PDF《国家标准》

5 标准的理论基础 在本节中,我们首先定义用于评价 LED 照明产品光学衰减特性的光衰临界曲线,之后 通过二阶段模型建立实验室环境温度(即25℃)下和加速试验环境温度下的 LED 照明产品 光衰临界曲线之间的关系. 5.1 光衰临界曲线 绝大多数 LED 照明产品在其工作时间内会产生一定程度的光学衰减现象.我们假设存 在一条表征 LED 照明产品光通量维持率衰减性能的光衰临界曲线,如图

1 所示.当被测 L ED 照明产品的光衰曲线落于光衰临界曲线下方时,则认为该样品的光学衰减特性未达到合 格判定,反之则达到合格判定. 图1LED 照明产品的光衰临界曲线

1 倘若被测 LED 样品在上述试验条件下发生由某元器件失效而无法正常工作的现象 (如频闪、 死灯等) , 同样视为未达到合格判定样品.

3 IES 的TM-21 工作组系统地研究了包括线性、e 指数、对数等

9 种不同的数学模型对 LED 照明产品所使用光源的光衰描述.他们发现简单 e 指数方程,即公式(1),对实测数据 的拟合度最高[4] . Φ t = βe?αt (1) 其中,Ф(t)为归一化的光通量维持率,α 为光通量维持率的衰减因子,β 为拟合常数, 理论上等于 1.0.广义来说,公式(1)不仅可以用来描述光源的光衰,也可以推广至 LED 照明产品[6] . 在实验室环境温度下, LED 照明产品通常需要满足流明维持 L70 寿命

25000 小时的设 计要求.根据公式(1),燃点

6000 小时后的光通维持率为 91.8%,此数值也是能源之星在 实验室环境温度下的测试判定[1,2] . 5.2 温度加速 理论上,对应于每一个环境温度,都存在一条光衰临界曲线,如公式(1)的描述,其 中衰减因子随温度的变化符合 Arrhenius 方程,如公式(2)所示. ? = A ? e ? Ea k?? (2) 其中 Ea 为激活能,A 为指前因子,k 为玻尔兹曼常数(8.6173e-5 eV/K),Ts 为LED 照明产 品光源的焊点温度2 . 根据公式(2),α 和Ts 具有相同的变化趋势,即Ts 越高,光源的光通量维持率随 e 指 数衰减的速率也越大.因此,提高焊点温度,可以加速光源的光通量衰减,从而缩短测试时 间.联合公式(1)和(2)可以计算出相应的加速因子 AF: ?? = t1 t2 = α2 α1 = e ? Ea k (

1 Ts2 ?

1 Ts1 ) (3) 其中 Ts1 与Ts

2、α1 与α2 以及 t1 与t2 分别为对应于实验室环境温度下和加速试验环境温 度下 LED 照明产品光源模组的焊点温度、衰减因子和测试时间.公式(3)显示,获得加速 试验时间的前提是确定临界光衰曲线的 Ts

1、Ts2 和Ea 这三个参数. 5.3 参数确定 5.3.1 参数 Ts1 的选取 在本标准中,我们分析了

30 组输入电流介于 0.08A 至1A 的LED 光源样本的 LM-80 测试数据.数据来源于两个部分:1)大部分数据来自制定 TM-21 方法所使用的 LM-80 测 试数据;

2)另外一部分来自公开文献中统计的 LED 光源样本的 LM-80 测试数据.在这

30 组LM-80 测试数据中, 有24 组含有最高温度 Ts=105℃的光衰数据, 其中绝大多数数据满足 了该温度下

6000 小时内光通维持率不低于 91.8%的规定.因此,我们将光衰临界曲线的 Ts1 参数选为 105℃(本文第 7.1 节将给出试验数据支持).

2 参考 TM-21 的计算方法,公式(2)中使用的温度是较容易测量的光源焊点温度(Ts),而不是芯片 的结温(Tj).

4 5.3.2 参数 Ts2 的选取 为了避免在加速环境下引起新的失效模式,我们选定 55℃(高于室温 30℃)作为 LED 照明产品的加速试验环境温度.假设 LED 照明产品光源模组的焊点温度与环境温度的差值 不变,可以推算出 55℃加速环境温度下焊点 Ts2 温度为 135℃(Ts1+30℃). 5.3.3 参数 Ea 的选取 依照 IES TM-21 方法,改写公式(3)至公式(4)计算 LED 光源的激活能 Ea [4] . Ea k = ln ?1 ? ln ?2