LED 灯具的耐久性与热试验

2020-08-25钱刘星张佰军

光源与照明 2020年2期

钱刘星张佰军

上海市质量监督检验技术研究院，上海201114

国家电光源质量监督检验中心（上海），上海201114

0 引言

LED 灯具有自己的特点，一般不使用传统的光源控制装置，如电感镇流器、电子镇流器。LED 光源的发热情况也与传统光源不同，导致LED 灯具产品的热学设计和散热结构都会发生变化。由于LED 灯具的大范围普及高速发展，国际上灯具安规标准IEC 60598-1对LED 灯具的要求也在不断更新，IECEE 国际电工委有一些针对耐久性和热试验的CTL 决议在广泛使用，针对与国标的区别，有必要展开分析，以总结出LED灯具国内如何做好相应的测试。

1 耐久性试验的周期

在GB 7000.1—2015[1]的12.3.1 中要求：“c) 灯具应在箱内共试验168 h, 分成7 个连续的24 h 周期。在每周期中, 前21 h, 按下面d) 规定的电源电压施加于灯具上, 剩余的3 h 断开电源。灯具的初始加热期属于第一个试验周期的一部分。前6 个周期线路条件应处于正常工作, 而第7 个周期线路条件应处于异常工作(见附录C)。对装有电动马达(例如风扇) 的灯具,应选择会产生最不利试验结果的异常条件。对于按照12.5.1 无异常条件试验的灯具, 其总试验时间应为240 h (即正常工作10×24 周期)。对于钨丝灯灯具, 所有情况下, 其总试验时间应为240 h。”

在12.5 热试验（异常工作）的内容中，异常工作条件共有4 种：1) 工作位置的异常；2）异常线路条件（附录C）；3）误用GLS 灯泡；4）二次线路短路。由此可见，附录C 所列的异常线路条件仅是12.5.1 的一部分。耐久性的试验周期中要求没有12.5.1 这4 种异常条件的灯具，需进行240 h 的测试，而标准只明示168 h 中的第7 个周期处于附录C 的条件下。那么假如灯具的异常条件为12.5.1 中的1），3）或4），则没有明确，根据光源异常线路条件的实际效果，对于其他异常条件的灯具，特别是LED 灯具，应该做240h的耐久性。

2 III 类LED 灯具的试验电压

现行国标GB 7000.1—2015[1]并未特别给出Ⅲ类LED 灯具的耐久性测试电压。IECEE 在 CTL DSH0919A[2]决议中规定：“Ⅲ类LED 灯具如果为恒压输入，则耐久性与热试验均为1.1 倍的电压，如果是恒流输入，则耐久性与热试验均应达到1.1 倍的电流。”

3 LED 灯具的正常条件热试验

早期标准还未包含LED 灯具要求时，LED 灯具的热试验遵循CTL 决议“DSH0745”[3]，即正常条件热试验以1.06 倍额定电压进行试验。现行国标GB 7000.1—2015 发布后，IECEE 同期也取消了DSH0745这份决议，原因是标准中已经有了LED灯具的内容。

现行国标GB7000.1—2015[1]中对除电容器以外的带c标记部件的要求为：“以1.00 倍的额定电压进行测试。”这个要求回归了传统灯具，把DSH0745 中的1.06 倍额定电压又改回了1.00 倍，故实验室应用1.00 倍额定电压来测试LED 控制装置的c值，1.06 倍下的测试数据仅供参考。

GB 7000.1—2015 较老版标准，还有一个细微的变化，见表1。

表1 新旧版本标准中Tc 温度限值对照表

5 LED 灯具常见的问题

LED 灯具由于散热结构的特殊性，耐久性与热试验中出现的问题和传统灯具有所不同。传统光源如高强度气体放电灯、卤钨灯等，光源发热相对较高。这些光源在使用电感镇流器时，镇流器本身的线圈温度也较高，使得容易出现问题的部位一般为灯头灯座处、电感镇流器的附近。LED 灯具一般使用电子控制装置，其温升没有电感镇流器那么高，且LED 灯具的热源一般在LED 芯片的热沉、散热片上，良好的散热会让LED 光源降低结温，从而把光衰控制在理想的水平。

出于散热结构的改变，一般LED 灯具的矛盾会集中在靠近光源的导线、端子座、受压导线等地方，或由于高a值导致c不合格使LED 灯具产生问题。

LED 灯具的发热源主要来自LED 光源和LED 控制装置，如图1 所示，故而热试验的考核主要集中在（1）LED 控制装置c、（2）受压导线和（3）近光源导线。尤其在灯具的a较高时，近光源导线和受压导线最易超出温度限值要求。控制装置c只要保持一定的间距，一般不难符合要求。为使灯具的热试验数据能符合GB 7000.1—2015 的要求，除了在LED 光源模组上用多组金属片进行散热，同时在近光源导线和受压导线上加上一层套管从而提高导线的温度限值。

图1 LED 投光灯

嵌入式LED筒灯的使用环境相对其他灯具来说更加严酷，是在一个相对密闭的空间，灯具的温升显然会更高一点。这就要求灯具的结构设计以及相关零部件的选用应更加合理。当LED 灯具光源与LED 控制装置分体时（如图2 所示），两个发热源相对独立，不易相互影响而使温度更高，这是一种常见的结构，灯具热试验相对容易符合要求。当灯具LED 光源与LED控制装置一体时（如图3 所示），控制装置在光源的上方显然会使控制装置的温度比图2 高，灯具应选用Tc相对高一点的控制装置来满足标准限值的要求。当灯具使用单颗大功率LED 模块（如图4 所示），在相同功率的情况下，比多颗小功率LED 模块散发的热量高得多，近光源导线很容易超过限值，因而灯具可在导线外加一层套管或使用耐高温导线。但是如果透光罩材料选用不佳或塑料件过于靠近光源，很容易因温度过高而烧坏，灯具应谨慎使用此类光源。此外，图2和图4 所示的分体式灯具，由于结构要求，光源腔也需要导线固定架，这样受压导线的温度也是需要考虑的。