LED路燈因其種類繁多和應(yīng)用環(huán)境復雜，其光源和燈具的溫度環(huán)境差異極大。由于LED的光度、色度指標漂移與芯片結(jié)溫具有很強的相關(guān)性，而光度、色度的穩(wěn)定性和一致性是照明環(huán)境的一個基本要求。因此，CIE、IEC以及IES等相關(guān)標準化組織高度關(guān)注LED照明產(chǎn)品的溫度特性，各相關(guān)組織在近期出臺的各項標準中明確提出了對LED的溫度特性或性能溫度進行測量。本文介紹并比較了各相關(guān)標準中關(guān)于LED溫度特性和測試的相關(guān)要求，并結(jié)合各類LED路燈的應(yīng)用及相關(guān)測試設(shè)備，對LED溫度特性的測試方法進行全面介紹，并給出測試實例，為LED路燈的測試應(yīng)用提供測試參考方案。
一、概述
眾所周知，LED的光色性能對溫度具有很強的依賴性，芯片結(jié)溫的上升會導致其光輸出降低和光譜峰值波長的漂移，這種影響對于大功率LED尤其明顯。隨著LED照明產(chǎn)品的日益廣泛應(yīng)用以及對LED照明產(chǎn)品研究的深入，其溫度特性及其標準化測試方法吸引了國內(nèi)外相關(guān)標準化組織的廣泛關(guān)注，在CIE、IEC以及IES等標準化組織先后發(fā)布的多項標準中，對LED的溫度敏感性及溫度特性提出了明確的要求。
近年來，LED路燈因其在節(jié)能和壽命等方面的獨特優(yōu)勢，在道路照明領(lǐng)域備受青睞，在“十城萬盞”等國家政策的推動下，全國各地相繼開展了大量的試點應(yīng)用。隨著應(yīng)用產(chǎn)品和應(yīng)用范圍的拓展，LED路燈的光源以及燈具的溫度環(huán)境差異日漸明顯，并且不可忽視。具體可表現(xiàn)為：
1.對于同一個LED光源，該光源可能應(yīng)用于樣式各異的道路照明燈具或不同的道路環(huán)境中。由不同燈具散熱性能的差異或不同應(yīng)用環(huán)境所帶來的工作溫度的差異均可造成該光源在穩(wěn)態(tài)燃點時的光度、色度指標上的差異;
2.對于同一種類型的LED路燈，其應(yīng)用環(huán)境溫度隨著季節(jié)交替以及安裝方式的變換而變化，其光度、色度指標也會隨之改變。
因此，將對LED室外照明產(chǎn)品的溫度特性的考察作為其性能客觀評價的一部分至關(guān)重要。目前在道路照明設(shè)計的過程中，燈具的選擇是依據(jù)燈具及燈具中所安裝光源的光度測試數(shù)據(jù)而進行。根據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)測試標準，燈具和光源的光度數(shù)據(jù)一般在25℃或者(20～27)℃的測試環(huán)境中獲得，對于溫度依賴性很強的LED光源和燈具，這樣的測試數(shù)據(jù)對于照明設(shè)計的指導意義有限。而且，隨著近期LED溫度特性測試相關(guān)標準的出臺，我們有必要參考相關(guān)標準的要求，對各類LED路燈的溫度特性進行測試和評價，不僅是為了突破新的貿(mào)易壁壘，更重要的是為了促進道路照明設(shè)計的正確發(fā)展。
二、相關(guān)標準對LED溫度特性的要求
LED的溫度特性并不是一個新話題，早在2008年IES出臺的IES LM-79-08以及IES LM-80-08等標準中，LED的溫度敏感性已經(jīng)有所體現(xiàn)。比如，在LED燈測試安裝時，按照IES LM-79-08的要求，其燃點姿態(tài)應(yīng)保持與實際工作狀態(tài)相同，以避免LED散熱對測試結(jié)果的影響;LED壽命需要在三個不同的溫度下測得，并且這三個溫度應(yīng)涵蓋其實際使用溫度。這些信息已表明，IES制定上述標準時，相比于傳統(tǒng)光源，對LED光源的溫度依賴性問題予以更為重點的關(guān)注。
隨著LED溫度特性的研究深入，人們對LED的性能與溫度的關(guān)系有了較為成熟的認識，并且逐步將LED溫度特性測試方法和要求明確，不再局限于IES LM-79-08以及IES LM-80-08中的測試或安裝要求。
北美照明工程學會(IESNA)在2012年2月針對LED溫度特性測試，頒布了測試標準IESNA LM-82-12“IES Approved Method for the Characterization of LED Light Engines and LED Lamps for Electrical and Photometric Properties as a Function of Temperature”(以下簡稱LM-82)，這是第一個針對LED溫度特性測試的標準，這也說明LED溫度特性測試從研究階段進入了標準化測試階段。
2012年11月，美國環(huán)保署(EPA)公布的能源之星燈具認證規(guī)范V1.2版本中給出規(guī)定，對于非定向照明燈具，替換的固態(tài)照明光源必須按照LM-82的標準方法測試不同溫度下的光色參數(shù)。當其安裝至燈具中，實際運行溫度下的光色參數(shù)則根據(jù)LM-82中相近溫度下的測試數(shù)據(jù)插值得到，插值計算得到的數(shù)據(jù)應(yīng)滿足該規(guī)范的規(guī)定，如表1所示。該規(guī)范的出臺表明，在北美地區(qū)，LED的溫度特性測試正式開啟，出口至該區(qū)域的LED光源及LED燈具將遭遇新的貿(mào)易壁壘。
