王巧彬，翁紀釗，李茂文，張沛強

（廣東省現(xiàn)代控制與光機電技術公共實驗室 廣州市光機電技術研究院，廣東 廣州510663）

引言

低碳生活、節(jié)能減排已相繼成為各國政府節(jié)約能源的發(fā)展趨勢，創(chuàng)建節(jié)約型社會已成為人們的共識［1］。而LED光源因其綠色節(jié)能、高亮度、壽命長［2］、可控性強、可循環(huán)利用等絕對優(yōu)勢，符合綠色照明與顯示工程節(jié)能與環(huán)保的要求［3］，成為目前主推綠色照明的最有競爭力光源產(chǎn)品之一，在各個領域得到了廣泛的應用［4－5］。

然而，LED照明技術畢竟還是新興技術，還有諸多技術難題未得到較好解決。目前大功率LED在可靠性方面還有不足之處［6］，當散熱不暢時，會對LED的半導體器件造成不可逆的損傷，導致其光譜紅移，使用壽命縮短［7］。而目前LED檢測技術及檢測標準還相對滯后，特別是在LED可靠性、壽命老化檢測等方面，導致目前LED照明產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，影響LED技術及產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。于是，迫切需要研究一種具備較強可操作性的智能化在線老化測試方法，鼓勵更多LED照明產(chǎn)品進行可靠性老化檢測，進一步提升照明產(chǎn)品可靠性及壽命，從而整體提升LED照明技術水平。

1 老化測試方法及國內(nèi)外研究進展

目前，LED燈具壽命老化方法分為正常條件下老化和加速老化方法。正常條件下老化方法是在溫度20℃～30℃，濕度≤60%的條件下進行壽命老化，老煉前采集的光學性能作為初始量，然后間隔相應時間（短至幾百小時，長至上千小時）采集燈具老化過程中的光學性能參數(shù)，依此得到LED燈具的老化變化曲線，計算燈具光參數(shù)衰減到初始值的70%（L70）的工作時間為近似壽命。對于加速老化方法，目前國內(nèi)外測試大功率LED壽命的方法主要有溫度加速實驗和電流加速實驗2種方法［8－9］，測試LED燈具在加速老化過程中的光學性能參數(shù)變化，通過特定的加速老化計算公式預估該燈具壽命，表征LED燈具的真實壽命，如LM－80要求在3種不同溫度測試LED光通維持率，通過TM21推算出燈具的L 70（%）壽命，縮短試驗時間。

然而，國內(nèi)外對于LED燈具的壽命老化主要集中于對于單顆LED芯片的加速老化測試方法，而對于LED整燈的加速壽命老化測試技術還處于空白，LED燈具的壽命老化測試只能參照傳統(tǒng)燈具測試方法進行老化。鑒于LED燈具的超長壽命特點及L70計算原理，傳統(tǒng)測試方法測得的燈具壽命不是絕對壽命，得到只是壽命區(qū)間或計算的近似壽命，準確性較差；老化過程中燈具需要多次裝卸，人為操作環(huán)節(jié)多；老化過程中采集數(shù)據(jù)量少，不利于分析導致燈具老化的因素。

2 在線老化測試方法

本文針對目前LED燈具的老化測試方法所存在的可操作性差、可比性較差、時間成本高、方法不統(tǒng)一、自動化程度低等問題，借鑒《整體式LED路燈 的 測 量 方法 LB／T 001－2009》、《LED 路 燈CJ／T 420－2013》等標準推薦的一種簡便的相對光通維持率（光衰）ΔΦ的老化測試方法，即是在規(guī)定距離的燈下點的相對光照度E替代光通量Φ，按照公式（1）來計算光通維持率，從而實現(xiàn)燈具的壽命老化測試。

本文提出的基于在線的燈具老化測試新方法，是在借鑒燈具傳統(tǒng)老化測試方法的基礎上，充分考慮LED壽命特性，利用光機電一體化、自動化控制、光電傳感、計算機等技術，解決LED燈具產(chǎn)品在線自動化檢測難題，實現(xiàn)在燈具老化過程中對其光、電等特性的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)保存并建立長期數(shù)據(jù)庫，最終完成LED燈具的壽命老化試驗，并實現(xiàn)整個老化過程中的無人操作。在線老化測試流程如圖1所示。

