聚焦正在起草中的LED燈具性能的IEC規(guī)范

陳超中 施曉紅 李為軍 王 曄

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 (上海)上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司 全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)燈具分技術(shù)委員會(huì) 中國照明學(xué)會(huì)燈具專業(yè)委員會(huì) 上海200233)

長(zhǎng)壽命被認(rèn)為是半導(dǎo)體LED固態(tài)照明光源優(yōu)越于傳統(tǒng)照明光源的優(yōu)點(diǎn)之一，不僅單顆LED，其最終的集成系統(tǒng)也將由于使用長(zhǎng)壽命LED而相對(duì)工作更長(zhǎng)的時(shí)間，LED制造商自然的把其作為最大的賣點(diǎn)。事實(shí)上，單個(gè)LED的長(zhǎng)壽命并不代表整個(gè)集成系統(tǒng)后整個(gè)照明系統(tǒng)也具有長(zhǎng)壽命，LED制造商和燈具制造商都應(yīng)需要準(zhǔn)確的定義壽命的方法，而且，消費(fèi)者需要準(zhǔn)確的信息用來決定SSL的購買和計(jì)算準(zhǔn)確的投資回報(bào)。

目前，在產(chǎn)品測(cè)試領(lǐng)域，新出臺(tái)的IES LM-80(LM-80)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使得LED制造商能夠在實(shí)際工作條件下對(duì)單個(gè)LED流明維持進(jìn)行分析。然而，LM-80沒有覆蓋LED燈具測(cè)量，也不提供評(píng)估LED壽命的方法。因此，在實(shí)際的解決方案中，燈具制造商缺少其他方面的有用信息用來更好理解和預(yù)測(cè)LED的壽命行為，特別是對(duì)LED燈具的壽命正確評(píng)定。

由于當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)界缺乏統(tǒng)一的LED燈具性能規(guī)范，很多制造商利用LED光源流明維持?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行LED燈具壽命評(píng)估，結(jié)果導(dǎo)致預(yù)測(cè)的壽命和實(shí)際應(yīng)用中LED燈具壽命出現(xiàn)很大偏差，從LED產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展和培育消費(fèi)者信心來說，都是極為不利的。

鑒于此情形，IEC TC 34(國際電工委員會(huì)燈和相關(guān)設(shè)備技術(shù)委員會(huì))于2010年6月21日至6月24日在芬蘭首都赫爾辛基召開了LED照明產(chǎn)品及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂研討會(huì) (LED Workshop)，同時(shí)還召開了TC 34各維護(hù)工作組會(huì)議，包括光源維護(hù)工作組會(huì)議 (MT PRESCO)、燈頭和燈座維護(hù)工作組會(huì)議 (MT EPC 1/2/3/4)、燈用附件維護(hù)工作組會(huì)議(MT COMEX)和燈具維護(hù)工作組會(huì)議 (MT LUMEX)。

IEC TC 34還于2010年6月28日至7月2日在德國法蘭克福召開DALI控制裝置及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂研討會(huì) (DALI Control Devices Workshop)，同時(shí)還召開光源專家組會(huì)議 (IEC SC 34A)、燈用附件專家組會(huì)議 (IEC SC 34C COMEX)和燈具專家組會(huì)議 (IEC SC 34D LUMEX)。

筆者從會(huì)上獲悉，IEC TC34/SC34D正在起草《燈具性能要求—第2部分:普通照明的LED燈具》和 《燈具性能標(biāo)準(zhǔn)—第1部分:一般要求》的公共可用規(guī)范。該規(guī)范對(duì)LED燈具壽命、標(biāo)記及性能要求上做了重點(diǎn)闡述。新的LED燈具性能的IEC公共可用規(guī)范的起草對(duì)于目前國內(nèi)存在的盲目追求、偏面追求LED燈具光效的觀點(diǎn)無疑具有正確的引領(lǐng)作用。

1 壽命的概念

1.1 單個(gè)LED燈具的壽命

單個(gè)LED燈具的壽命是指由制造商或責(zé)任銷售商聲稱的LED燈具整體時(shí)間長(zhǎng)度值。

單個(gè)LED燈具的壽命應(yīng)組合 (a)流明維持壽命 (LX)和 (b)限于LED和驅(qū)動(dòng)器的電器失效率(FX)一起使用。

要注意的是與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具有不同的壽命終了特性，它們不會(huì)出現(xiàn)突然的燈具失效，但通常隨著時(shí)間逐漸變暗。然而，內(nèi)裝式電子驅(qū)動(dòng)器可能表現(xiàn)出突然壽命失效終了，由于電子驅(qū)動(dòng)器失效，實(shí)際上達(dá)到壽命終了，不再符合由制造商或責(zé)任銷售商聲稱的最小光通量水平，按流明維持的定義則意味著LED燈具一點(diǎn)光都不給出。

