LED路灯标准实验方法综述

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简介:LED产业发展迅速,相关标准制定工作也在如火如荼进行当中。LED路灯领域更是如此,众多地方标准粉墨登场。不同标准对LED路灯的检测方法各不同,本文对各个标准的实验方法进行了分类整理,希望能够对企业的研发有所启 ...
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LED产业发展迅速,相关标准制定工作也在如火如荼进行当中。LED路灯领域更是如此,众多地方标准粉墨登场。不同标准对LED路灯的检测方法各不同,本文对各个标准的实验方法进行了分类整理,希望能够对企业的研发有所启迪。

  一、本文所引用的标准

  1、中华人民共和国国家标准??《道路照明LED灯》(送审稿),简称国家标准;

  2、广东省地方标准??《LED 路灯》,简称广东标准;

  3、陕西省地方标准??《道路照明用LED灯》(征求意见稿),简称陕西标准;

  4、“中华民国国家标准”??《发光二极管道路照明灯具》,简称台湾标准;

  5、国家半导体照明工程研发及产业联盟??《LED道路照明产品技术规范》,简称联盟标准;

  6、深圳市LED产业标准联盟??《深圳市 LED道路照明产品技术规范及能效指南》,简称深圳标准。

  二、光度测量方法

  国家标准

  6.5 光度性能的试验

  灯的光强分布和眩光(5.6)、 初始光效/光通量(5.7)、颜色特性(5.8)的试验按GB/T aaaa规定的方法测量。灯的光效通过计算得出。

  广东标准

  9.9 灯具的主要光参数

  9.9.1 平均色温和平均显色指数

  在25℃±1℃的环境温度和额定电压、额定频率下,用积分光谱测试系统测量,灯具样品放入积分球内,避免直射光射入测试探头,灯具外表面应粘贴不明显影响色温测试的白色覆盖膜,燃点1 h 后测试。

  9.9.2 灯具光效和灯具配光曲线

  在25℃±1℃的环境温度下,用光度分布测试系统测量。首先测试灯具的光通量及光强分布、配光曲线等,灯具光效为LED路灯的光通量与灯具的实际消耗功率的比值。

  陕西标准

  1.1 光强及光强分布测量

  路灯LED光强测量一般采用标准照度计在规定距离下进行测量,如图1所示,点燃LED灯,在规定距离R处,用标准照度计测量R处LED灯的照度,根据公式1计算LED的发光强度:

  I = E×R2 ………………………………………………(1)

  式中,E:LED在距离R处产生的照度(lx)

  I:LED的发光强度(cd)

  R:LED发光平面到标准照度计测试面的距离(m)

  1 2 3

  1.LED灯 2.带孔挡光屏 3.标准照度计

  图1 光强度照度计的示意图

  光强分布测试在二维旋转平台上进行,如图2所示,被测LED光源安装在二维旋转平台的水平轴上,绕其水平轴和垂直轴两个方向旋转,由安装在规定距离处光度探测器进行测试。

  图2 LED光源的光强分布测试结构原理图

  在LED灯的特征发光平面上,以不大于二十分之一预期半峰光束角的角度间隔测量LED灯的光强分布,根据光强分布曲线数据计算出半峰光束角。

  对于光束角小于10°或方向角要求较为严格的测量,必须准确安装和对准被测LED灯的初始位置,使被测LED灯的光度中心处于分布光度计的旋转中心。

  1.2 灯的光通量测量及其光效

  1.2.1 光通量测量

  光通量的测量一般采用绝对法和相对法:绝对法使用分布光度计,通过对发光强度在各个立体角上的积分实现对光通量的绝对测量;相对法采用积分球,通过将标准灯与被测灯相比较的方法实现对光通量的测量。

  6.9.1.1 绝对法测量光通量

  绝对法使用分布光度计,通过对发光强度在各个立体角上的积分实现对光通量的绝对测量,如图3所示。

  图3 光通量的计算原理示意图

  将LED灯夹持在分布光度计上,以标准燃点姿态点燃,使被测LED灯的光度中心处于分布光度计的旋转中心,在足够多(10°或更小的间隔)的测量平面上以足够小的角度步距(一般为5°或更小)测量LED灯在各个空间方向上的光强。

  用数值积分的办法计算出LED灯的总光通量和区域光通量:

  总光通量按公式(2)计算:

