LED照明产品应用于普通照明至少有十年时间了,但如何评估LED照明产品的可靠性仍然是一个争论不休的话题,有时甚至令人相当困惑。本文将讨论LED照明系统可靠性的一些评估标准和过程。

采用现有照明技术的白炽灯或荧光灯的性能通常用平均使用寿命来衡量,它是指连续工作的一批被测灯中一半发生故障(不再发光)所花的时间。白炽灯的平均使用寿命大约是1000小时,紧凑型荧光灯的平均使用寿命约为1.2万小时,线型荧光灯的平均使用寿命约为2.5万小时。相比之下,工作在合适环境条件下的LED的发光时间可达10万小时甚至更长,因此无法测量它们的平均使用寿命。

LED照明寿命用L70指标来表征,是指以流明(L)为单位测量得到的输出光强下降到最初亮度的70%时所用的时间。从可靠性工程的角度看,L70的缺点是,由照明公认权威组织“照明工程协会”发布的测量方法只测量LED封装的流明输出,而没有将驱动电路、热管理设计甚至光路等其它系统因素考虑进去。现在的照明制造商没有将重心放在整个系统的可靠性上,因为灯几乎总是最先坏的部件。但随着LED照明的发展,制造商和最终用户逐渐认识到,照明系统的其它部分可能成为整体寿命的限制因素,如下表所述。

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表1:2015年固态照明设备的典型性能(来源:2016美国能源部固态照明研发计划)

可靠性是指一个部件或一个系统在特定工作条件下、在一段指定时间内,按设想那样正常工作的概率。产品可靠性评估基本上都是根据加速寿命测试统计建模和预测方法进行的。对LED照明系统来说,额定光衰和其它元件故障都会影响整体可靠性,如图1所示。事实证明将照明系统性能的这两个不同因素结合起来的统计模型已不太适用,这是为什么一直将重心放在鲁棒性测试上的主要原因。

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图1:LED照明系统整体可靠性实例。(来源:美国能源部,建筑技术规划固态照明技术情况说明书)

在现场作业中,鲁棒性是衡量一个产品或系统在特定环境下按设想进行工作的能力的一种非量化指标,方法是确认按照特定的设计和生产工艺所做出的产品可以承受比正常工作情况下更大的应力。几十年来,电子行业一直采用鲁棒性测试方案作为验证程序的一部分。直到最近这种概念才被更多的LED照明组织所接受,因为他们终于认识到基于LED的照明产品与其它电子产品并没有太大的区别。

与使用设计原型的可靠性测试不同,鲁棒性测试一般是将生产样品放到各种超应力条件下,使其更有效地成为整个品质认证系统的一部分。可靠性测试的目标是检测出故障,以便了解故障模式,与之不同,鲁棒性测试所期望的是在测试结束时所有产品都会正常工作。

LED照明的鲁棒性测试与JEDEC、IEC和其它组织发布的其它类型电子设备的测试非常相似,但根据LED产品的特殊性进行了一些调整。对于给定产品的测试方案将根据目标应用的不同而不同,比如室内办公产品的测试板可能不需要包含高温工作或振动。下表列出了针对LED照明产品推荐的比较常见的鲁棒性测试项目。

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表2:典型的LED照明系统鲁棒性测试。

最近一些标准机构针对LED照明系统的鲁棒性问题进行了研究,还有许多工作要做。下次我们将讨论已经有的和规划中的标准,以及它们是如何解决LED照明系统的可靠性问题的。

《电子技术设计》2017年11月刊版权所有,转载请注明来源及链接。

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