Стандартизоване тестування світлодіодів поширюється на освітлювальні прилади
Світлодіоди надзвичайно довговічні і рідко виходять з ладу. Більш вірогідним режимом відмови є згасання, доки вихідне світло не стане непридатним для цільового призначення. Зменшення яскравості та зміна кольору відбувається дуже поступово, і потенційний «термін служби» світлодіодів (точка, коли пристрій більше не придатний для цілей) може перевищувати 50 000 годин.
Стандартизовані випробування дозволяють виробникам світлодіодів надавати інженерам по освітленню кількісні оцінки терміну служби їхніх продуктів без необхідності проходження компаній через непрактично тривалий процес тестування чіпів на вихід з ладу.
Сам світлодіод — це лише одна маленька частина твердотільного освітлювального приладу-. Після включення в світильник світлодіод і збереження кольору можуть залежати від таких факторів, як тепло, коливання джерела живлення та механічне навантаження, яких не було під час початкового випробування. Однак інженери з освітлення не мали стандартизованого способу перевірити, наскільки сильним може бути вплив цих факторів, і, отже, не було способу вдосконалити дизайн своїх світильників, щоб максимізувати термін служби виробу.
Поєднання стандартизованої процедури випробувань і методу використання даних випробувань для прогнозування терміну служби кріплення тепер розроблено Комітетом з процедур випробувань Товариства світлотехніки Північної Америки (IESNA) і знаходиться на стадії остаточного затвердження. У цій статті пояснюється, як працює метод тестування та прогнозування та як він дозволить дизайнерам освітлення покращити довговічність своїх світильників.
Тестування світлодіодів
Згідно з даними Міністерства енергетики США, термін служби освітлення залежить від умов експлуатації (наприклад, температури навколишнього середовища та робочого циклу), але зазвичай користувач може очікувати, що лампа розжарювання пропрацює 1000 годин, а галогенна — вдвічі більше. У випадку люмінесцентних ламп технологія баласту сильно впливає на термін служби продукту; з дешевим баластом трубка може прослужити 20 000 годин, збільшившись до 30 000 для дорожчих типів.
Звичайно, світлодіоди теж виходять з ладу. Іноді цей збій є катастрофічним; наприклад, епоксидна смола, яка використовується для інкапсуляції матриці, може перегріватися та розширюватися, створюючи тиск на скріплені з’єднання пристрою, доки вони не послабляться. Електростатичний розряд (ESD) може призвести до негайного виходу з ладу напівпровідникового переходу світлодіода. Іншою причиною катастрофічної несправності є утворення металевих вусів, особливо у вологому середовищі або там, де світлодіод піддається механічній напрузі, яка перемикає провідники, спричиняючи коротке замикання.
Однак, за умови, що світлодіоди працюють і охолоджуються відповідно до рекомендацій виробника, пристрої, як правило, надзвичайно довговічні, і лише невеликий відсоток із них справді катастрофічно виходить з ладу. Більш вірогідним результатом є те, що світлодіод поступово зникає, доки його світловий вихід не стане недостатнім для мети, для якої він був призначений (визначається освітлювальною промисловістю як менше 70 відсотків його вихідного світла, коли він новий або «L».70").
Це на відміну від традиційного освітлення, яке має набагато більше шансів катастрофічно вийти з ладу. (Яскравість традиційного освітлення може зменшитися на 20-30 відсотків протягом терміну служби, але світильники зазвичай вимикаються задовго до того, як споживач помітить (рис. 1).)
Рисунок 1: Криві збереження світлового потоку для традиційного освітлення та світлодіодів. Зверніть увагу на тенденцію традиційного освітлення до катастрофічного виходу з ладу до того, як буде помічено погіршення просвіту.
Поєднання відносно невеликої кількості катастрофічних відмов і надзвичайно поступового зниження світлового потоку означає, що потенційний термін служби світлодіодів, що перевищує 40 000, 50 000 або навіть 60 000 годин, не є необґрунтованим очікуванням.
