户外环境下LED路灯照度维持率测试研究

李本亮

(国家半导体光源产品质量监督检验中心(广东),广东省东莞市质量监督检测中心,广东 东莞 523808)



户外环境下LED路灯照度维持率测试研究

李本亮

(国家半导体光源产品质量监督检验中心(广东),广东省东莞市质量监督检测中心,广东 东莞 523808)

随着LED路灯的应用推广，光衰问题受到路灯安装用户的密切关注。在户外安装了两批次LED路灯，开展基于照度维持率的光衰测试，分析了LED路灯光衰和故障情况。测试结果显示：2010年首批安装的LED路灯光衰比较严重，产品故障率较高；而2012年第二批安装的LED路灯，整体光衰率较小，产品整体故障率较低。测试结果对比分析显示：LED路灯经过两年的技术改进和提升，产品的光衰问题得到显著改进，产品故障率有了一定的降低。

LED路灯；路面照度维持率；光衰；故障率

引言

目前，随着LED路灯应用工程的不断推广，LED路灯的光输出衰减已经成为道路养护部门和广大民众关注和评论较多的问题。已有较多的文章关注LED路灯的寿命问题[1-3]，LED路灯应用初期文献[1-2]对LED路灯的寿命预期为基于LED光源理论寿命50000h来进行评估。随着LED路灯的应用推广，越来越多的专家和学者意识到LED路灯的寿命不能简单根据LED路灯光源寿命来估计,更多的受制于LED路灯产品的整体质量水平,文献[3]中认为质量较好的LED路灯可以达到20000小时。然而，大多数文献并未开展多型号、多厂家的LED路灯光衰及故障率的实际测试。

为了更好的了解LED路灯的光衰及故障情况，本文开展了安装在户外环境下燃点的LED路灯照度维持率测试，测试产品均为广东省LED路灯标杆目录产品，测试分2批次，总计313型号产品。首批次89家企业的LED路灯标杆产品，总计132型号，安装燃点时间为2010年12月，第二批次127家企业的LED路灯标杆产品，总计181型号，第二批次的LED路灯企业产品包含了第一批的企业78家，安装燃点时间为2012年6月，每批次均进行2年的燃点和测试，采集了照度维持率及故障率数据，分析了LED路灯光输出衰减及故障率变化趋势。

1 LED路灯照度维持率测试方案

本文中所有测试样品均按照LED路灯产品的安全、电磁兼容国家标准要求，进行了规定项目的测试。

首批次132型号LED路灯产品，安装在国家半导体光源产品质量监督检测中心(广东)(以下简称“中心”)自行研发的6米高莲花形户外LED路灯测试灯杆上，安装在中心院内22套灯杆上，每套灯杆安装LED路灯6盏。燃点时间为每天晚上6点开灯，早上6点关灯，每天燃点12小时[4]，安装效果如图1所示。

图1 LED路灯户外莲花灯架测试图Fig.1 Outdoor test of the lotus of LED street lamp

第二批次181型号LED路灯产品，安装在中心自主研制的LED路灯户外测试架上，每排测试架最多安装LED路灯98盏。燃点时间与首批次相同，燃点效果如图2所示。

图2 LED路灯户外测试图Fig.2 Outdoor test of LED street lamp

照度维持率测试采用测试每盏LED路灯的路面实际照度并计算维持率的方法进行，具体方法参考DB/T44 609—2009《LED路灯》的9.6.2[5]，测试间隔为6个月。

2 测试数据分析

2.1 首批次LED路灯燃点1年数据分析

首批次132型号LED路灯，燃点2年，累计有31型号出现故障，产品故障率23.5%。本文只分析未出现故障的101型号路灯的照度维持率数据。首批次LED路灯燃点1年后(4380h)的照度维持率数据结果如图3所示，其中最高照度维持率为1.01，最低照度维持率为0.55；平均照度维持率为0.92。

图3 首批次LED路灯燃点1年后照度维持率Fig.3 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the first batch

为了进一步分析燃点1年后LED路灯的照度维持率分布情况，对首批次的照度维持率按照不同的照度维持率区间进行了统计，具体的情况如表1所示。

表1 首批次燃点1年照度维持率区间统计Table 1 Illuminance maintenance after one year’s lighting

从表1中可以看出有1型号的LED路灯，燃点1年后的照度呈上升趋势，未出现衰减；共计有72型号的LED路灯照度维持率在(1.0,0.90]区间，占了整体型号的71%；有25型号的LED路灯照度维持率在(0.90,0.80]区间，占25%；有3型号的LED路灯照度维持率在(0.80,0.70]区间，占3%；有1型号的LED路灯照度维持率为0.55，低于0.7。燃点1年照度维持率比例如图4所示。

