LED路燈因其種類繁多和應(yīng)用環(huán)境復(fù)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(biāo)漂移與芯片結(jié)溫具有很強(qiáng)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(gè)基本要求。因此，CIE、IEC以及IES等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(tái)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中明確提出了對(duì)LED的溫度特性或性能溫度進(jìn)行測(cè)量。本文介紹并比較了各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于LED溫度特性和測(cè)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(cè)試設(shè)備，對(duì)LED溫度特性的測(cè)試方法進(jìn)行全面介紹，并給出測(cè)試實(shí)例，為L(zhǎng)ED路燈的測(cè)試應(yīng)用提供測(cè)試參考方案。

        一、概述

 眾所周知，LED的光色性能對(duì)溫度具有很強(qiáng)的依賴性，芯片結(jié)溫的上升會(huì)導(dǎo)致其光輸出降低和光譜峰值波長(zhǎng)的漂移，這種影響對(duì)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(duì)LED照明產(chǎn)品研究的深入，其溫度特性及其標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法吸引了國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織的廣泛關(guān)注，在CIE、IEC以及IES等標(biāo)準(zhǔn)化組織先后發(fā)布的多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)LED的溫度敏感性及溫度特性提出了明確的要求。

 近年來(lái)，LED路燈因其在節(jié)能和壽命等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在道路照明領(lǐng)域備受青睞，在“十城萬(wàn)盞”等國(guó)家政策的推動(dòng)下，全國(guó)各地相繼開(kāi)展了大量的試點(diǎn)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(duì)于同一個(gè)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(lái)的工作溫度的差異均可造成該光源在穩(wěn)態(tài)燃點(diǎn)時(shí)的光度、色度指標(biāo)上的差異;

 2.對(duì)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(biāo)也會(huì)隨之改變。

 因此，將對(duì)LED室外照明產(chǎn)品的溫度特性的考察作為其性能客觀評(píng)價(jià)的一部分至關(guān)重要。目前在道路照明設(shè)計(jì)的過(guò)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(cè)試數(shù)據(jù)而進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，燈具和光源的光度數(shù)據(jù)一般在25℃或者(20～27)℃的測(cè)試環(huán)境中獲得，對(duì)于溫度依賴性很強(qiáng)的LED光源和燈具，這樣的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)于照明設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義有限。而且，隨著近期LED溫度特性測(cè)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，我們有必要參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)各類LED路燈的溫度特性進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，不僅是為了突破新的貿(mào)易壁壘，更重要的是為了促進(jìn)道路照明設(shè)計(jì)的正確發(fā)展。

 二、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)LED溫度特性的要求

 LED的溫度特性并不是一個(gè)新話題，早在2008年IES出臺(tái)的IES LM-79-08以及IES LM-80-08等標(biāo)準(zhǔn)中，LED的溫度敏感性已經(jīng)有所體現(xiàn)。比如，在LED燈測(cè)試安裝時(shí)，按照IES LM-79-08的要求，其燃點(diǎn)姿態(tài)應(yīng)保持與實(shí)際工作狀態(tài)相同，以避免LED散熱對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響;LED壽命需要在三個(gè)不同的溫度下測(cè)得，并且這三個(gè)溫度應(yīng)涵蓋其實(shí)際使用溫度。這些信息已表明，IES制定上述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，相比于傳統(tǒng)光源，對(duì)LED光源的溫度依賴性問(wèn)題予以更為重點(diǎn)的關(guān)注。

 隨著LED溫度特性的研究深入，人們對(duì)LED的性能與溫度的關(guān)系有了較為成熟的認(rèn)識(shí)，并且逐步將LED溫度特性測(cè)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(cè)試或安裝要求。

 北美照明工程學(xué)會(huì)(IESNA)在2012年2月針對(duì)LED溫度特性測(cè)試，頒布了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)稱LM-82)，這是第一個(gè)針對(duì)LED溫度特性測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，這也說(shuō)明LED溫度特性測(cè)試從研究階段進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試階段。

 2012年11月，美國(guó)環(huán)保署(EPA)公布的能源之星燈具認(rèn)證規(guī)范V1.2版本中給出規(guī)定，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試不同溫度下的光色參數(shù)。當(dāng)其安裝至燈具中，實(shí)際運(yùn)行溫度下的光色參數(shù)則根據(jù)LM-82中相近溫度下的測(cè)試數(shù)據(jù)插值得到，插值計(jì)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(tái)表明，在北美地區(qū)，LED的溫度特性測(cè)試正式開(kāi)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(guó)際電工委員會(huì)(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(cè)量參數(shù)應(yīng)標(biāo)明其測(cè)量時(shí)的性能溫度。LED燈具可以在25℃的環(huán)境溫度下測(cè)量，但需要給出實(shí)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(shí)需要測(cè)量燈具中安裝的模塊的性能溫度。該標(biāo)準(zhǔn)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(méi)有溫度信息的光色參數(shù)，對(duì)于LED產(chǎn)品的評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)，意義十分有限。

