CN107607848A - Led灯具加速寿命试验方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于电应力在不同测试状态下LED灯具加速寿命试验方法，所述试验方法包括以下步骤：根据e指数衰减和每个LED目标试样的所有光衰数据进行拟合，得到两组LED目标试中每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率；根据LED的失效阈值和每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率，得到两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命；根据累积失效概率为威布尔分布和两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命；根据加速寿命符合逆幂律模型，得到每个LED目标试样在不同测试状态下的工作特征寿命，并确定当累积失效概率的大小不同时在不同测试状态下的工作特征寿命误差。

Description

LED灯具加速寿命试验方法及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及LED寿命测试领域，尤其涉及一种基于电应力在不同测试状态下LED灯具加速寿命试验方法。

背景技术

LED(light emitting diode)具有体积小、寿命长、亮度高、节能高效等诸多优点，被认为是取代白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的第四代照明光源。已被广泛应用于信号指示、LCD背光、显示、通用照明等领域。

对LED照明产品的寿命及可靠性预估是目前的研究热点问题。目前LED寿命及可靠性分析中的常用测试方法是非在线测试，即在正常工作状态下进行光电参数测量。在线测试指的是指的是在加速状态下进行光度学参数的测量，这种测试能够减小测试时间，保持测试状态的连续性。在电应力加速寿命试验中,常采用逆幂律模型来推导LED照明产品的工作寿命，该模型中的电应力指的是加速状态下的应力，因此光学参数的测量需要在加速状态下完成。但是在LED照明产品的电应力加速寿命测试中，无法确定非在线测试和在线测试的差异会对LED照明产品的寿命和可靠性分析的影响。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中无法确定非在线测试和在线测试的差异会对LED照明产品的寿命和可靠性分析的影响，提供一种基于电应力在不同测试状态下LED灯具加速寿命试验方法。

本发明提供一种基于电应力在不同测试状态下LED灯具加速寿命试验方法，所述试验方法包括以下步骤：

设定样品数量，并准备对应样品数量的两组LED目标试样以及确定每个LED目标试样加速应力水平；

对两组LED目标试样均进行电应力加速寿命试验，并得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的所有光衰数据；

根据e指数衰减和每个LED目标试样的所有光衰数据进行拟合，得到两组LED目标试中每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率；

根据LED的失效阈值和每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率，得到两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命；

根据累积失效概率为威布尔分布和两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命；

根据加速寿命符合逆幂律模型，得到每个LED目标试样在不同测试状态下的工作特征寿命，并确定当累积失效概率的大小不同时在不同测试状态下的工作特征寿命误差以进行可靠性分析。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果在于：通过测量不同状态下的光通量衰减速率，从光通量退化，寿命评估和可靠性分析方面，对非在线测试相对于在线测试的差异进行分析。

附图说明

图1为本发明基于电应力在不同测试状态下LED灯具加速寿命试验方法一种实施例的流程图。

图2为本发明光参数测量装置一种实施例的结构示意图。

图3(a)为本发明在260V加速电压下LED目标试样在线测试状态下光通量衰减的示意图。

图3(b)为本发明在260V加速电压下LED目标试样非在线测试状态下光通量衰减的示意图。

图4(a)为本发明在300V加速电压下LED目标试样在线测试状态下光通量衰减的示意图。

图4(b)为本发明在300V加速电压下LED目标试样非在线测试状态下光通量衰减的示意图。

图5为本发明在线测试状态和非在线测试状态的可靠性分析对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明采用与积分球中心灯具座相连接的可调稳压电源模拟在线测试和非在线测试两种状态，通过测量两种状态下的光度学参数，从光通量退化，寿命评估和可靠性分析方面，对非在线测试相对于在线测试的差异进行分析。

本发明提供一种实施例的基于电应力在不同测试状态下LED灯具加速寿命试验方法，如图1所示，所述试验方法包括以下步骤：

步骤S11，设定样品数量，并准备对应样品数量的两组LED目标试样以及确定每个LED目标试样加速应力水平；

步骤S12，对两组LED目标试样均进行电应力加速寿命试验，并得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的所有光衰数据；

