试论LED灯流明维持寿命的预估问题

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【摘要】本文主要针对led灯流明维持寿命的预估问题进行探讨，并结合试验分析，指出LED光源和驱动器性能变化则是共同决定了LED灯的流明维持寿命，仅仅通过LED光源IES LM-80-08测试报告中的数据则无法对于LED灯的流明维持寿命进行准确评估，希望对于今后的LED灯发展具有一定帮助。

【关键词】LED灯；流明维持寿命；预估方法；影响因素

根据美国能源部关于固态照明灯具中的CALIPER计划中的第13轮的产品检测中，可以看出日新月异的变化出现在LED照明技术中，对于13个SSL固态照明灯具来说，美国市场抽查结果说明，相应的显色指数、色温以及功率因素都能得到不同程度的均衡提高，能够达到平均光效为61lm/W。相比于前三个季度来说，能够使得平均光效增加约为20%。另外，在实际工作中，部分LED灯光的光效能够达到85lm/W，而高光效的LED替代灯也有所出现，其能够达到90以上的高显色指数，以及2700K低色温，能够有光效过超过100lm/W的LED路等产品。

同时，经过相关的美国在2012年的LED替代灯产品的调研中，可以发现，其LED灯的每千流明的价格也在在下降，从2010年到2011年一年的时间基本下降55%左右；对于每流明每瓦（lm/W）光效的价格也已经从一年的时间内下降为44%左右。

在LED照明产品的不断下降的成本价格以及进一步提高的光色电性能来说，尽管存在一定的优势，但是LED照明产品的使用寿命则确实是个问题。寿命的燃点证明对于LED照明产品不太现实，试验方法关于加速寿命测试估算也不成熟，所以，本文主要就LED产品寿命估算问题进行探讨，在基于LED灯能源之星计划，结合相关实验，分析LED灯流明维持寿命的评估方法。

1、LED灯流明维持寿命评估分析

根据相关文献，LED灯温度升高则是由于剩余电能所转换而成的热能，分析工作中的LED灯，往往仅有电能的10%～40%来转化为光能。其中，LED性能对于温度变化具有较为敏感的特性，在不同壳温条件下，根据IES LM-80-08标准提出LES的流明维持测试，基于此方法，通过指数函数来拟合测试方法的测试数据，在指定温度下，LED指定温度下，推算个时间点的流明维持情况。

（1）

在上式中，曲线拟合参数为B和在时间t时平均归一化光通量，t则为小时为单位的时间。

在不同的照明产品中的LED光源中，根据IES LM-80-08标准进行测试，在实际工作中的不同照明系统进行测试的壳温条件存在差异性，则应该根据插值法进行推算，这样就可以得出在其他情况下的流明维持情况。另外，可以在测试数据中选择最大和最小壳温之间任何温度点进行推算其流明维持情况，但是，在不同的驱动电流下的流明维持，还不能进行相关的LED光源的推算。所以，这里评估LED灯或者灯具的流明维持寿命则是利用相应的LED光源的IES LM-80-08的测试报告，要求进行LED光源的流明维持寿命推算的条件则是，应该保证流过相应的LED照明产品中的LED光源的驱动电流必须大于LED光源的测试报告中的驱动电流测试条件。

影响LED照明产品流明维持寿命的主要因素中主要包括驱动器和LED光源，这两者因素有相互影响，其中在LED灯具中表现更为明显，因为，LED灯在较小的器具中继承了驱动器和光源，产品整体的流明维持性能则会受到相互的性能变化和热辐射的影响。结合实际LED灯的特殊要求，整体式的LED灯标准要求，分析如下：一是，LED光源制定测试点的温度和驱动电流都不能大于IES LM-80-08的测试报告中的最大壳温和驱动电流的条件。二是，根据IES LM-80-08的测试报告，且6000小时的流明维持应该至少达到92%；三是，LED灯3000小时的流明维持也不应该小于95.8%。要获得相应的全面认证，还应该完成6000小时的流明维持测试。对于能够上到上述前两天要求，且对于LED灯具中的驱动器使用最大温度不超过驱动器制造商推荐的最大值，则不用提供第三项的测试结果，使得监测认证周期有所缩短。

所以，本文通过实验方法探讨了LED灯流明维持寿命评估方法。

2、实验结果分析

这里采用两组，每组各12个7W车铝球泡灯和12W车铝球泡灯两种类型的LED灯，使用同样型号的LED光源，其中，测试壳温在LED光源的IES LM-80-08的测试报告中，温度分别为：25℃，55℃，85℃，驱动电流则是300mA。

