LED路燈特性室內(nèi)外長(zhǎng)程測(cè)試中的誤差分析

1、引言

近年來(lái)，LED光源高效、長(zhǎng)壽、綠色環(huán)保的特點(diǎn)被人們所認(rèn)識(shí)和重視，同時(shí)隨著近10年來(lái)LED技術(shù)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，相關(guān)LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)的日漸成熟，采用半導(dǎo)體光源替換現(xiàn)有城市道路光源已經(jīng)成為半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的一大趨勢(shì)，日益受到人們的關(guān)注。但要大量推廣LED路燈，就必須對(duì)LED路燈產(chǎn)品有一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定一些強(qiáng)制性的性能指標(biāo)，以保證產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。從目前LED路燈產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái)看，最主要的就是整燈壽命、整燈光效和光衰曲線這幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

LED路燈作為一個(gè)系統(tǒng)，影響上述性能的因素較多，如電源驅(qū)動(dòng)的特性、光學(xué)元件的耐候性、整燈結(jié)構(gòu)的防水防塵性能等都會(huì)嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的光效和壽命，即光用LED芯片或模組的光學(xué)特性并不能完整地描述的性能，因此必須進(jìn)行整燈的老化測(cè)試以取得符合系統(tǒng)實(shí)際性能的數(shù)據(jù)。

作為戶外照明產(chǎn)品的LED路燈，其可靠性就必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)程測(cè)試，時(shí)間跨度往往需要數(shù)千小時(shí)，而現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)程測(cè)量的精度由于受到環(huán)境、測(cè)試方法等方面因素的干擾，會(huì)與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大的差異。

圖為檢測(cè)部門(mén)組織的多家企業(yè)提供的不同LED路燈在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與在戶外場(chǎng)地測(cè)試的光衰結(jié)果對(duì)比。

圖所示為22種LED路燈產(chǎn)品2000小時(shí)的光衰測(cè)試數(shù)據(jù)，從圖中可以看出：

A、LED路燈在戶外場(chǎng)地測(cè)試得到的光衰值都大于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測(cè)試的光衰值；

B、若以實(shí)驗(yàn)室測(cè)試為依據(jù)，則大部分光衰都在5%以下，而若以戶外測(cè)試為依據(jù)，則這批路燈的光衰都明顯偏大，不宜批量生產(chǎn)；

C、不同路燈產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的這一測(cè)試差別也不同，范圍為5%-15%.

由此就給最終用戶對(duì)選用LED路燈產(chǎn)品造成了困難，即究竟應(yīng)該采用什么方法來(lái)檢測(cè)，該相信哪組測(cè)試數(shù)據(jù)？

目前在各級(jí)與LED路燈相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范指標(biāo)中，都對(duì)LED路燈的光衰做了嚴(yán)格的要求，基本都要求連續(xù)點(diǎn)亮3000小時(shí)后，路燈光衰不高于2%;要達(dá)到如此高的光衰測(cè)試要求，對(duì)于各類(lèi)引起測(cè)量誤差的關(guān)鍵因素就必須進(jìn)行分析并作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。

2、影響LED路燈光效測(cè)量精度的主要因素

對(duì)于LED路燈的期望壽命測(cè)量方法，相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出了LED路燈的期望壽命測(cè)量方法，方法規(guī)定在一定的技術(shù)規(guī)范規(guī)定條件測(cè)量LED路燈，并在規(guī)定的測(cè)溫點(diǎn)監(jiān)測(cè)LED路燈的外殼溫升。每隔100~300小時(shí)記錄一定距離下LED路燈燈下點(diǎn)的照度，直至測(cè)量到6000小時(shí)。如到6000小時(shí)仍未達(dá)到LED路燈壽命，則可用燈下點(diǎn)照度下降的規(guī)律外推出LED路燈的壽命，即期望壽命。在期望壽命測(cè)量和外推計(jì)算中，以LED路燈在1000小時(shí)的發(fā)光特性為初始值，外推出的LED路燈光通量下降到初始值的70%的時(shí)間為期望壽命。

由此可見(jiàn)，對(duì)LED路燈要進(jìn)行光衰與壽命測(cè)試，時(shí)間跨度都在3個(gè)月以上。由于測(cè)試場(chǎng)地的影響往往需要在路燈安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，如圖所示。

由此也就必然會(huì)遇到測(cè)試準(zhǔn)確度的判定及干擾因素的消除問(wèn)題，在此我們先分析一下影響LED路燈光效測(cè)量精度的主要因素。

電源的穩(wěn)定性

在《整體式LED路燈的測(cè)量方法》中對(duì)于電源電壓要求為：在穩(wěn)定期間，電源電壓應(yīng)穩(wěn)定在額定值的±0.5%的范圍內(nèi)；測(cè)量時(shí)，電源電壓應(yīng)穩(wěn)定在額定值的±0.2%的范圍內(nèi)，基波頻率偏差不得大于0.1%,諧波失真小于3%;壽命試驗(yàn)的電源電壓應(yīng)穩(wěn)定在±2%以內(nèi)。

在LED驅(qū)動(dòng)方面，通常使用恒流驅(qū)動(dòng)，電流的波動(dòng)就直接影響了LED的發(fā)光通量，為了驗(yàn)證實(shí)際產(chǎn)品的性能，考察了2家在LED路燈電源方面進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和有著較多使用經(jīng)驗(yàn)的電源生產(chǎn)廠家的LED驅(qū)動(dòng)器，其電流控制精度分別為±2%和3%.

然而這只是標(biāo)明的穩(wěn)態(tài)狀況，在此我們更應(yīng)注意幾個(gè)參數(shù)：穩(wěn)定電流隨外加電壓變化的燈下測(cè)試點(diǎn)波動(dòng)、隨運(yùn)行時(shí)間的慢性漂移以及隨外界溫度變化的穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)室對(duì)某公司75WLED開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行測(cè)試表明，開(kāi)關(guān)電源輸出電流基本不隨外加電壓的變化而變化，穩(wěn)定精度達(dá)到±0.01%以上，可以忽略其影響。對(duì)75W大功率開(kāi)關(guān)電源的老化測(cè)試情況來(lái)看，經(jīng)2400小時(shí)的老化后，電源輸出電流穩(wěn)定精度達(dá)到±0.02%以上，也可以忽略此因素對(duì)開(kāi)關(guān)電源輸出穩(wěn)流精度的影響。

我們知道，即使在在南方城市，對(duì)于跨度2000小時(shí)的測(cè)試，環(huán)境溫差也至少有20oC，這種溫度的變化會(huì)影響LED開(kāi)關(guān)電源輸出電流的變化。