近年來，大功率LED因其節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，已逐漸成為領域內的一個研究熱點。隨著LED技術的迅速發(fā)展，如何提高LED燈具的性能已成為研究重點。對LED燈具的性能評估有助于提高燈具性能。比如增加燈具的光輸出、增加過熱保護功能以提高可靠性、簡化熱機械設計等。為此，對大功率LED燈具的性能評估必不可少，而傳統(tǒng)老化試驗因其耗時較長、評估環(huán)境較高，相應的試驗研究較少。高溫老化作為一種常用的老化測試手段，模擬燈具在現(xiàn)實使用條件中涉及到的各種因素，對燈具產生老化的情況進行相應條件加強實驗的過程，模擬燈具的工作過程，考察其性能隨時間的變化。高溫老化通過提高工作溫度來增加實驗強度，從而大大縮短測試時間，可以通過短時間的測試了解產品燈具長時間的老化情況。

現(xiàn)今的大功率白光LED主要由大功率藍光LED加熒光粉組成，因此，對大功率藍光LED燈具的研究可以作為對大功率白光LED燈具研究的一個重要參考。對藍光LED投光燈具進行高溫老化可以綜合評估燈具的性能，是考察燈具的平均無故障工作時間和故障率的一個重要手段。為了評估大功率藍光LED燈具的性能，本文對兩種藍光LED投光燈具進行了高溫老化試驗，測量燈具的光電參數(shù)，并分析其光電性能變化，研究其光衰情況。

1 試驗原理及過程

隨著LED技術的發(fā)展，LED燈具的集成化程度越來越高，LED燈具的結構越來越細微，制造工藝越來越復雜，因此在制造過程中會產生潛伏缺陷。對一個好的LED燈具產品來說，不但要求有較高的性能指標，而且還要有較高的穩(wěn)定性。LED燈具產品的穩(wěn)定性取決于設計的合理性、所選取的光源器件性能、燈具的整燈制造工藝等因素。目前，國內外普遍采用高溫老化工藝對LED燈具進行篩選，以提高其穩(wěn)定性和可靠性。功率LED的使用壽命可達50 000 h，采用常規(guī)的壽命試驗方法需要6年才能評價其壽命，對于快速發(fā)展的LED技術來說，這種方法并不能滿足LED的發(fā)展速度。現(xiàn)在國外廠家一般采用10 000 h的壽命實驗數(shù)據(jù)作為評估依據(jù)，推測LED的實際壽命，這個時間顯然也有些過長。根據(jù)多種功率LED在不同應力下的壽命實驗結果對比，采用一種實用的加速壽命試驗方法，可以用較少的樣品在較短的時間內評估功率LED的長期使用壽命。

1.1 高溫老化原理及設備

為了提高燈具可靠性并延長燈具的無故障工作時間，對其穩(wěn)定性進行必要的考核，確保燈具的優(yōu)秀品質和期望工作時間的工藝就是高溫老化的原理。“通電加溫老化”的目的是將電氣控制組件PCB板上元器件的缺陷、焊接和裝配等生產過程中存在的隱患盡早暴露，保證燈具能經(jīng)得起時間的考驗。老化后進行電氣參數(shù)測量，篩選剔除失效或變值的元器件，盡可能把燈具的早期故障消滅在正常使用之前。

高溫老化設備(老化房)仿真出一種高溫環(huán)境測試的設備，是提高燈具穩(wěn)定性、可靠性的重要實驗設備，是各生產企業(yè)提高燈具質量和競爭性的重要生產流程。老化房是專業(yè)設備，在規(guī)格與性能的設計必須滿足燈具試驗的需求，也必須保證自身工作的穩(wěn)定性，因此它必須是高質量、安全可靠的。采用先進成熟的技術和設備，最穩(wěn)定、最實用的組件和材料，以較高的性能價格比設計老化房。能以較低的成本、較少的人員投入維持系統(tǒng)運轉。

1.2藍光LED投光燈的結構與性能研究

大功率LED燈具主要由以下幾個部分組成：半導體光源器件、封裝基板、驅動電源和燈具散熱結構。

1.2.1 光源器件分析

兩種LED燈具芯片采用美國某公司生產的大功率發(fā)光二極管做光源，根據(jù)在環(huán)境溫度100℃下、工作1000 h進行加速壽命試驗的結果，1 w藍光LED加速壽命試驗500 h光衰減為9%。

1.2.2封裝基板分析

功率型LED封裝基板作為熱與空氣對流的載體，其熱導率對LED的散熱起著決定性作用。選擇合適的基板，對LED的散熱性和可靠性具有鶯要影響。功率型LED封裝基板材料要求具有高電絕緣性、高穩(wěn)定性、高導熱性及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)、平整性和較高的強度。

1.2.3 驅動電源分析

LED驅動電源的設計必須要綜合考慮各種因數(shù)，如效率轉換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容等。LED足特性敏感的半導體器件，又具有負溫度特性，因而在應用過程中需要對其進行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護。

