Thử nghiệm tiêu chuẩn hóa cho đèn LED mở rộng sang các thiết bị chiếu sáng
Đèn LED có độ bền đáng kể và hiếm khi hỏng hóc nghiêm trọng. Chế độ lỗi có nhiều khả năng xảy ra hơn là mờ dần cho đến khi ánh sáng phát ra không còn phù hợp với mục đích đã định. Sự suy giảm độ sáng và thay đổi màu sắc diễn ra rất từ từ và "tuổi thọ" đèn LED tiềm năng (thời điểm mà thiết bị không còn phù hợp với mục đích sử dụng) có thể vượt quá 50.000 giờ.
Các thử nghiệm tiêu chuẩn hóa cho phép các nhà sản xuất đèn LED cung cấp cho các kỹ sư chiếu sáng những ước tính định lượng về tuổi thọ của sản phẩm mà không cần các công ty phải trải qua quá trình thử nghiệm chip đến mức hỏng hóc kéo dài không thực tế.
Bản thân đèn LED chỉ là một phần nhỏ của thiết bị chiếu sáng ở trạng thái rắn. Sau khi được tích hợp vào thiết bị cố định, độ duy trì quang thông và màu sắc của đèn LED có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt, dao động nguồn điện và ứng suất cơ học không xuất hiện trong quá trình thử nghiệm ban đầu. Tuy nhiên, các kỹ sư ánh sáng không có cách tiêu chuẩn hóa để kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này và do đó không có cách nào cải thiện thiết kế cố định của họ để tối đa hóa tuổi thọ của sản phẩm.
Sự kết hợp giữa quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn hóa và phương pháp sử dụng dữ liệu từ thử nghiệm để dự đoán tuổi thọ của thiết bị hiện đã được Ủy ban Quy trình Thử nghiệm của Hiệp hội Kỹ thuật Chiếu sáng Bắc Mỹ (IESNA) phát triển và đang ở giai đoạn phê duyệt cuối cùng. Bài viết này giải thích cách thức hoạt động của phương pháp thử nghiệm và dự đoán cũng như cách nó sẽ giúp các nhà thiết kế ánh sáng cải thiện tuổi thọ của thiết bị cố định của họ.
Kiểm tra đèn LED
Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, tuổi thọ của ánh sáng có liên quan đến điều kiện hoạt động (ví dụ: nhiệt độ môi trường và chu kỳ hoạt động), nhưng thông thường người dùng có thể mong đợi một bóng đèn sợi đốt có tuổi thọ 1.000 giờ và bóng đèn halogen có tuổi thọ gấp đôi. Trong trường hợp đèn huỳnh quang, công nghệ chấn lưu ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của sản phẩm; với chấn lưu giá rẻ, tuổi thọ của đèn có thể lên tới 20.000 giờ, tăng lên 30.000 đối với loại đắt tiền hơn.
Tất nhiên, đèn LED cũng thất bại. Đôi khi thất bại này thật thảm khốc; ví dụ, nhựa epoxy được sử dụng để bao bọc khuôn có thể quá nóng và nở ra, gây áp lực lên các kết nối liên kết của thiết bị cho đến khi chúng bị bung ra. Hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD) có thể khiến mối nối bán dẫn của đèn LED bị hỏng ngay lập tức. Một nguyên nhân khác gây ra sự cố nghiêm trọng là sự hình thành các sợi kim loại, đặc biệt là trong môi trường ẩm ướt hoặc nơi đèn LED chịu áp lực cơ học, khiến dây dẫn bắc cầu gây ra đoản mạch.
Tuy nhiên, với điều kiện đèn LED được điều khiển và giữ mát theo khuyến nghị của nhà sản xuất, các thiết bị này có xu hướng bền đáng kể và chỉ một tỷ lệ nhỏ trong số chúng thực sự bị hỏng nghiêm trọng. Một kết quả có nhiều khả năng xảy ra hơn là đèn LED sẽ mờ dần cho đến khi lượng ánh sáng phát ra không đủ cho mục đích dự định (được ngành chiếu sáng xác định là dưới 70% sản lượng đầu ra khi còn mới hoặc "L".70").
