陳茂凌 張來軍

國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海）（上海 201114）

國(guó)家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海 201114）

上海時(shí)代之光照明電器檢測(cè)有限公司（上海 201114）

0 引言

近年來，由于電子數(shù)碼產(chǎn)品的普及，再加上中小學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)重、伏案時(shí)間比較長(zhǎng)，我國(guó)兒童青少年的近視率居高不下，且呈不斷攀升趨勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)兒童青少年的近視率居世界首位，小學(xué)生近視比例為45.7%，初中生近視比例為74.4%，高中生近視比例為83.3%。看到這些觸目驚心的數(shù)據(jù)，除了改變學(xué)生在日常用眼時(shí)的不良習(xí)慣，改善中小學(xué)校的教室照明環(huán)境亦刻不容緩。監(jiān)管機(jī)構(gòu)也在不斷提高教室燈具的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)大檢測(cè)范圍，以推動(dòng)燈具廠不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 背景

目前，我國(guó)教室燈具的檢測(cè)工作主要分為安全、性能、現(xiàn)場(chǎng)、可靠性等四大類，如表1所示。

上述第1、2、3項(xiàng)檢測(cè)都已開展多年，燈具廠家也比較清楚相關(guān)檢測(cè)要求。但第4項(xiàng)燈具光通維持壽命試驗(yàn)，仍正在逐步推廣的過程中。而且在越來越多的教室燈具招標(biāo)方案中，燈具的可靠性檢測(cè)壽命推算結(jié)果被列入其中。由此可見，對(duì)燈具產(chǎn)品的可靠性檢測(cè)越來越受到人們的重視。

2 標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

標(biāo)準(zhǔn)《LED燈具可靠性試驗(yàn)方法》（GB/T 33721—2017）[1]主要分為三大部分：耐久性測(cè)試、環(huán)境測(cè)試、光通維持壽命試驗(yàn)（包括1 000 h法和直接法）。為了驗(yàn)證LED燈具產(chǎn)品的可靠性，可以根據(jù)產(chǎn)品特性及工作環(huán)境，選擇標(biāo)準(zhǔn)中合適的項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)。

耐久性和環(huán)境測(cè)試的項(xiàng)目，相關(guān)人員平時(shí)接觸較多，具體的測(cè)試內(nèi)容和其他一些標(biāo)準(zhǔn)有較多相似的地方，文章不再贅述。關(guān)于LED燈具的光通維持壽命試驗(yàn)方法，即該標(biāo)準(zhǔn)第14章的1 000 h法和直接法，由于檢測(cè)周期和測(cè)試樣本及難易度的原因，委托方基本上都是選擇用1 000 h法進(jìn)行壽命驗(yàn)證。很多企業(yè)對(duì)燈具可靠性測(cè)試的光通維持壽命試驗(yàn)不太了解，因此在實(shí)際測(cè)試中遇到的問題也比較多，文章主要論述教室燈具在光通維持壽命試驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)的問題。

表1 教室燈具檢測(cè)說明

3 測(cè)試分析

3.1 測(cè)試實(shí)例A

某教室燈具正面照如圖1所示。該測(cè)試樣品為教室燈具，透光罩外有鍍鉻格柵，光學(xué)材料是聚苯乙烯（PS）、光源是型號(hào)為2835的LED顆粒。從結(jié)構(gòu)上看，該燈具的光源是非用戶替換光源，LED控制裝置可替換。

圖1 教室燈具正面照

步驟1：在進(jìn)行初始光學(xué)測(cè)試前先拆開透光罩，根據(jù)LM80報(bào)告的Ts點(diǎn)位置，布好溫度測(cè)試點(diǎn)，得到T’s，如圖2所示。根據(jù)客戶提供的電路圖，測(cè)得單顆芯片的工作電流I’f為36 mA，小于LM80報(bào)告的If（60 mA）。隨后完成初始光電色參數(shù)的測(cè)試。

圖2 熱電偶布點(diǎn)

步驟2：燈具廠聲稱燈具壽命為30 000 h，光通維持率為85%。試驗(yàn)條件和考核指標(biāo)如表2所示。按照表2的要求，將完成初始光學(xué)測(cè)試的三份樣品放入高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行1 000 h老煉。高低溫試驗(yàn)箱的溫度控制在（50±2） ℃、相對(duì)濕度控制在65%±5%。上述試驗(yàn)結(jié)束后，再進(jìn)行T’s溫度、燈具光電色參數(shù)的測(cè)試。

表2 試驗(yàn)條件和考核指標(biāo)

步驟3：完成1 000 h的各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試后，整理前后數(shù)據(jù)，該批次三份樣品各項(xiàng)參數(shù)前后變化率均未超過標(biāo)準(zhǔn)限值，符合要求。

步驟4：根據(jù)LM80數(shù)據(jù)確定L1，根據(jù)燈具的聲稱壽命確定L’1。

(4)改進(jìn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的綜合能力.由于教師授課、學(xué)生練習(xí)均在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)中進(jìn)行，學(xué)生時(shí)時(shí)感受課程的所有知識(shí)點(diǎn)，具有強(qiáng)化作用，達(dá)到掌握課程規(guī)定的或課外延伸的知識(shí)點(diǎn)的目的.

