采用半导体(光源) 灯具的一般要求与试验

广东产品质量监督检验研究院　戴高峰



采用半导体(光源) 灯具的一般要求与试验

广东产品质量监督检验研究院戴高峰

【摘要】与传统光源的灯具不同采用半导体LED(光源)灯具的设计使用寿命和灯具的防护寿命相同，本文对编制标准采用半导体(光源) 灯具一般要求与试验的说明。

【关键词】半导体LED；试验；分析

从大量的试验中发现：当用恒定的直流电压给采用半导体LED(光源)灯具供电，在保持通电的情况下，采用半导体LED(光源) 灯具的电流是慢慢增加的，即采用半导体LED(光源)灯具的功率是增加的；就是说在这种状态下半导体LED(光源)的PN结电阻是减少的。

这个现象是由半导体LED(光源)的特性决定的：半导体LED(光源)在正向电压下发光是通过电子与空穴的复合运动，将复合的能量以光(有效复合)或热(无效复合)的形式释放，也就是说半导体LED(光源)PN结的电阻是随着直流电流的增加和温度的升高在不断减小。

1　要想提高PN结的有效复合能量

（1）通过在试验中不断地搜寻导热和散热都比较好的半导体作为PN结材料。

（2）通过在试验中不断地搜寻导热、散热和绝缘都比较好的材料；作为PN结的衬底材料。

（3）可以采用导热、散热和绝缘都比较好，连接作为PN结的衬底材料进行自然散热、风冷散热和水冷散热等方式进行散热。

事实证明：从我国的超级计算机天河一号和天河二号的使用情况比较可以发现；超级计算机天河一号是采用风冷方式散热，超级计算机天河二号采用水冷方式散热，根据近来使用反映的信息：超级计算机天河一号在世界超级计算机的运算速度比赛中只在第一名位置停留了很短的时间，并在使用中出现了故障，超级计算机天河二号在世界超级计算机的运算速度比赛中取得了第一名直到现在还是遥遥领先于世界；水冷方式比风冷方式散热的效率高几百倍。

2　所谓半导体LED(光源)灯是指采用半导体发光二极管技术做为发光源的一种新型环保照明产

（1）半导体LED(光源)发光特性：半导体LED(光源)在正向电压下发光是通过电子与空穴的复合运动，将复合的能量以光(有效复合)或热(无效复合)的形式释放，发出的光场呈扇形分布，发光强度略大于最大强度的一半之处所构成的角度称为半强度角1/2，是典型的点光源和高指向性光源。如果将多个半导体LED(光源)芯片封装在一个面板上，那么就构成了面光源，但仍具有高指向性，距离照明需求的散光源还有一定的差距。虽然可以在封装时加上散射剂以及光学透镜处理来促进散射问题，但在大功率 半导体 LED (光源) 发光芯片的散热及发光效率的处理上又存在着寻求理想解决方案的难题。

由于是高发光强度的点光源和高指向性光源，对人眼视网膜造成伤害的问题不容忽视。因此，在大功率照明光源设计、创新中就要有新的思路，并制定新的标准规范。

（2）制定LED(光源)半导体照明光源标准的建议:现有半导体LED(光源)照明的设计仍沿用传统照明设计思路是不可取的。传统照明是由灯丝或其它电致发光材料发光，较少考虑散热问题，与半导体LED(光源)照明通过电子注入与空穴复合发光完全是两种发光原理。因此，半导体LED(光源)照明标准不应沿用灯泡、灯管、灯座、灯罩的概念，而应该是由发光体、散热体、电源组、光学组件构成发光引擎。低照度(小于30lm/W)二极管可采用现行二极管的标准，而大功率(大于1W)、高流明[根据半导体LED(光源)的发展，随着半导体材料的不断试验；单颗半导体(光源)的芯片将来可制造出超过1000lm/W]，半导体LED(光源)发光管则应有相应标准规定，为避免或尽量减小大功率点光源对人眼视网膜造成的伤害，还建议制定对大功率点光源发光强度的限制标准，对未经过良好光学设计，不具备绿色照明效果的半导体 LED(光源)照明亮出市场准入的红灯，同时对半导体LED(光源)点光源、面光源、线型光源进行标准定义和符合规定光学设计标准。

另外，对半导体LED(光源)结温测定中应规定结温许可值< 80 ℃，用以保证产品的设计寿命和光效，同时应增加热量管理指标，防止半导体LED(光源)由于过热而造成失效。热量管理中，对散热指标给出推荐性的结构尺寸，如点光源基板尺寸、散热体散热面积等，如有可能，还可建立半导体LED(光源)常规基板标准、支架标准(推荐采用专利)，使行业规模化生产有标准可循。

3　范围和主要技术内容

通过对我省生产采用半导体LED(光源)灯具的企业进行走访和调研，对目前采用半导体LED(光源)灯具设计水平、质量状况、集中存在问题进行统计分析。通过分析列出能够分辨功能是否满足设计要求、质量是否安全可靠的一系列技术指标。

围绕上述技术指标，搜集典型样品进行试验。包括试验方法的验证和确定，标准值的验证和确定。对试验获取的数据进行科学的处理、分析，研究制定产品标准。

通过与国内外相关实验室进行验证，确认标准条款是否必要，合理性如何?