Điều này trái ngược với hệ thống chiếu sáng truyền thống có nhiều khả năng thất bại thảm hại hơn. (Ánh sáng truyền thống có thể giảm độ sáng từ 20 đến 30 phần trăm trong suốt thời gian sử dụng, nhưng các thiết bị chiếu sáng thường chết trước khi người tiêu dùng nhận ra (Hình 1).)
Hình 1: Đường cong duy trì Lumen cho đèn chiếu sáng và đèn LED truyền thống. Lưu ý xu hướng chiếu sáng truyền thống thất bại thảm hại trước khi nhận thấy sự suy giảm quang thông.
Sự kết hợp của tương đối ít sự cố thảm khốc và sự suy giảm cực kỳ dần dần về lượng ánh sáng có nghĩa là tuổi thọ tiềm năng của đèn LED vượt quá 40.000, 50.000 hoặc thậm chí 60.000 giờ không phải là một kỳ vọng vô lý.
Tuy nhiên, trong môi trường thương mại, các nhà sản xuất không thể yêu cầu các đèn LED của họ phải trải qua thử nghiệm kéo dài trong sáu năm để chứng minh những tuyên bố về tuổi thọ của chúng. Thay vào đó, một thử nghiệm ngắn hơn, kết hợp với phép ngoại suy tiêu chuẩn hóa các xu hướng thu được từ dữ liệu thử nghiệm, được sử dụng để xác định thời gian thực hiện.Đèn LED sẽ tồn tại. Các nhà sản xuất đèn LED lớn thường xuyên đưa sản phẩm của họ vào cuộc thử nghiệm do IESNA phát triển và đặt tên là LM-80, "Phương pháp được phê duyệt để kiểm tra độ duy trì Lumen của nguồn sáng LED".
Hai phòng thí nghiệm có trụ sở tại Hoa Kỳ, Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST), cùng với một nhóm gồm sáu nhà sản xuất đèn LED (bao gồm OSRAM và Cree), đã đưa ra Biên bản ghi nhớ kỹ thuật (TM-21, "Dự kiến Lumen dài hạn Bảo trì nguồn sáng LED") để xác định thuật toán ngoại suy cho thử nghiệm hệ số duy trì quang thông bằng cách sử dụng dữ liệu từ LM-80.
Thuật toán bỏ qua dữ liệu từ 1.000 giờ đầu tiên nhưng sử dụng dữ liệu từ 5.000 giờ thử nghiệm cuối cùng (hoặc 50% dữ liệu cuối cùng trong trường hợp thử nghiệm lớn hơn 10.000 giờ (Hình 2)). Sau đó, dữ liệu sẽ được đưa vào mô hình ngoại suy hàm mũ bằng phương pháp đường cong bình phương tối thiểu. L70phép ngoại suy sau đó là giá trị thấp hơn của kết quả L70thời gian hoặc sáu lần thời gian thử nghiệm LM-80. Ví dụ: với 6.000 giờ dữ liệu thử nghiệm LM-80 thì L70= 36.000 giờ. Với 10.000 giờ dữ liệu thử nghiệm LM-80 thì L70= 60.000 giờ.1(Xem bài viết của TechZone "Xác định tuổi thọ định mức của đèn LED: Một thách thức khó khăn.")
Hình 2: Ví dụ về dữ liệu thử nghiệm LM-80 được sử dụng cho L70phép ngoại suy.
Đèn LED thương mại tự hào có L ấn tượng70kết quả. Philips Lumileds cho biết đèn LED trắng LUXEON Rebel của họ, thiết bị 105 lm/W (ở 350 mA) cung cấp độ sáng tối đa 226 lm (ở 1 A), vượt quá yêu cầu duy trì quang thông của Energy Star với L70con số vượt quá 36.000 giờ (Hình 3).
Hình 3: Kết quả cho đèn LED LUXEON Rebel của Philips Lumileds sử dụng quy trình kiểm tra LM-80 và thuật toán ngoại suy TM-21.