Однак у комерційному середовищі не можна очікувати, що виробники піддадуть свої світлодіоди тесту, який триватиме більшу частину шести років, щоб підтвердити їхню довговічність. Натомість для визначення того, як довгоСвітлодіод прослужить. Основні виробники світлодіодів регулярно піддають свою продукцію випробуванню, розробленому IESNA та названому LM-80, "Схвалений метод випробування світлодіодних джерел світла".
Дві американські лабораторії, Тихоокеанська північно-західна національна лабораторія (PNNL) і Національний інститут стандартів і технологій (NIST), разом із групою з шести виробників світлодіодів (включаючи OSRAM і Cree), підготували Технічний меморандум (TM-21, "Проектування довгострокового технічного обслуговування світлодіодних джерел світла"), щоб визначити алгоритм екстраполяції для перевірки збереження просвіту з використанням даних з LM-80.
Алгоритм ігнорує дані за перші 1000 годин, але використовує їх за останні 5000 годин тесту (або останні 50 відсотків даних у випадку тестів понад 10 000 годин (рис. 2)). Потім дані вписуються в експоненціальну екстраполяційну модель за допомогою методу найменших{9}}квадратів. Л70тоді екстраполяція є нижчим із отриманого L70або в шість разів перевищує час випробування LM-80. Наприклад, з 6000 годинами даних тестування LM-80, тоді L70= 36 000 годин. З 10 000 годин тестових даних LM-80, потім L70= 60 000 годин.1(Див. статтю TechZone "Визначення номінального терміну служби світлодіодів: складне завдання.")
Рисунок 2: Приклад даних випробування LM-80, використаних для L70екстраполяція.
Комерційні світлодіоди мають вражаючу L70результати. Philips Lumileds каже, що її білий світлодіод LUXEON Rebel, 105 лм/Вт (при 350 мА) із максимальною яскравістю 226 лм (при 1 А), перевищує вимоги Energy Star щодо підтримки світлового потоку на L70цифра перевищує 36 000 годин (рис. 3).
Малюнок 3: Результати для світлодіодів LUXEON Rebel від Philips Lumileds із використанням процедури тестування LM-80 і алгоритму екстраполяції TM-21.
Cree та OSRAM кажуть, що їхні високо-потужні пристрої, як-от XLamp XM-L2 першого, чіп 153 лм/Вт (при 700 мА), і OSLON SSL другого, чіп 125 лм/Вт (при 350 мА), дозволяють виробникам світильників, які використовують їх, перевищувати стандарти Energy Star.
Обмежується світлодіодами
Проблема з поточними методами тестування полягає в тому, що вони перевіряють лише довговічність самого світлодіода. Це корисні дані, але коли чіп вбудовано в прилад, може піти не так набагато більше. Джерело живлення є однією з потенційних слабких сторін, але, мабуть, більш важливою є ефективність керування температурою продукту, оскільки надлишок тепла визнано «вбивцею» світлодіодів номер один.
За словами Крі, "більшість механізмів виходу з ладу світлодіодів-залежні від температури. Підвищені температури переходів спричиняють зниження світлового потоку та прискорену деградацію мікросхеми".2
Основною причиною згасання світлодіодів є деградація внутрішньої структури самого кристала, і ця деградація посилюється високими температурами. Коротше кажучи, внутрішня квантова ефективність, міра кількості рекомбінацій електронів-дірок на з’єднанні n-типу/p-типу чіпа, що призводить до випромінювання фотона видимої довжини хвилі, зменшується, коли дислокації в кристалічній структурі чіпа множаться. Це пояснюється тим, що дислокації сприяють не-випромінювальній рекомбінації, і, як випливає з назви, не-невипромінювальні комбінації не призводять до випромінюваного фотона.
