Standaryzowane testowanie diod LED obejmuje oprawy oświetleniowe

Diody LED są niezwykle trwałe i rzadko ulegają awariom. Bardziej prawdopodobny tryb awarii zanika, aż strumień świetlny stanie się niezdatny do zamierzonego celu. Spadek jasności i zmiana koloru jest bardzo stopniowy, a potencjalny „żywotność” diod LED (punkt, w którym urządzenie nie nadaje się już do użytku) może przekraczać 50 000 godzin.
 

Standaryzowane testy umożliwiają producentom diod LED dostarczanie inżynierom oświetlenia ilościowych szacunków żywotności ich produktów bez konieczności przechodzenia przez firmy przez niepraktycznie długi proces testowania chipów aż do awarii.
 

Sama dioda LED to tylko niewielka część-półprzewodnikowej oprawy oświetleniowej. Po zamontowaniu w oprawie na utrzymanie strumienia świetlnego i koloru diody LED mogą wpływać takie czynniki, jak ciepło, wahania zasilania i naprężenia mechaniczne, które nie występowały podczas pierwotnego testu. Jednakże inżynierowie zajmujący się oświetleniem nie mieli ustandaryzowanego sposobu testowania, jak poważny może być wpływ tych czynników, a co za tym idzie, nie mieli możliwości ulepszenia konstrukcji opraw, aby zmaksymalizować żywotność produktu.
 

Kombinacja znormalizowanej procedury testowej i metody wykorzystania danych z testu do przewidywania żywotności osprzętu została obecnie opracowana przez Komitet ds. Procedur Testowych Illuminated Engineering Society of North America (IESNA) i znajduje się na końcowym etapie zatwierdzania. W tym artykule wyjaśniono, jak działa metoda testowa i prognostyczna oraz w jaki sposób umożliwi projektantom oświetlenia poprawę trwałości opraw.

Testowanie diod LED
 

Według Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych żywotność oświetlenia zależy od warunków pracy (na przykład temperatury otoczenia i cyklu pracy), ale zazwyczaj użytkownik może oczekiwać, że zwykła żarówka będzie działać przez 1000 godzin, a halogen będzie dwa razy dłużej. W przypadku świetlówek technologia statecznika ma duży wpływ na żywotność produktu; przy tanim stateczniku rura może wytrzymać 20 000 godzin, wzrastając do 30 000 w przypadku droższych typów.
 

Oczywiście diody LED też zawodzą. Czasami ta porażka jest katastrofalna; na przykład żywica epoksydowa zastosowana do obudowy matrycy może się przegrzać i rozszerzyć, wywierając nacisk na sklejone połączenia urządzenia, aż do ustąpienia. Wyładowania elektrostatyczne (ESD) mogą spowodować natychmiastową awarię złącza półprzewodnikowego diody LED. Inną przyczyną katastrofalnej awarii jest tworzenie się metalowych wąsów, szczególnie w wilgotnym środowisku lub tam, gdzie dioda LED jest poddawana naprężeniom mechanicznym, które mostkują przewody, powodując zwarcie.
 

Jednakże, pod warunkiem, że diody LED są zasilane i chłodzone zgodnie z zaleceniami producenta, urządzenia są zwykle niezwykle trwałe i tylko niewielki procent z nich faktycznie ulega katastrofalnym awariom. Bardziej prawdopodobny wynik jest taki, że dioda LED będzie stopniowo zanikać, aż jej strumień świetlny stanie się niewystarczający do celów, do jakich była przeznaczona (zdefiniowanych przez branżę oświetleniową jako mniej niż 70 procent jej mocy w przypadku nowych lub „L₇₀").
 

Kontrastuje to z tradycyjnym oświetleniem, które jest znacznie bardziej narażone na katastrofalne awarie. (Tradycyjne oświetlenie może zmniejszyć jasność o 20 do 30 procent w ciągu całego okresu użytkowania, ale oprawy zwykle gasną na długo przed zauważeniem tego przez konsumenta (rysunek 1).)

Rysunek 1: Krzywe utrzymania strumienia świetlnego dla tradycyjnego oświetlenia i diod LED. Należy zwrócić uwagę na tendencję tradycyjnego oświetlenia do katastrofalnych awarii, zanim zostanie zauważona degradacja strumienia świetlnego.
 

Połączenie stosunkowo niewielkiej liczby katastrofalnych awarii i niezwykle stopniowego spadku mocy świetlnej oznacza, że ​​potencjalna żywotność diod LED przekraczająca 40 000, 50 000, a nawet 60 000 godzin nie jest nieuzasadnionym oczekiwaniem.
 