國際電工委員會(IEC)最近出版的通用照明LED模塊和LED燈具的性能要求IEC62717及IEC62722中規(guī)定，LED模塊的光色測量參數(shù)應(yīng)標明其測量時的性能溫度。LED燈具可以在25℃的環(huán)境溫度下測量，但需要給出實際應(yīng)用溫度下的光度參數(shù)或者不同溫度下光色電參數(shù)之間的校正系數(shù)，同時需要測量燈具中安裝的模塊的性能溫度。該標準的規(guī)定表明，LED模塊和LED燈具的性能與溫度息息相關(guān)，沒有溫度信息的光色參數(shù)，對于LED產(chǎn)品的評價來說，意義十分有限。
國際照明委員會(CIE)的技術(shù)委員會TC 2-71“CIE Standard on test methods for LED lamps, luminaires, and modules”在其技術(shù)報告中指明，如果LED模塊、LED燈、LED燈具的光色電性能在25℃環(huán)境溫度下測量，那么必須給出廠商要求溫度下的光色電參數(shù)或者不同溫度下光色電參數(shù)之間的校正系數(shù)。因為25℃的光色度測量值不能作為其在應(yīng)用環(huán)境溫度下的性能參數(shù)，也就是說，燈或燈具在25℃的環(huán)境條件下滿足應(yīng)用要求，當其實際應(yīng)用溫度不是25℃，就可能不再滿足應(yīng)用要求。
三、LED路燈的光度及溫度特性測量
1.LED路燈的光度測量
目前，LED路燈的光度測試主要依據(jù)GB/T 24824、GB/T 9468以及IESNA LM-79-08等標準的要求進行測試。圖1所示為一典型分布光度計，用于測量LED的光強分布以及光通量等光度參數(shù)。根據(jù)標準要求，光源及燈具的測試環(huán)境溫度為25℃或(20～27)℃。這對于傳統(tǒng)照明光源來說沒有問題，但對于LED這類具有較強溫度依賴性的照明產(chǎn)品來說，25℃的環(huán)境溫度普遍低于光源安裝到燈具中的實際應(yīng)用環(huán)境溫度，且與燈具的實際應(yīng)用溫度也不一定相符。
圖1 分布光季度——用于燈光的光分布測試
2.LED溫度特性的測量
北美照明工程學會頒布的LM-82是目前為止唯一能夠為LED的溫度特性測試提供指導的測試標準，該標準適用于LED燈和LED光引擎產(chǎn)品。以下結(jié)合測試設(shè)備和實際測試案例，對該標準進行簡單介紹。
(1)室溫絕對光度測量
圖2所示為通過美國NVLAP LM-82-12標準方法認可的遠方檢測校準中心(EVERFINE Test and Calibration Center)所配置的典型LED溫度特性測試系統(tǒng)，圖2左邊為LED初始光度測試系統(tǒng)，該套系統(tǒng)完全滿足IESNA LM-79-08的標準要求。
圖2 通過NVLAP LM-82標準方法認可的實驗室所配的LED溫度特性測試系統(tǒng)
(2)升溫測量
LM-82標準推薦了三類溫控裝置：1. 恒溫積分球;2.半導體制冷器件;3.溫控箱。其中，溫控箱可以模擬被測樣品的運行環(huán)境，通過控制環(huán)境溫度來控制被測樣品上指定一點的Tb溫度，與實際應(yīng)用中的溫升原理相似，可靠性也比較高。
圖2所推薦的升溫測試系統(tǒng)(圖2右方)適用于LED光源、模組及燈具的溫度特性測試。升溫過程中，系統(tǒng)通過溫控箱內(nèi)置的光度探頭實時監(jiān)控LED產(chǎn)品的光色度值。其升溫及室溫下的光色度測量值可按照標準LM-82進行修正。另外，系統(tǒng)還具備光度自校正功能，以防止高溫工作環(huán)境下的測量漂移。
(3)LED溫度特性測試的典型案例及數(shù)據(jù)應(yīng)用
以一典型的LED燈升溫光度參數(shù)測量為例，利用圖2所示設(shè)備對其進行升溫測試。初始溫度為51.5℃，第一升溫溫度為76.5℃，第二升溫溫度為91.5℃，由光度測量結(jié)果可得到光通量與溫度之間的關(guān)系，如圖3所示。當該LED燈安裝至燈具中，其實際應(yīng)用溫度Tb在51.5～91.5℃之間，以80℃為例，其光通量可根據(jù)第一升溫測量和第二升溫測量數(shù)據(jù)進行線性插值計算，應(yīng)為265.17lm，則利用該燈具進行照明設(shè)計時，應(yīng)使用265.17lm的光源光通量數(shù)據(jù)。
圖3 示例LED的光通量與溫度之間的函數(shù)關(guān)系
四、結(jié)論
本文對CIE、IEC和IES等國際標準組織的相關(guān)標準進行了解讀和探討，并給出了能夠完全實現(xiàn)其相關(guān)標準測試所需的測試系統(tǒng)解決方案。由于LED路燈應(yīng)用環(huán)境的復雜性及燈具熱結(jié)構(gòu)的差異，使得LED路燈的光度、色度指標與環(huán)境溫度具有高度相關(guān)且較為復雜的表現(xiàn)。因此，測量不同溫度下LED光源的電氣和光度參數(shù)，是實現(xiàn)LED路燈有效設(shè)計的必要手段，也是國際LED照明標準發(fā)展的一個重要動態(tài)。（本文作者：陳聰 楊培芳 黃艷 岑松原 杭州遠方光電信息股份有限公司遠方檢測校準中心 浙江省半導體照明測試系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心 本文選自（《半導體照明》雜志第39期）
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