采用半導體(光源) 燈具的一般要求與試驗

廣東產品質量監督檢驗研究院　戴高峰

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采用半導體(光源) 燈具的一般要求與試驗

廣東產品質量監督檢驗研究院戴高峰

【摘要】與傳統光源的燈具不同采用半導體LED(光源)燈具的設計使用壽命和燈具的防護壽命相同，本文對編制標準采用半導體(光源) 燈具一般要求與試驗的說明。

【關鍵詞】半導體LED；試驗；分析

從大量的試驗中發現：當用恒定的直流電壓給采用半導體LED(光源)燈具供電，在保持通電的情況下，采用半導體LED(光源) 燈具的電流是慢慢增加的，即采用半導體LED(光源)燈具的功率是增加的；就是說在這種狀態下半導體LED(光源)的PN結電阻是減少的。

這個現象是由半導體LED(光源)的特性決定的：半導體LED(光源)在正向電壓下發光是通過電子與空穴的復合運動，將復合的能量以光(有效復合)或熱(無效復合)的形式釋放，也就是說半導體LED(光源)PN結的電阻是隨著直流電流的增加和溫度的升高在不斷減小。

1　要想提高PN結的有效復合能量

（1）通過在試驗中不斷地搜尋導熱和散熱都比較好的半導體作為PN結材料。

（2）通過在試驗中不斷地搜尋導熱、散熱和絕緣都比較好的材料；作為PN結的襯底材料。

（3）可以采用導熱、散熱和絕緣都比較好，連接作為PN結的襯底材料進行自然散熱、風冷散熱和水冷散熱等方式進行散熱。

事實證明：從我國的超級計算機天河一號和天河二號的使用情況比較可以發現；超級計算機天河一號是采用風冷方式散熱，超級計算機天河二號采用水冷方式散熱，根據近來使用反映的信息：超級計算機天河一號在世界超級計算機的運算速度比賽中只在第一名位置停留了很短的時間，并在使用中出現了故障，超級計算機天河二號在世界超級計算機的運算速度比賽中取得了第一名直到現在還是遙遙領先于世界；水冷方式比風冷方式散熱的效率高幾百倍。

2　所謂半導體LED(光源)燈是指采用半導體發光二極管技術做為發光源的一種新型環保照明產

（1）半導體LED(光源)發光特性：半導體LED(光源)在正向電壓下發光是通過電子與空穴的復合運動，將復合的能量以光(有效復合)或熱(無效復合)的形式釋放，發出的光場呈扇形分布，發光強度略大于最大強度的一半之處所構成的角度稱為半強度角1/2，是典型的點光源和高指向性光源。如果將多個半導體LED(光源)芯片封裝在一個面板上，那么就構成了面光源，但仍具有高指向性，距離照明需求的散光源還有一定的差距。雖然可以在封裝時加上散射劑以及光學透鏡處理來促進散射問題，但在大功率 半導體 LED (光源) 發光芯片的散熱及發光效率的處理上又存在著尋求理想解決方案的難題。

由于是高發光強度的點光源和高指向性光源，對人眼視網膜造成傷害的問題不容忽視。因此，在大功率照明光源設計、創新中就要有新的思路，并制定新的標準規范。

（2）制定LED(光源)半導體照明光源標準的建議:現有半導體LED(光源)照明的設計仍沿用傳統照明設計思路是不可取的。傳統照明是由燈絲或其它電致發光材料發光，較少考慮散熱問題，與半導體LED(光源)照明通過電子注入與空穴復合發光完全是兩種發光原理。因此，半導體LED(光源)照明標準不應沿用燈泡、燈管、燈座、燈罩的概念，而應該是由發光體、散熱體、電源組、光學組件構成發光引擎。低照度(小于30lm/W)二極管可采用現行二極管的標準，而大功率(大于1W)、高流明[根據半導體LED(光源)的發展，隨著半導體材料的不斷試驗；單顆半導體(光源)的芯片將來可制造出超過1000lm/W]，半導體LED(光源)發光管則應有相應標準規定，為避免或盡量減小大功率點光源對人眼視網膜造成的傷害，還建議制定對大功率點光源發光強度的限制標準，對未經過良好光學設計，不具備綠色照明效果的半導體 LED(光源)照明亮出市場準入的紅燈，同時對半導體LED(光源)點光源、面光源、線型光源進行標準定義和符合規定光學設計標準。

另外，對半導體LED(光源)結溫測定中應規定結溫許可值< 80 ℃，用以保證產品的設計壽命和光效，同時應增加熱量管理指標，防止半導體LED(光源)由于過熱而造成失效。熱量管理中，對散熱指標給出推薦性的結構尺寸，如點光源基板尺寸、散熱體散熱面積等，如有可能，還可建立半導體LED(光源)常規基板標準、支架標準(推薦采用專利)，使行業規模化生產有標準可循。

3　范圍和主要技術內容

通過對我省生產采用半導體LED(光源)燈具的企業進行走訪和調研，對目前采用半導體LED(光源)燈具設計水平、質量狀況、集中存在問題進行統計分析。通過分析列出能夠分辨功能是否滿足設計要求、質量是否安全可靠的一系列技術指標。

圍繞上述技術指標，搜集典型樣品進行試驗。包括試驗方法的驗證和確定，標準值的驗證和確定。對試驗獲取的數據進行科學的處理、分析，研究制定產品標準。

通過與國內外相關實驗室進行驗證，確認標準條款是否必要，合理性如何?

