LED 照明系统的可靠性：确保稳健的设计

[导读]在 LED 照明产品首次应用于普通照明至少 10 年后，如何评估 LED 照明产品的可靠性仍然是一个持续争论的话题，有时甚至是混乱的话题。下面我们将了解一些用于可靠性设计 LED 照明系统的指标和流程。

在 LED 照明产品首次应用于普通照明至少 10 年后，如何评估 LED 照明产品的可靠性仍然是一个持续争论的话题，有时甚至是混乱的话题。下面我们将了解一些用于可靠性设计 LED 照明系统的指标和流程。

白炽灯或荧光灯等现有照明技术的寿命通常以平均额定寿命为特征，即连续运行的灯的一半测试群体发生故障(即不再发光)的时间(以小时为单位)。白炽灯的平均额定寿命约为 1,000 小时，紧凑型荧光灯约为 12,000 小时，线性荧光灯约为 25,000 小时。相比之下，在适当环境条件下运行的 LED 可以发光 100,000 小时或更长时间，因此无法测量平均额定寿命。

相反，LED 照明寿命使用 L70 指标来表征，这是以小时为单位的时间，以流明 (L) 为单位测量的光输出下降到初始值的 70%。从可靠性工程角度来看，L70 的缺点是测试方法由公认的照明权威机构照明工程学会发布，仅基于 LED 封装的流明输出测量值，不考虑其他系统组件，例如驱动器、热管理设计，甚至光学器件。现有的照明制造商并没有把重点放在整体系统的可靠性上，因为灯几乎总是第一个出现故障的组件。随着 LED 照明的出现，制造商和最终用户已经开始明白，照明系统的其他部分可能是整个寿命的限制因素，如下表所示。

产品类别使用寿命(小时)

白炽灯1,000

节能灯12,000

线性荧光25,000

点灯25,000

LED灯槽56,000

LED路灯50,000

表 1 SSL 与其他照明技术相比的典型性能

正式意义上的可靠性是部件或系统在指定的操作条件下在指定的时间段内按预期运行的概率。产品可靠性评估几乎总是基于加速寿命测试统计建模和预测。对于 LED 照明系统，流明衰减和其他组件的故障都会影响整体可靠性，如下图所示。但是，将照明系统性能的这两个不同方面结合起来的统计模型被证明是难以捉摸的，这也是将重点放在稳健性测试上的主要原因。

在现场操作的背景下，稳健性是产品或系统在指定环境中按预期操作的能力的非量化指标，通过确认设计和生产过程产生的产品能够承受比正常预期更高的压力水平手术。几十年来，电子行业一直采用稳健性测试协议作为其验证计划的一部分。这个概念直到最近才被更大的 LED 照明社区所接受，因为人们已经意识到基于 LED 的照明产品与其他类型的电子产品没有太大区别，当然，它们会产生光。

与使用设计原型的可靠性测试相比，稳健性测试通常涉及使生产样品经受各种过应力条件，使其更多地成为整体 QA 计划的一部分。与目标是测试失败以了解失败模式的可靠性测试不同，稳健性测试的期望是所有产品在测试结束时都能正常运行。

LED 照明的稳健性测试类似于JEDEC、IEC和其他组织发布的其他类型电子设备的测试，但针对 LED 产品的特殊特性进行了定制。给定产品的具体测试协议将取决于预期的应用，例如，室内办公产品的测试面板可能不需要包括高温操作或振动。下表中列出的测试代表了推荐用于 LED 照明产品的一些更常见的稳健性测试。

测试样本量(典型)持续时间(典型)描述

高温操作30 个(3 个，共 10 个)1000 小时连续运行：

1. 与允许的最大电流对应的温度

2. 对应于允许的最高温度的驱动电流

低温操作30 个(3 个，共 10 个)1000 小时在 40 °C(典型值)的环境温度和工作温度允许的最大驱动电流下连续运行

电源循环操作30 个(3 个，共 10 个)1000 小时在标称温度和驱动电流下开/关操作。由制造商确定的占空比

非工作温度循环30 个(3 个，共 10 个)500 次循环在 T min = 40 °C 和

T max = 85 °C时，典型的浸泡时间和温度为 15 分钟

变频振动30 个(3 个，共 10 个)168 小时由制造商确定的频率分布

高温/高湿30 个(3 个，共 10 个)1000 小时在 85 °C 的典型环境温度和 85% 的典型 RH 下连续或循环运行

腐蚀30 个(3 个，共 10 个)168 小时在标称温度和驱动电流下运行，75% RH(典型值)至盐雾

曝光(非工作)3 个(3 个，共 1 个)1000 小时透镜和外壳材料暴露于近紫外辐射