A LED-ek szabványos tesztelése a világítótestekre is kiterjed
A LED-ek rendkívül tartósak, és ritkán hibáznak katasztrofálisan. A valószínűbb hibaüzemmód addig halványul, amíg a fénykibocsátás alkalmatlanná válik a tervezett célra. A fényerő csökkenése és a színváltozás nagyon fokozatos, és a LED potenciális élettartama (az a pont, amikor az eszköz már nem alkalmas a célnak) meghaladhatja az 50 000 órát.
A szabványosított tesztek lehetővé teszik a LED-gyártók számára, hogy mennyiségi becsléseket adjanak a világítástechnikai mérnököknek termékeik élettartamára vonatkozóan, anélkül, hogy a vállalatoknak át kellene menniük a chipek meghibásodásig történő, gyakorlatlanul hosszú tesztelési folyamatán.
Maga a LED csak egy kis része egy szilárdtestű{0}} világítótestnek. A lámpatestbe való beépítést követően a LED fényerejét és színtartását olyan tényezők befolyásolhatják, mint a hő, a tápfeszültség ingadozása és a mechanikai igénybevétel, amelyek az eredeti teszt során nem voltak jelen. A világítástechnikai mérnökök azonban nem rendelkeztek szabványosított módszerrel annak tesztelésére, hogy ezek a tényezők milyen súlyosak lehetnek, és ebből következően nem volt módjuk a lámpatestek kialakításának javítására a termék élettartamának maximalizálása érdekében.
Az Észak-Amerikai Illuminated Engineering Society (IESNA) Tesztelési Eljárások Bizottsága (IESNA) most fejlesztette ki a szabványosított vizsgálati eljárás és a teszt adatainak a lámpatest élettartamának előrejelzésére szolgáló módszerének kombinációját, amely a végső jóváhagyási szakaszban van. Ez a cikk elmagyarázza, hogyan működik a teszt és a prediktív módszer, és hogyan teszi lehetővé a világítástervezők számára, hogy javítsák lámpatesteik élettartamát.
LED-ek tesztelése
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma szerint a világítás élettartama a működési feltételektől függ (például a környezeti hőmérséklettől és a munkaciklustól), de jellemzően a felhasználó arra számíthat, hogy egy izzólámpa 1000 órát, a halogén pedig kétszer annyi ideig tart. Fénycsövek esetében az előtét technológia nagymértékben befolyásolja a termék élettartamát; olcsó ballaszttal a cső akár 20 000 órát is kibír, drágább típusoknál 30 000-re.
Természetesen a LED-ek is meghibásodnak. Néha ez a kudarc katasztrofális; például a szerszám kapszulázásához használt epoxigyanta túlmelegedhet és kitágulhat, és nyomást gyakorolhat az eszköz ragasztott csatlakozásaira, amíg meg nem engedik. Az elektrosztatikus kisülés (ESD) azonnali meghibásodást okozhat a LED félvezető csomópontjában. A katasztrofális meghibásodás másik oka a fém bajusz képződése, különösen nedves környezetben, vagy ahol a LED mechanikai igénybevételnek van kitéve, amely áthidalja a vezetőket, és rövidzárlatot okoz.
Ha azonban a LED-eket a gyártó ajánlásainak megfelelően hajtják és hűtve tartják, az eszközök rendkívül tartósak, és csak kis százalékuk hibásodik meg katasztrofálisan. Valószínűbb az, hogy a LED fokozatosan elhalványul mindaddig, amíg a fénykibocsátása nem lesz elegendő ahhoz a célra, amelyre szánták (a világítástechnikai iparág meghatározása szerint a fénykibocsátás kevesebb mint 70 százaléka új állapotban vagy "L"70").
Ez ellentétben áll a hagyományos világítással, amely sokkal valószínűbb, hogy katasztrofálisan meghibásodik. (A hagyományos világítás fényereje élettartama során 20-30 százalékkal csökkenhet, de a lámpatestek általában jóval azelőtt elhalnak, hogy a fogyasztó észrevenné (1. ábra).
1. ábra: Lumenfenntartási görbék hagyományos világításhoz és LED-ekhez. Figyelje meg azt a tendenciát, hogy a hagyományos világítás katasztrofálisan meghibásodik, mielőtt észrevenné a lumenromlást.
A viszonylag kevés katasztrofális meghibásodás és a fényteljesítmény rendkívül fokozatos csökkenése kombinációja azt jelenti, hogy a LED-ek 40 000, 50 000 vagy akár 60 000 órát meghaladó élettartama nem ésszerűtlen elvárás.
