李林先，徐紅梅，白金鵬，周葉杰西，金立江，陳 琪，陸佳杰

(浙江方圓檢測(cè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018)

引言

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，智能家居產(chǎn)業(yè)越來(lái)越重視家居生活中產(chǎn)生的信息流，以及如何讓這些信息流更好地服務(wù)生活[1]。智能LED燈具，作為智能家居的重要組成部分，正逐步走入日常生活。國(guó)內(nèi)外燈具廠商高度重視智能LED燈具產(chǎn)品市場(chǎng)，投入人力物力研發(fā)智能LED產(chǎn)品及其控制系統(tǒng)，進(jìn)一步推動(dòng)智能LED燈具產(chǎn)品更廣泛的應(yīng)用[2]。研究智能LED燈具可靠性評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)，制定科學(xué)可行的可靠性測(cè)試流程，使智能LED燈具產(chǎn)品的性能退化評(píng)估和可靠性測(cè)試現(xiàn)實(shí)可行，這將有效地規(guī)范智能LED燈具產(chǎn)品的性能評(píng)估和可靠性測(cè)試，對(duì)提高智能LED燈具產(chǎn)品質(zhì)量和促進(jìn)智能家居產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有重大意義。

1 智能LED燈具的分類(lèi)

ANSI/VITA 51.2《失效物理可靠性預(yù)計(jì)》中可靠性預(yù)測(cè)可評(píng)估方法提到的影響因素包括：溫度(溫升值)、有害性、產(chǎn)品本身的電磁兼容特性、沖擊和振動(dòng)特性、電壓電流特性、環(huán)境溫濕度、電源供應(yīng)、穩(wěn)定性、試驗(yàn)過(guò)程穩(wěn)定性、測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性等[5，6]。結(jié)合智能LED燈具本身特性，本文主要針對(duì)智能LED燈具可靠性中的燈具壽命、安全特性(溫升和故障狀態(tài))、故障率，以及電磁兼容可靠性試驗(yàn)等相關(guān)直觀參數(shù)進(jìn)行討論。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用過(guò)程中，智能LED燈具按照實(shí)現(xiàn)原理可分為三類(lèi)：

1)調(diào)光類(lèi)智能LED燈具(例如：調(diào)光0%～100%)，該類(lèi)燈具主要是通過(guò)控制輸出端電流或電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)LED燈珠的發(fā)光強(qiáng)度。

2)調(diào)色溫類(lèi)智能LED燈具(同一燈具的不同色溫切換)，該類(lèi)燈具是通過(guò)開(kāi)關(guān)控制燈具內(nèi)不同色溫的LED芯片的切換來(lái)達(dá)到色溫不同的切換功能。這種色溫切換型式更像是兩種不同色溫?zé)艟叩囊粋€(gè)集成體，其智能控制主要依賴于兩路或多路電源輸出的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)色溫的變換。

3)調(diào)顏色類(lèi)智能LED燈具(RGBW等混色燈具多用于舞臺(tái)、場(chǎng)景照明等場(chǎng)合)，這類(lèi)調(diào)色燈具主要是通過(guò)單顆多色LED芯片通過(guò)調(diào)光控制器進(jìn)行調(diào)色切換[3]。與調(diào)色溫智能LED燈具的區(qū)別主要在于調(diào)色類(lèi)LED芯片中含有紅色、藍(lán)色、綠色以及增加白光PN結(jié)，通過(guò)不同的LED芯片引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的顏色激發(fā)；而調(diào)色溫的LED燈具是通過(guò)兩顆或多顆獨(dú)立色溫的LED芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)色溫轉(zhuǎn)變。因此，在這種調(diào)色過(guò)程中，其LED控制裝置(驅(qū)動(dòng)電源)輸出線路帶有多種信號(hào)輸出與同正極、多負(fù)極的形式達(dá)到調(diào)控顏色的目的。

