聚焦正在起草中的LED灯具性能的IEC规范[5]

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简介:摘 要:本文介绍IEC TC34/SC34D 正在起草的《灯具性能要求-第2 部分:普通照明的LED 灯具》公共可用规范。对LED 灯具引入了可靠性的要求,LED 灯具的制造商不仅要声称光通维持寿命(LX),还要声称失效率(FX)。在 ...
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摘 要:本文介绍IEC TC34/SC34D 正在起草的《灯具性能要求-第2 部分:普通照明的LED 灯具》公共可用规范。对LED 灯具引入了可靠性的要求,LED 灯具的制造商不仅要声称光通维持寿命(LX),还要声称失效率(FX)。在提供的光强分布曲线的同时,LED 灯具制造商不仅需要提供光效,还要提供相关色温(CCT)和显色指数(CRI)。对于目前国内存在的盲目追求、偏面追求LED 灯具光效的观点,LED 灯具性能的IEC 公共可用规范无疑具有正确的引领作用。

  关键词:LED;LED 灯具;LED 灯具性能; LED 光通维持寿命

  Abstract: This paper mainly focuses on the IEC Publicly Available Specification (PAS)draft of performance requirements – Part 2: LED Luminaires for General Lighting Services Requirements by IEC TC34/SC34D. According to reliability requirement based on the entire lighting system, LED luminaire manufacturers should provide not only lumen maintenance factor (Lx) but also electric failure rate (Fx). In addition to Lumen intensity distribution,LED luminarie manufacturers need aslo provide lumen efficacy, Correlated Color Temperature (CCT) and Color Rendition Index (CRI). In view of the current existing blindly chase situations of LED luminaire lumen efficacy in China, drafting IEC specification of LED luminaire Performance can provide correct guidance to future LED industry.

  Keywords: LED; LED luminaires; LED luminaries performance; Lumen maintenance life

  长寿命被认为是半导体LED 固态照明光源优越于传统照明技术的优点之一,不仅单颗LED,其最终的集成系统也将由于使用长寿命LED 而相对工作更长的时间,LED 制造商自然的把其作为最大的卖点。事实上,单个LED 的长寿命并不代表整个集成系统后整个照明系统也具有长寿命,LED 制造商和灯具制造商都应需要准确的定义寿命的方法,而且,消费者需要准确的信息用来决定SSL 的购买和计算准确的投资回报。

  目前,在产品测试领域,新出台的IES LM-80(LM-80)产业标准使得LED制造商能够在实际工作条件下对单个LED 流明维持进行分析。然而,LM-80 没有覆盖LED 灯具测量,也不提供评估LED 寿命的方法。因此,在实际的解决方案中,灯具制造商缺少其他方面的有用信息用来更好理解和预测LED 的寿命行为,特别是对LED 灯具的寿命正确评定。

  由于当前LED 产业届缺乏统一的LED 灯具性能规范,很多制造商利用LED光源流明维持数据进行LED 灯具寿命评估,结果导致预测的寿命和实际应用中LED 灯具寿命出现很大偏差,从LED 产业未来发展和培育消费者信心来说,都是极为不利的。

  鉴于此情形,IEC TC 34(国际电工委员会灯和相关设备技术委员会)于2010年6 月21 日至6 月24 日在芬兰首都赫尔辛基召开了LED 照明产品及相关标准制修订研讨会(LED Workshop),同时还召开了TC 34 各维护工作组会议,包括光源维护工作组会议(MT PRESCO)、灯头和灯座维护工作组会议(MT EPC1/2/3/4)、灯用附件维护工作组会议(MT COMEX)和灯具维护工作组会议(MT LUMEX)。

  IEC TC 34 还于2010 年6 月28 日至7 月2 日在德国法兰克福召开DALI控制装置及相关标准制修订研讨会(DALI Control Devices Workshop),同时还召开光源专家组会议(IEC SC 34A)、灯用附件专家组会议(IEC SC 34C COMEX)和灯具专家组会议(IEC SC 34D LUMEX)。

  笔者从会上获悉,IEC TC34/SC34D 正在起草《灯具性能要求-第2 部分:普通照明的LED 灯具》和《灯具性能标准-第1 部分:一般要求》的公共可用规范。该规范对LED 灯具寿命、标记及性能要求上做了重点阐述。新的LED 灯具性能的IEC 公共可用规范的起草对于目前国内存在的盲目追求、偏面追求LED灯具光效的观点无疑具有正确的引领作用。

