LED芯片的使用寿命

26.07.13

怎样衡量灯具里面LED芯片的寿命?

很多制造商认为5万到10万小时的工作寿命是LED灯具的最吸引人的地方。灯具每年每天在工作大约12小时之后,灯具实际上才使用4千小时。既然这样,安装这样一款灯具是不是就意味着至少可以工作12.5年呢? 那么为什么生产商对他们的产品只提供2-3年的质保呢?在这篇文章中,我么会就LED灯具的寿命可能性以及怎么样去理解哪种灯具具有这种高品质展开详细讨论。

LED灯具,跟其他类型的灯具一样,会根据不同的特点来进行划分。首先是灯具照明的特性:光通量,光的分布,发光效率以及光谱特点。其二是使用特性:工作温度范围,灯体对温度和潮湿的抵抗力以及对机械压力,冲击以及振动的抵抗力。这些因素的结合来决定灯具的使用地点。当然,灯具的使用者在挑选灯具的时候,灯具的使用寿命也是非常重要的。所以,LED灯具,尤其是价格公道的LED灯具就会很受大家欢迎。学术上来说,便宜和质量稍微差一点的LED灯具的宣称使用寿命是一样的,而且初步看上去,除了价格之外其他地方是没有区别的。


从科学角度来看使用寿命

我们将会讨论专业术语,并且告知普通消费者怎样去理解“使用寿命”这个词。LED灯具的使用寿命指的是在很长时间内保持光亮并且保持特性的能力。从物理学上来说,LED灯具在特定环境下可以至少工作7年,那么在这段时间内,又是在什么情况下它的基本性能开始降低了呢?比如说,在这段时间内,它会保持它的光通量吗?它的功率要求会变化吗,那么其他的电性参数和灯的其他特性会变化吗?这个时候,大多数的生产商都不能对这些问题提出明确的答复。LED灯具是最近才开始大量兴起的,就是因为这个原因,目前也没有可靠的数据来证实这些问题。


影响LED灯具使用寿命的因素

LED灯具,跟其他当代高科技产品一样,是一件非常复杂的电子仪器。它是由光学和电子配件构成。制造商说每一个配件都有它们自己的使用寿命。光学配件包括LED芯片,二次光学,反射器和扩散器。它们的寿命是非常长的,可以达到10万小时(当光学特性退化40%或者更多)。电子配件包括驱动电源,控制系统。它们的使用寿命通常会比光学配件要短。可以准确的说,LED灯具的寿命就是由这些电子配件的其中一个的最小寿命所决定的。

我们将从使用寿命的角度就LED灯具和它的配件来展开讨论。比如,我们将会拿Shine® SMD 150W LED路灯来举例。


图1. LED户外灯具 Shine SMD 150W


在光学配件生产过程中,LED芯片是Cree,目前世界上领先的LED芯片生产商之一,生产的。Cree实验室为做了很多实验,并且制成了一个图表,将LED芯片(对芯片的不同色温进行试验)在使用过程中的的光通量减少体现了出来。


图2. 根据在不同温度下使用寿命的LED光通量图表


从图表中可以很明显的看出,在LED芯片过热之前,光学特性是会有一个很正常减少(10%)的,这个减少发生在3万个工作小时之后。Shine® SMD 150W LED灯具的结构为LED模组的高效散热提供了条件,消除了LED芯片的强烈过热。 SMD 150W LED路灯电子配件的核心是驱动电源,而这个电源是由飞利浦生产提供的。


图3. Shine户外灯具的结构。


飞利浦保证了电源的最高热量和湿度的防护等级:IP67。也就是说,即使是整个灯具的外壳损坏,灯具中的电源也不会受到外在因素的影响。这对整个灯具的使用寿命来说是一个额外的好处。而且,电源的制造商承诺,在8万小时之内,输出特性的减少不会超过10%。


图4. 具有调光功能的飞利浦电源


很有必要指出,这些结果是驱动电源的理想坏境(稳定的电源供应,温度的恒定,极少的外部因素影响,理想的负载等等)。可以说,电源工作的最理想的环境其实只能在实验室环境下。


电子配件和光学配件的兼容性

并不只是只有电源的负载因数才影响灯具质量。电源的负载因数展示出了在电源设计容量中,此电源能够占多少负载。例如,电源是以150W来设计的,但是LED模组只有75W,那么这个电源的负载就很小,负载因数就是50%。如果同一个电源,接在150W的模组上,此时的电源负载就满了,而且会在最大容量中工作(此时的负载因数就是100%)。实际情况中,100%的负载是几乎不可能的,但是我们会使电源负载是接近100%,这样是为了使电源用到最大能效。对于Shine® 路灯,飞利浦电源负载因数不会少于85%,这样就使得LED模组有了高效的电子性能,也不会让电源过于“空闲”。

电源负载不足的后果是不能被接受的, 是非常严重的。由于负载不足,负载因数变小(我们已经在文章《什么是功率因数》一文中指出,表明这个是什么意思)。这样的话,更多的能量在电路中“游走”,电线也会被腐蚀。由于电路的满载,也有可能出现突然的电路故障。在最坏的情况下,如果仪器的负载因数比较低的话,会造成短路。


还有其他因素会影响LED灯具的使用寿命吗?

当代的LED灯具不仅非常的经济实惠,而且如果管理恰当(包括远程控制)的话是有可能节约大量能源的。现有的Teliko,Dali还有其他的控制系统通常会对光学配件(LED芯片)有积极的影响,但是可能会减少电子配件的可靠性。在系统操作过程中,电路中的其他更多的因素会被破坏。因此,如果你决定使用控制系统的话,对灯具的“物料”的仔细检查是很有必要的。

总之,我们Shine® SMD 150W LED灯具是宣称5万小时的使用寿命的,也就是说,在这期间内,灯具会提供必要的照明和工作性能。根据上面对配件的简要分析,我们在操作这些灯具的时候是需要遵守操作守则的。


怎样对LED灯具宣称的使用寿命进行核实呢?

到目前为止,明确的说,对LED灯具(作为一整个仪器)的使用寿命进行证实的实用方法是比较缺乏的。因此,当我们在选择LED灯具,尤其是比较昂贵的灯具,比如路灯的时候,我们要知道生产商所使用的关键性配件是什么,同时也要知道他们是怎样防止这些配件不受外部因素的影响和损坏的。如果生产商能够证实灯具系统已经在宣称的使用寿命期间内实施和操作的话,那么这家公司的产品是相对比较好的。证明灯具在真实的工作环境下,是在宣称的使用寿命内的最有力证据是没有收到顾客的投诉。