2 光通維持率壽命驗(yàn)證方法

可靠性研究過(guò)程中，產(chǎn)品的預(yù)期壽命是主要的一種指標(biāo)。由于產(chǎn)品的本身特性決定其壽命可能長(zhǎng)達(dá)十年或者幾十年，傳統(tǒng)的直接測(cè)試法存在耗時(shí)長(zhǎng)、成本高、數(shù)據(jù)重復(fù)性沒(méi)有表征性，而導(dǎo)致壽命與故障率測(cè)試成為困難。目前，對(duì)于智能LED燈具產(chǎn)品的壽命預(yù)測(cè)技術(shù)，常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)主要有：IEEE 1413標(biāo)準(zhǔn)《電子系統(tǒng)及裝備可靠性預(yù)測(cè)和評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)方法》和ANSI/VITA 51.2《失效物理可靠性預(yù)計(jì)》，依據(jù)不同產(chǎn)品的表征數(shù)據(jù)對(duì)不同產(chǎn)品壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，在有限的數(shù)據(jù)量情況下實(shí)現(xiàn)模型表征電產(chǎn)品的物理化學(xué)變化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性預(yù)測(cè)與評(píng)估[5，6]。

在可靠性測(cè)試過(guò)程中，針對(duì)以上三種不同形式的智能LED燈具，在GB/T 33721—2017和IES LM-80現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增加符合智能LED燈具本身實(shí)際情況的條件進(jìn)行測(cè)試(樣品數(shù)量為10個(gè))。若燈具所采用的LED芯片已經(jīng)獲得LM-80測(cè)試報(bào)告，那么可參考采用1 000 h間接測(cè)試方法進(jìn)行壽命驗(yàn)證試驗(yàn)。若燈具所采用的LED芯片未獲得LM-80測(cè)試報(bào)告，那么需參考采用6 000 h間接測(cè)試方法進(jìn)行壽命驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)流程按照?qǐng)D1所示的流程進(jìn)行。

表1 二次光學(xué)材料光衰ΔLo的典型估計(jì)值[7]

圖1 試驗(yàn)方法選擇流程圖[7]Fig.1 Selection flowchart of test method

2.1 測(cè)試條件

試驗(yàn)樣品應(yīng)在制造商聲稱的工作條件和性能工作溫度tq±2 ℃下進(jìn)行。并測(cè)定圖1中判定是否可以采用1 000 h間接法的參數(shù)指標(biāo)芯片的溫度ts′、電流It′，并對(duì)所檢樣品二次光學(xué)材料進(jìn)行判定。在測(cè)試過(guò)程中，針對(duì)不同智能LED燈具產(chǎn)品進(jìn)行不同的模擬操作。

1)調(diào)光類(lèi)智能LED燈具。無(wú)線控制類(lèi)調(diào)光燈具，采用模擬信號(hào)輸入的方法，對(duì)智能LED燈具產(chǎn)品調(diào)光調(diào)控，模擬信號(hào)的輸入應(yīng)保證在制造商聲明的調(diào)光速度與調(diào)光范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)式信號(hào)輸出，保證調(diào)光類(lèi)智能LED燈具滿足其調(diào)光范圍內(nèi)循環(huán)重復(fù)進(jìn)行。機(jī)械類(lèi)調(diào)光燈具，采用模擬操作的方式進(jìn)行調(diào)光測(cè)試，調(diào)光開(kāi)關(guān)應(yīng)外接與測(cè)試環(huán)境外，防止對(duì)樣品本身測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響(注：若無(wú)聲稱調(diào)光速度說(shuō)明，則按照20%/s調(diào)光速度進(jìn)行)。

2)調(diào)色溫類(lèi)智能LED燈具。對(duì)智能LED燈具產(chǎn)品調(diào)色溫調(diào)控不論是機(jī)械類(lèi)還是信號(hào)輸入調(diào)控，按照制造商所提供的開(kāi)關(guān)調(diào)整色溫速率對(duì)燈具樣品進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作循環(huán)，使得樣品在不同色溫切換的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。

3)調(diào)色類(lèi)智能LED燈具。這類(lèi)RGBW多種顏色不斷切換并伴隨亮度的燈具，擬采用顏色切換的循環(huán)方式(顏色依次變換加全功率運(yùn)作作為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)頻率為5次/min)進(jìn)行壽命試驗(yàn)。

2.2 壽命驗(yàn)證試驗(yàn)

目前已報(bào)道的LED芯片光通量衰減案例基本符合自然指數(shù)規(guī)律，而該試驗(yàn)方法正是基于燈具流明衰減符合自然指數(shù)規(guī)律，故而按照GB/T 33721—2017中關(guān)于壽命驗(yàn)證試驗(yàn)方法是可靠可行的。本文在國(guó)標(biāo)基礎(chǔ)上增加了壽命驗(yàn)證過(guò)程中的調(diào)光，調(diào)色溫以及調(diào)整燈光顏色的操作循環(huán)，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中故障率以及電參數(shù)變化進(jìn)行了評(píng)估。

