新标准将实现LED的SSL流明维持率预测

基于LED的固态照明(SSL)具有使用寿命长的固有特点,这给照明行业提出了一个难题。照明行业需要一个能有效预测灯泡和灯具的使用寿命特别是系统级流明维持率的方法。各标准组织正着力推进这样一套方法,它将“LM-84:LED灯泡、照明引擎和灯具的流明维持率测量方法”和“TM-28:LED灯泡和灯具的流明维持率预测”两项新标准结合起来,先是利用LM-84获得灯泡和灯具的测试数据,然后再根据TM-28标准化地对更长寿命周期内的测量数据进行推算。这与通过LM-80和TM-21预测LED元件流明维持率的方法相似。

早在2011年8月,美国照明工程协会(IES)就发布了一份文件,为SSL行业提供预测LED长期流明维持率的标准。这项标准即TM-21-11,是IES测试规程委员会(TPC)的专家们历经三年多的研究和努力所获得的成果。虽然不算完美,但TM-21-11为用户提供了统一、合理且可靠的方法,能有效预测SSL产品中使用的LED的流明维持率。无论是对于SSL产品设计和研发,还是对于制造商、规范制定方和合规方的资格认证而言,这份文件无疑都是非常有用的工具。

除LED之外的其他元件,如光学元件,也对LED灯泡和灯具随时间推移产生的流明衰减具有一定作用,因此SSL最终产品级流明维持率测试也很有必要。为此,IESTPC已着手开发新的标准——LM-84,旨在规定流明和颜色维持率的测试规程。

如今,对于SSL产品及其使用的一些主要元件,要达到合理的上市时间,仅由制造商在产品发布前执行一些普通认证和可靠性测试是远远不够的。与其他照明产品相比,SSL产品的使用寿命更长,因此传统灯泡或灯具的测试规程对其并不适用。此外,SSL产品及其部分主要元件的性能衰减期更长,而灾难性故障率却比其他光源要低得多。这种长期性能衰减行为通常以流明或颜色维持率来衡量,可能不会采用在短于标称产品寿命的五分之一或六分之一的时间内进行加速或过应力测试的方法。

一般来说,虽然我们知道可通过提高温度、增大工作电流或采用其他严苛条件来加快LED或SSL照明产品的流明衰减速度,但是到目前为止业界专家们尚未就对哪些加速因子进行标准化达成一致。因此,为了满足SSL行业的需求,专家们制定了几项标准,旨在规定LED、灯泡、灯具以及其他可能元件的测试方法。这些流明维持率测试是对制造商所使用的常规认证测试的补充。

界定光通量或颜色等可测量特征时,这些维持率测试通常是在普通运行和环境条件下进行的,但是时间周期比认证或应力测试要长得多。其基本理念在于,如果没有将加速因子标准化,则LED和SSL产品性能衰减行为只能通过这类测试进行可靠追踪。这些维持率测试没有设立合格/不合格准则。它们的目的在于记录测试期间产品的衰减结果或运行故障。

更重要且更实际的需求是正确诠释测试结果,以使SSL制造商和用户都了解长期使用(例如30,000~50,000小时)后的产品性能状态。TM-21-11已解决了LED的这个问题。虽然LM-84近乎完整,但业界还需要一种统一、合理且可靠的方法,以便利用LM-84测试结果进行预测。为此,IESTPC正在制定一项新标准——TM-28。TM-28的基本原理与TM-21-11相同:

预测必须基于平均测试数据,而且应事先考量测试期间用于停止工作的测试装置;

TM-28中所使用的数学依据不应偏离TM-21-11;

预测长度必须基于样本量和具有实际意义的置信度。

制定TM-21-11时,已经有足够的LM-80测试数据可以使用。因此,它至少使用了40组这样的测试数据(其中大部分LED数据的测试时长超过10,000小时)来评估TM-21-11中要考虑的各种可能的数学模型,这使得这项标准更为可信。在当前阶段,虽然IESTPC已取得了一些LED灯泡测试数据,但LED灯具测试数据在很大程度上尚不可获得。基于这种情况,TM-28工作组的专家们决定先将重点放在LED灯泡的流明维持率预测上。在第一种情况中,即按照LM-84进行6,000小时或以上的LED灯泡测试(这与TM-21的要求一致)时,TM-21中所描述的预测方法应该有效地应用到LED灯泡。其中包括与样本量有关的预测长度,例如测试持续时长的五到六倍。

问题在于,测试时长短于6,000小时的LED灯泡数据是否仍能用于预测。业界希望在时间和成本两方面降低SSL产品的测试负担。目前,包括能源之星在内的一些认证标准允许在认证预审中使用3,000小时的LED灯泡测试数据。3,000小时的时间阈值是一种工程主观判断,但却用作实际用途。

TM-28工作组的专家们研究了可用的LED灯泡测试数据,特别对比了3,000小时测试数据与6,000小时测试数据,并与LED灯泡中所使用LED的LM-80测试数据进行了对比。工作组发现,LED和LED灯泡测试数据之间确实存在趋向性和相关性。这些趋向性和相关性证明,3,000小时的LED灯泡测试数据应该足以进行预测。

对于3,000小时的LED灯泡测试数据的使用,TM-28工作组的成员们提出了详细的数学表达式和计算步骤。这些步骤与TM-21中所描述的步骤十分相似。因为测试持续时间较短,所以将增加预测方法的使用条件限制。虽然TM-28工作组的专家们明白,预测中总会存在一些不确定因素和误差,而且例外情况在所难免,但他们仍有信心能够制定出可靠的预测方式。

LM-84和TM-28应搭配使用,具体方法和原理与LM-80和TM-21的配搭类似。这两项新标准将为SSL行业和领域提供有价值的信息,比基于LED光源的测试和预测又前进了一步。随着这两项新LED标准的发布,业界迎来了一套更统一的方法来获取和认证SSL产品的流明维持率,而且测试和预测对象突破了LED光源层面。本文中介绍的LED和SSL标准制定战略同样适用于SSL产品中使用的其他主要元件,例如远程荧光装置和塑料光学元件,而且这些活动即将全面展开。
 

来源:LEDs

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