1.2.4 散熱系統(tǒng)分析

LED的光源特性決定了其對溫度的特殊要求，散熱能力是一個相當重要的考核指標，通常通過散熱的結構封裝技術及散熱裝置設計來保障最佳的光亮度及延長其無故障工作時間。

1.3 藍光LED投光燈高溫老化光電性能測試過程

隨著發(fā)光二極管(LED)應用范圍的擴大，對大功率LED燈具的性能有了更高的要求，對LED光、色、電參數(shù)的測量也提出了更高的要求，如：亮度高低、波長的一致性、抗靜電能力強弱、漏電電流的大小等。

本試驗選用浙江大學的三色SPR3000D光電綜合測試系統(tǒng)進行測試，分析LED投光燈的光電性能。測試過程：將LED燈具(包含驅動電源)放人積分球.加220 V工作電壓，使其處于正常工作狀態(tài)，進行光電測試。LED燈具在高溫環(huán)境下光衰減性能分析的試驗過程：將LED燈具放入老化試驗室，力H220 V工作電壓，使其處于正常工作狀態(tài)，調節(jié)環(huán)境溫度設為55℃，測試時間為480 h。在老化過程中，每48 h測一次燈具的光電參數(shù)，以分析其光電參數(shù)變化情況。

2 結果與討論

2.1 試驗結果

藍光LED投光燈屬于大功率LED燈具的一種，為了綜合評估燈具的性能，對LED投光燈進行高溫老化試驗，以此來考察燈具的無故障工作時間和故障情況。通過對兩種不同結構的藍光LED燈具進行高溫老化試驗，測量老化過程中燈具的光電參數(shù)，分析其光衰變化情況。燈具在老化過程中光通量(φ)變化如圖l所示。

從上圖藍光LED燈具光通量變化情況可以看出。兩種LED投光燈的初始值差別不是很大，光通量集中在285—315 lm。總體來說，A型燈具光通量變化幅度較小，燈具Al光通量呈逐漸下降趨勢;燈具A2初期光通量有上升趨勢，在240—384 h出現(xiàn)小幅波動，后逐漸趨于平穩(wěn)。相對A型，B型燈具光通量衰減較大，從老化開始，B型燈具光通量呈大幅度衰減，在老化240 h后逐漸趨于平穩(wěn)，接近210 lm，相對于初始接近290 lm的光通量衰減了四分之一多。燈具具體光衰減情況如表l所示。φ1為初始光通量;φ2為老化后光通量;△φ為光衰。

2.2 結果討論

本試驗中的兩種燈具采用相同的光源器件與封裝基板，不同處在于散熱結構與驅動電源。對比兩種燈具的老化光衰情況，明顯A型LED投光燈性能優(yōu)于B型LED投光燈，而兩種燈具所采用的光源是同一種，那么可以推斷產生差異的源頭有兩種可能：一是燈具散熱結構的差異;二是驅動電源的差異。

2.2.1 散熱結構分析

散熱能力的影響因素主要從三方面考慮：散熱材料的選取、散熱面積的大小、散熱方式的制定。選材優(yōu)化主要考慮材料的熱導率，因此材料的選取有一定的局限性。增加散熱面積可以促進散熱，而好的散熱方式可以快速將表面熱量帶走，大幅度地提高LED的散熱能力，因此散熱的關鍵是增加散熱面積與改變散熱方式。本試驗中的兩種燈具采用的足同種散熱材料與散熱方式，不同之處在于散熱面積A型燈具大于B型燈具。試驗過程中A型燈具溫度明顯低于B型燈具。

LED燈具散熱設計的重點在于：最短的熱路徑;必須以最快速的方法將熱量導出然后散出。通過燈具散熱的分析和計算，可以指導設計散熱方式和散熱器的選擇，保證LED燈具工作在安全的溫度范圍內，減少質量問題，提高可靠性。

2.2.2 驅動電源分析

除了溫度、電壓和電流對于LED的壽命、光衰也有著極大的影響。由于LED的特性所致，微小到幾毫安的電流波動也將對LED的壽命與光效產生極大的影響。一般采用定電壓、定電流技術，使得流過每粒LED的電流均為恒值、從而保證高亮度LED的亮度與壽命。本試驗中的兩種燈具采用兩種不同型號恒流穩(wěn)壓電源，根據(jù)光電參數(shù)測試結果，A型燈具的電學參數(shù)穩(wěn)定性優(yōu)于B型燈具，分析可能對燈具光學性能有所影響。

3 結語

LED燈具性能的優(yōu)劣受多方面因素影響。從器件的選擇，散熱結構設計，到驅動電源的匹配都會對LED燈具的光電參數(shù)造成一定影響。本文測量老化過程中燈具的光電參數(shù)，分析其光衰變化情況，發(fā)現(xiàn)在光衰過程中，LED光通量有上升的情況。

試驗結果表明，在選取相同光源的情況下，不同的散熱技術與小同的驅動電源配備都會對燈具性能造成一定影響。從散熱結構角度來說，在散熱材料與散熱方式相同的情況下，增大散熱面積有利于燈具的散熱并保證較好的性能。從驅動電源角度來說，采用穩(wěn)定性高的電源有助于提高燈具的性能。因此對于LED燈具來說，在光源一致的情況下，散熱結構與驅動電源的配備都是至關重要的。