1 000 h加速試驗(yàn)方法和6 000 h 試驗(yàn)方法，均建立在GB/T 33721—2017中關(guān)于壽命驗(yàn)證試驗(yàn)基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行過(guò)程中，不同種類(lèi)燈具添加本文的模擬操作。1 000 h依據(jù)表2進(jìn)行，燈具最終測(cè)試參數(shù)應(yīng)符合表2中的各項(xiàng)要求。

若需進(jìn)行6 000 h直接法壽命驗(yàn)證試驗(yàn)中燈具在燈具制造商聲稱的工作條件和性能工作溫度tq/tqmax±2 ℃下工作。試驗(yàn)時(shí)間為至少6 000 h，對(duì)于聲稱50 000 h的智能LED燈具，測(cè)試時(shí)間可酌情延長(zhǎng)至10 000 h。對(duì)于超過(guò)50 000 h壽命的樣品可酌情增加試驗(yàn)時(shí)間。在測(cè)試過(guò)程中每隔1 000 h測(cè)量一次光通量。擬合數(shù)據(jù)與光通維持率的計(jì)算方法，參考GB/T 33721 《LED燈具可靠性試驗(yàn)方法》中關(guān)于6 000 h光通維持率的壽命試驗(yàn)擬合方法。

試驗(yàn)期間，企業(yè)聲稱的光通維持壽命不應(yīng)超過(guò)預(yù)測(cè)光通維持壽命則判定壽命驗(yàn)證試驗(yàn)合格，其各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合表2中的要求，則產(chǎn)品光通維持性能判定符合燈具宣稱壽命的要求。

表2 實(shí)驗(yàn)條件和考核指標(biāo)[7]

3 安全特性測(cè)試評(píng)價(jià)方法

目前的LED控制裝置，在檢測(cè)過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)條款中關(guān)于智能控制部分限制條款存在一定的缺失，而我們實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于調(diào)光、調(diào)色溫、調(diào)顏色的這類(lèi)控制裝置，試驗(yàn)項(xiàng)目中多為在穩(wěn)態(tài)狀況下對(duì)其安全性能進(jìn)行測(cè)試，本部分在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出一種針對(duì)具有調(diào)控電路的控制部分的要求與試驗(yàn)方法。

3.1 調(diào)控開(kāi)關(guān)電磁電容測(cè)試評(píng)價(jià)

調(diào)控開(kāi)關(guān)多數(shù)會(huì)使得調(diào)控電路電容元件以及MOS管等元件斷開(kāi)是否充分造成影響。而目前的認(rèn)證檢測(cè)過(guò)程中多數(shù)電磁兼容測(cè)試過(guò)程中多為穩(wěn)態(tài)測(cè)試，未考慮到調(diào)控開(kāi)關(guān)過(guò)程中造成的電磁脈沖狀態(tài)或者其他電磁兼容限制問(wèn)題。對(duì)于調(diào)控開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否會(huì)對(duì)電磁兼容試驗(yàn)造成影響，開(kāi)關(guān)試驗(yàn)是否存在電沖擊或者放電異常現(xiàn)象，這部分還未被生產(chǎn)企業(yè)所重視。雖然在GB/T 18595—2014標(biāo)準(zhǔn)中提到對(duì)快速瞬變進(jìn)行試驗(yàn)，但是只針對(duì)智能LED燈具中的信號(hào)/控制端口進(jìn)行試驗(yàn)操作，所規(guī)定的試驗(yàn)電壓0.5kV對(duì)于部分智能LED燈具的控制器有的是無(wú)法承受的。故而，基于GB/T 18595—2014的快速瞬變要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，再按照GB/T 17626.4—2018的試驗(yàn)方法進(jìn)行[8，9]。

表3 快速瞬變?cè)囼?yàn)等級(jí)表[8]

注：該部分重復(fù)頻率和上升時(shí)間/持續(xù)時(shí)間/下降時(shí)間參數(shù)值如果生產(chǎn)廠聲稱值大于動(dòng)作時(shí)間1 s，可適當(dāng)減少重復(fù)頻率增加試驗(yàn)中上升時(shí)間/持續(xù)時(shí)間/下降時(shí)間以保證樣品正常調(diào)控開(kāi)關(guān)切換

3.2 調(diào)控開(kāi)關(guān)可靠性試驗(yàn)