对于两种LED灯样品的光度性能测试和老化测试，其驱动的条件则为AC 220V（60Hz），样品中的LED光源都是采用串联方式，测试结果如表2所示，其中包括两种LED灯样品正常工作LED光源电流IF，LED光源的数量，测试报告中LED光源壳温监测点中所对应的测试点温度Ts等。

其中，在上述两种类型的LED灯样品中，六个灯头朝上，六个灯头朝下，老化测试则是在45℃下进行 测试，另外，根据相应的IES LM-80-08测试标准，划定老化测试过程中的相应的0h，500h， 1000h，2000h，3000h的时间点，每个样品进行光电性能的测量则是根据积分球测试系统，同时，还能够保证样品工作方法和老化测试方向一致。

根据相应的IES TM-21-11的推测方法，再加上LED光源的IES LM-80-08测试报告和实测指定点的温度，以及每个型号的12个样品的在3000h老化后的流明所维持的平均值，能够对于LED灯在指定温度下工作3000h后的流明维持进行推算。从结果分析可以看出，两种型号的LED灯在实测值和推算值的误差在1%之内，非常接近。但是，根据上述规定的能源之星的要求，LED灯3000h后的流明维持数据能够满足，但是，存在流过LED灯光源的电流都大于IES LM-80-08测试报告中的最大驱动电流，还不能满足LED灯能源之星的初始认证条件。所以，还应该进行相应的6000h流明维持测量的试验，才能进行有效判断。

经过上述分析，可以得到，首先，对于这两个型号的LED灯正常稳定工作12W车铝球泡灯和7W车铝球泡灯的流过LED光源的电流分别为254mA和286mA，都小于LED光源所允许的最大正向电流300mA；经过公式，可以对LED光源的结温Tj进行预估，得到这种类型的LED光源的结温分别为83.7℃和92.6℃，都小于LED光源所允许的最大结温110℃。

通过上述分析，可以得到，LED灯样品中的LED光源都能够在厂商所规定的工作条件内，另外，相比于12W车铝球泡灯来说，LED光源在7W车铝球泡灯中工作条件则相对恶劣，所以，样品7W车铝球泡灯的3000h流明维持的数据略小于12W车铝球泡灯样品。另外，相比于TM-21推算结果，两种LED灯的3000h流明维持实测结果都要小一些，相比于12W车铝球泡灯，7W车铝球泡灯推算值和实测值则偏差较大。另外，在TM-21推算方法中，LED的电能主要是转换成热能和光能，这样其中已经考虑相应的LED流明维持寿命的影响。可以通过一定假设，要求对于LED流明维持寿命影响在电应力方面完全为转换成热应力的影响，这要规定在一定的允许驱动电流内。所以，LED驱动器的变化则是造成偏差的主要因素，从上述两种样品的分析中可以看出，在3000h老化过程中，通过光电参数归一化到初始值的相对漂移可以有效证明。

分析在3000h老化过程中的12W车铝球泡灯样品，存在基本同趋势的变化的灯电流和功率，其都趋于稳定，具有恒定的功率因数PF；对于总光通量来说，存在较小的相对漂移，缓慢起伏衰减，光效也是随之缓慢衰减；分析在3000h老化过程中的7W车铝球泡灯样品，其灯功率、电流和PF等都是和12W车铝球泡灯基本一致，这些电参数在进行3000h老化以后都出现比较大的负向漂移，这是因为较大的变化出现在驱动器的性能中，另外，相应的衰减也出现在总光通量中，但是，相比于功率的漂移还小一些，所以，经过3000h老化后的光效还是有一定的提高。

综上所述，两种LED灯样品总光通量存在不同的衰减趋势，此外，相比于LED光源的IES LM-08-80测试报告，也存在不同的衰减趋势。所以，这点可以说明，LED光源和驱动器性能变化则是共同决定了LED灯的流明维持寿命。

3、结语

本文主要针对LED灯流明维持寿命评估方法继续相关研究，研究指出，LED光源和驱动器性能变化则是共同决定了LED灯的流明维持寿命。仅仅通过LED光源IES LM-80-08测试报告中的数据则无法对于LED灯的流明维持寿命进行准确评估，这点也在试验中进行相关验证。

参考文献

[1]唐国庆.从室内照明发展趋势论LED技术提升的关键[J].半导体技术，2009，34（3）.

[2]彭捷.高功率LED应用中的主要问题[J].光源与照明，2004，（3）.