Cree và OSRAM cho biết rằng các thiết bị-công suất cao của họ như XLamp XM-L2 trước đây, chip 153 lm/W (ở 700 mA) và OSLON SSL của OSLON, chip 125 lm/W (ở 350 mA) trước đây, cho phép các nhà sản xuất thiết bị cố định sử dụng chúng vượt quá các tiêu chuẩn của Energy Star.
Giới hạn ở đèn LED
Vấn đề với các phương pháp thử nghiệm hiện tại là chúng chỉ kiểm tra tuổi thọ của chính đèn LED. Đó là dữ liệu hữu ích, nhưng khi con chip được tích hợp vào một thiết bị cố định thì có nhiều điều có thể sai sót hơn. Bộ nguồn là một điểm yếu tiềm ẩn, nhưng có lẽ quan trọng hơn là hiệu quả quản lý nhiệt của sản phẩm vì nhiệt dư thừa được thừa nhận là “sát thủ” số một của đèn LED.
Theo Cree, "phần lớn cơ chế hỏng đèn LED phụ thuộc vào nhiệt độ-. Nhiệt độ điểm nối tăng cao làm giảm công suất phát sáng và tăng tốc độ xuống cấp của chip".2
Nguyên nhân chính gây phai màu ở đèn LED là do cấu trúc bên trong của khuôn bị suy giảm và sự xuống cấp này càng trầm trọng hơn khi nhiệt độ cao. Nói tóm lại, hiệu suất lượng tử bên trong, thước đo số lượng tái hợp lỗ electron-tại điểm nối loại n-loại/p- của chip dẫn đến một photon phát ra có bước sóng khả kiến, giảm dần khi sự sai lệch trong cấu trúc tinh thể của chip tăng lên gấp bội. Điều này là do sự lệch vị trí khuyến khích sự tái hợp-không bức xạ và như tên cho thấy, sự kết hợp không-bức xạ không tạo ra photon phát ra.
Nhà sản xuất chip LEDlàm việc chăm chỉ để giảm số lượng khuyết tật trong các thiết bị khi mới, nhưng quy trình sản xuất chất bán dẫn không hoàn hảo và sẽ luôn có một số lỗi. Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất dưới sự kiểm soát của kỹ sư thiết kế có ảnh hưởng đến tuổi thọ bằng cách giảm sự nhân lên của các sai lệch là nhiệt độ mối nối. (Xem bài viết của TechZone "Tìm hiểu nguyên nhân gây mờ dần ở-đèn LED có độ sáng cao.")
Thử nghiệm mới cho thiết bị chiếu sáng LED
Bởi vì các lựa chọn thay thế chiếu sáng truyền thống là những sản phẩm trưởng thành nên có sẵn dữ liệu về tuổi thọ toàn diện hơn cho các sản phẩm này và người tiêu dùng rất muốn xem đèn LED so sánh như thế nào. Tin vui là đèn ở trạng thái rắn-có khả năng chiếu sáng rực rỡ trong phép so sánh như vậy. Tin xấu là các nhà sản xuất phải đối mặt với vấn đề tương tự mà họ gặp phải với chính con chip; việc thử nghiệm đến thất bại mất nhiều thời gian đến mức không thực tế.
Hiện tại, các nhà sản xuất giải pháp thay thế "có sẵn" cho hệ thống chiếu sáng truyền thống đang cố gắng hết sức để cung cấp thông tin về hiệu suất lâu dài của sản phẩm dựa trên dữ liệu về (các) đèn LED ở trung tâm sản phẩm của họ. Trong khi sử dụng dữ liệu thử nghiệm đó để xác định tuổi thọ của mộtđèn LEDthiết bị cố định là một khởi đầu tốt, nó sẽ chỉ đưa ra con số gần đúng vì các yếu tố khác có thể rút ngắn tuổi thọ của thiết bị cố định.