Виробники світлодіодних мікросхемнаполегливо працювати, щоб зменшити кількість дефектів у нових пристроях, але процеси виробництва напівпровідників не є досконалими, і завжди будуть якісь несправності. Однак найважливішим фактором під контролем інженера-проектувальника, який справді впливає на довговічність шляхом зменшення розмноження дислокацій, є температура з’єднання. (Див. статтю TechZone "Розуміння причини згасання високо-яскравих світлодіодів.")
Новий тест для світлодіодних світильників
Оскільки традиційні альтернативи освітленню є зрілими продуктами, доступні більш повні дані про термін служби цих продуктів, і споживачі хочуть побачити порівняння світлодіодів. Хороша новина полягає в тому, що твердотільні-світильники, ймовірно, яскраво світитимуть у такому порівнянні. Погана новина полягає в тому, що виробники стикаються з тією ж проблемою, що й із самими мікросхемами; тестування до відмови триває так довго, що це непрактично.
На даний момент виробники замінників традиційного освітлення, що входять- в комплект, роблять усе можливе, щоб надати інформацію про-довгострокову ефективність свого продукту на основі даних про світлодіоди, які входять до складу їхніх продуктів. Під час використання таких тестових даних для визначення терміну служби ансвітлодіодне освітленнякріплення є хорошим початком, воно буде лише приблизною оцінкою через інші фактори, які можуть скоротити термін служби кріплення.
Компанія LED Dynamics представила те, що, за її словами, є першою комерційно доступною-світлодіодною-люмінесцентною лампою T8. Пристрій пропонує до 1900 лм при ефективності 94 лм/Вт з індексом передачі кольору (CRI) 85. Світильник під назвою EverLED-VE доступний у стандартних колірних температурах 4000 і 5000 K. У технічному паспорті LEDdynamics зазначено, що EverLED-VE має номінальний термін служби 10 років, і споживачі повинні очікувати нульового відсотка відмови від номінального терміну служби.
Подібним чином ROHM Semiconductor пропонує-заміну для ламп розжарювання R-B15L1 (рис. 4). Лампочка видає 550 лм при споживанні потужності 8 Вт (для ефективності 69 лм/Вт). R-B15L1 працює безпосередньо від 100 ВACвведення, а ROHM заявляє про «тривалість життя» 40 000 годин.
Рисунок 4: ROHM R-B15L1 пропонує заявлений термін служби 40 000 годин.
Справді потрібен галузевий-стандартний метод тестування для кількісної оцінки терміну служби будь-якого світлодіодного освітлювального приладу. IESNA відповіла на цю вимогу, застосувавши підхід, подібний до того, який використовується для тестування автономних світлодіодів. Отримана процедура випробувань LM-84 "Тест світлодіодних ламп, двигунів і світильників, а також збереження кольору," знаходиться на завершальній стадії затвердження в комітеті IESNA.
У документі описано процедури, необхідні для отримання рівномірних і відтворюваних вимірювань просвіту та збереження кольору за стандартних робочих умов температури навколишнього середовища 25 ±5 градусів і циклу освітлення 11 годин увімкнено, 1 година вимкнено.
Однак LM-84 не розкаже всю історію. Подібно до аналога LM-80, LM-84 надає лише дані про те, наскільки добре зберігаються колір і яскравість світильника протягом відносно короткого періоду часу. На жаль, він не містить вказівок і не дає жодних рекомендацій щодо прогнозних оцінок або екстраполяції люменів або підтримки кольору за межі фактичних вимірювань.
З розумінням ставлячись до необхідності робити прогнози про те, як довго світлодіодний освітлювальний прилад буде справді придатним для цілей, IESNA просувається до підходу, який об’єднає дані тестування LM-84 освітлювальних приладів з новим документом TM-28, який стандартизує методи проектування виміряних даних протягом (набагато) довших періодів. Цей підхід аналогічний тому, як LM-80 і TM-21 використовуються для автономного прогнозуванняСвітлодіодний люмені підтримання кольору.