通過比較得知L’1≤L1；驗(yàn)證通過，測(cè)試結(jié)束。

3.2 測(cè)試實(shí)例B

某室內(nèi)燈具，透光罩采用PS材料，外罩還有塑料格柵，在測(cè)試時(shí)，委托方宣稱50 000 h的壽命，所以產(chǎn)品按60 ℃進(jìn)行了1 000 h老煉。但是，該批燈具經(jīng)過高溫測(cè)試后，透光罩發(fā)黃，格柵發(fā)黃且產(chǎn)生了一定的形變，沒有通過1 000 h之后的光電色測(cè)試。主要原因是格柵變形擋光影響了光輸出，同時(shí)透光罩發(fā)黃，測(cè)出來的顏色有誤差，光通維持率和顏色漂移這兩項(xiàng)的數(shù)據(jù)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)都超過標(biāo)準(zhǔn)限值，測(cè)試不通過。

4 常見問題分析

關(guān)于教室燈具的1 000 h法壽命測(cè)試，大致有如下幾個(gè)比較常見的問題。

4.1 LM80報(bào)告的常見問題

LM80報(bào)告的常見問題是委托方提供的測(cè)試報(bào)告不符合壽命測(cè)試及驗(yàn)證過程要求提供的信息，諸如單顆芯片工作電流、光通維持率數(shù)據(jù)、Ts點(diǎn)等信息在測(cè)試開始前就應(yīng)該確定清楚，以免到后期測(cè)試結(jié)束才發(fā)現(xiàn)沒有合適的芯片測(cè)試報(bào)告可用。

目前，對(duì)于LM80的檢測(cè)報(bào)告，并未要求由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具。在實(shí)際測(cè)試中，大部分燈具廠家提供的LM80報(bào)告是幾家知名芯片生產(chǎn)廠出具的報(bào)告，可以在產(chǎn)品官網(wǎng)上查到來源，一小部分是由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的報(bào)告，還有少數(shù)企業(yè)提供的是一些無法追溯的LM80檢測(cè)報(bào)告，看上去報(bào)告內(nèi)容比較粗糙，內(nèi)容不多且有重要信息缺失，該種LM80報(bào)告的真實(shí)性無法驗(yàn)證。通常，CQC的LED模塊節(jié)能認(rèn)證、道路隧道照明節(jié)能認(rèn)證等，都會(huì)應(yīng)用LM80報(bào)告的數(shù)據(jù)推算產(chǎn)品壽命。因此，LM80報(bào)告信息的準(zhǔn)確性以及數(shù)據(jù)的真實(shí)性都非常重要，需要適當(dāng)合理監(jiān)管。

4.2 LED燈珠及光學(xué)材料的選型

關(guān)于燈具的設(shè)計(jì)，如顆粒選型，若選光衰很小的燈珠，推算出的燈具壽命自然會(huì)長(zhǎng)一些。另外，光源板的電路及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)芯片使用的電參數(shù)以及燈具的散熱都會(huì)有影響。

教室燈具光學(xué)材料的選型很重要，各種材料在不同溫度下的光衰不一樣，這是影響L’1光衰驗(yàn)證的一個(gè)重要條件。一般，比較常見的黑板燈選用PC材質(zhì)的光學(xué)材料，教室燈則多用PS或PMMA材質(zhì)的光學(xué)材料。PC材質(zhì)較多用于戶外燈具，如路燈隧道燈的透鏡；PS或PMMA多用于室內(nèi)燈具，如筒燈的擴(kuò)散板。經(jīng)多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)，與使用PC材質(zhì)透光罩的黑板燈相比，使用PS板的教室燈具在高溫老煉后發(fā)黃的情況比較多。

