动车组用LED主照明灯具寿命特性研究

2022-03-08段晓霞吴超云吴志远赵计胜郭云健

铁道车辆 2022年1期

段晓霞,吴超云,吴志远,赵计胜,郭云健

(1.中车唐山机车车辆有限公司，河北唐山 063000；2.广电计量检测(北京)有限公司，北京 102600)

LED灯具有节能环保、智能操控、响应时间短、寿命长等诸多优点，因此采用LED做灯具照明已成为轨道交通车辆照明的趋势，但在运用中LED灯具出现明显光衰、照度均匀性变差、频闪、灯具异响等问题，严重影响照明效果[1]。因此评估LED灯具的剩余寿命特性，量化高级修时的照明指标，对于判断灯具能否继续服役至关重要[2]。

1 灯具寿命特性

试验样品为12件某型动车组内部照明系统部件，产品标称功率为18 W，使用时间约为8年左右。

对照明系统部件的寿命特性研究，关键在于分析其性能技术参数随使用时间的衰减趋势，并根据衰减量选取主要性能指标。通过利用功率分析仪、积分球测试系统和分布光度计测试系统等检测设备，测试12组待高级修的LED灯具(表1)的功率、光效、显色指数、色漂移等关键技术参数，分析产品性能衰减情况，确定灯具剩余寿命评估的关键指标。

表1 灯具实测参数平均值

(1)样品实际测量的光效平均为79.9 lm/W，而近两年LED灯具光效水平为120 lm/W左右，样品质量欠佳。样品灯具经6 000 h室温点灯试验后光通量相较于初始值下降了4%～5%，衰减较为明显。

(2)平均实测功率约为15.6 W，功率衰减13%左右。

(3)颜色指标：样品为暖白色调，色温在4 000 K左右。实测6 000 h室温点灯试验后颜色指标衰减基本在0.3%以内，几乎无衰减。

综上可知，从样品的衰减趋势来看，光效(光通量与输入功率之比)和功率衰减相对较为明显，颜色指标衰减不明显。因此选取光通量衰减趋势作为灯具剩余寿命评估的关键指标[3]。

2 寿命特性研究

2.1 样品试验方案设计

根据相关国标要求，对上述12件样品进行6 000 h室温点灯试验及1 000 h的55 ℃高温加速试验，通过分析试验每阶段光通量的衰减量并拟合光通量的衰减曲线，从而得到光通量的衰减常数、灯具的激活能以及高温加速因子，并最终对LED灯具的剩余寿命[4-5]进行预估。

2.2 室温点灯试验

根据GB/T 33720—2017《LED 照明产品光通量衰减加速试验方法》及GB/T 33721—2017《LED 灯具可靠性试验方法》要求，在温度(25±1)℃、最大相对湿度65%的无对流风空间下，使LED灯具稳定工作6 000 h，并每隔1 000 h测试其光通量。样件为上述12件样品中抽取的2件，测试结果如表2所示。

表2 室温点灯光通量测试数据 lm

对被试样本6 000 h后光通量测量数据进行相对0数据的归一化处理，并对归一化得到的数据进行算数平均值计算，得到该组样品在各个时间点相对于0 光通量的光通维持率的数据见表3。

表3 样品光通维持率

根据测试标准，灯具光通量衰减遵循自然指数规律，则使用以下公式进行拟合

lnφ=lnB-α×t

(1)

式中：φ——平均归一化后流明输出；

B——初始常数；

α——衰减系数；

t——点灯时间，h。

对每型号光通维持率取对数，表4为对数值结果。

表4 样品光通维持率对数值

分别对其中的2个样件点灯时长和光通维持率对数进行线性拟合，图1为拟合结果。

y.光通维持率对数；x.老化时长；R2.拟合度。

由图1可知，在(25±1)℃时灯具衰减系数α1为5.93×10-6。并初步推断当光通维持率为0.7时，18 W灯具剩余寿命为60 314 h≈6.9年。

2.3 加速老化试验

轨道交通车辆上LED灯具受温度的影响较大[6-7]，因此温度应力是加速试验的环境应力。目前国内外热老化寿命研究预测中，最重要和最常用的方法是基于Arrhenius模型进行外推的计算方法，选用恒定应力加速老化方法，可信度较高[8]。根据GB/T 33720—2017《LED 照明产品光通量衰减加速试验方法》及GB/T 36361—2018《LED加速寿命试验方法》要求，在(55±2)℃，最大相对湿度65%的无对流风空间，LED灯具稳定工作1 000 h或测试光通维持率低于70%时停止，每250 h测试一次光通量。表5为样品加速老化光通量测试数据。