钱诚;樊嘉杰;樊学军;袁长安;张国旗混合罐
【摘 要】By current reliability testing methods, the claim of such long lifetime operation requires an expensive and long period qualification test which restricts the development of LED industries.In this paper, based on an exponential-form degradation model with Arrhenius acceleration assumption, we develop an accelerated luminous flux depreciation test method.This proposed method reduces the test time from 6000 hours to 2000 hours, without the assistance of LM-80 test report of the LED sources nor the solder temperature.A number of numerical simulation and validation experiments on various LED lighting products show that the qualification results obtained by the proposed method agree well with those given by the Energy Star requirements.%由于LED照明产品寿命较长，传统可靠性测试需要较高的成本和较长的运行时间，这极大地限制了LED照明产品的市场推广。因此，本文以LED光通量e指数衰减模型和Arrhenius加速模型为理论基础，提出一种适用于LED照明产品光通量衰减的加速试验方法。该方法用于评估LED照明产品可靠性时不需要被
1-甲基环戊醇测产品所用光源的LM-80数据和基板焊点温度。模拟和实测试验的验证结果表明该方法可将LED可靠性测试通常要求的6000h测试时间缩短为2000h，并且可靠性评估结果和美国“能源之星”的评判结果基本一致。
延时开关电路【期刊名称】《照明工程学报》
【年(卷),期】2016(027)002
【总页数】7页(P43-48,63)
【关键词】LED照明产品;光通量衰减;加速实验;可靠性评估
【作 者】钱诚;樊嘉杰;樊学军;袁长安;张国旗
【作者单位】半导体照明联合创新国家重点实验室，中科院半导体研究所，北京 100083; 常州市武进区半导体照明应用技术研究院，江苏常州 213161;常州市武进区半导体照明应用技术研究院，江苏常州 213161; 河海大学机电工程学院，江苏常州 213022;常州市武进区半导体照明应用技术研究院，江苏常州 213161; 拉玛尔大学机械工程系，博蒙特，美国;
常州市武进区半导体照明应用技术研究院，江苏常州 213161;半导体照明联合创新国家重点实验室，中科院半导体研究所，北京 100083; 常州市武进区半导体照明应用技术研究院，江苏常州 213161; 代尔夫特理工大学EEMCS学院，代尔夫特，荷兰
【正文语种】中 文
【中图分类】TB114.3
与传统的照明产品(如白炽灯和荧光灯等)相比，LED具有高能效、环境友好和长寿命等方面的优势。因此，LED照明产品的市场占有率越来越高[1-2]。预计到2020年全球LED照明产品的市场占有率预期将达到60%～75%以上[3]。对于LED照明产品，功能和可靠性将是消费者的两大关注点。
光通量衰减失效是LED照明产品的一种重要失效模式[4-8]，因此，现有的可靠性测试或评估方法主要针对光通量衰减失效模式而提出。由于LED高可靠性和长寿命的特点，这些传统的方法规定对LED照明产品的测试时间要不低于6000h[9-11]，其中包括：美国环境保护署提出“能源之星”(Energy Star)的判定方法[12]、国际电工委员会(IEC)的PAS62612标准[1