  区域光通量按公式(3)计算:

  式中,Φtot和Φzone分别为总光通量和区域光通量,(ε,η)为空间角。

  6.9.1.2 相对法测量光通量(积分球法)

  尽量使用同类型的LED灯作为光通量标准灯校准积分光度计。当光通量标准灯与被测LED灯发光光谱、尺寸、外形和发光光束形状等有较大的差异时,可能会产生较大测量误差。

  将被测LED灯放在球中心,并让其处于4.1.3规定的工作状态,如图3(a)所示。在LED灯尺寸较大且无后射光通量的情况下,可在积分球的侧面开取样口(如图3(b))或顶部开取样口(如图3(c))收集LED灯的发光,此时若LED灯不处于规定燃点状态,则应按附录C对测量结果进行修正。

  图4 积分球测最示意图

  使用积分球测量LED灯的光通量包括以下三种方法:

  a)积分法:在积分球探测窗口上设置光度探测器,测量光通量;

  b)分光法:在积分球探测窗口上设置光谱辐射计的取样装置,使用光谱辐射计测得的光谱功率分布计算光通量;

  c)积分-分光结合法:在积分球探测窗口同时设置光度探头和光谱辐射计的取样装置,光度计测量LED灯的光通量,光谱辐射计测量LED灯的平均光谱功率分布,根据测量结果计算光谱修正因子并用以修正光度计测得的值,光谱修正因子的计算见公式(4):

  式中V(λ)为已知CIE标准光谱光效率函数

  s(λ)rel为光度探头的已知相对光谱灵敏度

  P(λ)s为用于校准光度计的标准光源的己知相对光谱功率分布

  P(λ)t为光谱辐射计所测得的待测光源的相对光谱功率分布

  τ(λ)为积分球涂层的光谱等效透过率

  τ(λ)可以通过式(5)计算:

  式中,ρ(λ)为积分球涂层的光谱反射率,k为一常数。

  当被测LED灯与光通量标准灯的相对光谱功率分布接近时,积分法可达到很高测量精度;当被测LED灯的最大光谱功率小于光通量标准灯所对应的光谱功率,且两者相差不大时,分光法具有较高的测量精度;当被测LED灯与光通量标准灯的光通量大小和光谱功率分布存在较大差异时,建议使用积分-分光结合法,以使被测LED灯在较宽的线性动态范围内得到较为精确的测量结果。当被测LED灯与光通量标准灯的外形和尺寸存在差异而导致自吸收差异时,可以使用自吸收修正系数修正测量结果见公式(5):

  其中,α为自吸收系数,AUXref为标准灯置于测量位置,不点亮,而点亮辅助灯时测量的光通量,AUXtest为被测LED灯置于测量位置,不点亮,而点亮辅助灯时测量的光通量。

  1.2.2 灯的光效

  灯的光效由计算得出,即灯发出的光通量与其所耗电功率之比,单位lm/W。

  1.3 颜色特性测量

  1.3.1 LED灯的色度特性的标准测量方法

  在无环境杂光影响的条件下,用A.8推荐的分布光谱辐射计测量LED灯色度特性。

  将被测LED灯夹持在分布光谱辐射计上,使LED灯处于规定的燃点方向,LED灯的发光中心处于分布光谱辐射计的测量中心。

  在足够多的发光平面上以足够小的角度间隔测量每一方向上LED灯的相对光谱功率分布。平面间角度间隔一般为10°,平面内的角度间隔一般为5°,当被测LED灯尺寸较大或光束角较窄时,应采用更小的平面间隔和角度步长。

  根据测得的空间光谱功率分布计算出空间每一方向的色度特性,LED灯的总平均色度特性用数值积分加权平均的方法计算。

  LED灯的色度参数包括:色品坐标、相关色温、显色指数、色容差等,其计算方法参照GB/T 7922-2003和GB/T 5702-2003或CIE 15-2004推荐的方法。

  1.3.2 积分球法测量LED灯的平均颜色

  用积分球光谱辐射计通过替代法可较方便地测量LED灯的平均颜色特性,其测量方法与积分球法测量光通量类似,可采用如下步骤测量LED灯的平均颜色:

  用普通白炽灯或卤钨灯作为标准灯,对积分球系统定标;再用同类型的LED灯作为标准灯校准积分球光谱辐射计;测量LED灯的光谱功率分布,按GB/T 7922-2003和GB/T 5702-2003或CIE 15-2004推荐的方法计算被测LED灯的平均颜色参数。

  1.3.3 颜色不均匀度计算

  按6.10.1测得的LED灯在空间各方向的色度特性,按平均颜色不均匀性和最大颜色不均匀性的定义计算两参数的量值。

  台湾标准

  6.3 配光特性及发光效率试验

  LED路灯经枯化点灯1,000 小时后,于输入端子间施加额定输入频率之额定电压,以配光曲线量测设备测定光度分布曲线与总光输出,并以下列所示之方程式计算其发光效率。

  发光效率( lm/W)= LED 路灯之总光输出( lm) /LED 路灯之总消耗功率(W)

  联盟标准

  本技术规范第5.1条按照LB/T001-2009 规定的分布光度计测量方法进行试验;

  深圳标准

  8.1 光、电和颜色性能

  LED路灯的光电性能(整灯功率、功率因数、初始色温、初始光效、光通维持率、初始显色指数)依据GB/T17263的要求进行测试,配光特性依据GB/T9468标准要求进行测试。

  三、光衰与寿命试验方法

  国家标准

  6.6 寿命特性

  灯的额定平均寿命(5.9)和光通维持率(5.10)试验应按GB/T aaaa规定的方法测量。开关次数(5.11)试验在施加额定输入电压下,以30秒点灯、30秒关灯条件下进行15000次开关试验。

  广东标准

  9.6 光衰和寿命试验

  9.6.1 灯具老化方法

  灯具老化在没有强制通风、温度控制在20℃-30℃的环境中进行,灯具按正常安装姿态架设,按灯具标称额定电压或标称的适用电压范围的最大电压接通电源,灯具以满功率工作。灯具在老化过程中,每24H中关闭不少于2次,每次关闭时间应为25 min~35 min,间隔时间至少应为30min。样品数量不少于3台。试验中,灯具不得出现任何故障、烧毁,否则不合格。

  9.6.2 光衰和寿命测量推算方法

  以照度法替代光通量法,在距离灯具高度2米处下方测量中心点和沿道路方向的轴线上每距1米一个点的水平照度值,共测5个点,与各点初始值对比并得出5个点的平均维持率值。在2000H至5000H之间,每336H间隔测一次平均维持率值;如5000H时灯具仍然符合要求,则以2000H时的各点照度值为初始照度值,已测得的每336H间隔的照度值与2000H时对应的初始照度值比较并得出平均维持率,由上述10个点的平均维持率拟合曲线推算出平均维持率为75%时的寿命时间加上5000H,即为该灯具的寿命。选取其中1只路灯,同时用光度分布测试法测0H和2000H时的光通量,计算出2000H光通维持率作为校准值。测量照度时,环境温度应控制在25℃±1℃稳定3H以上的情况下进行。

  陕西标准

  1.4 开关、寿命和发光维持特性试验

  在额定工作条件下进行开关试验,以30秒开和30/90秒关为一个开关循环,如被测LED灯能正常点亮,则记为一次有效开关,记录被测LED灯的连续的有效累计开关试验次数。如被测LED灯连续3次不能正常点亮或LED灯失效,则终止试验。

  在规定条件下正常点燃LED灯,从开始点燃起和以后至少每隔300H,记录一定距离下LED灯在参考轴方向上的照度,以照度相对值作为光通量的相对值。如LED灯在正常点燃的寿命测试期间失效,则前一个时间点为LED灯的寿命。

  在规定条件下正常点燃老练并测量多个同类型LED灯以得到LED灯的平均寿命。一般情况下,由于LED灯可能具备很长寿命,依上述方法进行完整的寿命试验可能十分耗时。为此,可以使用附录D的方法来外推计算得到LED灯的推算寿命。

  在规定条件下正常点燃LED灯,当时间达到3000H和6000H时测量LED灯的总光通量和平均颜色,并与LED灯的初始值比较,计算LED灯在该时间点上的光通维持率和颜色漂移。

