LED标准化出厂测试方案助力LED产品使用寿命延长

半导体

与传统照明器件相比，LED非常耐用（使用寿命很长），发生灾难性故障的几率微乎其微，并且光度下降和颜色变化都非常缓慢。一般而言，LED只是固态照明系统中的一小部分，在照明系统中，LED的性能（如亮度、色温等）都会受到热量、电压波动以及机械应力等因素的影响。而这些因素在LED期间出厂时的标准化测试中是涉及不到的。

目前，还没有统一的针对这种情况的标准化测试方法，北美照明工程学会（IESNA）测试程序委员会开发了一套测试程序，并通过测试数据来预测灯具的使用寿命。本文将介绍其工作原理，以及如何使照明系统工程师延长灯具的使用寿命。美国能源部提供的数据表明，照明灯具的寿命会受到工作条件（如环境温度、工作周期等）的影响，通常情况下卤素灯的使用寿命是1000小时，是白炽灯的两倍。对于荧光灯管而言，使用到的镇流器技术会严重影响其寿命（相比昂贵的镇流器，如果使用低廉的镇流器，其使用寿命可能会降低10000小时）。

图1 传统照明和LED的光输出强度对比

当然，LED也会发生故障，甚至是灾难性的故障。例如，用于LED封装模具的环氧树脂如果过热膨胀，便会对设备的连接施加压力，直到断路。此外，静电放电（ESD）可能会导致LED的半导体结失效。一般情况下，更可能的出现的结果是LED逐渐褪色，直到光输出强度不足以达到预期（通常是70％以下）。如图1所示，传统照明灯具更容易发生灾难性故障，在其使用寿命期间的亮度会降低20％~30％。

图2 LM-80测试数据

在商业应用中，不可能依靠制造商对LED进行长时间测试，以证明其使用寿命。常用的解决方案是采用较短时间的测试数据，进行分析预测LED的使用寿命。目前，大部分LED制造商采用由IESNA开发的LM-80方法对其产品进行测试。例如，美国的PNNL实验室和NIST研究院以及六个LED制造商已经联合制定了一份TM-21技术备忘录。在这份备忘录中，所使用的流明维持测试的外推算法是基于LM-80方法的测试数据。该算法忽略了前1000小时的数据，使用最小二乘曲线方法将数据拟合后得到的曲线如图2所示。

在商用LED产品中，Philips（飞利浦）公司推出的LUXEON Rebel LED的最大亮度为226lm（1A），L70（当LED流明维持率为70%时的使用时间）超过36000小时，使用LM-80测试程序和TM-21外推算法的测试数据如图3所示。

图3 使用LM-80测试程序和TM-21外推算法的LUXEON Rebel LED测试数据

需要注意的是，目前LED的测试方法仅仅测试了LED本身的使用寿命，当LED整合到照明系统中，还会有其他影响LED使用寿命的因素。例如，大多数的LED故障机制都是与环境温度有关，温度过高会导致光输出减少，并加速LED劣化。虽然LED制造商在努力减少设备中的缺陷数量，但是半导体制造工艺并不完美，总会出现一些故障。

图4示意图

尽管目前的LED测试方案还不完善，但各个厂商还是利用现有的测试方案，尽可能地提供了较为精确的产品使用寿命的预测数据。例如，ROHM（罗姆）公司推出的R-B15L1，如图1所示，灯泡能够产生550流明，功耗仅为8瓦（功效为69流明/瓦），R-B15L1直接采用100VAC输入。根据ROHM公司提供的测试数据，其使用寿命长达40000小时。

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魏渝韦 · 2019-4-19 06:25:19

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