曲杨;俞剑峰;邹学军
【摘 要】介绍了IES_TM21_11中使用的LED寿命推算法及LED灯具的寿命评估方法.针对LED灯具寿命,可以先评估LED模块寿命,再结合二次光学材料的光衰减值,估算灯具整体的寿命.
【期刊名称】《通信电源技术》
网页压缩【年(卷),期】2017(034)005
【总页数】2页(P173-174)
【关键词】LED模块;TM21;LED灯具寿命
套管挤压
【作 者】曲杨;俞剑峰;邹学军
【作者单位】赛尔富电子有限公司,浙江宁波315103;赛尔富电子有限公司,浙江宁波315103;赛尔富电子有限公司,浙江宁波315103
【正文语种】中 文
LED被称为第四代照明光源或绿光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。随着LED光效的不断提升，LED的寿命和可靠性越来越受到业界的重视。一般来说，LED灯具产品的寿命就是指LED模块的寿命，它是LED灯具产品最重要的性能之一。LED寿命一般可以达到50 000至100 000 h，使用常规方法想得出LED的真实寿命几乎是不可能的，通常采用加速寿命试验法和寿命推算法。
IES_TM21_11是采用寿命推算法进行寿命估计，不过它是基于LM80报告的。LM80报告给出大量的测试数据，而TM21( IES_TM21_11的简称)是基于LM80报告中的数据进行寿命估计的。下面具体讨论TM21的估算方法。
TM21估算出的LED寿命是L70寿命，也就是LED光通量衰减到初始值70%时的寿命。这里用到的第一个假设条件是，LED的光通量是满足指数分布的，光通量的公式为：
式中，t为LED运行时间，单位是h；φ(t)为时间t时平均光通量；B为最小二乘法曲线拟合出的初始光通；α为最小二乘法曲线拟合出衰减常数。
根据上式可以得出光通量维持寿命公式
桑椹原浆式中，Lp为光通量衰减到初始光通量p%时的寿命，单位为时间。对于L70，则p就是对应的数值70。
最小二乘法曲线拟合公式(1)两边取ln
令y=lnφ(t)，m=-α，b=lnB，x=t则得出
在已知x，y的情况下，利用最小二乘法进行线性插值，可以得出m和b的值，进而得出α和B的值，就可以得出光通量与时间的关系式，按关系式可以推算出L70寿命。
不过L70寿命的推算值与LM80中所使用的样品数及测试时间有对应关系，具体如下：
如果样品数大于等于20，L70寿命推算值不能大于6倍的测试时间；如果样品数只有10个，则L70寿命推算值不能大于5.5倍的测试时间。如果L70寿命推算值大于零，且小于等于6倍(或5.5倍对应10个样品)的测试时间，则报告中给出的结果就为L70寿命的推算值。如果L70寿命推算值大于零，且大于6倍(或5.5倍对应10个样品)的测试时间，则报告中给出的结果为6倍(或5.5倍对应10个样品)的测试时间。
利用公式(1)可以推算出LED的L70寿命，但是只能推算出某个温度下的L70寿命，对于其他温度下的寿命值，需要进一步计算。
LM80报告中一般会给出三种不同壳温下的光通量测试数据，TM21推算出的寿命值也是基于这三个温度的。一般采用的壳温值为55℃，85℃和105℃，利用前面的方法可以得出这三个壳温下的寿命值。如果需要得出其他壳温下的寿命值，则要借助于温度插值的方法。在进行温度插值时，温度需要采用绝对温度，另外衰减常数与温度的关系如下：
式中，A为常数；Ea为活化能，单位是eV；Ts,i为绝对温度，单位是K；kB为玻尔兹曼常数8.617385×10-5eV/K。
进行插值的温度要满足Ts,1lt;Ts,ilt;Ts,2，其中Ts,1和Ts,2为选取的测试温度，通过公式(1)至(3)可以得出Ts,1、Ts,2对应的衰减常数α1和α2，然后代入下式：
可以得出，然后代入公式(4)，可以得出常数A的值：
在已知A的情况下，根据公式(4)就可以得出αi。
计算初始光通量Bi：
式中，B1为Ts,1对应的初始光通量，B2为Ts,2对应的初始光通量。
在得出Bi和αi以后，代入下式，就可以得出Ts,i温度下的Lp值。
同时得出温度Ts,i下的光通量公式：
TM21最初是针对LED模块寿命评估的方法，它是基于6 000 h至10 000 h的测试数据，拟合出光通量随时间变化的公式，然后通过相关推算的方法得出LED模块L70寿命值。由于TM21的方法至少需要进行6 000 h以上的测试，时间要求较长，很多学者及机构都在尝试缩短测试时间的方法。针对LED模块可以使用加速寿命的测试方法，就是使LED模块工作在较高的环境温度下，保证LED模块的结温接近于预定的结温值。选用三个温度点，如100℃，110℃和120℃，然后进行老化，初步估计在500 h左右，光通量就会发生明显变化。根据公式得出不同温度下的衰减系数，然后根据不同温度下的衰减系数可以得出不同温度下活化能，在已知衰减系数时，可以得出常温25℃的寿命值。
值得注意的是这种温度加速的评估方法只适合于单纯LED模块。对于LED灯具产品是不合适的，因为LED灯具中一些二次光学材料并不能承受太高的温度。当然如果在评估出LED
模块寿命后，再结合一些二次光学材料的光衰减值，来评估灯具寿命的方法还是可行的。目前这种方法被称作1 000小时法，可以从《GBT33721-2017 LED灯具可靠性试验方法》这个标准中看到具体描述。通讯加密
最后，从产品可靠性的角度，在考虑LED灯具系统寿命时，不能只关注LED模块的寿命，还要考虑灯具驱动器以及其它组件的寿命，这样才能真正地提高LED灯具的整体可靠性。
乘波体
【相关文献】
[1] IES-TM-21-11.Projecting Long Term LumenMaitenance of LED Light Sources[Z].IESNA,2011.
[2] GB/T 33721-2017. LED灯具可靠性试验方法[S].2017.
[3] IES LM-80 LED光源光通量维持率的测试方法[Z].
[4] GB 7000.1-2015. 灯具 第一部分：一般要求与试验[S].2015.
[5] GB/T 9468-2008. 灯具分布光度测量的一般要求[S].2008.
[6] GB/T24824-2009. 普通照明用LED模块测试方法[S].2009.
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