LED鉴定、测试及失效分析

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广电计量 杜亚俊 先生

LED电源质量鉴定

    LED驱动电源的功能是把交流市电转换成适合LED的直流电。在选择和设计LED驱动电源时要考虑可靠性、效率、功率因数、驱动方式、浪涌保护、温度负反馈保护功能等因素;户外灯具的LED驱动电源应考虑防水、防潮性能,要求其外壳要耐晒、不易老化以保证驱动电源的寿命能与LED的寿命相适配。
鉴定内容:
(1)电源输出参数:电压、电流;
(2)驱动电源是否能保证恒流输出的特性,是纯恒流驱动方式还是恒流恒压驱动方式;
(3)是否具有单独过流保护、短路保护及开路保护;
(4)电源漏电鉴定:通电工作时,外壳应无带电现象;
(5)纹波电压检测:无纹波电压最佳,有纹波电压时,峰值越小越好;
(6)频闪评估:LED路灯点亮后无频闪;
(7)开机输出电压/电流:开机时,电源输出不应出现大电压/电流;
(8)电源浪涌是否符合相关标准,比如:IEC61000-4-5。

选配检测内容:
防水防尘、老化测试等可靠性检测、无硫检测。
LED驱动电源是LED照明产品的核心部件之一,其性能对照明产品的整体品质具有极其重要的影响:驱动电源的效率不高,则能效转换比低,不仅影响照明产品的照明质量,而且会带来较大的散热问题;驱动失效是影响LED照明产品寿命的重要因素, LED驱动失效与诸多因素有关,电磁干扰是一个重要方面,尤其随着驱动技术的发展,驱动电源的电子集成化程度越来越高,不仅包括驱动电路,还包括LED电子控制或调光电路等。电磁兼容特性(包括电磁干扰及抗干扰)的测试和评价至关重要,是考量驱动失效不可忽视的一个重要因素。
近年来,调光技术逐步应用于LED照明领域,尤其是在商业照明领域应用极为广泛。而调光相关的兼容性(Dimmer Compatibility)、频闪(Flicker)性能引起国际多个标准组织的关注,例如美国能源之星、国际能源署的4E计划等,均提出调光兼容性及频闪测试要求。
1. LED 驱动电源相关标准
LED驱动电源的标准包括LED驱动的电性能、EMC电磁兼容等特性的要求及测试。2013年4月,能源之星发布《ENERGY STAR®Program Requirements Product Specification for Lamps》草案终稿(简称:Lamps FD)中,将振铃波的测试列入瞬态保护特性的要求,测试标准为 ANSI/IEEE C62.41.2。与此同时,对于可调光LED,还要求测量闪烁指标的最大值,国际能源署(IEA)此前也提出,街道照明灯具在全额功率下,闪烁指数(Flicker Index)不得大于0.3%。从各标准的规定及国际标准的发展趋势来看,LED驱动不仅需要进行基础的电性能、EMC等特性的测量,还需要根据其应用考察瞬态保护特性及闪烁指数等特征参数。
2. LED 驱动电源的系统测试方案
2.1 电性能检测
电性能为LED驱动的基础特性,该性能的好坏直接关系到LED的光线质量及能效转化,需考量的参数较多,包括稳流(压)范围、功率因数、启动时间、输出过压(流)保护值、输入冲击电流及输出电流(压)纹波等。如此之多的电性能指标,一般需要采用多种检测设备联合测量,操作十分繁琐。
2.2 电磁兼容性检测
LED驱动电源的EMC(Electromagnetic Compatibility)包括电磁干扰性(EMI)和电磁敏感度性(EMS)两大类。EMI(Electromagnetic Interference)要求LED驱动电源系统在正常运行过程中对所在环境及其它事物(包括设备、系统、人及动植物)产生的电磁干扰不能超过一定的限值。EMS(Electromagnetic Susceptibility)即电磁敏感性(抗扰度),该特性要求LED驱动电源系统本身在电磁骚扰情况下运行性能要稳定,如具有抗雷击、静电、振铃波等干扰的能力。对于不同的EMC特性,标准的测试要求不同,须选择各自专业的测试方案进行测试。以下仅举几个对LED驱动电源较为重要、也是最容易引起失效的EMS性能测试加以说明。
2.3浪涌冲击检测
自然界的雷击、电源系统切换、设备接地网或接地系统间的短路等都可能会对该环境下LED驱动形成浪涌冲击,严重会导致设备失灵和损伤。所以,标准GB/T 17626.5/IEC61000-4-5对电器设备的抗浪涌冲击性能评估作出了明确规定。
2.4 静电放电检测
LED驱动电源电路中存在很多半导体器件,在制造、装配、运输、存储、使用过程中都可能遭遇静电放电,导致LED驱动电源的失常和失效。LED驱动电源电子器件的静电放电测试可按照美国国家标准ANSI/ESD STM5.1、ANSI/ESD STM5.2,美国军方标准MIL-STD-883以及国际电子电工协会标准JESD22-A114D、JESD22-A115-A等进行,对于整体LED驱动电源系统的静电放电抗扰度,测试须按照GB/T 17626.2/IEC61000-4-2进行。接触放电是首先的测试方案,而无法进行接触放电的部位可使用空气放电。间接放电应根据GB/T17626.2 第7章节内容规范布置进行测试。
2.5 振铃波检测
振铃波检测主要为了考察驱动抵御电网中电子及电气设备的电源线和控制线开关的切换等造成的干扰的能力。该特性已被能源之星纳入产品认证的考量要求,并指出测试按ANSI/IEEE C62.41.2标准执行。此外,标准IEC61000-4-12及GB/T17626.12也对此有所规定。
3. LED 驱动电源相关的调光兼容性及频闪特性检测
调光技术已经逐步应用至各类LED照明产品中,开启了智能化照明的进程,但由此带来的调光兼容性以及频闪特性也备受关注。LED可以通过驱动电源内部集成的调光电路或者通过外部的调光控制器实现调光,但两者常因驱动电路的不兼容导致LED直流电源输出纹波,出现LED光源频闪。理论上来说,频闪特性可通过输出纹波特性(可由LT-101测定)来评量,但其更多体现的是LED光输出特性,因此,透过LED的光输出变化特性的测量将更加客观。
频闪会引发视觉疲劳、眼花、偏头痛等,且在道路照明领域,频闪还会使驾驶者产生错觉,引发交通事故,所以也越来越受到相关国际标准组织的关注。美国能源之星和国际能源署(4E计划)均对该性能有要求。前者在其Lamps FD中规定了照明灯具须要测出闪烁指标的最大值。后者在其SSL街道照明灯具的性能规范中更规定,在全额功率下,灯具的闪烁指数不大于0.3%。
LED灯频闪特性的评价参数包括闪烁百分比(Percent Flicker)和闪烁指数。
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