Standardisert testing for LED-er utvides til belysningsarmaturer
LED er bemerkelsesverdig holdbare og svikter sjelden katastrofalt. En mer sannsynlig feilmodus falmer inntil lyseffekten blir uegnet for det tiltenkte formålet. Nedgangen i lysstyrke og endring i farge er veldig gradvis, og potensielle LED-"levetider" (punktet der enheten ikke lenger er egnet til formålet) på over 50 000 timer er mulig.
Standardiserte tester gjør det mulig for LED-produsenter å gi belysningsingeniører kvantitative estimater av levetiden til produktene deres uten at selskapene må gå gjennom den upraktisk langvarige prosessen med å teste brikkene til feil.
Selve LED-en er bare en liten del av en solid-belysningsarmatur. Når den er integrert i en armatur, kan lumen- og fargevedlikeholdet til LED-en bli påvirket av faktorer som varme, strømforsyningssvingninger og mekanisk stress som ikke var tilstede under den opprinnelige testen. Imidlertid hadde lysingeniører ingen standardisert måte å teste hvor alvorlig effekten av disse faktorene kan være, og følgelig ingen måte å forbedre armaturets design for å maksimere produktets levetid.
Kombinasjonen av en standardisert testprosedyre og en metode for å bruke dataene fra testen til å forutsi levetiden til armaturet er nå utviklet av Illuminated Engineering Society of North Americas (IESNA) Testing Procedures Committee og er på endelig godkjenningsstadium. Denne artikkelen forklarer hvordan test- og prediksjonsmetoden fungerer og hvordan den vil gjøre det mulig for lysdesignere å forbedre levetiden til armaturene sine.
Tester lysdioder
I følge det amerikanske energidepartementet er levetiden for lys relatert til driftsforhold (for eksempel omgivelsestemperatur og driftssyklus), men vanligvis kan en bruker forvente at en glødepære varer i 1000 timer og en halogen dobbelt så lenge. Når det gjelder lysstoffrør, påvirker ballastteknologien produktets levetid i stor grad; med billig ballast kan røret vare i 20 000 timer, økende til 30 000 for dyrere typer.
Selvfølgelig svikter LED også. Noen ganger er denne fiaskoen katastrofal; for eksempel kan epoksyharpiksen som brukes til å innkapsle dysen overopphetes og utvide seg, noe som legger press på enhetens festede koblinger til de gir etter. Elektrostatisk utladning (ESD) kan forårsake umiddelbar svikt i LED-ens halvlederforbindelse. En annen årsak til katastrofal svikt er dannelsen av værhår i metall, spesielt i fuktige omgivelser eller hvor LED-en utsettes for mekanisk påkjenning, som broledere forårsaker kortslutning.
Men forutsatt at LED-ene drives og holdes kjølige i henhold til produsentens anbefalinger, har enhetene en tendens til å være bemerkelsesverdig holdbare, og bare en liten prosentandel av dem feiler faktisk katastrofalt. Et mer sannsynlig utfall er at LED-en gradvis vil falme inntil lyseffekten blir utilstrekkelig for formålet den var ment for (definert av belysningsindustrien som mindre enn 70 prosent av ytelsen når den er ny eller "L70").
Dette er i motsetning til tradisjonell belysning som er mye mer sannsynlig å mislykkes katastrofalt. (Tradisjonell belysning kan redusere lysstyrken med 20 til 30 prosent i løpet av levetiden, men armaturene dør vanligvis i god tid før forbrukeren merker det (Figur 1).)
Figur 1: Lumenvedlikeholdskurver for tradisjonell belysning og LED. Legg merke til tendensen til at tradisjonell belysning svikter katastrofalt før nedbrytning av lumen blir lagt merke til.
Kombinasjonen av relativt få katastrofale feil og ekstremt gradvis nedgang i lyseffekt betyr at potensielle LED-levetider på over 40 000, 50 000 eller til og med 60 000 timer ikke er en urimelig forventning.