圖1 在線老化測試流程圖Fig.1 Online aging test flow chart

式中，E初始 和Ei分別代表老煉初始時間t初始和某時間點ti的相對照度。

3 在線老化測試系統(tǒng)介紹

本文基于LED燈具的在線自動老化測試需求，針對性開發(fā)LED燈具在線老化測試系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)結構設計圖如圖2所示，基于集成創(chuàng)新的開發(fā)思路，集成自動化測控、光電傳感、嵌入式計算機、無線通信等技術，主要包括燈具夾具、電參數(shù)測試裝置、光照度計、運動導軌、無線通信模塊和嵌入式主控設備等5部分。實現(xiàn)對LED燈具壽命老煉過程中的電參數(shù)（電壓、電流、功率、功率因數(shù)）、相對照度（光衰）的智能化在線測試，并利用有線和zigbee無線相結合通信方式對檢測數(shù)據(jù)進行傳輸，最后用計算機進行數(shù)據(jù)存儲和實時分析。

圖2 在線老化測試系統(tǒng)結構設計圖Fig.2 Structure design of online aging test system

如圖3所示，LED燈具在線老化測試系統(tǒng)需要在光學暗室中運行，光學暗室的作用主要在于消除光的反射，最大程度減少在進行相對照度測試時的雜散光干擾。首先自主開發(fā)可兼容包括路燈、隧道燈、筒燈、射燈、面板燈等多類燈具的通用夾具對老化燈具進行安裝固定，分別在側面和頂面固定了通用夾具，可同時安裝10盞不同LED燈具并進行在線老化測試，然后由嵌入式主控設備控制電源的開關切換和導軌運動，并通過電參數(shù)采集裝備和光照度計進行光電參數(shù)定時采集，通過有線或zigbee無線通信方式傳輸給主控設備，最后由主控設備對數(shù)據(jù)進行存儲、處理分析、顯示或預警。

圖3 在線老化測試系統(tǒng)實物圖Fig.3 Physical map of online aging test system

4 測試數(shù)據(jù)及討論

為簡單驗證在線老化方法得到的測試結果的準確性和可行性，利用LED燈具在線老化系統(tǒng)對燈具進行在線老化測試，系統(tǒng)軟件每隔30min自動記錄各測試位燈具的光照度值并得到各燈具的相對光衰變化曲線圖，其中在10號位安裝了一個已通過實驗室測得初始光通量為982.80lm的LED筒燈，在為期15天的在線老化過程中，系統(tǒng)自動記錄的相對光衰變化曲線如圖4所示，并拆下LED筒燈通過實驗室再次測得其光通量為972lm，對比初始光通量計算得到LED筒燈的光衰為1.09%，而從系統(tǒng)自動記錄的相對光衰變化曲線得到LED筒燈的相對光衰約為1.2%，2種方法得到的光衰結果吻合度還是比較相近的，不過在線自動老化測試方法及系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的準確性，還有待進一步的老化測試驗證。

圖4 相對光衰變化曲線圖Fig.4 Variation curve of relative attenuation

5 結語

LED光源理論上具有10萬h的長壽命特點，對于一個新興的產(chǎn)品［10］，傳統(tǒng)的老化方法已不能適合LED照明燈具的壽命測試。因此，在充分借鑒傳統(tǒng)燈具老化測試方法基礎上，本文提出一種智能化在線老化測試新方法，開發(fā)了LED照明燈具智能化在線老化測試系統(tǒng)，實時監(jiān)測燈具老化過程中的相對光衰、電參數(shù)等指標，實現(xiàn)對多個和多類LED燈具的同時在線老化測試。

LED燈具在線老化測試系統(tǒng)對于生產(chǎn)廠家來說，該系統(tǒng)能夠?qū)ψ约荷a(chǎn)的產(chǎn)品進行檢測分析，從而指導完善產(chǎn)品設計，測試得出的數(shù)據(jù)也能為客戶提供挑選的參考。同時，針對LED半導體照明戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所存在的產(chǎn)品壽命老化與綜合評估這一檢測技術難題，本系統(tǒng)的開發(fā)及應用推廣也成為了消除瓶頸之工具，也有利于整體提升LED照明產(chǎn)品質(zhì)量和LED產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

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