步骤S13，根据e指数衰减和每个LED目标试样的所有光衰数据进行拟合，得到两组LED目标试中每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率；

步骤S14，根据LED的失效阈值和每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率，得到两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命；

步骤S15，根据累积失效概率为威布尔分布和两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命，即根据累积失效概率为威布尔分布、两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命和每个LED目标试样的加速应力水平值，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命；

步骤S16，根据加速寿命符合逆幂律模型，得到每个LED目标试样在不同测试状态下的工作特征寿命，并确定当累积失效概率的大小不同时在不同测试状态下的工作特征寿命误差以进行可靠性分析。

本发明根据上述步骤，通过测量不同状态下的光通量衰减速率，从光通量退化，寿命评估和可靠性分析方面，对非在线测试相对于在线测试的差异进行分析。

在具体实施中，所述不同测试状态包括在线测试状态和非在线测试状态。在测试的过程中，通过稳压电源调节电压，当稳压电源的电压设置为加速电压260V或加速电压300V时,测得的光参数为加速状态下的结果，即在线测试状态；当稳压电源的电压设置为工作电压220V时，测得的光参数为正常状态下的结果，即非在线测试状态。即两组LED目标试样先进行电应力加速寿命试验，每隔一段时间，将目标试样从加速装置中取下，分别在在线测试条件下和非在线测试条件下测量光色电参数的数据并记录分析。

在具体实施中，所述得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的所有光衰数据，具体为：

当稳压电源的电压设置为第一预设电压时，测量得到每个LED目标试样在非在线测试状态下的所有光衰数据；将稳压电源的电压调节至第二预设电压或第三预设电压；当稳压电源的电压为第二预设电压或第三预设电压时，测量得到每个LED目标试样在在线测试状态下的所有光衰数据；或者当稳压电源的电压设置为第二预设电压或第三预设电压时，测量得到每个LED目标试样在在线测试状态下的所有光衰数据；将稳压电源的电压调节至第一预设电压；当稳压电源的电压为第一预设电压时，测量得到每个LED目标试样在非在线测试状态下的所有光衰数据。

具体的，第一预设电压可以为220V，第二预设电压可以为260V，第三预设电压可以为300V，也就是说，所述得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的所有光衰数据，具体为：当稳压电源的电压设置为220V时，测量得到每个LED目标试样在非在线测试状态下的所有光衰数据；将稳压电源的电压调节至260V或300V；当稳压电源的电压为260V或300V时，测量得到每个LED目标试样在在线测试状态下的所有光衰数据；或者当稳压电源的电压设置为260V或300V时，测量得到每个LED目标试样在在线测试状态下的所有光衰数据；将稳压电源的电压调节至220V；当稳压电源的电压为220V时，测量得到每个LED目标试样在非在线测试状态下的所有光衰数据。

在具体实施中，所述对两组LED目标试样均进行电应力加速寿命试验，具体为：

其中一组LED目标试样在第一预设加速电压下进行第一预设时间的电应力加速寿命试验，另一组LED目标试样在第二预设加速电压下进行第二预设时间的电应力加速寿命试验。具体的，第一预设加速电压U₁为260V，第二预设加速电压U₂为300V，第一预设时间为1584小时，第二预设时间为1080小时，第一预设时间和第二预设时间即为老化时间。

由于在LED灯具在电应力加速寿命试验过程中，其光通量Φ随老化时间的退化轨迹符合e指数衰减，即根据e指数衰减和每个LED目标试样的所有光衰数据进行拟合，得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率的计算公式如下：

Φ＝Φ₀×e^-αt (1)

其中Φ₀表示LED目标试样的初始光通量，即为LED灯具的光通维持率，t表示老化时间，α为光通量衰减速率。

在具体实施中，LED灯具失效时间是指LED灯具的光通量衰减到初始光通量的70％时的累计点燃时间，那么LED的失效阈值为0.7，即根据LED的失效阈值和每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率，得到两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命的计算公式如下：