I et kommersielt miljø kan det imidlertid ikke forventes at produsenter utsetter sine LED-er for en test som varer mesteparten av seks år for å bevise deres påstander om lang levetid. I stedet brukes en kortere test, kombinert med en standardisert ekstrapolering av trender utledet fra testdataene, for å bestemme hvor lenge enLED vil vare. The major LED makers routinely subject their products to the test, developed by IESNA and dubbed LM-80, "Godkjent metode for lumenvedlikeholdstesting av LED-lyskilder".
To USA-baserte laboratorier, Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) og National Institute of Standards and Technology (NIST), har sammen med en gruppe på seks LED-produsenter (inkludert OSRAM og Cree), laget et teknisk memorandum (TM-21, "Projiserer langsiktig lumenvedlikehold av LED-lyskilder") for å definere en ekstrapolasjonsalgoritme for lumenvedlikeholdstesting ved å bruke dataene fra LM-80.
Algoritmen ignorerer data fra de første 1000 timene, men bruker dem fra de siste 5000 timene av testen (eller siste 50 prosent av dataene ved tester over 10 000 timer (Figur 2)). Dataene blir deretter tilpasset en eksponentiell ekstrapolasjonsmodell ved å bruke en minste-kvadratkurvemetode. L70ekstrapolering er da den laveste av den resulterende L70tid eller seks ganger LM-80-testtiden. For eksempel, med 6000 timer med LM-80-testdata, så L70= 36 000 timer. Med 10 000 timer med LM-80 testdata, så L70= 60 000 timer.1(Se TechZone-artikkelen "Bestemme LED-rangert levetid: En vanskelig utfordring.")
Figur 2: Eksempel på LM-80-testdata brukt for L70ekstrapolering.
Kommersielle LED-er har imponerende L70resultater. Philips Lumileds sier at dens LUXEON Rebel white LED, en 105 lm/W (ved 350 mA) enhet som tilbyr maksimal lysstyrke på 226 lm (ved 1 A), overgår vedlikeholdskravene til Energy Star-lumen med en L70tall i overkant av 36 000 timer (figur 3).
Figur 3: Resultater for Philips Lumileds' LUXEON Rebel LED ved bruk av LM-80 testprosedyre og TM-21 ekstrapolasjonsalgoritme.
Cree og OSRAM sier at enhetene deres med høy-effekt, som førstnevntes XLamp XM-L2, en 153 lm/W (ved 700 mA)-brikke og sistnevntes OSLON SSL, en 125 lm/W (ved 350 mA)-brikke, gjør det mulig å overgå armaturprodusenter som bruker Star-standarder.
Begrenset til lysdioder
Problemet med dagens testmetoder er at de kun tester levetiden til selve LED-en. Det er nyttige data, men når brikken er integrert i en armatur er det mye mer som kan gå galt. Strømforsyningen er en potensiell svakhet, men kanskje viktigere er effekten av produktets termiske styring fordi overskuddsvarme er anerkjent som den største "killer" av lysdioder.
Ifølge Cree er "de fleste LED-feilmekanismer temperatur-avhengige. Høye krysstemperaturer forårsaker reduksjon av lyseffekt og akselerert chipnedbrytning."2
Den primære årsaken til falming i en LED skyldes nedbrytning av den indre strukturen til selve formen, og denne nedbrytningen forverres av høye temperaturer. Kort sagt, intern kvanteeffektivitet, et mål på antall elektron-hull-rekombinasjoner ved brikkens n-type/p--type-kryss som resulterer i et utsendt foton med en synlig bølgelengde, går ned ettersom dislokasjoner i brikkens krystallstruktur multipliseres. Dette er fordi dislokasjonene oppmuntrer til ikke-strålingsrekombinasjon, og som navnet antyder, resulterer ikke-strålende kombinasjon i et utsendt foton.