Kereskedelmi környezetben azonban nem várható el a gyártóktól, hogy a LED-eiket hat évig tartó tesztnek vetjék alá, hogy igazolják a hosszú élettartamra vonatkozó állításaikat. Ehelyett egy rövidebb tesztet használnak a tesztadatokból származó trendek standardizált extrapolálásával kombinálva annak meghatározására, hogy mennyi ideigA LED kitart. A nagy LED-gyártók rutinszerűen vetik alá termékeiket az IESNA által kifejlesztett és LM-80 névre keresztelt tesztnek.Jóváhagyott módszer a LED-fényforrások lumen-karbantartási vizsgálatára".
Két egyesült államokbeli laboratórium, a Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) és a National Institute of Standards and Technology (NIST), valamint egy hat LED-gyártóból álló csoport (köztük az OSRAM és a Cree) műszaki memorandumot (TM-21) készített.LED-fényforrások hosszú távú fényáramú karbantartásának előrejelzése") extrapolációs algoritmus meghatározásához a lumenfenntartási teszteléshez az LM-80 adatainak felhasználásával.
Az algoritmus figyelmen kívül hagyja a teszt első 1000 órájának adatait, de a teszt utolsó 5000 órájából származó adatokat (vagy 10 000 óránál hosszabb tesztek esetén az adatok végső 50 százalékát (2. ábra)) használja. Az adatokat ezután egy exponenciális extrapolációs modellbe illesztjük a legkisebb négyzetek görbe módszerével. Az L70az extrapoláció ekkor a kapott L közül az alacsonyabb70idő vagy az LM-80 tesztidő hatszorosa. Például 6000 óra LM-80 tesztadatokkal, akkor L70= 36 000 óra. 10 000 óra LM-80 tesztadatokkal, majd L70= 60 000 óra.1(Lásd a TechZone cikkét "A LED névleges élettartamának meghatározása: trükkös kihívás.")
2. ábra: Példa az L-hez használt LM-80 tesztadatokra70extrapoláció.
A kereskedelmi LED-ek lenyűgöző L betűvel büszkélkedhetnek70eredményeket. A Philips Lumileds szerint a LUXEON Rebel fehér LED-je, egy 105 lm/W-os (350 mA-es) eszköz, amely 226 lm (1 A-en) maximális fényerőt kínál, L fényértékkel meghaladja az Energy Star fényáram-karbantartási követelményeit.70szám meghaladja a 36 000 órát (3. ábra).
3. ábra: A Philips Lumileds LUXEON Rebel LED-jének eredményei az LM-80 teszteljárás és a TM-21 extrapolációs algoritmus használatával.
Cree és az OSRAM azt állítják, hogy nagy{0}}teljesítményű eszközeik, mint az előbbi XLamp XM-L2, egy 153 lm/W-os (700 mA-en) és az utóbbi OSLON SSL, 125 lm/W-os (350 mA-es) chipje, lehetővé teszik számukra, hogy túlszárnyalják az Energy Star szabványait.
LED-ekre korlátozva
A jelenlegi vizsgálati módszerekkel az a probléma, hogy csak magának a LED-nek az élettartamát tesztelik. Ez hasznos adat, de ha a chipet beépítik egy lámpatestbe, sokkal több dolog is elromolhat. A tápegység az egyik potenciális gyengeség, de talán ennél is fontosabb a termék hőkezelésének hatékonysága, mivel a felesleges hőt a LED-ek első számú „gyilkosának” tartják.
Cree szerint "a LED-meghibásodási mechanizmusok többsége{0}}hőmérséklet-függő. A megnövekedett csomóponti hőmérséklet csökkenti a fénykibocsátást és felgyorsítja a chip lebomlását."2
A LED-ek elhalványulásának elsődleges oka a matrica belső szerkezetének leromlása, és ezt a romlást a magas hőmérséklet súlyosbítja. Röviden, a belső kvantumhatékonyság, a chip n-típusú/p- típusú csomópontjában bekövetkező elektron-lyuk-rekombinációk számának mértéke, amelyek látható hullámhosszúságú kibocsátott fotont eredményeznek, csökken, ahogy a chip kristályszerkezetében bekövetkező diszlokációk megsokszorozódnak. Ennek az az oka, hogy a diszlokációk nem-sugárzásos rekombinációt ösztönöznek, és ahogy a neve is sugallja, a nem-sugárzásos kombináció nem eredményez kibocsátott fotont.