通常的智能LED燈具不光是具有調(diào)光、調(diào)色溫、調(diào)整顏色三種中的單獨(dú)一種功能，而是更趨向于三種調(diào)控集成在一起的情況。故而，在該部分試驗(yàn)考慮中，應(yīng)將可以同時(shí)打開(kāi)的功能同時(shí)工作，例如調(diào)光的過(guò)程中，顏色也在逐漸調(diào)整。在這樣的設(shè)置條件下，進(jìn)行LED控制裝置的故障狀態(tài)試驗(yàn)和GB 7000.1中的耐久性熱試驗(yàn)[10]。

GB/T 33721—2017標(biāo)準(zhǔn)的電源開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)關(guān)試驗(yàn)采用的是30 s開(kāi)和30 s關(guān)的狀態(tài)，而對(duì)于目前的智能LED燈具來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)不僅僅作為一種電源通斷的控制手段，它同時(shí)是作為了色溫變化或者顏色變化的一種信號(hào)輸入方式。但是在30 s開(kāi)和30 s關(guān)的試驗(yàn)條件下，一般智能LED燈具不會(huì)進(jìn)行色溫變化，因?yàn)樵贚ED控制裝置部分的信號(hào)切換中，斷電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致色溫或顏色無(wú)法切換的出現(xiàn)。

本文考慮到該情況的出現(xiàn)不利于智能LED燈具產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)控開(kāi)關(guān)試驗(yàn)，綜合不同原理的調(diào)控開(kāi)關(guān)問(wèn)題，開(kāi)關(guān)試驗(yàn)采用2 s開(kāi)和2 s斷的方式進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)樣本采用10個(gè)，試驗(yàn)結(jié)果考核主要考核兩個(gè)參數(shù)：燈具和LED控制裝置的溫升變化和故障率。循環(huán)次數(shù)采用LED燈具所聲稱的壽命的一半，如若無(wú)聲稱則進(jìn)行15 000次試驗(yàn)。對(duì)于調(diào)光類(lèi)型的調(diào)控開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)次數(shù)與開(kāi)關(guān)試驗(yàn)次數(shù)相同，按照0%→100%→0%的循環(huán)，循環(huán)一次周期為10 s。

表4 熱試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)條件和考核指標(biāo)

試驗(yàn)后，樣品應(yīng)無(wú)明顯損害，且按照GB/T 9468—2008的測(cè)試所得光通量相較于初始光通量變化不超過(guò)10%，則認(rèn)為試驗(yàn)通過(guò)。在GB7000.1中的耐久性熱試驗(yàn)過(guò)程中，增加上述調(diào)控關(guān)通斷操作，并且在試驗(yàn)結(jié)束后，其不同模式下不會(huì)出現(xiàn)溫升超過(guò)限值現(xiàn)場(chǎng)和發(fā)生危害情況。

在基于GB 19510.1故障狀態(tài)的條件下，本文考慮增加在開(kāi)關(guān)通斷狀態(tài)下，是否存在電容放電不可控現(xiàn)象，輸入或輸出端電壓是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的50 V[11]。在故障狀態(tài)試驗(yàn)過(guò)程中擬增加調(diào)控開(kāi)關(guān)可能存在的異常操作或信號(hào)輸入錯(cuò)誤的條件下，是否存在零部件發(fā)生過(guò)熱自然或者放出可燃?xì)怏w，此處采用高頻火花發(fā)生器進(jìn)行可燃?xì)怏w檢測(cè)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將薄棉紙包裹線路板操作故障狀態(tài)從而檢測(cè)是否造成安全危害。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能LED燈具產(chǎn)品可靠性檢測(cè)是當(dāng)前業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。本文介紹了智能LED燈具的分類(lèi)，結(jié)合IEEE 1413和ANSI/VITA 51.2，在GB/T 33721、GB 7000、GB 19510等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，探討了智能LED燈具產(chǎn)品的光通維持率壽命驗(yàn)證方法以及安全特性測(cè)試評(píng)價(jià)方法。但是本文提出的智能LED燈具可靠性測(cè)試只針對(duì)LED燈具實(shí)體可靠性測(cè)試，其信息安全性考量與測(cè)試不在測(cè)試范圍內(nèi)。隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，智能LED燈具產(chǎn)品可靠性檢測(cè)技術(shù)也會(huì)越來(lái)越集成化和完善化，這將為產(chǎn)品可靠性水平的進(jìn)一步提高提供參考依據(jù)。