近年來(lái)，大功率LED因其節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著LED技術(shù)的迅速發(fā)展，如何提高LED燈具的性能已成為研究重點(diǎn)。對(duì)LED燈具的性能評(píng)估有助于提高燈具性能。比如增加燈具的光輸出、增加過(guò)熱保護(hù)功能以提高可靠性、簡(jiǎn)化熱機(jī)械設(shè)計(jì)等。為此，對(duì)大功率LED燈具的性能評(píng)估必不可少，而傳統(tǒng)老化試驗(yàn)因其耗時(shí)較長(zhǎng)、評(píng)估環(huán)境較高，相應(yīng)的試驗(yàn)研究較少。高溫老化作為一種常用的老化測(cè)試手段，模擬燈具在現(xiàn)實(shí)使用條件中涉及到的各種因素，對(duì)燈具產(chǎn)生老化的情況進(jìn)行相應(yīng)條件加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，模擬燈具的工作過(guò)程，考察其性能隨時(shí)間的變化。高溫老化通過(guò)提高工作溫度來(lái)增加實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度，從而大大縮短測(cè)試時(shí)間，可以通過(guò)短時(shí)間的測(cè)試了解產(chǎn)品燈具長(zhǎng)時(shí)間的老化情況。

現(xiàn)今的大功率白光LED主要由大功率藍(lán)光LED加熒光粉組成，因此，對(duì)大功率藍(lán)光LED燈具的研究可以作為對(duì)大功率白光LED燈具研究的一個(gè)重要參考。對(duì)藍(lán)光LED投光燈具進(jìn)行高溫老化可以綜合評(píng)估燈具的性能，是考察燈具的平均無(wú)故障工作時(shí)間和故障率的一個(gè)重要手段。為了評(píng)估大功率藍(lán)光LED燈具的性能，本文對(duì)兩種藍(lán)光LED投光燈具進(jìn)行了高溫老化試驗(yàn)，測(cè)量燈具的光電參數(shù)，并分析其光電性能變化，研究其光衰情況。

1 試驗(yàn)原理及過(guò)程

隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED燈具的集成化程度越來(lái)越高，LED燈具的結(jié)構(gòu)越來(lái)越細(xì)微，制造工藝越來(lái)越復(fù)雜，因此在制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生潛伏缺陷。對(duì)一個(gè)好的LED燈具產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，不但要求有較高的性能指標(biāo)，而且還要有較高的穩(wěn)定性。LED燈具產(chǎn)品的穩(wěn)定性取決于設(shè)計(jì)的合理性、所選取的光源器件性能、燈具的整燈制造工藝等因素。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用高溫老化工藝對(duì)LED燈具進(jìn)行篩選，以提高其穩(wěn)定性和可靠性。功率LED的使用壽命可達(dá)50 000 h，采用常規(guī)的壽命試驗(yàn)方法需要6年才能評(píng)價(jià)其壽命，對(duì)于快速發(fā)展的LED技術(shù)來(lái)說(shuō)，這種方法并不能滿足LED的發(fā)展速度?，F(xiàn)在國(guó)外廠家一般采用10 000 h的壽命實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為評(píng)估依據(jù)，推測(cè)LED的實(shí)際壽命，這個(gè)時(shí)間顯然也有些過(guò)長(zhǎng)。根據(jù)多種功率LED在不同應(yīng)力下的壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，采用一種實(shí)用的加速壽命試驗(yàn)方法，可以用較少的樣品在較短的時(shí)間內(nèi)評(píng)估功率LED的長(zhǎng)期使用壽命。

1.1 高溫老化原理及設(shè)備

為了提高燈具可靠性并延長(zhǎng)燈具的無(wú)故障工作時(shí)間，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行必要的考核，確保燈具的優(yōu)秀品質(zhì)和期望工作時(shí)間的工藝就是高溫老化的原理。“通電加溫老化”的目的是將電氣控制組件PCB板上元器件的缺陷、焊接和裝配等生產(chǎn)過(guò)程中存在的隱患盡早暴露，保證燈具能經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。老化后進(jìn)行電氣參數(shù)測(cè)量，篩選剔除失效或變值的元器件，盡可能把燈具的早期故障消滅在正常使用之前。