LED-brikkeprodusenterjobber hardt for å redusere antall defekter i enhetene når de er nye, men halvlederproduksjonsprosesser er ikke perfekte og det vil alltid være noen feil. Den viktigste faktoren under kontroll av designingeniøren som påvirker levetiden ved å redusere multiplikasjon av dislokasjoner er overgangstemperaturen. (Se TechZone-artikkelen "Forstå årsaken til falming i lysdioder med høy-lysstyrke.")
En ny test for LED-lysarmaturer
Fordi de tradisjonelle belysningsalternativene er modne produkter, er mer omfattende levetidsdata tilgjengelig for disse produktene, og forbrukere er opptatt av å se hvordan lysdioder kan sammenlignes. Den gode nyheten er at fast-lys sannsynligvis vil skinne sterkt i en slik sammenligning. Den dårlige nyheten er at produsentene står overfor det samme problemet som de møtte med brikkene selv; testing til feil tar så lang tid at det er upraktisk.
Foreløpig gjør produsenter av «drop-in»-erstatninger for tradisjonell belysning sitt beste for å gi informasjon om den langsiktige-ytelsen til produktet deres basert på dataene for LED(ene) i hjertet av produktene deres. Mens du bruker slike testdata for å bestemme levetiden til enLED-belysningarmaturet er en god start, det kommer bare til å gi en tilnærming på grunn av de andre faktorene som kan forkorte armaturets levetid.
LED dynamics har introdusert det den hevder er den første kommersielt-tilgjengelige LED-baserte T8-lysrørerstatningen. Enheten tilbyr opptil 1900 lm med en effektivitet på 94 lm/W med en fargegjengivelsesindeks (CRI) på 85. Armaturen kalles EverLED-VE og er tilgjengelig i 4000 og 5000 K standard fargetemperaturer. LEDdynamics' dataark sier at EverLED-VE har en nominell levetid på 10 år, og forbrukere bør forvente null prosent svikt i den nominelle levetiden.
På samme måte tilbyr ROHM Semiconductor en mindre-erstatning for glødepærer, R-B15L1 (figur 4). Pæren produserer 550 lm ved et strømforbruk på 8 W (for en effekt på 69 lm/W). R-B15L1 opererer direkte fra en 100 VACinput, og ROHM hevder en "levetid" på 40 000 timer.
Figur 4: ROHMs R-B15L1 har en påstått levetid på 40 000 timer.
Det som virkelig trengs er en industristandard-testmetode for å kvantifisere levetiden til en hvilken som helst LED-lysarmatur. IESNA har svart på dette kravet ved å ta i bruk en lignende tilnærming til den som brukes til å teste frittstående lysdioder. Den resulterende testprosedyren, LM-84 "LED-lamper, motorer og armatur Lumen- og fargevedlikeholdstest," er i sin siste godkjenningsfase med IESNA-komiteen.
Dokumentet beskriver prosedyrene som kreves for å oppnå ensartede og reproduserbare lumen- og fargevedlikeholdsmålinger under standard driftsforhold med en omgivelsestemperatur på 25 ±5 grader og en lyssyklus på 11 timer på, 1 time av.
LM-84 vil imidlertid ikke gi hele historien. I likhet med motstykket LM-80, gir LM-84 kun data om hvor godt armaturets farge og lysstyrke opprettholdes over en relativt kort periode. Dessverre gir den ingen veiledning eller anbefaling angående prediktive estimeringer eller ekstrapolering for vedlikehold av lumen eller farge utover grensene for de faktiske målingene.
Med sympati for behovet for å komme med spådommer om hvor lenge en LED-lysarmatur faktisk vil være egnet til formålet, går IESNA videre mot en tilnærming som vil kombinere LM-84-testdata om lysarmaturer med et nytt TM-28-dokument som standardiserer metoder for å projisere de målte dataene over (mye) lengre perioder. Tilnærmingen er parallell med måten LM-80 og TM-21 brukes til å forutsi frittståendeLED lumenog fargevedlikehold.