LED Dynamics đã giới thiệu sản phẩm mà họ tuyên bố là sản phẩm thay thế đèn huỳnh quang T8 dựa trên đèn LED-có sẵn trên thị trường đầu tiên. Thiết bị này cung cấp tới 1.900 lm với hiệu suất 94 lm/W với Chỉ số kết xuất màu (CRI) là 85. Được gọi là EverLED-VE, bộ đèn này có nhiệt độ màu tiêu chuẩn 4.000 và 5.000 K. Bảng dữ liệu của LEDdynamics cho biết EverLED{14}}VE có tuổi thọ định mức là 10 năm và người tiêu dùng dự kiến tuổi thọ định mức là 0%.
Tương tự, ROHM Semiconductor cung cấp giải pháp thay thế-cho bóng đèn sợi đốt, R-B15L1 (Hình 4). Bóng đèn tạo ra 550 lm ở mức tiêu thụ điện năng 8 W (cho hiệu suất 69 lm/W). R-B15L1 hoạt động trực tiếp từ nguồn điện 100 VACđầu vào và ROHM tuyên bố "tuổi thọ" là 40.000 giờ.
Hình 4: R{1}}B15L1 của ROHM có tuổi thọ được công bố là 40.000 giờ.
Điều thực sự cần thiết là một-phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn ngành để định lượng tuổi thọ của bất kỳ thiết bị chiếu sáng LED nào. IESNA đã đáp ứng nhu cầu này bằng cách áp dụng phương pháp tương tự như phương pháp được sử dụng để kiểm tra đèn LED độc lập. Quy trình kiểm tra kết quả, LM-84 "Kiểm tra bảo trì màu sắc và độ sáng của đèn LED, động cơ và đèn chiếu sáng," đang trong giai đoạn phê duyệt cuối cùng với ủy ban IESNA.
Tài liệu này mô tả các quy trình cần thiết để thu được các phép đo độ duy trì màu sắc và quang thông đồng nhất và có thể tái tạo trong các điều kiện vận hành tiêu chuẩn ở nhiệt độ môi trường xung quanh là 25 ±5 độ và chu kỳ chiếu sáng là 11 giờ bật, 1 giờ tắt.
Tuy nhiên LM-84 sẽ không kể lại toàn bộ câu chuyện. Giống như LM-80, LM-84 chỉ cung cấp dữ liệu về mức độ duy trì màu sắc và độ sáng của thiết bị cố định trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Thật không may, nó không cung cấp hướng dẫn hoặc đưa ra bất kỳ khuyến nghị nào liên quan đến ước tính dự đoán hoặc phép ngoại suy để duy trì quang thông hoặc màu sắc vượt quá giới hạn của các phép đo thực tế.
Đồng cảm với nhu cầu đưa ra dự đoán về thời gian thực sự phù hợp với mục đích sử dụng của một thiết bị chiếu sáng LED, IESNA đang tiến tới một phương pháp kết hợp dữ liệu thử nghiệm LM-84 trên các thiết bị chiếu sáng với tài liệu TM-28 mới tiêu chuẩn hóa các phương pháp chiếu dữ liệu đo được trong khoảng thời gian dài hơn (nhiều). Cách tiếp cận tương tự với cách sử dụng LM-80 và TM-21 để dự đoán độc lậpđèn LEDvà bảo trì màu sắc.
Các nguyên tắc cơ bản của TM-28 có thể giống với TM-21. Dự báo sẽ dựa trên dữ liệu thử nghiệm trung bình, loại trừ các đơn vị được thử nghiệm ngừng hoạt động trong quá trình thử nghiệm; cơ sở toán học được sử dụng trong TM-28 sẽ không khác với TM-21 và độ dài chiếu phải dựa trên kích thước mẫu và mức độ tin cậy có ý nghĩa thực tế.
Một vấn đề mà ủy ban phải đối mặt là sự thiếu hụt dữ liệu. Khi TM-21 được phát triển cho đèn LED, có ít nhất 40 bộ dữ liệu như vậy, một số dành cho đèn LED đã được thử nghiệm trên 10.000 giờ, có thể được sử dụng để đánh giá cơ sở toán học của TM-21. Hầu như không có dữ liệu thử nghiệm đèn LED tương đương.