確定本標準,在電學、熱學、機械學、光度學、色度學范圍內的相關技術規范,在可靠性、安全性，電源效率提出要求。并對其所采用的技術手段進行分析。

運用相應的技術手段,對采用半導體LED(光源)燈具產品所增加的成本及能效指標進行分析和抽取，同時對我省相關企業的影響進行分析。

采用半導體LED(光源)燈具 第一部分:一般要求與試驗在IEC 60598-1的基礎上依據半導體LED(光源) 的特點增加和減少一些條款進行修改。

（1）增加標準：GB/T20145-2006 燈和燈系統的光生物安全性等

（2）增加定義：采用半導體LED(光源)的燈具是由發光體、散熱體、電源組、光學組件構成發光引擎。

1）有限的半導體LED點光源組合燈具：

半導體LED光源在燈具中的焊接點<50，燈具的輸入總功率<25W。

2）集成式LED光源燈具：

在大約100mm×100mm的面積上，由同一種半導體LED材料固晶、焊電極、涂熒光粉、膠封；只有正、負兩極供人們連接在燈具上。

3）半導體LED點光源組合燈具

半導體 LED光源在燈具中的焊接點>50，燈具的輸入總功率>25W。

（3）增加標記的要求：標志或使用說明書應包括下述內容：半導體LED控制裝置是否可以更換.

（4）增加半導體LED光源在燈具上固定的方法。

1）可用螺釘等；2）不允許用固定電線的方法。

（5）增加絕緣電阻和電氣強度、接觸電流和保護導體電流：

采用半導體LED(光源)燈具經過以上試驗后，通電，要求燈具的功率應能達到在試驗前的輸入總功率。

（6）耐久性試驗期間，箱內環境溫度應保持在45℃±2℃。耐久性后；在通電狀態下，要求燈具的功率應能達到在試驗前的輸入總功率。

（7）熱試驗試驗期間，燈具環境溫度應保持在35℃±1℃。熱試驗(正常工作)、熱試驗(異常工作)后；在通電狀態下，要求燈具的功率應能達到在試驗前的輸入總功率。(試驗方法和判定合格見附錄A)

（8）采用半導體LED(光源)的燈具的功率的變化率不大于3%。

1）輸入電壓是寬電壓等；2）采用半導體LED(光源)燈具供電的LED控制裝置要求輸出功率是恒定的。

（9）采用半導體LED(光源) 燈具熱試驗試驗方法。

熱試驗試驗期間，燈具的環境溫度應保持在35℃±1℃。熱試驗 (正常工作)、熱試驗(異常工作)后；在通電狀態下，要求燈具的功率應能達到在試驗前的輸入總功率。

1）試驗方法：采用半導體LED(光源)燈具在燈具所標稱的最大電流連接處連接熱電偶測量燈具的半導體LED光源溫度。

2）合格性判定：

①半導體 LED光源在燈具中的焊接點>50，燈具的輸入總功率>25W；燈具的LED光源處溫度最高溫升值<20℃。

②有限的半導體LED點光源組合燈具；燈具的半導體LED光源處溫度最高溫升值<30℃。

③集成式半導體LED光源燈具：燈具的半導體LED光源處溫度最高溫升值<40℃。

（10）燈和燈系統的光生物安全性。

室內使用的燈具要求達到無危險類。

強制性標準涉及的內容(主要強制內容，強制的理由，標準所涉及的產品清單和強制性標準實施風險評估等)

半導體LED(光源)照明燈具的光、電、色等安全要求源于照明燈具散熱的設計和試驗方法的標準是規范燈具產品光、電、色質量的標準。

半導體LED(光源)照明燈具的光、電、色等性能要求和試驗方法涉及照明燈具散熱的設計的安全性能，是對燈具光、電、色性能和質量的評價標準，標準的發布實施有利于規范和統一采用半導體LED(光源)照明燈具的性能，使燈具光、電、色性能參數能夠正確的評價和具有復現性和可追溯性。

相關標準及法律法規(與國內外相關標準的內容異同，參考和引用標準的標準號和標準名稱，法律法規依據及與之關系等)。

參考文獻

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