Jednakże w środowisku komercyjnym nie można oczekiwać od producentów, że poddadzą swoje diody LED testowi trwającemu przez większą część sześciu lat w celu udowodnienia ich trwałości. Zamiast tego stosuje się krótszy test w połączeniu ze standaryzowaną ekstrapolacją trendów uzyskanych z danych testowych w celu określenia, jak długoDioda LED będzie działać. Główni producenci diod LED rutynowo poddają swoje produkty testowi opracowanemu przez IESNA i nazwanemu LM-80.Zatwierdzona metoda badania utrzymania strumienia świetlnego źródeł światła LED".
 

Dwa laboratoria z siedzibą w USA, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) i National Institute of Standards and Technology (NIST), wraz z grupą sześciu producentów diod LED (w tym OSRAM i Cree), przygotowały Memorandum Techniczne (TM-21, „Projektowanie długoterminowej konserwacji strumienia świetlnego źródeł światła LED„) w celu zdefiniowania algorytmu ekstrapolacji do badania utrzymania światła przy użyciu danych z LM-80.
 

Algorytm ignoruje dane z pierwszych 1000 godzin, ale wykorzystuje je z ostatnich 5000 godzin testu (lub końcowe 50 procent danych w przypadku testów dłuższych niż 10 000 godzin (rysunek 2)). Dane są następnie dopasowywane do modelu ekstrapolacji wykładniczej przy użyciu metody krzywej najmniejszych kwadratów. L₇₀ekstrapolacja jest wówczas niższą z otrzymanej wartości L₇₀czas lub sześciokrotność czasu testu LM-80. Na przykład, mając 6000 godzin danych testowych LM-80, L₇₀= 36 000 godzin. Mając 10 000 godzin danych testowych LM-80, L₇₀= 60 000 godzin.¹(Zobacz artykuł TechZone „Określanie trwałości znamionowej diod LED: trudne wyzwanie.")

Rysunek 2: Przykład danych testowych LM-80 wykorzystanych dla L₇₀ekstrapolacja.
 

Komercyjne diody LED mogą pochwalić się imponującym współczynnikiem L₇₀wyniki. Philips Lumileds twierdzi, że białe diody LED LUXEON Rebel, urządzenie o natężeniu 105 lm/W (przy 350 mA) i maksymalnej jasności 226 lm (przy 1 A), przekraczają wymagania w zakresie utrzymania strumienia świetlnego określone w normie Energy Star przy współczynniku L₇₀ponad 36 000 godzin (rysunek 3).

Rysunek 3: Wyniki dla diody LUXEON Rebel LED firmy Philips Lumileds przy użyciu procedury testowej LM-80 i algorytmu ekstrapolacji TM-21.
 

Cree i OSRAM twierdzą, że ich urządzenia-o dużej mocy, takie jak XLamp XM-L2 o natężeniu 153 lm/W (przy 700 mA) i OSLON SSL o natężeniu 125 lm/W (przy 350 mA) tego drugiego, umożliwiają producentom opraw przekraczanie standardów Energy Star.

 

Ograniczone do diod LED
 

Problem z obecnymi metodami testowymi polega na tym, że sprawdzają one jedynie trwałość samej diody LED. To przydatne dane, ale kiedy chip jest wbudowany w urządzenie, istnieje znacznie więcej rzeczy, które mogą pójść nie tak. Zasilanie jest jedną z potencjalnych słabości, ale być może ważniejsza jest skuteczność zarządzania temperaturą produktu, ponieważ nadmiar ciepła jest uznawany za „zabójcę” diod LED numer jeden.
 

Według Cree „większość mechanizmów awarii diod LED zależy- od temperatury. Podwyższona temperatura złączy powoduje zmniejszenie strumienia świetlnego i przyspieszoną degradację chipów”.²
 

Główną przyczyną blaknięcia diody LED jest degradacja wewnętrznej struktury samej matrycy, a degradację tę pogłębiają wysokie temperatury. Krótko mówiąc, wewnętrzna wydajność kwantowa, miara liczby rekombinacji-dziur elektronowych na złączu typu n-/p- chipa, w wyniku których emitowany jest foton o widzialnej długości fali, maleje w miarę mnożenia się dyslokacji w strukturze krystalicznej chipa. Dzieje się tak, ponieważ dyslokacje sprzyjają-rekombinacji niepromienistej i, jak sama nazwa wskazuje, kombinacja nie-promienista nie skutkuje emisją fotonu.
 