Grunnprinsippene til TM-28 er sannsynligvis de samme som TM-21. Fremskrivningen vil være basert på gjennomsnittlige testdata, diskontert de testede enhetene som slutter å fungere under testen; det matematiske grunnlaget som brukes i TM-28 vil ikke avvike fra TM-21, og projeksjonslengden må være basert på en prøvestørrelse og et konfidensnivå som gir praktisk mening.
Et problem komiteen står overfor er mangel på data. Da TM-21 ble utviklet for lysdioder, var det minst 40 sett med slike data, noen for lysdioder som hadde blitt testet over 10 000 timer, som kunne brukes til å evaluere TM-21s matematiske grunnlag. Sammenlignbare testdata for LED-armaturer er stort sett utilgjengelige.
En løsning som vurderes er å speile kravet til LM-80 for 6000 timer (eller mer) med testing og bruke den samme algoritmen for vedlikeholdsprojeksjon av farge og lysstyrke. Det lar deg stille spørsmål om data fra LED-lamper som testes med mindre enn 6000 timer fortsatt kan brukes til å lage projeksjoner. Bransjen er opptatt av å redusere tiden og kostnadene for slike tester, og det er en presedens: Energy Star tillater 3000-timers testdata for LED-lamper for prekvalifisering.
TM-28-arbeidsgruppen har sammenlignet 3000- og 6000-timers LM-80-testdata for lysdioder og konkludert med at det er tilstrekkelig korrelasjon mellom de to til å lage fornuftige levetidsprojeksjoner fra 3000-timers data. Algoritmene som brukes til å projisere fra disse dataene ligner de som er beskrevet i TM-21, men på grunn av den kortere testvarigheten, vil mer betinget bruk av projeksjonsmetoden bli lagt til.3
Hva er det neste for tester av solid-lys?
Når de er publisert, vil dokumentene LM-84 og TM-28 brukes sammen for LED-lysarmaturer på samme måte som LM-80 og TM-21 har blitt brukt for frittstående LED-er. De nye dokumentene vil gjøre det mulig for solid-state belysningsindustrien å ta i bruk en standardisert tilnærming for å definere farge- og lumenvedlikehold av produktene deres, og hjelpe forbrukere med å finne ut hvordan LED-belysning kan sammenlignes med tradisjonell belysning.
Imidlertid fordiLED-belysninger en langt-fra-moden bransje, er det fortsatt mer arbeid å gjøre. Andre standarder og testmetoder fokuserer på spesifikke produkttyper og egenskaper. Den USA-baserte National Electrical Manufacturers Association (NEMA) SSL 7A-2013-dokument, "Fase-kuttet dimming for solid-tilstandsbelysning: grunnleggende kompatibilitet", tar opp et nøkkelproblem for solid-belysning ved å stille krav til kompatibilitet for bruk av dimmebare LED-produkter og foroverfase-dimmere (den vanligste typen).4
IESNA er fortsatt opptatt også. Neste er sannsynligvis LM-85"IES-godkjent metode for elektriske og fotometriske målinger av høy-lysdioder", som tar for seg målinger for høy-lysdioder som krever en kjøleribbe for normal drift, og inkluderer hvite lysdioder så vel som enkeltfargede-lysdioder. Så er det TM-26 "Projiserer vurdert levetid for LED-pakker," som vil ta TM-21 L70lumenvedlikeholdsinformasjon et skritt videre ved å øke prøvestørrelsen og inkludere katastrofale feil i beregningen for å komme opp med en faktisk definisjon av "LED vurdert levetid" i stedet for bare "lumenvedlikeholdslevetid."
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/18w-3000k-6ft-led-tube.html
Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
Telefon: +86 0755 27186329
Mobil (+86)18673599565
Whatsapp:19113306783
E-post:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Internett:www.benweilight.com
