LED照明燈具壽命影響因素及測試方法的研究

王立偉 楊怡新

摘要：長壽和節能方面的巨大潛能是促使LED走入照明界的兩個重要原因，很多學者都預測LED將成為21世紀的主流照明光源。在LED燈具可靠性影響參數當中，壽命是最具代表性的參數。因此，LED的使用壽命已經成為業內最為關注的問題之一，無論對于LED制造商還是使用者來說，開展關于LED壽命方面的研究具有重要的現實意義。本文主要分析探討了LED照明燈具壽命影響因素及測試方法，以供參閱。

關鍵詞：LED照明燈具;壽命;影響因素;測試方法

1 LED照明燈具壽命影響因素

1.1散熱效果對LED燈具壽命的影響

LED燈具在工作狀態時會產生熱量，相比于傳統的光源，因為LED體積較小，所以會產生更多的熱量。功率比較大的LED，輸入的電能只有25%～34%會轉化為需要的光能，其余部分會以非輻射復合的形式轉化成為熱量。LED產生的大量熱能不能及時的散發出去，高溫會造成LED主要器件的加速老化，影響其壽命。當LED的溫度超過了其最高臨界溫度，就會造成其永久失效。因此，如何保證LED燈具有良好的散熱效果是研究其使用壽命的重要研究對象。目前LED主要的散熱形式是利用風冷散熱器和采用傳熱效率比較高的換熱元件。采用風冷散熱器對電子芯片進行散熱是最簡單方便的方法，在小功率的電子設備中多采用該散熱形式;利用熱管等傳熱性高的換熱元件的散熱形式多用于大功率電子元件散熱。除此之外，在不同的場合也有采用水冷散熱、陶瓷散熱等技術對照明產品進行散熱處理。總之，針對LED應用的不同場合，采用相應的散熱形式，最終實現提高散熱效率的要求是產品開發生產的關鍵。

1.2驅動電源對LED燈具壽命的影響

為了保證照明級LED能夠獲得較高的使用效率，首先需要使其滿足一定的使用條件，其次是需要采用相適應的驅動電路來滿足LED工作參數的要求。多路輸出時，每一路的輸出都要能夠單獨控制。具有線性度較好的調光功能，以滿足不同應用場合對LED發光亮度調節的要求。在異常狀態時，電路能夠對電路本身、LED和使用者都有相應的保護作用。驅動電路工作時，對其他電路的正常工作干擾少，滿足相關的電磁兼容性要求。目前大功率LED均采用直流驅動，因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器，即LED馬區動器。它的功能是把交流市電轉換成適合LED的直流電。按照驅動方式可以分成兩大類：第一種是恒流式。第二種是穩壓式。在大功率LED照明產品設計中，主要采用開關電容型LED驅動方案，其優點雖然是恒流驅動，但在上電的瞬間會產生過高的起始峰值電壓，很有可能將LED擊穿或斷開。因此，要求電源必須具有高可靠性、高驅動效率和高功率因數。然而目前市面上驅動電源的質量參差不齊，這也是導致LED燈具壽命無法保證的一個重要原因。因此提高LED照明產品驅動電源可靠性，應在提高效率方面進行研究，采用一級電路結構實現高交流電壓到恒流輸出的轉變，提高LED驅動電源的效率和功率因數。

2 LED光源加速壽命測試方法與評價結果

2.1測試方法

2.1.1電流加速壽命測試

電流加速壽命試驗選取的樣品試驗樣品為某廠家生產的白光LED光源，對此利用電流加速壽命試驗進行驗證。在大量的樣品中隨意各選取3只進行測試，編號1-3。分別在額定電流350mA和加速電流600mA，800mA，1A的條件下對其進行電流加速2000h的試驗，實驗過程中，利用鋁基板做散熱片對其進行散熱處理，同時，將其固定在散熱片上，加大散熱效果。此外對額定電流350mA和加速電流800mA做2000小時的不加散熱片的對比試驗，此時樣品僅利用鋁基板做散熱處理。實驗過程中分10次通過積分球對其光學參數和色度參數進行測量，測試時，對其通以額定電流進行測試。實驗使用的加速電源為香港龍威儀器儀表有限公司和江蘇揚中市光揚電子儀器廠生產的直流電源，測試設備為浙大三色的積分球以及SL-300光譜分析儀。

2.1.2溫度加速壽命測試

溫度加速壽命試驗選取的樣品試驗樣品為不同廠家生產的兩種白光LED光源，分別記為樣品A和樣品B。樣品A聲稱壽命在5萬小時以上，其色溫屬于中性白范圍，而樣品B聲稱壽命在2萬小時以上，其色溫屬于口光色。在大量的樣品中隨意各選取5只進行測試，編號1-5。分別在1000C和900C的條件下對其進行高溫加速800h的試驗，每隔100h通過積分球對其光學參數和色度參數進行測量，測試時，對其通以額定電流進行測試。實驗使用的溫度加速設備為林頻儀器有限公司生產的高低溫交變濕熱試驗箱，測試設備為浙大三色的積分球以及SL-300光譜分析儀。

2.1.3色參數測試

作為照明光源，除了要求光效高之外，還要求他發出的光具有良好的顏色。光源的顏色有兩方面的意思：色表和顯色性。LED作為一種受溫度影響較大的新型照明產品，其光電和色品特性與其他光源有著較大的差異，最主要的就是其色參數會隨著使用時間的推移產生變化。而在一些特殊的場合，這些參數的嚴重改變會影響其正常使用，因而高溫對LED色度學參數的影響也得到了各界的廣泛關注。因此在溫度加速壽命試驗中，不僅對光通量的變化進行分析，同時對色坐標及顯色指數的變化進行討論。

2.2評價結果

在溫度加速壽命試驗中，基于光通量的A，B兩種樣品計算壽命分別為74112h和14572h。然而在試驗中，通過對色坐標和顯色指數的分析發現，LED光通維持率和色參數漂移的速率存在不同步的現象。這是由于LED中的發光體之間存在顏色差異性，其色溫、顯色性等方面的變化在燈具壽命定義中也應該在考慮范圍之內。按照傳統光源的壽命定義方法來衡量LED的壽命肯定是不合適的，因此，提出了以色溫為參數，使用阿倫紐斯模型計算LED光源壽命，得到樣品A和樣品B的平均壽命為別為67136h和15447h。該方法的計算結果與以光通量為參數的計算結果基本保持一致，但為保守估計，取二者較小值記為LED實際預測壽命，最終所得樣品A和樣品B平均壽命為67136h和14572h。

3結束語

總而言之，由于LED燈具具有有長壽節能兩大特點，所以得到各界的廣泛關注。對于LED的壽命預測也是目前研究的重點課題。本文主要研究了影響LED燈具使用壽命的幾個主要因素，詳細的介紹了散熱系統、驅動電源對于LED燈具壽命的影響，并且對影響LED壽命的四個主要因素進行了比較分析。希望能為以后對于LED照明燈具壽命的研究工作提供幫助。

參考文獻：

[1]鐘曉智.LED照明燈具壽命影響因素的研究[J].科技與企業.2014（12）.

（作者單位：天津三安光電有限公司）