LED chipgyártókkeményen dolgozzon azon, hogy csökkentse az új eszközök hibáinak számát, de a félvezető gyártási folyamatok nem tökéletesek, és mindig lesznek hibák. A tervezőmérnök irányítása alatt álló legfontosabb tényező azonban, amely a hosszú élettartamot azáltal befolyásolja, hogy csökkenti a diszlokációk szaporodását, a csomóponti hőmérséklet. (Lásd a TechZone cikkét "A nagy fényerejű LED-ek{0}}elhalványulásának okának megértése.")
Új teszt a LED-es világítótestekhez
Mivel a hagyományos világítási alternatívák kiforrott termékek, átfogóbb élettartamra vonatkozó adatok állnak rendelkezésre ezekről a termékekről, és a fogyasztók szívesen látják, hogyan viszonyulnak egymáshoz a LED-ek. A jó hír az, hogy a félvezetős{1}}fények valószínűleg erősen világítanak egy ilyen összehasonlításban. A rossz hír az, hogy a gyártók ugyanazzal a problémával szembesülnek, mint magukkal a chipekkel; a kudarcig tartó tesztelés olyan sokáig tart, hogy az már kivitelezhetetlen.
Egyelőre a hagyományos világítást helyettesítő eszközök gyártói mindent megtesznek annak érdekében, hogy a termékeik középpontjában álló LED(ek) adatai alapján tájékoztassák termékeik hosszú távú teljesítményéről{1}}. Miközben ilyen tesztadatokat használunk az anLED világításA fixture jó kezdet, csak közelítést ad a többi tényező miatt, amelyek lerövidíthetik a lámpatest élettartamát.
A LED dynamics bemutatta azt, amit állítása szerint az első kereskedelmi forgalomban kapható -LED-alapú T8 fénycsőcsere. Az eszköz 1900 lm-ig képes 94 lm/W hatásfok mellett 85-ös színvisszaadási index (CRI) mellett. Az EverLED-VE névre keresztelt lámpatest 4000 és 5000 K szabványos színhőmérsékleten kapható. A LEDdynamics adatlapja szerint az EverLED{14}}VE névleges élettartama 10 év, és a fogyasztóknak nulla százalékos meghibásodásra kell számítaniuk.
Hasonlóképpen, a ROHM Semiconductor egy cseppet{0}} kínál az izzólámpák, az R-B15L1 helyett (4. ábra). Az izzó 550 lm-t produkál 8 W energiafogyasztás mellett (69 lm/W hatásfok mellett). Az R-B15L1 közvetlenül 100 V-ról működikACbemenet, és a ROHM 40 000 órás "élettartamot" állít.
4. ábra: A ROHM R-B15L1 állítólagos élettartama 40 000 óra.
Valójában egy iparági{0}}standard tesztmódszerre van szükség a LED-es világítótestek élettartamának számszerűsítésére. Az IESNA erre az igényre az önálló LED-ek teszteléséhez használt megközelítéshez hasonló megközelítéssel válaszolt. Az eredményül kapott vizsgálati eljárás, LM-84 "LED-lámpák, motorok és lámpatestek fényerejének és színének karbantartási tesztje", a végső jóváhagyási szakaszban van az IESNA bizottsággal.
A dokumentum leírja azokat az eljárásokat, amelyek az egységes és reprodukálható fény- és színkarbantartási mérésekhez szükségesek normál üzemi körülmények között, 25 ± 5 fokos környezeti hőmérsékleten és 11 órás bekapcsolt és 1 órás kikapcsolt világítási ciklus mellett.
Az LM-84 azonban nem adja meg a teljes történetet. Hasonlóan az LM-80-hoz, az LM-84 is csak arról ad adatokat, hogy a lámpatest színe és fényereje viszonylag rövid időn keresztül mennyire tartható fenn. Sajnos nem ad útmutatást és nem ad ajánlást a lumen- vagy színtartás prediktív becslésére vagy extrapolációjára vonatkozóan a tényleges mérési határokon túl.
Figyelembe véve azt az igényt, hogy előrejelzéseket kell készíteni arról, hogy egy LED-es világítótest ténylegesen meddig lesz alkalmas a célnak, az IESNA egy olyan megközelítés felé halad, amely egyesíti az LM-84 világítótestekre vonatkozó vizsgálati adatait egy új TM-28 dokumentummal, amely szabványosítja a mért adatok (sokkal) hosszabb időszakokra történő vetítésének módszereit. A megközelítés párhuzamos azzal, ahogy az LM-80-at és a TM-21-et használják az önállóság előrejelzéséreLED lumenés színkarbantartás.