图4 首批次燃点1年后照度维持率比例图Fig.4 Illumination maintenance proportion after one year’s lighting

参考国家标准GB/T 24907—2010《普通照明用LED路灯性能要求》[6]的5.10的要求，插值计算4380h的光通维持为0.877，在表1的统计中，共有78型号的LED路灯产品照度维持率符合国家标准的要求，占总型号的77%。

2.2 首批次LED路灯燃点2年数据分析

首批次101型号LED路灯燃点2年后(8760h)的照度维持率数据结果如图5所示，其中最高照度维持率为0.94，最低照度维持率为0.49；平均照度维持率为0.82，与燃点1年的照度维持率平均值0.92相比较，整体照度维持率平均值下降了10%。

图5 首批次燃点2年后照度维持率Fig.5 Illuminance maintenance after two year’s lighting for the first batch

首批次燃点2年后的LED路灯的照度维持率进行了按照不同的照度维持率区的统计，具体的统计情况如表2所示。

表2 燃点2年照度维持率区间统计Table 2 Illumination maintenance after two year’s lighting

从表2中可以看出燃点2年后，只有2型号的LED路灯照度维持率在(0.96,0.94]区间，另有2型号的LED路灯照度维持率在(0.94,0.92]区间，占4%；有72型号的LED路灯照度维持率在(0.90,0.80]区间，占71%；有21型号的LED路灯照度维持率在(0.80,0.70]区间，占21%；有4型号的LED路灯照度维持率为0.55，低于0.7，占4%。燃点2年的照度维持率比例如图6所示。

图6 首批次燃点2年后照度维持率比例图Fig.6 Illuminance maintenance portion after two year’s lighting for the first batch

参考国家标准GB/T 24907—2010《普通照明用LED路灯性能要求》要求，插值计算8760h的光通维持为0.804，在表1的统计中，共有75型号的LED路灯产品照度维持率符合国家标准的要求，占总型号的74%。

2.3 第二次LED路灯燃点1年数据分析

第二批次181型号LED路灯，燃点2年，累计有28个型号出现故障，产品故障率15.5%。本文只分析未出现故障的153型号的照度维持率测试数据。

第二次153型号LED路灯燃点1年后(4380h)的照度维持率数据结果如图7所示，其中最高照度维持率为1.03，最低照度维持率为0.63；平均照度维持率为0.98。与首批次101型号LED燃点1年的照度维持率平均值0.92相比较，整体照度维持率平均值上升了6%。

图7 第二批次燃点1年后照度维持率Fig.7 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

第二批次LED路灯燃点1年的照度维持率进行了按照不同的照度维持率区的统计，具体的统计情况如表3所示。

从表3中可以看出有74型号的LED路灯，燃点一年后的照度呈上升趋势，未出现衰减；累计有73型号的LED路灯照度维持率在(1,0.9]区间；有4型号的LED路灯照度维持率在(0.9,0.8]区间；有1型号的LED路灯照度维持率在(0.8,0.7]区间；有1型号的LED路灯照度维持率为0.63，低于0.7。第二批次LED路灯的燃点1年照度维持率比例如图8所示。

表3 第二批次燃点1年照度维持率区间统计Table 3 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

图8 第二批次燃点1年后照度维持率Fig.8 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

参考国家标准GB/T 24907—2010,插值计算4380h的光通维持为0.877，在表3的统计中，共有150型号的LED路灯产品照度维持率符合国家标准的要求，占总型号的98%。

2.4 第二批次LED路灯燃点2年数据分析

第二批次LED路灯燃点2年后(8760h)的照度维持率数据结果如图9所示，其中最高照度维持率为1.15，最低照度维持率为0.22；平均照度维持率为0.95，与同批次燃点1年的照度维持率平均值0.98相比较，整体照度维持率平均值下降了3%。与首批次101型号LED燃点2年的照度维持率平均值0.82相比较，整体照度维持率平均值上升了13%。

图9 第二批次LED路灯燃点2年后照度维持率Fig.9 Illuminance maintenance after one year’s lighting for the second batch

第二批次LED路灯燃点2年的照度维持率进行了按照不同的照度维持率区的统计，具体的统计情况如表4所示。

表4 燃点2年LED路灯照度维持率区间统计Table 4 Illuminance maintenance after two year’s lighting

从表4中可以看出仍有57型号的LED路灯，燃点2年后的照度维持率呈上升趋势，未出现衰减；另有74型号的LED路灯照度维持率在(1,0.9]区间；有13型号的LED路灯照度维持率在(0.9,0.8]区间；有4型号的LED路灯照度维持率在(0.8,0.7]区间；有5型号的LED路灯照度维持低于0.7。第二批次LED路灯的燃点2年照度维持率比例如图10所示。

