工作位置并在额定电压及额定频率的条件下工作，待所述LED灯具样品达到热平衡后，对所述LED灯具样品输入测量电流If(根据LED灯具功率、规格型号的不同，If在满足测量要求的前提下尽量小)，每次测量的时间为1ms，以获得所述LED灯具样品的模组在室温条件下的正向电压Vf，并根据所述正向电压Vf结合所述正向电压与结温关系曲线中得到对应的所述结温值TJ。
作为一种LED灯具光通维持寿命的检测方法的优选方案，步骤S4中，进一步地包含有，
步骤S41，对所述LED灯具样品进行加速状态下的恒定湿热试验；以及，
步骤S42，根据所述恒定湿热试验的结果，判定所述LED灯具样品是否可靠。
步骤S41中，所述恒定湿热试验的试验条件：
步骤S411，将所述LED灯具样品和试验箱处于实验室环境条件下；
步骤S412，将所述LED灯具样品置于所述试验箱内，且调整所述试验箱的温度至60±2℃；
步骤S413，待所述LED灯具样品达到温度稳定后的2小时内，将所述试验箱内的湿度调节到93±3％；
步骤S414，待所述试验箱内的温度和湿度均达到规定值并稳定后进行通断电循环，同时开始计算试验持续时间，试验持续时间为1000小时。
步骤S42中，判定所述LED灯具样品是否可靠的标准：所述LED灯具样品无明显的损坏，且按GB 7000.1中10.2绝缘电阻和电气强度的要求去且按GB/T 9468规定测得的温度循环试验后的光通量Φ1要求相对于0小时状态下的光通率Φ0的变化不应超过10％。
作为一种LED灯具光通维持寿命的检测方法的优选方案，步骤S5中，将验证后的所述LED灯具样品置于正常工作位置并在额定电压及额定频率的条件下工作，待所述LED灯具样品达到热平衡后，对所述LED灯具样品输入测量电流If(根据LED灯具功率、规格型号的不同，If在满足测量要求的前提下尽量小)，每次测量的时间为1ms，以获得所述LED灯具样品的模组在室温条件下的正向电压Vf’，并根据所述正向电压Vf结合所述正向电压与结温关系曲线中得到对应的所述结温值TJ’。
作为一种LED灯具光通维持寿命的检测方法的优选方案，步骤S82中，将所述LED灯具样品置于正常工作位置并在额定电压及额定频率的条件下工作，待所述LED灯具样品达到热平衡后，对所述LED灯具样品输入测量电流If(根据LED灯具功率、规格型号的不同，If在满足测量要求的前提下尽量小)，每次测量的时间为1ms，以获得所述LED灯具样品的模组在工作温度为所述第一焊点温度值T1和所述第二焊点温度值T2条件下的正向电压Vf1’和Vf2’，并根据所述正向电压Vf1’和Vf2’结合所述正向电压与结温关系曲线中得到对应的所述结温值TJ1和TJ2。
与现有技术相比，本发明的优点至少在于：考虑了加速情况下LED灯具的可靠性试验和高温下LED灯具的结温，为检测LED灯具的光通维持寿命提供新的途径，具有耗时短、成本低和操作简便的优点，对LED灯具光通维持寿命的准确预测和验证具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。
本实施例中采用模组具有LM-80报告报告数据的LED路灯。企业对产品的声称寿命不超过35000小时，需要快速准确得出LED路灯的光通维持寿命。
实施步骤具体如下：
1、采用中国发明专利“一种灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法”(专利号：ZL 201010119389.3，公开号：CN102193053A)中提出的方法，获得该LED路灯的模组正向电压与结温(Vf-TJ)关系曲线。
2、测试室温下LED路灯的结温TJ0。把LED路灯放在GB 7000.1标准的附录D规定的防风罩内，灯具处于正常工作位置，达到热平衡后，从测量端口输入一组测量电流If，根据LED灯具功率、规格型号的不同，If在满足测量要求的前提下尽量小，每次测量的时间为1ms，测量出LED路灯内的模组在这一温度下的正向电压降Vf，从Vf-TJ关系曲线中读出对应的结温TJ0的值。