 國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)的技術(shù)委員會(huì)TC 2-71“CIE Standard on test methods for LED lamps, luminaires, and modules”在其技術(shù)報(bào)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(cè)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?yàn)?5℃的光色度測(cè)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(shuō)，燈或燈具在25℃的環(huán)境條件下滿足應(yīng)用要求，當(dāng)其實(shí)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(cè)量

        1.LED路燈的光度測(cè)量

 目前，LED路燈的光度測(cè)試主要依據(jù)GB/T 24824、GB/T 9468以及IESNA LM-79-08等標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行測(cè)試。圖1所示為一典型分布光度計(jì)，用于測(cè)量LED的光強(qiáng)分布以及光通量等光度參數(shù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，光源及燈具的測(cè)試環(huán)境溫度為25℃或(20～27)℃。這對(duì)于傳統(tǒng)照明光源來(lái)說(shuō)沒(méi)有問(wèn)題，但對(duì)于LED這類具有較強(qiáng)溫度依賴性的照明產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，25℃的環(huán)境溫度普遍低于光源安裝到燈具中的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境溫度，且與燈具的實(shí)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(cè)試

       2.LED溫度特性的測(cè)量

 北美照明工程學(xué)會(huì)頒布的LM-82是目前為止唯一能夠?yàn)長(zhǎng)ED的溫度特性測(cè)試提供指導(dǎo)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)適用于LED燈和LED光引擎產(chǎn)品。以下結(jié)合測(cè)試設(shè)備和實(shí)際測(cè)試案例，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

 (1)室溫絕對(duì)光度測(cè)量

 圖2所示為通過(guò)美國(guó)NVLAP LM-82-12標(biāo)準(zhǔn)方法認(rèn)可的遠(yuǎn)方檢測(cè)校準(zhǔn)中心(EVERFINE Test and Calibration Center)所配置的典型LED溫度特性測(cè)試系統(tǒng)，圖2左邊為L(zhǎng)ED初始光度測(cè)試系統(tǒng)，該套系統(tǒng)完全滿足IESNA LM-79-08的標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 通過(guò)NVLAP LM-82標(biāo)準(zhǔn)方法認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室所配的LED溫度特性測(cè)試系統(tǒng)

 (2)升溫測(cè)量

 LM-82標(biāo)準(zhǔn)推薦了三類溫控裝置：1. 恒溫積分球;2.半導(dǎo)體制冷器件;3.溫控箱。其中，溫控箱可以模擬被測(cè)樣品的運(yùn)行環(huán)境，通過(guò)控制環(huán)境溫度來(lái)控制被測(cè)樣品上指定一點(diǎn)的Tb溫度，與實(shí)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(cè)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(cè)試。升溫過(guò)程中，系統(tǒng)通過(guò)溫控箱內(nèi)置的光度探頭實(shí)時(shí)監(jiān)控LED產(chǎn)品的光色度值。其升溫及室溫下的光色度測(cè)量值可按照標(biāo)準(zhǔn)LM-82進(jìn)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(cè)量漂移。

 (3)LED溫度特性測(cè)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(cè)量為例，利用圖2所示設(shè)備對(duì)其進(jìn)行升溫測(cè)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(cè)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(dāng)該LED燈安裝至燈具中，其實(shí)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(cè)量和第二升溫測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值計(jì)算，應(yīng)為265.17lm，則利用該燈具進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)CIE、IEC和IES等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了解讀和探討，并給出了能夠完全實(shí)現(xiàn)其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試所需的測(cè)試系統(tǒng)解決方案。由于LED路燈應(yīng)用環(huán)境的復(fù)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(biāo)與環(huán)境溫度具有高度相關(guān)且較為復(fù)雜的表現(xiàn)。因此，測(cè)量不同溫度下LED光源的電氣和光度參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)LED路燈有效設(shè)計(jì)的必要手段，也是國(guó)際LED照明標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的一個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)。（本文作者：陳聰 楊培芳  黃艷  岑松原 杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司遠(yuǎn)方檢測(cè)校準(zhǔn)中心 浙江省半導(dǎo)體照明測(cè)試系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心    本文選自（《半導(dǎo)體照明》雜志第39期）

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