教室燈具進行光通維持壽命試驗時的常見問題

陳茂凌 張來軍

國家電光源質量監督檢驗中心（上海）（上海 201114）

國家燈具質量監督檢驗中心（上海 201114）

上海時代之光照明電器檢測有限公司（上海 201114）

0 引言

近年來，由于電子數碼產品的普及，再加上中小學生的學習負擔重、伏案時間比較長，我國兒童青少年的近視率居高不下，且呈不斷攀升趨勢。數據顯示，目前我國兒童青少年的近視率居世界首位，小學生近視比例為45.7%，初中生近視比例為74.4%，高中生近視比例為83.3%。看到這些觸目驚心的數據，除了改變學生在日常用眼時的不良習慣，改善中小學校的教室照明環境亦刻不容緩。監管機構也在不斷提高教室燈具的檢測標準，擴大檢測范圍，以推動燈具廠不斷提高產品質量。

1 背景

目前，我國教室燈具的檢測工作主要分為安全、性能、現場、可靠性等四大類，如表1所示。

上述第1、2、3項檢測都已開展多年，燈具廠家也比較清楚相關檢測要求。但第4項燈具光通維持壽命試驗，仍正在逐步推廣的過程中。而且在越來越多的教室燈具招標方案中，燈具的可靠性檢測壽命推算結果被列入其中。由此可見，對燈具產品的可靠性檢測越來越受到人們的重視。

2 標準簡介

標準《LED燈具可靠性試驗方法》（GB/T 33721—2017）[1]主要分為三大部分：耐久性測試、環境測試、光通維持壽命試驗（包括1 000 h法和直接法）。為了驗證LED燈具產品的可靠性，可以根據產品特性及工作環境，選擇標準中合適的項目進行檢測。

耐久性和環境測試的項目，相關人員平時接觸較多，具體的測試內容和其他一些標準有較多相似的地方，文章不再贅述。關于LED燈具的光通維持壽命試驗方法，即該標準第14章的1 000 h法和直接法，由于檢測周期和測試樣本及難易度的原因，委托方基本上都是選擇用1 000 h法進行壽命驗證。很多企業對燈具可靠性測試的光通維持壽命試驗不太了解，因此在實際測試中遇到的問題也比較多，文章主要論述教室燈具在光通維持壽命試驗過程中容易出現的問題。

表1 教室燈具檢測說明

3 測試分析

3.1 測試實例A

某教室燈具正面照如圖1所示。該測試樣品為教室燈具，透光罩外有鍍鉻格柵，光學材料是聚苯乙烯（PS）、光源是型號為2835的LED顆粒。從結構上看，該燈具的光源是非用戶替換光源，LED控制裝置可替換。

圖1 教室燈具正面照

步驟1：在進行初始光學測試前先拆開透光罩，根據LM80報告的Ts點位置，布好溫度測試點，得到T’s，如圖2所示。根據客戶提供的電路圖，測得單顆芯片的工作電流I’f為36 mA，小于LM80報告的If（60 mA）。隨后完成初始光電色參數的測試。

圖2 熱電偶布點

步驟2：燈具廠聲稱燈具壽命為30 000 h，光通維持率為85%。試驗條件和考核指標如表2所示。按照表2的要求，將完成初始光學測試的三份樣品放入高低溫試驗箱進行1 000 h老煉。高低溫試驗箱的溫度控制在（50±2） ℃、相對濕度控制在65%±5%。上述試驗結束后，再進行T’s溫度、燈具光電色參數的測試。

表2 試驗條件和考核指標

步驟3：完成1 000 h的各項參數測試后，整理前后數據，該批次三份樣品各項參數前后變化率均未超過標準限值，符合要求。

步驟4：根據LM80數據確定L1，根據燈具的聲稱壽命確定L’1。

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通過比較得知L’1≤L1；驗證通過，測試結束。

3.2 測試實例B

某室內燈具，透光罩采用PS材料，外罩還有塑料格柵，在測試時，委托方宣稱50 000 h的壽命，所以產品按60 ℃進行了1 000 h老煉。但是，該批燈具經過高溫測試后，透光罩發黃，格柵發黃且產生了一定的形變，沒有通過1 000 h之后的光電色測試。主要原因是格柵變形擋光影響了光輸出，同時透光罩發黃，測出來的顏色有誤差，光通維持率和顏色漂移這兩項的數據計算后發現都超過標準限值，測試不通過。

4 常見問題分析

關于教室燈具的1 000 h法壽命測試，大致有如下幾個比較常見的問題。

4.1 LM80報告的常見問題

LM80報告的常見問題是委托方提供的測試報告不符合壽命測試及驗證過程要求提供的信息，諸如單顆芯片工作電流、光通維持率數據、Ts點等信息在測試開始前就應該確定清楚，以免到后期測試結束才發現沒有合適的芯片測試報告可用。