1.2 流明維持

流明維持是指LED燈具壽命期間在給定時(shí)間的光通量除以燈具光通量初始值并表達(dá)為初始光通量的百分比。

要注意的是最大流明維持降低的數(shù)字根據(jù)LED燈具的應(yīng)用而可能變化。IEC PAS使用50%(L50)的值作為例子，它經(jīng)常用于消費(fèi)場(chǎng)所。對(duì)于專業(yè)場(chǎng)所，可選擇70% (L70)流明維持?jǐn)?shù)字。所選百分比的專門信息由制造商提供。

1.3 流明維持壽命

流明維持壽命 (LX)是指燈具制造商或責(zé)任銷售商聲稱、與電器失效率一起公布的LED燈具整體提供的大于額定光通量百分比的時(shí)間長(zhǎng)度。例如L70(h)是指到70%流明維持的時(shí)間，L50(h)是指到50%流明維持的時(shí)間。

電器失效率 (FX)是指許多相同型號(hào)的受試燈具中低于其個(gè)體流明維持壽命 (例如50%或70%初始流明)的燈具的比例。對(duì)于LED燈具，電器失效率表示LED和驅(qū)動(dòng)器失效的組合影響，通常采用10%或 (和)50%的失效率，用 F10或 (和)F50表示。

表達(dá)LED燈具的壽命時(shí)應(yīng)組合使用流明維持壽命和電器失效率，如L70，F(xiàn)10是指直到10%被測(cè)單元低于其70%初始光通量的時(shí)間，L70，F(xiàn)50是指直到50%被測(cè)單元低于其70%初始光通量的時(shí)間。

當(dāng)燈具的50%已經(jīng)失效，與選擇的流明維持值一起表示，通常確定為燈具壽命終了:L70，F(xiàn)50或L50，F(xiàn)50。對(duì)于專業(yè)場(chǎng)所，建議L70，F(xiàn)10值。

2 標(biāo)記

除了IEC 60598和IEC 60598-2強(qiáng)制性的內(nèi)容外，制造商或責(zé)任銷售商應(yīng)提供下列內(nèi)容，位置如表1規(guī)定。

表1注中提到的非指向型LED燈具定義為用作為裝飾性的元件。非指向型的含義是燈具的光輸出處于1π立體角范圍內(nèi)的少于80% (相當(dāng)于120°圓錐角)。指向型LED燈具定義為使用反射器或者光學(xué)部件 (比如LED透鏡)校直光線。指向型的含義是燈具的光輸出至少80%處于1π立體角范圍內(nèi)(相當(dāng)于120°圓錐角)。

表1 要求標(biāo)記的位置

3 性能要求

下列所述的性能標(biāo)準(zhǔn)適用于所有的LED燈具。僅適用燈具的檢測(cè)如表2所示。

性能指標(biāo):

①功率;

②光通量;

③燈具效能;

④包括公差和相對(duì)壽命漂移 (進(jìn)一步考慮)的相關(guān)色溫 (CCT);

⑤包括公差的顯色指數(shù) (CRI);

⑥燈具壽命

a)流明維持壽命 (LX);

b)電器失效率 (FX)

⑦光強(qiáng)分布。

注:*(B)和 (C)的檢測(cè)要求取決于IEC XXXXX第1版《普通照明用LED模塊－性能要求》。**(D)的許多檢測(cè)要求已經(jīng)由 IEC PAS 62612《自鎮(zhèn)流LED燈－性能要求》的要求所覆蓋。對(duì)于民用燈具，考慮到各種各樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)許多燈具使用LED模塊、自鎮(zhèn)流LED模塊或可替換的自鎮(zhèn)流LED燈構(gòu)成。在這種情況下，整個(gè)燈具的光強(qiáng)分布測(cè)量 (7)不是必要的。×=要求的－=不要求的

