吕光军:CSA020方法测得的室内LED照明产品流明衰减过快的原因分析

2013年11月11日热管理与可靠性技术分会上，来自半导体照明联合创新国家重点实验室研发工程师吕光军做了题为《CSA020方法测得的室内LED照明产品流明衰减过快的原因分析》的报告。

半导体照明联合创新国家重点实验室 研发工程师 吕光军

吕光军说：“相对传统照明产品而言,作为第三代照明的LED产品具有节能环保、寿命长、安全、外观可塑性好、驱动灵活以及体积容易小型化等诸多优势。LED产业与目前各国所倡导的节能环保、营造绿色低碳生活的政策相符,因此获得各国政府的大力支持,尤其与公用事业相关的应用(如LED路灯等)更是发展迅猛。但由于受成本等因素的制约,在民用方面完全替代传统照明,尚需时日。由于市场竞争激烈、产品更新换代快、缩短开发时间便成为行业迫切需要。

因此国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化委员会(CSAS)制定发布的联盟标准CSA020《LED照明产品加速衰减试验方法》，主要适用于LED路灯、LED隧道灯、LED射灯、LED筒灯和LED球泡灯等LED照明产品。”

首先是CSA020加速衰减试验方法的加速原理是，在测试设备精度得到保证的前提下，假设光通维持率与时间呈e指数衰减关系，则可以使用3600小时光通量衰减数据替代ES测试方法所需的6000小时的数据。另外，加速衰减试验方法采用了多次通过实测数据证明可行的Arrhenius加速模型描述LED产品在高结温下的寿命。因此，该方法利用提高测试时的环境温度(用以提高LED结温)的方式进一步缩短测试时间。在建议最高温度为55℃的测试条件下，2000小时以内的数据，可用来替代ES方法所需要的室温下6000小时的数据。对于最高标称工作温度小于55℃的LED照明产品，则要求以产品的最高标称工作温度为最高测试温度。该标准采用的加速衰减试验方法的可行性与合理性，不仅在理论上进行了证明，还用LED照明灯具实际测试数据进行了验证。

其次是CSA020标准提出的检验流程是采用抽样方法，也就是说检验批次组成：采用相同的材料、元器件和光源，以及具有相同的结构形式，在同一条生产线上连续生产的产品组成检验批次。检验样品应至少在两个以上的制造批次中随机抽取。样品的光通量应符合稳定衰减。样品样本数至少为3个。样本数越多，检测结果的置信度越高。

在加速试验温度的选择方面，将试验箱依序设置为表1所列的4个测试温度，在每个测试温度保持至少60分钟，使样品达到热平衡稳定状态，测量样品在该温度下的光学特性(如照度)。在每次测量结束后，都应将样品从温度试验箱中取出，在室温条件下静置，当样品达到热平衡稳定状态后测量光通量。

样品在温度试验箱外测量得到的光通量之间的差异应在5%之内，在温度试验箱中4个设定测试温度下测量得到的光学性能之间的差异应在10%之内，则可以将该测试温度(25℃除外)减小5℃作为加速衰减试验的加速试验温度。加速试验中应采用满足以上条件的最高加速试验温度，但不应高于55℃，且不应高于产品标称的最高工作温度。

随后进行加速试验，样品需要先测量初始光通量。然后将样品置于试验箱中，进行加速试验。试验环境温度为上述判定的加速试验温度，试验环境相对湿度不超过65%，样品在额定电压下连续工作。

得出加速试验达标判定：CSA列举了标称寿命分别为25000小时、30000小时和35000小时的样品的达标判定方法。如标称寿命为35000小时的样品，在一定的加速温度下，所有样品达到表2所示的累计负载时间后，加速光通维持率不小于95%，则判定样品的最小预期寿命达到其标称寿命35000小时。如果加速温度为55℃,则判定LED照明产品寿命为35000小时、30000小时和25000小时所需的测试时间分别仅为1750小时，1550小时和1300小时。

最后为了验证CSA020《LED照明产品加速衰减试验方法》具有广泛的代表性，在筒灯、射灯、球泡灯、路灯和隧道灯中选取了17种具有代表性的LED照明产品进行了验证试验。在55℃加速和室温(25℃)测试下，验证了加速衰减试验的结果与室温测试结果保持一致。与美国能源之星ES方法相比，CSA020《LED照明产品加速衰减试验方法》能够有效缩短预测LED照明产品寿命所需的试验时间。CSA020试验方法理论的正确性与广泛的代表性得到了大量详实的数据验证。考虑到测量系统的精度，使用该方法能够在55℃的测试温度下将测试时间缩短至2000小时以内。

目前CSA020正被国家半导体照明工程研发及产业联盟数十家会员单位接收，相信不久的将来会受到越来越多的企业认可，必将对LED照明产品的研发与产业发展起到巨大的推动作用。(邸晓伟)