高溫老化設(shè)備(老化房)仿真出一種高溫環(huán)境測(cè)試的設(shè)備，是提高燈具穩(wěn)定性、可靠性的重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是各生產(chǎn)企業(yè)提高燈具質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)性的重要生產(chǎn)流程。老化房是專業(yè)設(shè)備，在規(guī)格與性能的設(shè)計(jì)必須滿足燈具試驗(yàn)的需求，也必須保證自身工作的穩(wěn)定性，因此它必須是高質(zhì)量、安全可靠的。采用先進(jìn)成熟的技術(shù)和設(shè)備，最穩(wěn)定、最實(shí)用的組件和材料，以較高的性能價(jià)格比設(shè)計(jì)老化房。能以較低的成本、較少的人員投入維持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2藍(lán)光LED投光燈的結(jié)構(gòu)與性能研究

大功率LED燈具主要由以下幾個(gè)部分組成：半導(dǎo)體光源器件、封裝基板、驅(qū)動(dòng)電源和燈具散熱結(jié)構(gòu)。

1.2.1 光源器件分析

兩種LED燈具芯片采用美國(guó)某公司生產(chǎn)的大功率發(fā)光二極管做光源，根據(jù)在環(huán)境溫度100℃下、工作1000 h進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)的結(jié)果，1 w藍(lán)光LED加速壽命試驗(yàn)500 h光衰減為9%。

1.2.2封裝基板分析

功率型LED封裝基板作為熱與空氣對(duì)流的載體，其熱導(dǎo)率對(duì)LED的散熱起著決定性作用。選擇合適的基板，對(duì)LED的散熱性和可靠性具有鶯要影響。功率型LED封裝基板材料要求具有高電絕緣性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)、平整性和較高的強(qiáng)度。

1.2.3 驅(qū)動(dòng)電源分析

LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)必須要綜合考慮各種因數(shù)，如效率轉(zhuǎn)換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容等。LED足特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)。

1.2.4 散熱系統(tǒng)分析

LED的光源特性決定了其對(duì)溫度的特殊要求，散熱能力是一個(gè)相當(dāng)重要的考核指標(biāo)，通常通過(guò)散熱的結(jié)構(gòu)封裝技術(shù)及散熱裝置設(shè)計(jì)來(lái)保障最佳的光亮度及延長(zhǎng)其無(wú)故障工作時(shí)間。

1.3 藍(lán)光LED投光燈高溫老化光電性能測(cè)試過(guò)程

隨著發(fā)光二極管(LED)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)大功率LED燈具的性能有了更高的要求，對(duì)LED光、色、電參數(shù)的測(cè)量也提出了更高的要求，如：亮度高低、波長(zhǎng)的一致性、抗靜電能力強(qiáng)弱、漏電電流的大小等。

本試驗(yàn)選用浙江大學(xué)的三色SPR3000D光電綜合測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，分析LED投光燈的光電性能。測(cè)試過(guò)程：將LED燈具(包含驅(qū)動(dòng)電源)放人積分球.加220 V工作電壓，使其處于正常工作狀態(tài)，進(jìn)行光電測(cè)試。LED燈具在高溫環(huán)境下光衰減性能分析的試驗(yàn)過(guò)程：將LED燈具放入老化試驗(yàn)室，力H220 V工作電壓，使其處于正常工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度設(shè)為55℃，測(cè)試時(shí)間為480 h。在老化過(guò)程中，每48 h測(cè)一次燈具的光電參數(shù)，以分析其光電參數(shù)變化情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

藍(lán)光LED投光燈屬于大功率LED燈具的一種，為了綜合評(píng)估燈具的性能，對(duì)LED投光燈進(jìn)行高溫老化試驗(yàn)，以此來(lái)考察燈具的無(wú)故障工作時(shí)間和故障情況。通過(guò)對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)的藍(lán)光LED燈具進(jìn)行高溫老化試驗(yàn)，測(cè)量老化過(guò)程中燈具的光電參數(shù)，分析其光衰變化情況。燈具在老化過(guò)程中光通量(φ)變化如圖l所示。