其中，α为光通量衰减速率，τ为每个LED目标试样的加速寿命，LED的失效阈值为0.7。

在具体实施中，步骤S15具体包括以下步骤：

将两组LED目标试样的加速寿命从小到大排列，根据Bayes估计得到每个LED目标试样对应的累积失效概率；

根据每个LED目标试样对应的累积失效概率和每个LED目标试样的加速应力水平值，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命。具体的，LED灯具的累积失效概率为威布尔分布，即每个LED目标试样的累积失效概率的公式如下：

其中F_j(t)为失效概率，R_j(t)为可靠度，η_j为不同应力条件下的特征寿命，m_j为形状参数，j表示第j个加速应力水平值。

在具体实施中，LED加速寿命符合逆幂律模型，即

τ＝AU^-n (4)

其中τ表示加速寿命，U为所施加的加速电压应力，A为常数,n为与LED灯具的结构材料等有关的常数。

另外，针对两个加速应力水平的情况,根据加速电压应力U₁，U₂和其相应的加速寿命τ₁，τ₂可以计算出n的值：

根据公式(4)式和公式(5),可以推导出工作电压下，LED目标试样的工作特征寿命：

其中τ₀是工作电压下的特征寿命即工作特征寿命，τ_j是加速电压下的特征寿命，U₀是工作电压，U_j是加速电压即加速电压应力U₁，U₂，另外τ_j是根据公式(2)采用最小二乘法得到的，τ_j＝η_j。

因此结合公式(5)和(6)，能够计算出该LED目标试样的工作特征寿命τ₀，即该LED目标试样在正常工作条件U₀＝220V时的特征寿命，比如在线测试状态(加速电压应力U₁或加速电压应力U₂)下的工作特征寿命为10155小时，非在线测试状态下工作特征寿命为10023小时。

当U_j取值为U₁或U₂时，得到对应的特征寿命值τ₁或τ₂，根据对应的特征寿命值τ₁或τ₂推测U₀时的特征寿命τ₀，而τ₁或τ₂为在线测试结果时，得到的τ₀为在线测试的结果，τ₁或τ₂为非在线测试结果时，得到的是非在线测试的结果。

接着根据威布尔分布，得到不同累积失效概率下每组LED目标试样在在线测试状态下的工作寿命以及每组LED目标试样在非在线测试状态下的工作寿命。

由于非在线测试的相对工作特征寿命误差Δτ定义为：

其中τ_online是在线测试状态下的不同累积失效概率对应工作特征寿命，τ_offline是非在线测试状态下的不同累积失效概率对应工作特征寿命，因此当累积失效概率的大小不同时非在线测试相对在线测试状态的工作特征寿命误差以进行可靠性分析。

在具体实施中，选用某LED球泡灯作为目标试样，记作SJ。该球泡灯在室温下工作，电功率5W，色温3000K，额定工作电压为220V。选取同一批次的16只灯泡分2组进行。Group1包含8只灯泡，在U₁＝260V电压下进行1584小时的加速寿命测试；Group 2包含8只灯泡，在U₂＝300V电压下进行1080小时的加速寿命测试。加速电压通过交流稳压电源来提供，另外，在加速寿命测试前，样本均经历过初始的高低温、振动等常规环境试验。

本发明一种实施例的光参数测量装置，如图2所示，所述光参数测量装置包括积分球1，可调交流稳压电源2，光谱辐射计3和计算机4。Φ1.5m的积分球1中心设置一个E27的标准灯座，灯座与可调交流稳压电源2相连，测试过程中，通过光谱辐射计3对LED目标试样的光通量进行测量并发送给计算机4以进行分析。测试过程中，通过稳压电源调节电压，当电压设置为加速电压260V或加速电压300V时,测得的光参数为加速状态下的结果，即在线测试；当电压设置为工作电压220V时，测得的光参数为正常状态下的结果，即非在线测试。需要指出的是，无论哪种状态，样品的测量均需在该状态达到平衡后进行。即两组LED目标试样先进行电应力加速寿命试验，每隔一段时间，将目标试样从加速装置中取下，分别在在线测试条件下和非在线测试条件下测量光色电参数的数据并记录分析。