  台湾标准

  6.10 光束维持率试验

  LED路灯完成枯化点灯后,在常态下持续点灯,于3,000小时后(不含枯化点灯之1,000 小时)以配光曲线量测设备测定其光通量值。

  深圳标准

  8.2 特定光通维持率

  将LED道路照明产品置于恒温恒湿箱内,设置为温度为50℃±2℃和湿度为90%±2,然后进行总共168H的测试,分成7个连续的24H周期。在每个周期中,前21H灯具AC电源电压为光源达到额定功率时电压的(1.05±0.015)倍,按此方法施压在产品上,剩余的3H

  断开电源。全部测试结束后再依据GB/T17263 的要求测试出其光通维持率。

  四、电性能试验方法

  国家标准

  6.3 基本电性能试验

  灯的功率(5.3)和功率因数(5.4)按GB/T aaaa规定的方法测量。

  6.4 电磁兼容

  灯的无线电骚扰特性(5.5.1)试验按GB 17743的要求进行。灯的输入电流谐波(5.5.2)试验按GB l7625.1的要求进行。

  灯的电磁兼容抗扰度(5.5.3)试验按GB/T 18595的要求进行。

  广东标准

  9.3 电磁兼容性

  按GB 17743和GB 17625.1的相关规定进行。

  9.4 灯具电性能

  在25℃±2℃的环境温度下,在稳压电源(与灯具标称频率相同)及LED路灯之间接入精度不小于0.5级的交直流电参数测试仪,使LED路灯处于正常工作位置,接通并调节电源电压至额定值(如灯具标称电源电压范围,则分别调节至电源电压范围的最大值和最小值)使LED灯具工作2H,记录功率和功率因素值。

  陕西标准

  1.5 电源适应性

  采用交流电源供电的灯,分别在额定电源电压的85%、100%、115%条件下供电,应能正常启动和燃点;供电频率分别为49Hz、50Hz、51Hz条件下,应能正常启动和燃点。

  采用直流电源供电的灯,分别在额定电源电压的85%、100%、115%条件下供电,应能正常启动和燃点。

  1.6 基本电性能试验

  用附录A.2规定的电压表、电流表测量直流供电的灯的功率(5.3)、功率因数(5.4)。

  用电量测量仪(也称数字电参数表)测量交流供电的灯的功率(5.3)、功率因数(5.4)。

  由于并接于电路的电压取样存在一定的旁路电流,串接于电路的电流取样存在一定的电压降,因此应用时要根据被测LED灯的电压和电流的实际大小来决定选取电流表内接法或电流表外接法。当电流较大,或引线较长时,可用四线法作电压取样。

  (a)电流表内接法 (b)电流表外接法 (c)四线法电压取样

  图5 电性能测量示意图

  1.7 电磁兼容

  灯的无线电骚扰特性(5.5.1)试验按GB 17743的要求进行。

  灯的输入电流谐波(5.5.2)试验按GB 17625.1的要求进行。

  灯的电磁兼容抗扰度(5.5.3)试验按GB/T 18595的要求进行。

  台湾标准

  6.4 电压变动特性试验

  LED路灯进行第6.3节之配光特性试验时,于输入端子间施加额定输入频率之90%及110%额定电压,量测LED 路灯之中心光强度。

  6.11 电磁噪声试验

  LED路灯依CNS 14115规定之试验方法进行试验。

  联盟标准

  5.3 电磁兼容性能的要求

  LED道路照明产品的无线电骚扰特性应符合GB17743-2007的要求;

  LED道路照明产品的电磁兼容抗扰度应符合GB/T18595-2001的要求;

  输入谐波电流应符合GB17625.1-2003的要求。

  深圳标准

  8.6 电磁兼容性能

  LED道路照明产品的无线电骚扰特性应依据GB17743标准要求进行测试;

  LED道路照明产品的电磁兼容抗扰度应依据GB/T18595标准要求进行测试;

  输入谐波电流应依据GB17625.1 标准要求进行测试。

  五、安全性能试验方法

  广东标准

  9.2 安全

  按GB 7000.1、GB 7000.5、GB19510.1和相应的国家标准或国外标准进行检验。

  陕西标准

  1.8 安全检验

  灯的安全要求(5.1)检验按GB 7000.1、GB 7000.5及国家相关安全标准的要求进行。

  1.9 外形尺寸和外观质量检验。

  台湾标准

  6.1 安全性试验

  依CNS 14335及IEC 60598-2-3相关章节进行试验。

  联盟标准

  第5.2条按照国家相关安全标准的要求进行试验。

  深圳标准

  8.3 安全一般要求


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