目前，對于LM80的檢測報告，并未要求由第三方檢測機構出具。在實際測試中，大部分燈具廠家提供的LM80報告是幾家知名芯片生產廠出具的報告，可以在產品官網上查到來源，一小部分是由第三方檢測機構出具的報告，還有少數企業提供的是一些無法追溯的LM80檢測報告，看上去報告內容比較粗糙，內容不多且有重要信息缺失，該種LM80報告的真實性無法驗證。通常，CQC的LED模塊節能認證、道路隧道照明節能認證等，都會應用LM80報告的數據推算產品壽命。因此，LM80報告信息的準確性以及數據的真實性都非常重要，需要適當合理監管。

4.2 LED燈珠及光學材料的選型

關于燈具的設計，如顆粒選型，若選光衰很小的燈珠，推算出的燈具壽命自然會長一些。另外，光源板的電路及結構設計，對芯片使用的電參數以及燈具的散熱都會有影響。

教室燈具光學材料的選型很重要，各種材料在不同溫度下的光衰不一樣，這是影響L’1光衰驗證的一個重要條件。一般，比較常見的黑板燈選用PC材質的光學材料，教室燈則多用PS或PMMA材質的光學材料。PC材質較多用于戶外燈具，如路燈隧道燈的透鏡；PS或PMMA多用于室內燈具，如筒燈的擴散板。經多次測試發現，與使用PC材質透光罩的黑板燈相比，使用PS板的教室燈具在高溫老煉后發黃的情況比較多。

圖3 多層光學材料板

雖然標準中驗證的燈具壽命可達50 000 h，但實際上LED控制裝置作為燈具的一個核心部件，其壽命通常在20 000 h左右，之所以能驗證燈具50 000 h的壽命，關鍵在于，從結構上講，驅動是可替換的，驗證的燈具壽命沒有考慮LED控制裝置。如果燈具廠設計的驅動不可替換，驅動的腔體用膠封死，那么該種燈具就不適合通過標準的方法進行壽命驗證。因為在該種情況下，LED光源的壽命已經不是決定燈具壽命的關鍵因素，LED控制裝置一旦損壞只能更換燈具。

另外，對TM-28燈和燈具的預測壽命推算，相關標準也主要是測試工作電流、溫度、光通量等光電參數，不考慮控制裝置壽命，也沒有提到燈具的結構設計變化，這對壽命推算驗證可能存在影響。雖然目前在相關標準中沒有明確說明驅動電源是否可替換，但在實際測試中還是應該區別對待。

對于不可替換光源的燈具結構，如透鏡直接固定在LED顆粒上無法拆下，如圖4所示；又如粘貼式或卡扣式的透光罩，與燈具為一體不可拆卸，強行拆卸會破壞燈具結構導致無法復原的，這些類型的燈具，都沒有合理的方法進行初始狀態時的溫度布點測試，也不適合使用該條款進行測試驗證[2-3]。

圖4 燈珠與透鏡一體式

4.3 燈具聲稱壽命的選擇

燈具聲稱的壽命可長可短，燈具聲稱光通維持率可高可低，同樣的一款產品，制造商聲稱35 000 h壽命時光通維持率為80%，或聲稱30 000 h壽命時光通維持率為85%都是可以的。如上述測試實例B，如果一開始按較低的測試條件（如宣稱產品25 000 h時維持率為85%）去進行，40 ℃的老煉測試應該可以通過。

耐熱能力相對較差且易老化的光學材料，在實際應用于室內燈具時，并不會有太大的問題，畢竟大多數室內燈具的Ta值就是25 ℃，不會像戶外燈具的工作環境那么嚴苛。室內燈具的實際工作環境溫度也相對要低很多，一般不會超過40 ℃，實際測試下來，教室燈具的芯片工作溫度大都在40 ℃以下。因此，一味追求產品更長的額定壽命宣稱值，而簡單選用60 ℃高溫老煉條件加速模擬測試，并不科學，而且產品測試情況也大多不符合標準。因此，燈具生產廠應該結合自身產品的特點，在合理的范圍內宣稱燈具壽命和光通維持率。

4.4 如何確定LED顆粒I’f

檢測中的難點在于確認單顆LED顆粒的工作電流。在標準中，主要測定燈具內LED模塊的輸入電流，根據不同電路計算模塊單元的I’f，以確定I’f與LM80報告給出的模塊電流If的對應性。筆者認為該條應由客戶提供聲稱的單顆芯片工作電流值，再由檢測人員計算并實測驗證數據的合理性。此外，還有溫度數據的布點和采集。要測量光源溫度，必須拆除光學部件，因此測量溫度的熱電偶布點應在測量初始光參數前進行，并且在測試過程中始終固定在光源板上，以保證燈具在后續各項測試時狀態保持一致，盡量減少由于拆卸和安裝光學部件給整個測試過程帶來的影響。

5 結束語

結合上述測試實例和分析，檢測人員在檢測燈具的可靠性時，應根據實際情況判斷，幫助燈具廠家在檢測環節中發現問題，為用戶提供更高質量的產品。