由于在LED灯具在电应力加速寿命试验过程中，其光通量Φ随老化时间的退化轨迹符合e指数衰减，即符合公式(1)图3为Group 1在260V电压加速测试过程中光通量随时间的衰减情况曲线,图4为Group 2在300V电压加速测试过程中光通量随时间的衰减情况曲线，其中(a)为在线测试时的光通量衰减曲线，(b)为非在线测试时的光通量衰减曲线。表1给出了两组电压加速寿命测试中，在线测试和非在线测试的LED目标试样的光通量衰减速率，如下所示。

表1

由表1可以看出，在两组电压加速寿命测试中，300V电压的加寿命试验中在线测试的样品光通量衰减速率α集中在3.59E-4～4.85E-4，非在线测试的样品光通量衰减速率α集中在3.20E-4～5.27E-4,均明显大于260V电压加速寿命测试的相应值；也就是说对同一个目标试样来说，在260V电压加速寿命测试和300V电压加速寿命测试中，在线测试的光通量衰减速率α总是略小于非在线测试的光通量衰减速率。

由于LED的累积失效概率为威布尔分布，即符合公式(3)，而LED失效时间是指LED的光通量衰减到初始光通量的70％时的累计点燃时间，因此根据公式(2)可以得到Group1和Group2中每个LED目标试样的加速寿命，接着将Group1和Group2的每个LED目标试样按加速寿命从小到大排列，根据Bayes估计得到每个灯具对应的累积失效概率。根据公式(3)采用最小二乘法拟合不同应力下的特征寿命η_j和形状参数m_j，其结果如表2所示，表2如下所示。

表2

从表2可以看出，在260V加速电压和300V加速电压下在线测试的特征寿命均大于非在线测试的特征寿命。

由于电应力加速的LED加速寿命符合逆幂律模型，即

τ＝AU^-n (4)

其中τ表示加速寿命，U为所施加的加速电压应力，A为常数,n为与LED灯具的结构材料等有关的常数。

另外，针对两个加速应力的情况,根据加速电压应力U₁，U₂和其相应的加速寿命τ₁，τ₂可以计算出n的值：

根据公式(4)式和公式(5),可以推导出工作电压下，LED目标试样的工作特征寿命：

其中τ₀是工作电压下的特征寿命即工作特征寿命，τ_j是加速电压下的特征寿命，U₀是工作电压，U_j是加速电压即加速电压应力U₁，U₂，另外τ_j是根据公式(2)采用最小二乘法得到的，τ_j＝η_j。

因此结合公式(5)和(6)，能够计算出该LED目标试样的工作特征寿命τ₀，即该LED目标试样在正常工作条件U₀＝220V时的特征寿命，那么当U_j取值为U₁时，得到加速电压应力U₁时的工作特征寿命，当U_j取值为U₂时，得到加速电压应力U₂时的工作特征寿命，而U_j取值为U₀时，得到该LED目标试样的正常工作条件U₀＝220V时的特征寿命也就是非在线测试状态下工作特征寿命。比如在线测试状态(加速电压应力U₁或加速电压应力U₂)下的工作特征寿命为10155小时，非在线测试状态下工作特征寿命为10023小时。

接着由于当累积失效概率不同时，其中一组LED目标试样中每个LED目标试样特征寿命不同，那么得到其中一组LED目标试样中每个LED目标试样在在线测试状态下的工作特征寿命以及其中一组LED目标试样中每个LED目标试样在非在线测试状态下的工作特征寿命。比如根据威布尔分布获得累积失效概率随老化时间变化的曲线，如图5所示，那么在累积失效概率为1％，5％，10％时，在线测试的寿命值分别为5894h，7145h，7781h，非在线测试的寿命值分别为5550h，6845h，7508h。