一、 寿命的概念
  1. 单个LED 灯具的寿命
  单个LED 灯具的寿命是指由制造商或责任销售商声称的LED 灯具整体时间长度值。
  单个LED 灯具的寿命应组合(a)流明维持寿命(LX)和(b)限于LED 和驱动器的电器失效率(FX)一起使用。
  要注意的是与传统灯具相比,LED 灯具有不同的寿命终了特性,它们不会出现突然的灯具失效,但通常随着时间逐渐变暗。然而,内装式电子驱动器可能表现出突然寿命失效终了,由于电子驱动器失效,实际上达到寿命终了,不再符合由制造商或责任销售商声称的最小光通量水平,按流明维持的定义则意味着LED 灯具一点光都不给出。
  2. 流明维持
  流明维持是指LED 灯具寿命期间在给定时间的光通量除以灯具光通量初始值并表达为初始光通量的百分比。
  要注意的是最大流明维持降低的数字根据LED 灯具的应用而可能变化。IECPAS 使用50%(L50)的值作为例子,它经常用于消费场所。对于专业场所,可选择70%(L70)流明维持数字。所选百分比的专门信息由制造商提供。
  3. 流明维持寿命
  流明维持寿命(LX)是指灯具制造商或责任销售商声称、与电器失效率一起公布的LED 灯具整体提供的大于额定光通量百分比的时间长度。例如L70(h)是指到70%流明维持的时间,L50(h)是指到50%流明维持的时间。
  电器失效率(FX)是指许多相同型号的受试灯具中低于其个体流明维持寿命(例如50%或70% 初始流明)的灯具的比例。对于LED 灯具,电器失效率表示LED 和驱动器失效的组合影响,通常采用10%或(和)50%的失效率,用F10或(和)F50 表示。

  表达LED 灯具的寿命时应组合使用流明维持寿命和电器失效率,如L70,F10 是指直到10%被测单元低于其70%初始光通量的时间,L70,F50 是指直到50%被测单元低于其70%初始光通量的时间。
  当灯具的50%已经失效,与选择的流明维持值一起表示,通常确定为灯具寿命终了:L70,F50 或L50,F50。对于专业场所,建议L70,F10 值。
  二、标记
  除了IEC 60598 和IEC 60598-2 强制性的内容外,制造商或责任销售商应提供下列内容,位置如表1 规定。

表1 注中提到的非指向型LED 灯具定义为用作为装饰性的元件。非指向型的含义是灯具的光输出处于1π立体角范围内的少于80%(相当于120°圆锥角)。指向型LED 灯具定义为使用反射器或者光学部件(比如LED 透镜)校直光线。指向型的含义是灯具的光输出至少80%处于1π立体角范围内(相当于120°圆锥角)。
  三、性能要求
  下列所述的性能标准适用于所有的LED 灯具。仅适用灯具的检测如图2 所示。
  性能指标:
  1)功率;
  2)光通量;
  3)灯具效能;
  4)包括公差和相对寿命漂移(进一步考虑)的相关色温(CCT);
  5)包括公差的显色指数(CRI);
  6)灯具寿命
  a)流明维持寿命(LX);
  b)电器失效率(FX)
  7)光强分布。

1、功率
  总的功率应基于LED 的标称正向电压(由LED 制造商给出的),在灯具的额定电流和典型的环境温度下测得,如附录A 所述,单位为W。功率应在电源或驱动器的前端测得。LED 灯具消耗的功率应不超过额定功
率的15%。
  2、光通量
  测量灯具的光输出,单位为lm。测得的LED 灯具的初始光通量应不小于额定光通量的90%。

  3、灯具效能
  对于给定输入功率下测得的灯具有用光输出,单位为lm/W。将根据额定相关色温CCT(K)和功率规定灯具效能。表3为灯具效能的要求,具体要求值尚在考虑中。

进一步考虑如下:
  LED 灯具的初始CCT 是在25%额定灯具寿命的工作时间(最大工作时间为6000h)以后测得的值。测得的实际CCT 值(初始和额定灯具寿命的25%,最大6000h 工作时间)表示为8 种类别(见表5)之一,相当于在额定CCT 值周围特定的MacAdam 椭圆,椭圆(用n 个标准偏差表示)的大小是单个灯具的公差/偏差的一个度量。
  测得的LED 灯具的CCT 值(初始和额定灯具寿命的25%,最大6000h 工作时间)应不漂移至由制造商或责任销售商声称(见表1)的CCT 公差类别的外面。