從上圖藍(lán)光LED燈具光通量變化情況可以看出。兩種LED投光燈的初始值差別不是很大，光通量集中在285—315 lm。總體來(lái)說(shuō)，A型燈具光通量變化幅度較小，燈具Al光通量呈逐漸下降趨勢(shì);燈具A2初期光通量有上升趨勢(shì)，在240—384 h出現(xiàn)小幅波動(dòng)，后逐漸趨于平穩(wěn)。相對(duì)A型，B型燈具光通量衰減較大，從老化開始，B型燈具光通量呈大幅度衰減，在老化240 h后逐漸趨于平穩(wěn)，接近210 lm，相對(duì)于初始接近290 lm的光通量衰減了四分之一多。燈具具體光衰減情況如表l所示。φ1為初始光通量;φ2為老化后光通量;△φ為光衰。

2.2 結(jié)果討論

本試驗(yàn)中的兩種燈具采用相同的光源器件與封裝基板，不同處在于散熱結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電源。對(duì)比兩種燈具的老化光衰情況，明顯A型LED投光燈性能優(yōu)于B型LED投光燈，而兩種燈具所采用的光源是同一種，那么可以推斷產(chǎn)生差異的源頭有兩種可能：一是燈具散熱結(jié)構(gòu)的差異;二是驅(qū)動(dòng)電源的差異。

2.2.1 散熱結(jié)構(gòu)分析

散熱能力的影響因素主要從三方面考慮：散熱材料的選取、散熱面積的大小、散熱方式的制定。選材優(yōu)化主要考慮材料的熱導(dǎo)率，因此材料的選取有一定的局限性。增加散熱面積可以促進(jìn)散熱，而好的散熱方式可以快速將表面熱量帶走，大幅度地提高LED的散熱能力，因此散熱的關(guān)鍵是增加散熱面積與改變散熱方式。本試驗(yàn)中的兩種燈具采用的足同種散熱材料與散熱方式，不同之處在于散熱面積A型燈具大于B型燈具。試驗(yàn)過(guò)程中A型燈具溫度明顯低于B型燈具。

LED燈具散熱設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于：最短的熱路徑;必須以最快速的方法將熱量導(dǎo)出然后散出。通過(guò)燈具散熱的分析和計(jì)算，可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)散熱方式和散熱器的選擇，保證LED燈具工作在安全的溫度范圍內(nèi)，減少質(zhì)量問題，提高可靠性。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)電源分析

除了溫度、電壓和電流對(duì)于LED的壽命、光衰也有著極大的影響。由于LED的特性所致，微小到幾毫安的電流波動(dòng)也將對(duì)LED的壽命與光效產(chǎn)生極大的影響。一般采用定電壓、定電流技術(shù)，使得流過(guò)每粒LED的電流均為恒值、從而保證高亮度LED的亮度與壽命。本試驗(yàn)中的兩種燈具采用兩種不同型號(hào)恒流穩(wěn)壓電源，根據(jù)光電參數(shù)測(cè)試結(jié)果，A型燈具的電學(xué)參數(shù)穩(wěn)定性優(yōu)于B型燈具，分析可能對(duì)燈具光學(xué)性能有所影響。

3 結(jié)語(yǔ)

LED燈具性能的優(yōu)劣受多方面因素影響。從器件的選擇，散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到驅(qū)動(dòng)電源的匹配都會(huì)對(duì)LED燈具的光電參數(shù)造成一定影響。本文測(cè)量老化過(guò)程中燈具的光電參數(shù)，分析其光衰變化情況，發(fā)現(xiàn)在光衰過(guò)程中，LED光通量有上升的情況。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在選取相同光源的情況下，不同的散熱技術(shù)與小同的驅(qū)動(dòng)電源配備都會(huì)對(duì)燈具性能造成一定影響。從散熱結(jié)構(gòu)角度來(lái)說(shuō)，在散熱材料與散熱方式相同的情況下，增大散熱面積有利于燈具的散熱并保證較好的性能。從驅(qū)動(dòng)電源角度來(lái)說(shuō)，采用穩(wěn)定性高的電源有助于提高燈具的性能。因此對(duì)于LED燈具來(lái)說(shuō)，在光源一致的情況下，散熱結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電源的配備都是至關(guān)重要的。