Một giải pháp đang được xem xét là phản ánh yêu cầu của LM-80 trong thử nghiệm 6.000 giờ (hoặc hơn) và sử dụng cùng một thuật toán để chiếu duy trì màu sắc và độ sáng. Điều đó vẫn để ngỏ câu hỏi liệu dữ liệu từ đèn LED đang được thử nghiệm với thời gian hoạt động dưới 6.000 giờ vẫn có thể được sử dụng để đưa ra dự đoán hay không. Ngành này mong muốn giảm thời gian và chi phí của những thử nghiệm như vậy và đã có tiền lệ: Energy Star cho phép sử dụng dữ liệu thử nghiệm đèn LED trong 3.000 giờ để sơ tuyển.
Nhóm làm việc TM-28 đã so sánh dữ liệu thử nghiệm LM-80 trong 3.000 giờ và 6.000 giờ đối với đèn LED và kết luận rằng có đủ mối tương quan giữa hai dữ liệu này để đưa ra dự đoán hợp lý về tuổi thọ từ dữ liệu 3.000 giờ. Các thuật toán được sử dụng để chiếu từ những dữ liệu này tương tự như các thuật toán được mô tả trong TM-21, nhưng do thời gian thử nghiệm ngắn hơn nên việc sử dụng phương pháp chiếu có điều kiện hơn sẽ được bổ sung.3
Điều gì tiếp theo đối với các thử nghiệm chiếu sáng ở trạng thái rắn-?
Sau khi được xuất bản, tài liệu LM-84 và TM-28 sẽ được sử dụng cùng nhau cho các thiết bị chiếu sáng LED giống như cách LM-80 và TM-21 đã được sử dụng cho đèn LED độc lập. Các tài liệu mới sẽ cho phép ngành chiếu sáng thể rắn áp dụng phương pháp tiêu chuẩn hóa để xác định khả năng duy trì màu sắc và quang thông của sản phẩm, giúp người tiêu dùng so sánh ánh sáng LED với ánh sáng truyền thống như thế nào.
Tuy nhiên, bởi vìđèn LEDlà một ngành-chưa-hoàn thiện nên vẫn còn nhiều việc phải làm. Các tiêu chuẩn và phương pháp thử nghiệm khác đang tập trung vào các loại và đặc tính sản phẩm cụ thể. Tài liệu SSL 7A-2013 của Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia có trụ sở tại Hoa Kỳ, "Pha-Cắt giảm độ sáng cho ánh sáng trạng thái rắn-: Khả năng tương thích cơ bản," giải quyết một vấn đề chính đối với ánh sáng ở trạng thái rắn-bằng cách cung cấp các yêu cầu về khả năng tương thích để sử dụng các sản phẩm đèn LED có thể điều chỉnh độ sáng và bộ điều chỉnh độ sáng cắt pha-chuyển tiếp (loại phổ biến nhất).4
IESNA cũng vẫn bận rộn. Tiếp theo có thể là LM-85"Phương pháp được IES phê duyệt để đo điện và đo quang của đèn LED công suất cao-," giải quyết các phép đo cho đèn LED công suất cao-cần tản nhiệt để hoạt động bình thường và bao gồm đèn LED trắng cũng như đèn LED-một màu. Sau đó là TM-26 "Dự kiến tuổi thọ định mức cho các gói đèn LED," sẽ sử dụng TM-21 L70thông tin về hệ số duy trì quang thông tiến thêm một bước nữa bằng cách tăng cỡ mẫu và bao gồm cả những lỗi nghiêm trọng trong tính toán để đưa ra định nghĩa thực tế về "tuổi thọ định mức của đèn LED" thay vì chỉ là "tuổi thọ duy trì quang thông".
https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/18w-3000k-6ft-led-tube.html
Công ty TNHH Công nghệ chiếu sáng Benwei Thâm Quyến
Điện thoại: +86 0755 27186329
Điện thoại di động(+86)18673599565
Whatsapp :19113306783
E-mail:bwzm15@benweilighting.com
Skype: benweilight88
Web:www.benweilight.com