3、按GB/T 9468规定测试0小时状态下LED路灯的初始光通量Φ0。
4、对LED路灯进行加速状态下的恒定湿热试验。试验时，应先使试验箱和试验样品处于试验室环境条件下，然后将试验箱内的温度调节到60±2℃，且使样品达到温度稳定。然后在2小时内将试验箱内的湿度调节到93±3％，待箱内的温度和湿度达到规定值并稳定后进行通断电循环，每个循环的通断电时间均为1小时，同时开始计算试验持续时间，试验持续时间为1000小时。恒定湿热的加速因子由Hallberg-Peck方程计算得出。
Figure GDA0001010861160000061
式中，EA是缺陷机制的激活能，k为玻尔兹曼参数(8.6174×10-5eV/K)，RHs是应力测试环境下的相对湿度，RHo是环境温度下的相对湿度，Ts是应力环境温度，To是环境温度温度。
根据市场常见产品的LM-80报告数据，一般的LED照明产品的激活能经常采用的数值是0.45eV，以涵盖大部分的优良产品。对于室外灯具，正常工作时，环境温度为25℃，相对湿度为60％，与湿度相关的加速因子为3.7，与温度相关的加速因子为6.3，总的加速因子为23.31。对于试验时间为1000小时来说，加速因子为23.31的情况下等效于LED路灯正常状态下点灯超过10000小时。
5、试验项目结束后，要对LED路灯进行合格判定，样品应没有明显的损坏，并满足GB 7000.1中10.2绝缘电阻和电气强度的要求且按GB/T 9468的规定测量LED路灯的光通量Φ1，Φ1相对于初始光通量Φ0的变化不应超过10％。如果判定结果为不合格，则该LED灯具未能通过可靠性试验验证，直接判定为不合格产品；如果判定结果为合格，则进入下一步骤。
6、按照1和2的方法，测试出恒定湿热试验后的LED路灯的结温TJ’并且进行判定。TJ’与TJ0的温度变化为2.5℃(小于5℃)，说明散热结构随时间老化造成的LED灯具光输出衰减可以忽略不计，则利用LED灯具中模组LM-80报告报告在两种不同温度下的光通维持数据，进入下一步骤。
7、将LED路灯放在高温试验箱中，在额定电压及额定频率下正常工作，灯具达到热平衡后，从测量端口输入一组尽量小的测量电流If，分别测量出对应LM-80报告报告的两种温度下的LED灯具模组的正向电压降，然后从Vf-TJ关系曲线中读出对应的结温的值TJ1＝70℃和TJ2＝100℃。
8、根据测定的LED路灯的结温和LM-80报告报告数据，通过公式
Figure GDA0001010861160000071
即，(
Figure GDA0001010861160000072
Figure GDA0001010861160000073
)用插入法对LM-80报告报告中的光通维持率数据进行修正，作为LED灯具的光通维持率。例如LM-80报告报告中55℃和85℃下6000小时的光通维持率分别为0.9542和0.9344(光通量已经进行了归一化处理)，则LJ1＝0.9443；LJ2＝0.9245。按照同样的方法可以对LM-80报告的数据进行全部的修正，得到足够样品数量的LED路灯的光通维持数据。需要说明的是，TM-28是通过产品的光通维持率(TM-28的测试方法和数据来源于LM-84)得到寿命的，而TM-21是通过LED芯片(或模组)的光通维持率(TM-21的测试方法和数据来源于LM-80)得到LED芯片的寿命的。而LED灯具是一个综合的整体系统，不可简单的用其芯片的寿命来等同LED灯具的寿命(所以灯具和芯片的测试方法及寿命推算都有各自的参照标准的)。但是LED灯具和芯片的测试方法有共通的一点是他们采取的试验温度均是Case temperature(即焊点温度)，典型值均为55℃和85℃(T1和T2)。这里的发明特点是通过测出LED灯具在这两个特征温度下的结温TJ1和TJ2，利用LM-80的报告中芯片在T1和T2下的光通维持率。对于每一个样品，可以得出修正后的光通量维持率数值，进而可以类推到多个样品(如20个)的大量类似数值，再根据TM-21推算寿命的方法可以得出LED灯具的光通维持寿命。
