固態照明(SSL)的產品開發不僅僅局限于LED和驅動電子領域。Richie Richards闡釋了該如何評估這其中復雜的設計要素,這些要素包括了材料選擇、熱處理、兼容性等問題。只要恰當處理好它們,定能生產出最佳的照明產品。
古話說的好:“當你親眼所見就能知道東西的品質,但有時卻無法言表。”影響固態照明性能的設計要素,正如所言,通常是難以形容的。LED產生的光不過是整個評價系統里的一小部分。要進行完整的評估鑒定,安裝過程和產品的生命周期同等重要。接下來我們看看易產生疑問的的一些例子。
LED技術發展迅速,不少燈具商家喜歡就有關產品的色彩品質、亮度、發光效率、耐久性,甚至是整個產品提出無根據的索賠要求。沒有恰當的熱處理設計,或是電路設計不當,都會造成過度電性應力,如果在生產過程中產生了化學兼容性問題,將導致LED產品的質量劣變,甚至產生照明故障。圖1收集了造成質量劣變和故障的過程原因。
總體評估
為了確保固態照明產品的質量,進行定量的測試至關重要。這將決定設計強度和產品長久的可靠性。不僅僅是只是LED部分,整個固態照明產品都關乎品質。科銳公司(Cree)推出了對LED燈具進行了有關熱學、電學、機械、光度及光學參數(TEMPO)的全面測試。TEMPO服務幫助LED元件客戶解決問題。該項目還能使產品開發人員快速應對挑戰、節約開發成本、為新產品爭取更多的市場時間。
照明產品的系統評估是一個多點式的測試和分析過程。工程人員必須進行一系列的有關熱學、電學、機械、光度的測試,并提交能夠確定產品性能的數據全面報告。本文結尾處的工具欄附上TEMPO服務詳細的測試目錄。此外,測試結果將應用到由照明工程學會(IES)通過的TM-21標準,來設計LED的壽命時間。
測試與評估很富有挑戰性,特別是對于那些剛剛從事設計LED的燈具生產商們來說格外不易。固態照明產品包含了大量的組件:LEDs、電路板、光學部件、電流驅動器、電源供應器、散熱器和機械外殼。任何組件都會影響產品的性能、質量和壽命時間。
照明系統性能需要評估的有機械構建和長期可靠性。另外,測試結果的報告需要以LM-79-08為基礎。評估需要提供能源之星、DLC和UL標準測試的對比結果。
熱學和機械測試
大多數LED故障問題和溫度相關;性能和設計的壽命時間與熱管理、以及LED半導體芯片的節點溫度緊密相關。節點溫度的升高減少光能輸出,縮短使用壽命。恰當的熱管理和機械結構對性能至關重要。LED焊接的x光拍照等技術手段可以用來評估機械結構,評估實際散熱性能以此驗證散熱設計的假定計劃,對于確保質量和可靠性來說十分必要。
熱學測試對于產品而言是有挑戰性的。錯置熱電偶、過多光子能量照明熱電偶都是錯誤的溫度測試。這些差錯都會折損產品的使用壽命。
熱學和機械測試的固態照明產品,可以發現設計或制造上的缺陷
正確的測試需要精確地驗證結點溫度監測的焊接點。TEMPO測試包括驗證結點溫度監測的焊接點、固態的紅外熱成像,以及根據測試得出的結點溫度估算。正如圖2所示,可以利用溫度測試和紅外熱成像手段測量和說明LED燈具的散熱性能。
請留意圖二右手部分的紅外線照片,體現了兩個相同的印刷線路板的散熱差異。左邊的印刷線路板溫度更低,圖片顯示為黃色,而右邊的為亮紅色,LED已白熱化,表明印刷線路板的散熱接口應安裝在右邊。
LED和印刷線路板之間的機械接口,對固態照明系統的熱學性能影響深遠。可以利用x光射線進行分析。這對于核查焊接的質量,決定是否無效或是過度焊接十分有用。