Producenci chipów LEDciężko pracować, aby zmniejszyć liczbę defektów w nowych urządzeniach, ale procesy produkcji półprzewodników nie są doskonałe i zawsze będą występować pewne usterki. Jednak najważniejszym czynnikiem pod kontrolą inżyniera projektującego, który wpływa na trwałość poprzez zmniejszenie mnożenia dyslokacji, jest temperatura złącza. (Zobacz artykuł TechZone „Zrozumienie przyczyny blaknięcia-diod LED o wysokiej jasności.")

 

Nowy test opraw oświetleniowych LED
 

Ponieważ tradycyjne alternatywy oświetleniowe są produktami dojrzałymi, dostępne są bardziej kompleksowe dane dotyczące żywotności tych produktów, a konsumenci chętnie porównują źródła LED. Dobra wiadomość jest taka, że ​​w takim porównaniu-lampy półprzewodnikowe prawdopodobnie będą świecić jasno. Zła wiadomość jest taka, że ​​producenci stoją przed tym samym problemem, co w przypadku samych chipów; testowanie aż do awarii trwa tak długo, że jest niepraktyczne.
 

Na razie producenci „wrzutowych” zamienników tradycyjnego oświetlenia dokładają wszelkich starań, aby dostarczać informacje na temat-długoterminowej wydajności swoich produktów w oparciu o dane dotyczące diod LED znajdujących się w sercu ich produktów. Używając takich danych testowych do określenia czasu życiaOświetlenie LEDoprawy to dobry początek, będzie to jedynie przybliżenie ze względu na inne czynniki, które mogą skrócić żywotność oprawy.
 

Firma LED dynamics wprowadziła, jak twierdzi, pierwszy dostępny na rynku-dostępny-zamiennik świetlówki T8 oparty na diodach LED. Urządzenie zapewnia strumień świetlny do 1900 lm przy skuteczności 94 lm/W i współczynniku oddawania barw (CRI) wynoszącym 85. Oprawa zwana EverLED-VE jest dostępna w standardowych temperaturach barwowych 4000 i 5000 K. W arkuszu danych firmy LEDdynamics podano, że żywotność znamionowa EverLED-VE wynosi 10 lat, a konsumenci powinni spodziewać się zerowego okresu trwałości znamionowej.
 

Podobnie firma ROHM Semiconductor oferuje-zamiennik żarówek R-B15L1 (rysunek 4). Żarówka wytwarza 550 lm przy poborze mocy 8 W (dla skuteczności 69 lm/W). R-B15L1 działa bezpośrednio przy napięciu 100 V_ACwejście, a ROHM twierdzi, że „żywotność” wynosi 40 000 godzin.

Rysunek 4: R-B15L1 firmy ROHM zapewnia deklarowany czas życia wynoszący 40 000 godzin.
 

Naprawdę potrzebna jest-standardowa w branży metoda testowa umożliwiająca ilościowe określenie żywotności dowolnej oprawy oświetleniowej LED. IESNA odpowiedziała na to zapotrzebowanie, przyjmując podejście podobne do tego, które stosuje się do testowania samodzielnych diod LED. Wynikowa procedura testowa LM-84”Test lamp LED, silników i opraw oświetleniowych oraz test utrzymania koloru”, znajduje się w końcowej fazie zatwierdzania przez komisję IESNA.
 

W dokumencie opisano procedury wymagane do uzyskania jednolitych i powtarzalnych pomiarów strumienia świetlnego i utrzymania koloru w standardowych warunkach pracy, w temperaturze otoczenia 25 ± 5 stopni i przy cyklu oświetlenia wynoszącym 11 godzin włączenia i 1 godzinę przerwy.
 

Jednak LM-84 nie opowie całej historii. Podobnie jak jego odpowiednik LM-80, LM-84 dostarcza jedynie danych o tym, jak dobrze kolor i jasność urządzenia są utrzymywane w stosunkowo krótkim czasie. Niestety, nie dostarcza wskazówek ani nie zawiera żadnych zaleceń dotyczących szacunków predykcyjnych lub ekstrapolacji w zakresie utrzymania światła lub koloru poza granicami rzeczywistych pomiarów.
 

Wyczuwając potrzebę przewidywania, jak długo oprawa oświetleniowa LED będzie faktycznie zdatna do określonego celu, IESNA zmierza w kierunku podejścia, które połączy dane z testów LM-84 opraw oświetleniowych z nowym dokumentem TM-28, który standaryzuje metody projekcji zmierzonych danych na (znacznie) dłuższe okresy. Podejście to jest analogiczne do sposobu, w jaki LM-80 i TM-21 są wykorzystywane do przewidywania w trybie autonomicznymŚwiatło LEDi utrzymanie koloru.
 