图10 第二批次燃点2年后照度维持率比例图Fig.10 Illuminance maintenance after two year’s lighting for the second batch

参考国家标准GB/T 24907—2010,插值 4380h的光通维持为0.804，在表4的统计中，共有144型号的LED路灯产品照度维持率符合国家标准的要求，占总型号的94%。

2.5 测试结果分析

为更加直观的分析2批次LED路灯的故障率、维持率及失效率(维持率<0.7)的差异情况，将2批次的测试结果进行了对比，具体如表5所示。

表5 2批次LED路灯测试对比表Table 5 Testing comparison of the two batchs

从表5中可以看出，燃点1年时，第二批次LED路灯的故障率上比首批次有8%的下降，平均照度维持率有了6%的上升，照度维持率合格率有了21%的提升；燃点2年时，第二批次LED路灯比首批次的平均照度维持率有了13%的上升，照度维持率合格率有了20%的提升，失效率有了1%的下降。

3 结论

本文在户外实际安装了两批次的LED路灯标杆产品进行照度维持率测试，分析了2010年底首批次和2012年6月第二批次LED路灯产品分别燃点1年和2年照度维持率及故障情况。结果表明LED路灯的整体照度维持率水平有了显著的提升，故障率有了较大的下降。第二批次LED路灯燃点1年后，有48%的灯具光输出没有下降，反而上升，燃点2年后，仍有37%的灯具光输出没有下降，维持上升。LED路灯照度维持率增加可能的原因有：1)芯片P极掺杂的Mg-H进一步活化，受主浓度增加，载流子复合概率增加，重而导致光通量增加；2)荧光粉性能提高。[7]LED路灯产品的照度维持率增加通常发生在3000小时以内，工程安装实测中发现确实有部分的LED路灯产品两年内仍有维持率上升现象，通过向部分生产厂家了解，相关产品设计时留有比较大的光通量输出裕量，LED芯片初始工作在额定电流以下，随着使用时间的增加，整体光通量维持增加或不变。

本文的测试及分析表明，随着LED路灯产品光源性能的提升和散热设计技术的进步，多数LED路灯标杆产品的光衰问题已经得到了较好的解决，能够满足LED路灯国家标准对维持率的要求。然而，LED路灯的故障率和失效率水平仍然偏高，需要进一步提升产品的设计、工艺及可靠性水平。

[1] 叶荣南.LED路灯用于城市照明的探讨[J]. 照明工程学报, 2009, 20(增刊):83-91.

[2] 刘承东, LED路灯在道路照明中的应用[J]. 中国照明电器, 2009, 3:30-34.

[3] 汪飞佳, LED路灯目前存在的问题及未来发展前景[J]. 照明工程学报, 2012, 23(4):97-99.

[4] 广东LED路灯产品标杆体系管理规范(试行版)[DB/OL]. http://www.gdledia.cn.

[5] 广东省质量技术监督局.DB/T44 609—2009LED路灯[S].北京：中国标准出版社，2009.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T 24907—2010普通照明用LED路灯性能要求[S].北京：中国标准出版社，2010：1-3.

[7] 苏州新纳晶光电股份有限公司.解析LED光通量衰减图[OL]. http://wenku.baidu.com/view/ c6ac584af7ec4af e04a1df6a.html.

The Research of LED Street Lamp Illuminance Maintenance rate Testing in The Outdoor Environment

Li Benliang

(NationalSemiconductorLightingProductsSupervisionInspectionCenter(Guangdong)，GuangdongDongguanQualitySupervisionTestingCenter,Dongguan523808，China)

With the popularization and application of LED street lamp, the lighting output descent of lamp was paid close attention to by its users. The author of this paper installed two batch of LED street lamps in the outdoor, carried out illumination maintenance rate tracking test, analyzed LED street lamp lighting output descent and fault conditions. Test results showed that the first batch of LED street lamp installed in 2010 has descended greatly and the product failure rate is high; whereas, the overall descent rate is relatively small and the overall product failure rate is low for the second batch of LED streetlights installed in 2012. The comparison of test results showed that with improvement and upgrading of LED street lamp technology for the past two years, the attenuation problem obtained a better solution, life performance of products has been greatly improved, and the failure rate descended slightly.

LED street lamp, illumination maintenance rate，lighting output descent, failure rate

国家高技术研究发展计划(863计划)课题，机电产品绿色制造基础标准与应用(课题编号：2012AA040102)

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.02.020