(1)功率

總的功率應(yīng)基于LED的標(biāo)稱正向電壓 (由LED制造商給出的)，在燈具的額定電流和典型的環(huán)境溫度下測(cè)得，如附錄A所述，單位為W。

功率應(yīng)在電源或驅(qū)動(dòng)器的前端測(cè)得。LED燈具消耗的功率應(yīng)不超過額定功率的15%。

(2)光通量

測(cè)量燈具的光輸出，單位為lm。測(cè)得的LED燈具的初始光通量應(yīng)不小于額定光通量的90%。

(3)燈具效能

對(duì)于給定輸入功率下測(cè)得的燈具有用光輸出，單位為lm/W。將根據(jù)額定相關(guān)色溫CCT(K)和功率規(guī)定燈具效能。表3為燈具效能的要求，具體要求值尚在考慮中。

(4)相關(guān)色溫 (CCT)

參考IEC 60081附錄D:色坐標(biāo)進(jìn)行。燈具的額定相關(guān)色溫 (CCT)應(yīng)優(yōu)選下列七種值之一:

2500 K，2700 K，3000 K，3500 K，4000 K，5000 K或 6500 K。

表3 燈具效能的要求

為了便于參考，與CCT相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的色坐標(biāo)在表4(IEC 60081中D.2，經(jīng)修訂)中給出。

表4 相關(guān)色溫和色坐標(biāo)

進(jìn)一步考慮如下:

LED燈具的初始CCT是在25%額定燈具壽命的工作時(shí)間 (最大工作時(shí)間為6000h)以后測(cè)得的值。測(cè)得的實(shí)際CCT值 (初始和額定燈具壽命的25%，最大6000h工作時(shí)間)表示為8種類別 (見表5)之一，相當(dāng)于在額定 CCT值周圍特定的MacAdam橢圓，橢圓 (用n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示)的大小是單個(gè)燈具的公差/偏差的一個(gè)度量。

表5 額定CCT值的公差 (類別)

測(cè)得的LED燈具的CCT值 (初始和額定燈具壽命的25%，最大6000h工作時(shí)間)應(yīng)不漂移至由制造商或責(zé)任銷售商聲稱 (見表1)的CCT公差類別的外面。

(5)顯色指數(shù) (CRI)

LED燈具的顯色指數(shù)應(yīng)根據(jù)用于傳統(tǒng)光源的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)量。LED燈具的初始顯色指數(shù) (CRI)在額定燈具壽命的總的工作時(shí)間的25% (最大工作時(shí)間為6000h)以后測(cè)得的值。測(cè)得的實(shí)際的CRI值 (初始和額定燈具壽命的25%，最大6000h工作時(shí)間)離額定CRI值應(yīng)不得減少5點(diǎn)。

(6)燈具壽命

LED燈具的壽命是流明維持壽命 (LX)和主要由LED本身和內(nèi)裝式電子鎮(zhèn)流器確定的電器失效率(FX)組合的結(jié)果，使用耐久性試驗(yàn)表征其可靠性和壽命。流明維持壽命和失效率均進(jìn)行試驗(yàn)。

(7)流明維持

1)由于LED燈具的典型的壽命是 (非常)長(zhǎng)的，在本公共可用規(guī)范的范圍內(nèi)，在壽命期間測(cè)量真實(shí)減少的光通量 (L50或L70)被認(rèn)為不切實(shí)際和費(fèi)時(shí)間的。鑒于此原因，本PAS依靠大約的方法來確定所有LED燈具的期望壽命 (L50或L70)。

關(guān)于流明維持壽命的實(shí)際的LED性能，每一個(gè)制造商和每一個(gè)型號(hào)可能被認(rèn)為是不同的。所有LED的流明維持壽命不可能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)。初始流明輸出的快速減少并不意味著一個(gè)特定LED不會(huì)達(dá)到其額定壽命。

進(jìn)一步的考慮如下:

本公共可用規(guī)范選擇“流明維持類別”，包括初始光通減少直到過了額定燈具壽命的25%，最多時(shí)間6000h。取決于壽命的定義 (L50或L70)，(在L50的情況下)分5種類別或 (在L70的情況下)分3種類別，每一個(gè)情況包括與0h初始光通輸出比較有10%的流明維持增加 (見表6)。