9、根据修正后的LED路灯的光通维持率，按照IESNA TM-21的方法可以推测出LED路灯的光通维持寿命。
需要说明的是，本实施例及背景技术中提到的ZL 201010119389.3，GB 7000.1，IESNA TM-21，LM-80报告，IESNA LM-84等均为现有技术，并均以引文的形式全部并入本文中。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种LED灯具光通维持寿命的检测方法，包含有，
步骤S1，提供LED灯具样品，所述LED灯具样品的模组具有美国能源之星LM-80测试报告；
步骤S2，获取所述LED灯具样品的正向电压与结温关系曲线；
步骤S3，根据所述正向电压与结温关系曲线获取所述LED灯具样品在环境温度为室温且正常工作的情况下所对应的结温值TJ；
步骤S4，验证所述LED灯具样品的可靠性；
步骤S5，根据所述正向电压与结温关系曲线获取验证后所述LED灯具样品在室温且正常工作的情况下所对应的结温值TJ’；
步骤S6，比较结温值TJ与结温值TJ’，若结温值TJ与结温值TJ’的变化量不小于5℃，则执行步骤S7；若结温值TJ与结温值TJ’的变化量小于5℃，则执行步骤S8；
步骤S7，对所述LED灯具样品进行光通维持试验，根据所述光通维持试验得到的光通维持率数据并结合北美照明工程协会(IESNA)TM-28推算所述LED灯具样品的光通维持寿命；
步骤S8，进一步地包含有，
步骤S81，结合美国能源之星LM-80报告确定与所述结温值TJ最为邻近的第一焊点温度值T1和第二焊点温度值T2，T2＞T1，进而再确定与所述第一焊点温度值T1和所述第二焊点温度值T2分别对应的光通维持率LLED(T1)和光通维持率LLED(T2)；
步骤S82，根据所述正向电压与结温关系曲线获取所述LED灯具样品在试验温度分别为所述第一焊点温度值T1和所述第二焊点温度值T2且正常工作的情况下所对应的结温值TJ1和TJ2；
步骤S83，通过公式
Figure FDA0002396062540000021
Figure FDA0002396062540000022
用插入法对所述LED灯具样品的光通维持率进行修正，LJ1和LJ2分别是修正得出在结温TJ1和TJ2下LED灯具的光通维持率；
步骤S84，根据修正后的所述LED灯具样品的光通维持率并结合北美照明工程协会(IESNA)TM-21推算所述LED灯具样品的光通维持寿命；
步骤S3中，将所述LED灯具样品置于正常工作位置并在额定电压及额定频率的条件下工作，所述LED灯具样品置于在GB 7000.1标准的附录D规定的防风罩内，待所述LED灯具样品达到热平衡后，对所述LED灯具样品输入测量电流If，根据LED灯具功率、规格型号的不同，If在满足测量要求的前提下尽量小，每次测量的时间为1ms，以获得所述LED灯具样品的模组在室温条件下的正向电压Vf，并根据所述正向电压Vf结合所述正向电压与结温关系曲线中得到对应的所述结温值TJ；
其特征在于，步骤S4中，进一步地包含有，
步骤S41，对所述LED灯具样品进行加速状态下的恒定湿热试验；
步骤S42，根据所述恒定湿热试验的结果，判定所述LED灯具样品是否可靠。
2.根据权利要求1所述一种LED灯具光通维持寿命的检测方法，其特征在于，步骤S41中，所述恒定湿热试验的试验条件：
步骤S411，将所述LED灯具样品和试验箱处于实验室环境条件下；
步骤S412，将所述LED灯具样品置于所述试验箱内，且调整所述试验箱的温度至60±2℃；
步骤S413，待所述LED灯具样品达到温度稳定后的2小时内，将所述试验箱内的湿度调节到93±3％；
步骤S414，待所述试验箱内的温度和湿度均达到规定值并稳定后进行通断电循环，同时开始计算试验持续时间，试验持续时间为1000小时。
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