3]和北美照明协会(IESNA)发布的TM-21技术备忘录[14]。2014年IESNA推出了针对LED灯具可靠性测试的技术备忘录TM-28[15]，在参考了所用LED光源6000h以上的LM-80可靠性测量数据和基板焊点温度前提下，仍要求灯具至少测试3000h。同样，中国国家标准(CQC)也规定LED照明产品可靠性测试时间至少为6000h[16-18]。如此长的测试时间已经接近甚至超过了普通LED照明产品更新换代的周期，因此严重影响了LED企业新产品向市场推广的速度。
本文提出了一种针对LED照明产品光通量衰减失效的加速试验方法。该方法以e指数衰减模型和Arrhenius温度加速模型为理论基础，利用已有LM-80试验数据计算模型参数并建立光通量衰减临界曲线，之后通过温度加速将LED照明产品的可靠性测试时间从6000h缩短为2000h(其中包括500h的预处理时间)。此外，使用该方法评估LED照明产品光通量衰减时，不需要提供光源的LM-80测试数据和基板焊点温度等信息。
在本节中，首先定义用于评价LED照明产品光通量衰减的临界曲线，再利用二阶段模型建立室温环境温度(即25℃)下和加速试验环境温度下LED照明产品光通量衰减临界曲线之间的关系。
加法器电路绝大多数LED照明产品在其工作时间内会产生一定程度的光学性能衰减现象。假设存在一条表征LED照明产品性能衰减的光通量衰减临界曲线，如图1所示。当被测LED照明产品的光通量衰减曲线落于光通量衰减临界曲线下方时，则认为该样品的光学性能未达到该条件下的可靠性评估要求，反之则满足要求[19]。
IESNA TM-21工作组系统地总结了LED照明产品所使用光源的光通量衰减数学模型，包括线性、e指数、对数等9种。其中，简单e指数模型见公式(1)，对实测光通量数据的拟合度最高[14]。
其中，Ф(t)为归一化的光通量维持率；α为光通量维持率的衰减因子；β为拟合常数，理论上等于1.0。广义来说，公式(1)不仅可以用来描述光源的光衰，也可以推广至LED照明产品[15]。在室温环境温度下, LED照明产品通常需要满足流明维持寿命L70(即燃点后LED照明产品光通量维持率降至初始值70%所需要的时间)大于25000h的设计要求。以此由公式(1)可推算燃点6000h后的光通维持率为91.8% [12]。
理论上，每一个环境温度下都对应存在一条光通量衰减临界曲线，如公式(1)所示。其中衰减因子随温度的变化符合Arrhenius方程[15-21]，如公式(2)所示。
本节通过计算加速衰减试验温度下的光通量衰减临界曲线，获得加速试验方法需要的负载时间，具体的过程分为两个互相独立的阶段。如图3所示，先按e指数方程计算到达光通量维持率阈值(如95%)所需的时间，然后进行温度加速(即①→②路径)。或者先进行温度加速再按e指数方程缩短测试时间(即③→④路径)。这两种过程得到的最终加速试验时间相同。
本文以①→②路径计算加速测试所需时间。由于LED照明产品寿命较长，在完整的L70寿命范围内对LED照明产品进行光通量衰减试验是不切实际的。例如，对于额定寿命L70为25000h的LED照明产品，美国“能源之星”采用的方法是将测试时间减少至6000h，并要求6000h测试的LED照明产品的光通量维持率不低于91.8%[22]。随着光通量测试技术的发展，测试精度不断增加，可以通过提高光通量维持率临界值来缩减测试时间。因此，本文将光通量维持率临界值由91.8%提高至95%，根据e指数衰减模型(即公式(1))推算测试时间由6000h缩减至约3594h。
本文分析了来自公开文献中统计的30组输入电流介于0.08A～1A的LED光源样本的LM-80测试数据[23-27]。在这30组LM-80测试数据中，有24组数据的最高Ts温度不超过105℃。由此推断常温条件下LED照明产品光源的Ts温度一般不应超过105℃。因此，我们将光通量衰减临界曲线的Ts1参数选为105℃。
图3为Ts=105℃时的LED光源光通量测试数据，红实线为该温度下本文定义的光通量衰减临界曲线。从图中可知，光通量衰减临界曲线覆盖了大多数LED照明产品光源的光通量衰减测试数据。由此可见，假设实际工作的焊点温度为105℃时，大多数LED照明产品光源可以满足6000h内光通量维持率不低于91.8%的规定。因此，图3也确定了Ts1=105℃选取的合理性。
顾婷婷是什么梗为了避免在加速环境下引起新的失效模式，本文选定55℃(高于室温30℃)作为LED照明产品的加速试验环境温度。假设LED照明产品光源模组的焊点温度与环境温度的差值不变，可以推算出55℃加速环境温度下的焊点Ts2温度为135℃(Ts1+30℃)。