Основні принципи ТМ-28, ймовірно, будуть такими ж, як і ТМ-21. Прогноз базуватиметься на середніх даних тестування, дисконтуючи тестовані одиниці, які перестають працювати під час тесту; математична основа, яка використовується в TM-28, не буде відрізнятися від TM-21, а довжина проекції повинна ґрунтуватися на розмірі вибірки та рівні достовірності, що має практичний сенс.
Однією з проблем, з якою стикається комітет, є брак даних. Коли TM-21 розробляли для світлодіодів, існувало принаймні 40 наборів таких даних, деякі для світлодіодів, які тестувалися протягом 10 000 годин, які можна було використовувати для оцінки математичної основи TM-21. Порівнянні дані випробувань світлодіодних світильників здебільшого недоступні.
Одне з рішень, яке розглядається, полягає в тому, щоб відобразити вимогу LM-80 протягом 6000 годин (або більше) тестування та використовувати той самий алгоритм для проекції збереження кольору та яскравості. Це залишає відкритим питання, чи можна використовувати дані зі світлодіодних ламп, які тестуються менше ніж 6000 годин, для прогнозування. Промисловість прагне скоротити час і вартість таких випробувань, і є прецедент: Energy Star дозволяє використовувати дані випробувань світлодіодних ламп протягом 3000 годин для попередньої кваліфікації.
Робоча група TM-28 порівняла 3000- та 6000-годинні дані випробувань LM-80 для світлодіодів і дійшла висновку, що існує достатня кореляція між ними, щоб зробити розумні прогнози терміну служби на основі 3000-годинних даних. Алгоритми, які використовуються для проектування на основі цих даних, подібні до описаних у TM-21, але через меншу тривалість тесту буде додано більш умовне використання методу проектування.3
Що далі для твердотільних-випробувань освітлення?
Після публікації документи LM-84 і TM-28 використовуватимуться разом для світлодіодних освітлювальних приладів так само, як LM-80 і TM-21 використовувалися для автономних світлодіодів. Нові документи дозволять індустрії твердотільного освітлення прийняти стандартизований підхід до визначення кольору та збереження світлового потоку своїх продуктів, допомагаючи споживачам визначити, як світлодіодне освітлення порівнюється з традиційним освітленням.
Однак тому щосвітлодіодне освітленнягалузь-не-далека від зрілої, ще є над чим працювати. Інші стандарти та методи випробувань зосереджені на конкретних типах продуктів і характеристиках. Документ SSL 7A-2013 Національної асоціації виробників електротехніки США (NEMA), "Phase-Cut Dimming for Solid{1}}Lighting: базова сумісність," вирішує ключову проблему твердотільного-освітлення, надаючи вимоги щодо сумісності для використання світлодіодних виробів із регулюванням яскравості та димерів-з прямофазовим відрізком (найпоширеніший тип).4
IESNA також залишається зайнятою. Далі, швидше за все, буде LM-85 "Схвалений IES метод електричних і фотометричних вимірювань потужних світлодіодів-", яка стосується вимірювань високо-потужних світлодіодів, які потребують радіатора для нормальної роботи, і включає білі світлодіоди, а також одно-кольорові світлодіоди. Крім того, є TM-26 "Прогнозований термін служби світлодіодних комплектів», яка візьме ТМ-21 Л70інформація про збереження світлового потоку на крок далі, збільшивши розмір вибірки та включивши катастрофічні помилки в обчислення, щоб отримати фактичне визначення «номінального терміну служби світлодіодів», а не просто «терміну служби світлодіодів».
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/18w-3000k-6ft-led-tube.html
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co., Ltd
Телефон: +86 0755 27186329
Мобільний (+86)18673599565
Whatsapp:19113306783
Електронна пошта:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Інтернет:www.benweilight.com
