LED 燈具的耐久性與熱試驗

錢劉星 張佰軍

上海市質量監督檢驗技術研究院，上海201114

國家電光源質量監督檢驗中心（上海），上海201114

0 引言

LED 燈具有自己的特點，一般不使用傳統的光源控制裝置，如電感鎮流器、電子鎮流器。LED 光源的發熱情況也與傳統光源不同，導致LED 燈具產品的熱學設計和散熱結構都會發生變化。由于LED 燈具的大范圍普及高速發展，國際上燈具安規標準IEC 60598-1對LED 燈具的要求也在不斷更新，IECEE 國際電工委有一些針對耐久性和熱試驗的CTL 決議在廣泛使用，針對與國標的區別，有必要展開分析，以總結出LED燈具國內如何做好相應的測試。

1 耐久性試驗的周期

在GB 7000.1—2015[1]的12.3.1 中要求：“c) 燈具應在箱內共試驗168 h, 分成7 個連續的24 h 周期。在每周期中, 前21 h, 按下面d) 規定的電源電壓施加于燈具上, 剩余的3 h 斷開電源。燈具的初始加熱期屬于第一個試驗周期的一部分。前6 個周期線路條件應處于正常工作, 而第7 個周期線路條件應處于異常工作(見附錄C)。對裝有電動馬達(例如風扇) 的燈具,應選擇會產生最不利試驗結果的異常條件。對于按照12.5.1 無異常條件試驗的燈具, 其總試驗時間應為240 h (即正常工作10×24 周期)。對于鎢絲燈燈具, 所有情況下, 其總試驗時間應為240 h。”

在12.5 熱試驗（異常工作）的內容中，異常工作條件共有4 種：1) 工作位置的異常；2）異常線路條件（附錄C）；3）誤用GLS 燈泡；4）二次線路短路。由此可見，附錄C 所列的異常線路條件僅是12.5.1 的一部分。耐久性的試驗周期中要求沒有12.5.1 這4 種異常條件的燈具，需進行240 h 的測試，而標準只明示168 h 中的第7 個周期處于附錄C 的條件下。那么假如燈具的異常條件為12.5.1 中的1），3）或4），則沒有明確，根據光源異常線路條件的實際效果，對于其他異常條件的燈具，特別是LED 燈具，應該做240h的耐久性。

2 III 類LED 燈具的試驗電壓

現行國標GB 7000.1—2015[1]并未特別給出Ⅲ類LED 燈具的耐久性測試電壓。IECEE 在 CTL DSH0919A[2]決議中規定：“Ⅲ類LED 燈具如果為恒壓輸入，則耐久性與熱試驗均為1.1 倍的電壓，如果是恒流輸入，則耐久性與熱試驗均應達到1.1 倍的電流。”

3 LED 燈具的正常條件熱試驗

早期標準還未包含LED 燈具要求時，LED 燈具的熱試驗遵循CTL 決議“DSH0745”[3]，即正常條件熱試驗以1.06 倍額定電壓進行試驗。現行國標GB 7000.1—2015 發布后，IECEE 同期也取消了DSH0745這份決議，原因是標準中已經有了LED燈具的內容。

現行國標GB7000.1—2015[1]中對除電容器以外的帶c標記部件的要求為：“以1.00 倍的額定電壓進行測試。”這個要求回歸了傳統燈具，把DSH0745 中的1.06 倍額定電壓又改回了1.00 倍，故實驗室應用1.00 倍額定電壓來測試LED 控制裝置的c值，1.06 倍下的測試數據僅供參考。

GB 7000.1—2015 較老版標準，還有一個細微的變化，見表1。

表1 新舊版本標準中Tc 溫度限值對照表

5 LED 燈具常見的問題

LED 燈具由于散熱結構的特殊性，耐久性與熱試驗中出現的問題和傳統燈具有所不同。傳統光源如高強度氣體放電燈、鹵鎢燈等，光源發熱相對較高。這些光源在使用電感鎮流器時，鎮流器本身的線圈溫度也較高，使得容易出現問題的部位一般為燈頭燈座處、電感鎮流器的附近。LED 燈具一般使用電子控制裝置，其溫升沒有電感鎮流器那么高，且LED 燈具的熱源一般在LED 芯片的熱沉、散熱片上，良好的散熱會讓LED 光源降低結溫，從而把光衰控制在理想的水平。

出于散熱結構的改變，一般LED 燈具的矛盾會集中在靠近光源的導線、端子座、受壓導線等地方，或由于高a值導致c不合格使LED 燈具產生問題。

LED 燈具的發熱源主要來自LED 光源和LED 控制裝置，如圖1 所示，故而熱試驗的考核主要集中在（1）LED 控制裝置c、（2）受壓導線和（3）近光源導線。尤其在燈具的a較高時，近光源導線和受壓導線最易超出溫度限值要求。控制裝置c只要保持一定的間距，一般不難符合要求。為使燈具的熱試驗數據能符合GB 7000.1—2015 的要求，除了在LED 光源模組上用多組金屬片進行散熱，同時在近光源導線和受壓導線上加上一層套管從而提高導線的溫度限值。

圖1 LED 投光燈

嵌入式LED筒燈的使用環境相對其他燈具來說更加嚴酷，是在一個相對密閉的空間，燈具的溫升顯然會更高一點。這就要求燈具的結構設計以及相關零部件的選用應更加合理。當LED 燈具光源與LED 控制裝置分體時（如圖2 所示），兩個發熱源相對獨立，不易相互影響而使溫度更高，這是一種常見的結構，燈具熱試驗相對容易符合要求。當燈具LED 光源與LED控制裝置一體時（如圖3 所示），控制裝置在光源的上方顯然會使控制裝置的溫度比圖2 高，燈具應選用Tc相對高一點的控制裝置來滿足標準限值的要求。當燈具使用單顆大功率LED 模塊（如圖4 所示），在相同功率的情況下，比多顆小功率LED 模塊散發的熱量高得多，近光源導線很容易超過限值，因而燈具可在導線外加一層套管或使用耐高溫導線。但是如果透光罩材料選用不佳或塑料件過于靠近光源，很容易因溫度過高而燒壞，燈具應謹慎使用此類光源。此外，圖2和圖4 所示的分體式燈具，由于結構要求，光源腔也需要導線固定架，這樣受壓導線的溫度也是需要考慮的。

圖2 分體式LED 燈具

圖3 一體式LED 燈具

圖4 單顆大功率LED 燈具

6 總結

通過標準條款的分析、CTL 決議的引入、常見的LED 燈具案例分析，讓LED 燈具的檢測更規范，熱學設計也有據可依。LED 燈具因為其綠色節能，改變了人們的生活，而熱恰恰是半導體壽命非常重要的指標。做好LED 燈具的散熱，將大大延長光源的壽命，這樣才能真正讓綠色節能的LED 有更長遠的發展。