由于非在线测试的相对工作特征寿命误差Δτ定义为：

其中τ_online是在线测试状态下的工作特征寿命，τ_offline是非在线测试状态下的工作特征寿命，因此当累积失效概率的大小不同时非在线测试相对在线测试状态的工作特征寿命误差以进行可靠性分析。比如在累积失效概率为1％，5％，10％时，二者差别分别为5.8％，4.2％，3.5％。

本发明还提供一种实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的计算机可读存储介质，通过测量不同状态下的光通量衰减速率，从光通量退化，寿命评估和可靠性分析方面，对非在线测试相对于在线测试的差异进行分析。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种基于电应力在不同测试状态下LED灯具加速寿命试验方法，其特征在于：所述试验方法包括以下步骤：

设定样品数量，并准备对应样品数量的两组LED目标试样以及确定每个LED目标试样的加速应力水平值；

对两组LED目标试样均进行电应力加速寿命试验，并得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的所有光衰数据；

根据e指数衰减和每个LED目标试样的所有光衰数据进行拟合，得到两组LED目标试中每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率；

根据LED的失效阈值和每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率，得到两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命；

根据累积失效概率为威布尔分布、两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命和每个LED目标试样的加速应力水平值，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命；

根据加速寿命符合逆幂律模型，得到每个LED目标试样在不同测试状态下的工作特征寿命，并确定当累积失效概率的大小不同时在不同测试状态下的工作特征寿命误差以进行可靠性分析。

2.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述不同测试状态包括在线测试状态和非在线测试状态。

3.如权利要求2所述的试验方法，其特征在于：所述得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的所有光衰数据，具体为：

当稳压电源的电压设置为第一预设电压时，测量得到每个LED目标试样在非在线测试状态下的所有光衰数据；

将稳压电源的电压调节至第二预设电压或第三预设电压；

当稳压电源的电压为第二预设电压或第三预设电压时，测量得到每个LED目标试样在在线测试状态下的所有光衰数据；或者

当稳压电源的电压设置为第二预设电压或第三预设电压时，测量得到每个LED目标试样在在线测试状态下的所有光衰数据；

将稳压电源的电压调节至第一预设电压；

当稳压电源的电压为第一预设电压时，测量得到每个LED目标试样在非在线测试状态下的所有光衰数据。

4.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：所述对两组LED目标试样均进行电应力加速寿命试验，具体为

其中一组LED目标试样在第一预设加速电压下进行第一预设时间的电应力加速寿命试验，另一组LED目标试样在第二预设加速电压下进行第二预设时间的电应力加速寿命试验。

5.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：根据e指数衰减和每个LED目标试样的所有光衰数据进行拟合，得到两组LED目标试样中每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率的计算公式如下：

Φ＝Φ₀×e^-αt；

其中Φ₀表示LED目标试样的初始光通量，即为LED灯具的光通维持率，t表示老化时间，α为光通量衰减速率。

6.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：根据LED的失效阈值和每个LED目标试样在不同测试状态下的光通量衰减速率，得到两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命的计算公式如下：

<mrow> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0.7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

其中，α为光通量衰减速率，τ为每个LED目标试样的加速寿命，LED的失效阈值为0.7。

7.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：根据累积失效概率为威布尔分布、两组LED目标试中每个LED目标试样的加速寿命和每个LED目标试样的加速应力水平值，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命的步骤，包括以下步骤：

将两组LED目标试样的加速寿命从小到大排列，根据Bayes估计得到每个LED目标试样对应的累积失效概率；

根据每个LED目标试样对应的累积失效概率和每个LED目标试样的加速应力水平值，得到每组LED目标试样在不同测试状态下的特征寿命。

8.如权利要求1所述的试验方法，其特征在于：每个LED目标试样的累积失效概率的公式如下：

<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>R</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mi>t</mi> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>j</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>m</mi> <mi>j</mi> </msub> </msup> </mrow> </msup> <mo>;</mo> </mrow>

其中F_j(t)为失效概率，R_j(t)为可靠度，η_j为不同应力条件下的特征寿命，m_j为形状参数，j表示第j个加速应力水平值。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任意一项所述方法的步骤。