A TM-28 alapelvei valószínűleg megegyeznek a TM-21-éval. Az előrejelzés átlagos tesztadatokon fog alapulni, leszámítva azokat a tesztelt egységeket, amelyek működése a teszt során leáll; a TM-28-ban használt matematikai alap nem tér el a TM-21-től, és a vetítési hossznak olyan mintaméreten és megbízhatósági szinten kell alapulnia, aminek gyakorlati értelme van.
A bizottság egyik problémája az adatok hiánya. Amikor a TM-21-et LED-ekhez fejlesztették, legalább 40 ilyen adathalmaz állt rendelkezésre, néhány olyan LED-re, amelyeket több mint 10 000 órán keresztül teszteltek, és amelyek felhasználhatók a TM-21 matematikai alapjainak értékelésére. A LED-es lámpatestek összehasonlítható vizsgálati adatai nagyrészt nem állnak rendelkezésre.
Az egyik megfontolandó megoldás az LM-80 követelményének tükrözése 6000 (vagy több) órás tesztelés során, és ugyanazt az algoritmust használja a szín- és fényerő-fenntartó vetítéshez. Ez megkérdőjelezi, hogy a 6000 óránál rövidebb ideig tesztelt LED-lámpák adatai felhasználhatók-e még előrejelzések készítésére. Az iparág nagyon szeretné csökkenteni az ilyen tesztek idejét és költségeit, és van rá precedens: az Energy Star lehetővé teszi a 3000 órás LED-lámpa tesztadatok felhasználását az előminősítéshez.
A TM-28 munkacsoport 3000 és 6000 órás LM-80 tesztadatokat hasonlított össze a LED-eknél, és arra a következtetésre jutott, hogy a kettő között elegendő korreláció van ahhoz, hogy 3000 órás adatokból értelmes élettartam-előrejelzéseket készítsenek. Az ezekből az adatokból történő vetítéshez használt algoritmusok hasonlóak a TM-21-ben leírtakhoz, de a rövidebb tesztidő miatt a vetítési módszer feltételesebb használata kerül hozzáadásra.3
Mi a következő lépés a szilárdtest{0}}világítási tesztekkel kapcsolatban?
A közzétételt követően az LM-84 és a TM-28 dokumentumokat együtt fogják használni LED-es világítótestekhez, ugyanúgy, ahogy az LM-80-at és TM-21-et az önálló LED-ekhez használták. Az új dokumentumok lehetővé teszik a szilárdtest-világítási ipar számára, hogy szabványosított megközelítést alkalmazzanak termékeik szín- és fényáram-tartamának meghatározására, segítve a fogyasztókat annak meghatározásában, hogy a LED-világítás miként hasonlít a hagyományos világításhoz.
Azonban mivelLED világításmessze van-az-érett iparágtól, még mindig van mit tenni. Más szabványok és vizsgálati módszerek meghatározott terméktípusokra és jellemzőkre összpontosítanak. Az egyesült államokbeli székhelyű National Electrical Manufacturers Association (NEMA) SSL 7A-2013 dokumentuma, "fázis"" a félvezetős{0}}világítás egyik kulcsfontosságú problémáját oldja meg azáltal, hogy kompatibilitási követelményeket ír elő a szabályozható LED-termékek és az előremenő fázisú-dimmerek (a leggyakoribb típus) használatához.4
IESNA is elfoglalt marad. A következő valószínűleg az LM-85 lesz.Az IES által jóváhagyott módszer nagy teljesítményű LED-ek elektromos és fotometriai mérésére{0}}", amely a nagy{0}}teljesítményű LED-ek mérésére vonatkozik, amelyek normál működéséhez hűtőbordát igényelnek, és fehér LED-eket, valamint egyszínű LED-eket is tartalmaz.Névleges élettartam előrejelzése LED-csomagokhoz", amely a TM-21 L70A fényáram-karbantartási információk egy lépéssel tovább növelik a minta méretét, és a katasztrofális hibákat is figyelembe veszik a számításba, hogy a „LED névleges élettartama” tényleges definícióját a „Lumen karbantartási élettartama” helyett ténylegesen meghatározhassuk.
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/18w-3000k-6ft-led-tube.html
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobil (+86)18673599565
Whatsapp:19113306783
Email:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Web:www.benweilight.com