圖3 多層光學(xué)材料板

雖然標(biāo)準(zhǔn)中驗(yàn)證的燈具壽命可達(dá)50 000 h，但實(shí)際上LED控制裝置作為燈具的一個(gè)核心部件，其壽命通常在20 000 h左右，之所以能驗(yàn)證燈具50 000 h的壽命，關(guān)鍵在于，從結(jié)構(gòu)上講，驅(qū)動(dòng)是可替換的，驗(yàn)證的燈具壽命沒有考慮LED控制裝置。如果燈具廠設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)不可替換，驅(qū)動(dòng)的腔體用膠封死，那么該種燈具就不適合通過標(biāo)準(zhǔn)的方法進(jìn)行壽命驗(yàn)證。因?yàn)樵谠摲N情況下，LED光源的壽命已經(jīng)不是決定燈具壽命的關(guān)鍵因素，LED控制裝置一旦損壞只能更換燈具。

另外，對(duì)TM-28燈和燈具的預(yù)測(cè)壽命推算，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也主要是測(cè)試工作電流、溫度、光通量等光電參數(shù)，不考慮控制裝置壽命，也沒有提到燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化，這對(duì)壽命推算驗(yàn)證可能存在影響。雖然目前在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確說明驅(qū)動(dòng)電源是否可替換，但在實(shí)際測(cè)試中還是應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。

對(duì)于不可替換光源的燈具結(jié)構(gòu)，如透鏡直接固定在LED顆粒上無法拆下，如圖4所示；又如粘貼式或卡扣式的透光罩，與燈具為一體不可拆卸，強(qiáng)行拆卸會(huì)破壞燈具結(jié)構(gòu)導(dǎo)致無法復(fù)原的，這些類型的燈具，都沒有合理的方法進(jìn)行初始狀態(tài)時(shí)的溫度布點(diǎn)測(cè)試，也不適合使用該條款進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證[2-3]。

圖4 燈珠與透鏡一體式

4.3 燈具聲稱壽命的選擇

燈具聲稱的壽命可長(zhǎng)可短，燈具聲稱光通維持率可高可低，同樣的一款產(chǎn)品，制造商聲稱35 000 h壽命時(shí)光通維持率為80%，或聲稱30 000 h壽命時(shí)光通維持率為85%都是可以的。如上述測(cè)試實(shí)例B，如果一開始按較低的測(cè)試條件（如宣稱產(chǎn)品25 000 h時(shí)維持率為85%）去進(jìn)行，40 ℃的老煉測(cè)試應(yīng)該可以通過。

耐熱能力相對(duì)較差且易老化的光學(xué)材料，在實(shí)際應(yīng)用于室內(nèi)燈具時(shí)，并不會(huì)有太大的問題，畢竟大多數(shù)室內(nèi)燈具的Ta值就是25 ℃，不會(huì)像戶外燈具的工作環(huán)境那么嚴(yán)苛。室內(nèi)燈具的實(shí)際工作環(huán)境溫度也相對(duì)要低很多，一般不會(huì)超過40 ℃，實(shí)際測(cè)試下來，教室燈具的芯片工作溫度大都在40 ℃以下。因此，一味追求產(chǎn)品更長(zhǎng)的額定壽命宣稱值，而簡(jiǎn)單選用60 ℃高溫老煉條件加速模擬測(cè)試，并不科學(xué)，而且產(chǎn)品測(cè)試情況也大多不符合標(biāo)準(zhǔn)。因此，燈具生產(chǎn)廠應(yīng)該結(jié)合自身產(chǎn)品的特點(diǎn)，在合理的范圍內(nèi)宣稱燈具壽命和光通維持率。

4.4 如何確定LED顆粒I’f

檢測(cè)中的難點(diǎn)在于確認(rèn)單顆LED顆粒的工作電流。在標(biāo)準(zhǔn)中，主要測(cè)定燈具內(nèi)LED模塊的輸入電流，根據(jù)不同電路計(jì)算模塊單元的I’f，以確定I’f與LM80報(bào)告給出的模塊電流If的對(duì)應(yīng)性。筆者認(rèn)為該條應(yīng)由客戶提供聲稱的單顆芯片工作電流值，再由檢測(cè)人員計(jì)算并實(shí)測(cè)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的合理性。此外，還有溫度數(shù)據(jù)的布點(diǎn)和采集。要測(cè)量光源溫度，必須拆除光學(xué)部件，因此測(cè)量溫度的熱電偶布點(diǎn)應(yīng)在測(cè)量初始光參數(shù)前進(jìn)行，并且在測(cè)試過程中始終固定在光源板上，以保證燈具在后續(xù)各項(xiàng)測(cè)試時(shí)狀態(tài)保持一致，盡量減少由于拆卸和安裝光學(xué)部件給整個(gè)測(cè)試過程帶來的影響。

5 結(jié)束語

結(jié)合上述測(cè)試實(shí)例和分析，檢測(cè)人員在檢測(cè)燈具的可靠性時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況判斷，幫助燈具廠家在檢測(cè)環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)問題，為用戶提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品。