Podstawowe zasady TM-28 będą prawdopodobnie takie same jak TM-21. Projekcja będzie oparta na średnich danych testowych, z pominięciem testowanych jednostek, które przestają działać w trakcie testu; podstawa matematyczna zastosowana w TM-28 nie będzie odbiegać od TM-21, a długość projekcji musi opierać się na wielkości próbki i poziomie ufności, który ma praktyczny sens.
 

Jednym z problemów, przed którymi stoi komisja, jest niedostatek danych. Kiedy opracowywano TM-21 dla diod LED, istniało co najmniej 40 zestawów takich danych, niektóre dla diod LED testowanych przez 10 000 godzin, które można było wykorzystać do oceny podstaw matematycznych TM-21. Porównywalne dane z testów opraw LED są w dużej mierze niedostępne.
 

Jednym z rozważanych rozwiązań jest odzwierciedlenie wymagań LM-80 w zakresie 6000 godzin (lub więcej) testów i użycie tego samego algorytmu do projekcji utrzymania koloru i jasności. Pozostawia to otwarte pytanie, czy dane z lamp LED testowanych przez mniej niż 6000 godzin można nadal wykorzystywać do sporządzania prognoz. Branży zależy na skróceniu czasu i kosztów takich testów, dlatego istnieje precedens: Energy Star umożliwia wykorzystanie do wstępnej kwalifikacji danych z testów lamp LED przepracowanych 3000 godzin.
 

Grupa robocza TM-28 porównała dane z testów LM-80 trwających 3000 i 6000 godzin dla diod LED i doszła do wniosku, że istnieje wystarczająca korelacja między nimi, aby na podstawie danych uzyskanych po 3000 godzinach uzyskać rozsądne prognozy dotyczące żywotności. Algorytmy używane do projekcji tych danych są podobne do tych opisanych w TM-21, ale ze względu na krótszy czas trwania testu dodane zostanie bardziej warunkowe użycie metody projekcji.³

 

Co dalej z testami-oświetlenia półprzewodnikowego?

Po opublikowaniu dokumenty LM-84 i TM-28 będą używane razem w przypadku opraw oświetleniowych LED w taki sam sposób, w jaki LM-80 i TM-21 były używane w przypadku samodzielnych diod LED. Nowe dokumenty umożliwią branży oświetlenia półprzewodnikowego przyjęcie ujednoliconego podejścia do definiowania utrzymania koloru i strumienia świetlnego swoich produktów, pomagając konsumentom ustalić, jak oświetlenie LED wypada na tle tradycyjnego oświetlenia.
 

Jednakże, ponieważOświetlenie LEDto branża bardzo-nie{1}}dojrzała, nadal pozostaje wiele do zrobienia. Inne standardy i metody badań koncentrują się na określonych typach i cechach produktów. Dokument amerykańskiego stowarzyszenia National Electrical Producents Association (NEMA) SSL 7A-2013: „Faza-Przyciemnianie ściemniacza-oświetlenia półprzewodnikowego: podstawowa kompatybilność”, rozwiązuje kluczowy problem oświetlenia-półprzewodnikowego, podając wymagania dotyczące zgodności w przypadku stosowania ściemnialnych produktów LED i ściemniaczy-z obcięciem fazy w przód (najpopularniejszy typ).⁴
 

IESNA również pozostaje zajęta. Następny w kolejce będzie prawdopodobnie LM-85”Zatwierdzona przez IES metoda pomiarów elektrycznych i fotometrycznych diod LED-wysokiej mocy”, który dotyczy pomiarów diod LED-o dużej mocy, które do normalnej pracy wymagają radiatora i obejmuje białe diody LED oraz jednokolorowe-diody LED. Następnie jest TM-26 "Prognozowana trwałość znamionowa pakietów LED”, który zabierze TM-21 L₇₀informacji o konserwacji strumienia świetlnego poszliśmy o krok dalej, zwiększając wielkość próbki i uwzględniając w obliczeniach katastrofalne awarie, aby uzyskać rzeczywistą definicję „nominalnej żywotności diody LED”, a nie tylko „żywotności lampy LED”.

https://www.benweilight.com/lighting-tube-żarówka/18 W-3000 K-6ft-led-tube.html

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Komórka(+86)18673599565
Whatsapp:19113306783
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Sieć:www.benweilight.com