表6 6000h流明維持分類

應(yīng)測(cè)量初始光通量，在額定燈具壽命的25%(最大工作時(shí)間為6000h)時(shí)重復(fù)測(cè)量。初始光通量值歸一化為100%，它被用于確定燈具壽命的第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在額定燈具壽命 (最大工作時(shí)間為6000h)的25%測(cè)得的光通量應(yīng)表達(dá)為初始光通量的百分比。

對(duì)于總的等于額定燈具壽命的25%時(shí)間 (最大工作時(shí)間為6000h)，推薦測(cè)量1000h間隔的光通量維持值 (表達(dá)為初始光通量的百分比)。對(duì)于所測(cè)得值的可靠性它給出了額外的視角。

如果下列標(biāo)準(zhǔn)得以滿足，LED燈具被認(rèn)為通過本試驗(yàn):

a)在額定燈具壽命的25% (最大工作時(shí)間為6000h)時(shí)測(cè)得的光通量應(yīng)不小于由制造商或責(zé)任銷售商定義和提供的有關(guān)額定壽命 (L50或L70)的最大流明維持值。

b)測(cè)得的流明維持值應(yīng)符合由制造商或責(zé)任銷售商定義和提供的“流明維持類別”:對(duì)L50，A類至E類 (或?qū)?L70，A類至C類)。

流明維持率與壽命的關(guān)系見圖1。

圖1 流明維持率與壽命的關(guān)系

2)失效率

LED燈具是一個(gè)整體，沒有永久損壞不能拆除，內(nèi)裝式電子鎮(zhèn)流器作為整個(gè)LED燈具的一部分加以試驗(yàn)。

LED燈具應(yīng)承受下列溫度周期沖擊試驗(yàn)以及電源電壓開關(guān)試驗(yàn):

a)溫度周期沖擊試驗(yàn):

未通電的LED燈具應(yīng)首先在－20℃存儲(chǔ)1h。然后立即將燈具移到溫度為 +35℃的試驗(yàn)箱中存儲(chǔ)1h。應(yīng)完成5個(gè)這樣的周期。

b)電源電壓開關(guān)試驗(yàn):

燈具應(yīng)接通和斷開試驗(yàn)電壓30s。應(yīng)重復(fù)該周期，周期數(shù)等于以小時(shí)為單位的額定燈具壽命的一半 (例如:如果額定燈具壽命是20000h，則周期數(shù)為10K)。

在上述a)和b)這些試驗(yàn)的結(jié)束時(shí)，LED燈具應(yīng)工作且保持點(diǎn)亮15min。

LED燈具應(yīng)在額定電壓和環(huán)境溫度 (對(duì)于室外燈具，+35℃;對(duì)于室內(nèi)燈具，+25℃;對(duì)于嵌入式燈具，+35℃)下工作。

進(jìn)一步的考慮:

直到試驗(yàn)時(shí)間等于額定燈具壽命的25% (最大工作時(shí)間為6000h)已經(jīng)通過。在這個(gè)時(shí)間的結(jié)束時(shí)，冷卻至室溫以后，燈具應(yīng)保持點(diǎn)亮至少15min。

本試驗(yàn)可能要求增加環(huán)境溫度，僅在約期望壽命的25%時(shí)。

(8)光強(qiáng)分布

應(yīng)測(cè)量LED燈具的光強(qiáng)分布，根據(jù)用于傳統(tǒng)燈具的標(biāo)準(zhǔn)方法，測(cè)量整個(gè)燈具 (包括LED裝置、熱管理部件、燈具以及光學(xué)部件)的輸出。

總之，正在起草 IEC TC34/SC34D《燈具性能要求—第2部分:普通照明的LED燈具》和 《燈具性能標(biāo)準(zhǔn)—第1部分:一般要求》的公共可用規(guī)范對(duì)LED燈具性能要求進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定，特別是LED燈具壽命評(píng)定方面。這是當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的又一大進(jìn)步。對(duì)于目前國內(nèi)存在的盲目追求、偏面追求LED燈具光效的觀點(diǎn)，LED燈具性能的IEC公共可用規(guī)范無疑具有正確的引領(lǐng)作用。

［1］IESLM-80-08 IESNA.ApprovedMethod forLumen Maintenance Testing of LED Lighting Sources.

［2］LUMEX/(EG)40.LED-LUMINAIRES FOR GENERAL LIGHTING SERVICES-Performance requirements.

［3］LUMEX(EG)49. Draft IEC/PAS Luminaire performanceSpecification-Part 2:LED Luminairesfor General Lighting.