LED照明灯具寿命影响因素及测试方法的研究

王立伟 杨怡新

摘要：长寿和节能方面的巨大潜能是促使LED走入照明界的两个重要原因，很多学者都预测LED将成为21世纪的主流照明光源。在LED灯具可靠性影响参数当中，寿命是最具代表性的参数。因此，LED的使用寿命已经成为业内最为关注的问题之一，无论对于LED制造商还是使用者来说，开展关于LED寿命方面的研究具有重要的现实意义。本文主要分析探讨了LED照明灯具寿命影响因素及测试方法，以供參阅。

关键词：LED照明灯具;寿命;影响因素;测试方法

1 LED照明灯具寿命影响因素

1.1散热效果对LED灯具寿命的影响

LED灯具在工作状态时会产生热量，相比于传统的光源，因为LED体积较小，所以会产生更多的热量。功率比较大的LED，输入的电能只有25%～34%会转化为需要的光能，其余部分会以非辐射复合的形式转化成为热量。LED产生的大量热能不能及时的散发出去，高温会造成LED主要器件的加速老化，影响其寿命。当LED的温度超过了其最高临界温度，就会造成其永久失效。因此，如何保证LED灯具有良好的散热效果是研究其使用寿命的重要研究对象。目前LED主要的散热形式是利用风冷散热器和采用传热效率比较高的换热元件。采用风冷散热器对电子芯片进行散热是最简单方便的方法，在小功率的电子设备中多采用该散热形式;利用热管等传热性高的换热元件的散热形式多用于大功率电子元件散热。除此之外，在不同的场合也有采用水冷散热、陶瓷散热等技术对照明产品进行散热处理。总之，针对LED应用的不同场合，采用相应的散热形式，最终实现提高散热效率的要求是产品开发生产的关键。

1.2驱动电源对LED灯具寿命的影响

为了保证照明级LED能够获得较高的使用效率，首先需要使其满足一定的使用条件，其次是需要采用相适应的驱动电路来满足LED工作参数的要求。多路输出时，每一路的输出都要能够单独控制。具有线性度较好的调光功能，以满足不同应用场合对LED发光亮度调节的要求。在异常状态时，电路能够对电路本身、LED和使用者都有相应的保护作用。驱动电路工作时，对其他电路的正常工作干扰少，满足相关的电磁兼容性要求。目前大功率LED均采用直流驱动，因此在市电与LED之间需要加一个电源适配器，即LED马区动器。它的功能是把交流市电转换成适合LED的直流电。按照驱动方式可以分成两大类：第一种是恒流式。第二种是稳压式。在大功率LED照明产品设计中，主要采用开关电容型LED驱动方案，其优点虽然是恒流驱动，但在上电的瞬间会产生过高的起始峰值电压，很有可能将LED击穿或断开。因此，要求电源必须具有高可靠性、高驱动效率和高功率因数。然而目前市面上驱动电源的质量参差不齐，这也是导致LED灯具寿命无法保证的一个重要原因。因此提高LED照明产品驱动电源可靠性，应在提高效率方面进行研究，采用一级电路结构实现高交流电压到恒流输出的转变，提高LED驱动电源的效率和功率因数。

2 LED光源加速寿命测试方法与评价结果

2.1测试方法

2.1.1电流加速寿命测试

电流加速寿命试验选取的样品试验样品为某厂家生产的白光LED光源，对此利用电流加速寿命试验进行验证。在大量的样品中随意各选取3只进行测试，编号1-3。分别在额定电流350mA和加速电流600mA，800mA，1A的条件下对其进行电流加速2000h的试验，实验过程中，利用铝基板做散热片对其进行散热处理，同时，将其固定在散热片上，加大散热效果。此外对额定电流350mA和加速电流800mA做2000小时的不加散热片的对比试验，此时样品仅利用铝基板做散热处理。实验过程中分10次通过积分球对其光学参数和色度参数进行测量，测试时，对其通以额定电流进行测试。实验使用的加速电源为香港龙威仪器仪表有限公司和江苏扬中市光扬电子仪器厂生产的直流电源，测试设备为浙大三色的积分球以及SL-300光谱分析仪。

2.1.2温度加速寿命测试

温度加速寿命试验选取的样品试验样品为不同厂家生产的两种白光LED光源，分别记为样品A和样品B。样品A声称寿命在5万小时以上，其色温属于中性白范围，而样品B声称寿命在2万小时以上，其色温属于口光色。在大量的样品中随意各选取5只进行测试，编号1-5。分别在1000C和900C的条件下对其进行高温加速800h的试验，每隔100h通过积分球对其光学参数和色度参数进行测量，测试时，对其通以额定电流进行测试。实验使用的温度加速设备为林频仪器有限公司生产的高低温交变湿热试验箱，测试设备为浙大三色的积分球以及SL-300光谱分析仪。

2.1.3色参数测试

作为照明光源，除了要求光效高之外，还要求他发出的光具有良好的颜色。光源的颜色有两方面的意思：色表和显色性。LED作为一种受温度影响较大的新型照明产品，其光电和色品特性与其他光源有着较大的差异，最主要的就是其色参数会随着使用时间的推移产生变化。而在一些特殊的场合，这些参数的严重改变会影响其正常使用，因而高温对LED色度学参数的影响也得到了各界的广泛关注。因此在温度加速寿命试验中，不仅对光通量的变化进行分析，同时对色坐标及显色指数的变化进行讨论。

2.2评价结果

在温度加速寿命试验中，基于光通量的A，B两种样品计算寿命分别为74112h和14572h。然而在试验中，通过对色坐标和显色指数的分析发现，LED光通维持率和色参数漂移的速率存在不同步的现象。这是由于LED中的发光体之间存在颜色差异性，其色温、显色性等方面的变化在灯具寿命定义中也应该在考虑范围之内。按照传统光源的寿命定义方法来衡量LED的寿命肯定是不合适的，因此，提出了以色温为参数，使用阿伦纽斯模型计算LED光源寿命，得到样品A和样品B的平均寿命为别为67136h和15447h。该方法的计算结果与以光通量为参数的计算结果基本保持一致，但为保守估计，取二者较小值记为LED实际预测寿命，最终所得样品A和样品B平均寿命为67136h和14572h。

3结束语

总而言之，由于LED灯具具有有长寿节能两大特点，所以得到各界的广泛关注。对于LED的寿命预测也是目前研究的重点课题。本文主要研究了影响LED灯具使用寿命的几个主要因素，详细的介绍了散热系统、驱动电源对于LED灯具寿命的影响，并且对影响LED寿命的四个主要因素进行了比较分析。希望能为以后对于LED照明灯具寿命的研究工作提供帮助。

参考文献：

[1]钟晓智.LED照明灯具寿命影响因素的研究[J].科技与企业.2014（12）.

（作者单位：天津三安光电有限公司）