确定本标准,在电学、热学、机械学、光度学、色度学范围内的相关技术规范,在可靠性、安全性，电源效率提出要求。并对其所采用的技术手段进行分析。

运用相应的技术手段,对采用半导体LED(光源)灯具产品所增加的成本及能效指标进行分析和抽取，同时对我省相关企业的影响进行分析。

采用半导体LED(光源)灯具 第一部分:一般要求与试验在IEC 60598-1的基础上依据半导体LED(光源) 的特点增加和减少一些条款进行修改。

（1）增加标准：GB/T20145-2006 灯和灯系统的光生物安全性等

（2）增加定义：采用半导体LED(光源)的灯具是由发光体、散热体、电源组、光学组件构成发光引擎。

1）有限的半导体LED点光源组合灯具：

半导体LED光源在灯具中的焊接点<50，灯具的输入总功率<25W。

2）集成式LED光源灯具：

在大约100mm×100mm的面积上，由同一种半导体LED材料固晶、焊电极、涂荧光粉、胶封；只有正、负两极供人们连接在灯具上。

3）半导体LED点光源组合灯具

半导体 LED光源在灯具中的焊接点>50，灯具的输入总功率>25W。

（3）增加标记的要求：标志或使用说明书应包括下述内容：半导体LED控制装置是否可以更换.

（4）增加半导体LED光源在灯具上固定的方法。

1）可用螺钉等；2）不允许用固定电线的方法。

（5）增加绝缘电阻和电气强度、接触电流和保护导体电流：

采用半导体LED(光源)灯具经过以上试验后，通电，要求灯具的功率应能达到在试验前的输入总功率。

（6）耐久性试验期间，箱内环境温度应保持在45℃±2℃。耐久性后；在通电状态下，要求灯具的功率应能达到在试验前的输入总功率。

（7）热试验试验期间，灯具环境温度应保持在35℃±1℃。热试验(正常工作)、热试验(异常工作)后；在通电状态下，要求灯具的功率应能达到在试验前的输入总功率。(试验方法和判定合格见附录A)

（8）采用半导体LED(光源)的灯具的功率的变化率不大于3%。

1）输入电压是宽电压等；2）采用半导体LED(光源)灯具供电的LED控制装置要求输出功率是恒定的。

（9）采用半导体LED(光源) 灯具热试验试验方法。

热试验试验期间，灯具的环境温度应保持在35℃±1℃。热试验 (正常工作)、热试验(异常工作)后；在通电状态下，要求灯具的功率应能达到在试验前的输入总功率。

1）试验方法：采用半导体LED(光源)灯具在灯具所标称的最大电流连接处连接热电偶测量灯具的半导体LED光源温度。

2）合格性判定：

①半导体 LED光源在灯具中的焊接点>50，灯具的输入总功率>25W；灯具的LED光源处温度最高温升值<20℃。

②有限的半导体LED点光源组合灯具；灯具的半导体LED光源处温度最高温升值<30℃。

③集成式半导体LED光源灯具：灯具的半导体LED光源处温度最高温升值<40℃。

（10）灯和灯系统的光生物安全性。

室内使用的灯具要求达到无危险类。

强制性标准涉及的内容(主要强制内容，强制的理由，标准所涉及的产品清单和强制性标准实施风险评估等)

半导体LED(光源)照明灯具的光、电、色等安全要求源于照明灯具散热的设计和试验方法的标准是规范灯具产品光、电、色质量的标准。

半导体LED(光源)照明灯具的光、电、色等性能要求和试验方法涉及照明灯具散热的设计的安全性能，是对灯具光、电、色性能和质量的评价标准，标准的发布实施有利于规范和统一采用半导体LED(光源)照明灯具的性能，使灯具光、电、色性能参数能够正确的评价和具有复现性和可追溯性。

相关标准及法律法规(与国内外相关标准的内容异同，参考和引用标准的标准号和标准名称，法律法规依据及与之关系等)。

参考文献

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