  5、显色指数(CRI)
  LED 灯具的显色指数应根据用于传统光源的标准方法进行测量。LED 灯具的初始显色指数(CRI)在额定灯具寿命的总的工作时间的25%(最大工作时间为6000h)以后测得的值。测得的实际的CRI 值(初始和额定灯具寿命的25%,最大6000h 工作时间)离额定CRI 值应不得减少5 点。
  6、灯具寿命
  LED 灯具的寿命是流明维持寿命(LX)和主要由LED 本身和内装式电子镇流器确定的电器失效率(FX)组合的结果,使用耐久性试验表征其可靠性和寿命。流明维持寿命和失效率均进行试验。
  1)流明维持
  ①由于LED 灯具的典型的寿命是(非常)长的,在本公共可用规范的范围内,在寿命期间测量真实减少的光通量(L50 或L70)被认为不切实际和费时间的。鉴于此原因,本PAS 依靠大约的方法来确定所有LED 灯具的期望寿命(L50或L70)。
  关于流明维持寿命的实际的LED 性能,每一个制造商和每一个型号可能被认为是不同的。所有LED 的流明维持寿命不可能用简单的数学关系式表达。初始流明输出的快速减少并不意味着一个特定LED 不会达到其额定寿命。
  进一步的考虑如下:
  本公共可用规范选择“流明维持类别”,包括初始光通减少直到过了额定灯具寿命的25%,最多时间6000h。取决于寿命的定义(L50 或L70),(在L50的情况下)分5 种类别或(在L70 的情况下)分3 种类别,每一个情况包括与0h 初始光通输出比较有10%的流明维持增加(见表6)。

  应测量初始光通量,在额定灯具寿命的25%(最大工作时间为6000h)时重复测量。初始光通量值归一化为100%,它被用于确定灯具寿命的第一个数据点。在额定灯具寿命(最大工作时间为6000h)的25%测得的光通量应表达为初始光通量的百分比。
  对于总的等于额定灯具寿命的25%时间(最大工作时间为6000h),推荐测量1000h 间隔的光通量维持值(表达为初始光通量的百分比)。对于所测得值的可靠性它给出了额外的视角。
  如果下列标准得以满足,LED 灯具被认为通过本试验:a) 在额定灯具寿命的25%(最大工作时间为6000h)时测得的光通量应不小于由制造商或责任销售商定义和提供的有关额定寿命(L50 或L70)的最大流明维持值。
  b) 测得的流明维持值应符合由制造商或责任销售商定义和提供的“流明维持类别”:对L50,A 类至E 类(或对L70,A 类至C 类)。流明维持率与寿命的关系见图1。

 

  2)失效率
  LED 灯具是一个整体,没有永久损坏不能拆除,内装式电子镇流器作为整个LED 灯具的一部分加以试验。
LED 灯具应承受下列温度周期冲击试验以及电源电压开关试验:
  a) 温度周期冲击试验:
  未通电的LED 灯具应首先在-20℃存储1h。然后立即将灯具移到温度为+35℃的试验箱中存储1h。应完成5 个这样的周期。
  b) 电源电压开关试验:
  灯具应接通和断开试验电压30s。应重复该周期,周期数等于以小时为单位的额定灯具寿命的一半(例如:如果额定灯具寿命是20000h,则周期数为10K)。
  在上述a)和b)这些试验的结束时,LED 灯具应工作且保持点亮15min。
  LED 灯具应在额定电压和环境温度(对于室外灯具,+35℃;对于室内灯具,+ 25℃;对于嵌入式灯具,+35℃)下工作。
  进一步的考虑:
  直到试验时间等于额定灯具寿命的25%(最大工作时间为6000h)已经通过。在这个时间的结束时,冷却至室温以后,灯具应保持点亮至少15min。
  本试验可能要求增加环境温度,仅在约期望寿命的25%时。
  7、光强分布
  应测量LED 灯具的光强分布,根据用于传统灯具的标准方法,测量整个灯具(包括LED 装置、热管理部件、灯具以及光学部件)的输出。
  总之,正在起草IEC TC34/SC34D《灯具性能要求-第2 部分:普通照明的LED 灯具》和《灯具性能标准-第1 部分:一般要求》的公共可用规范对LED 灯具性能要求进行了统一规定,特别是LED 灯具寿命评定方面。这是当前LED 产业发展过程中的又一大进步。对于目前国内存在的盲目追求、偏面追求LED 灯具光效的观点,LED 灯具性能的IEC 公共可用规范无疑具有正确的引领作用。
  四、参考文献
  [1] IES LM-80-08 IESNA Approved Method for Lumen Maintenance Testing of LED Lighting Sources
  [2] LUMEX/(EG)40 LED-LUMINAIRES FOR GENERAL LIGHTING SERVICES–Performance requirements
  [3] LUMEX(EG)49 Draft IEC/PAS Luminaire performance Specification – Part 2: LED Luminaires for General Lighting


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