يمتد الاختبار الموحد لمصابيح LED إلى تركيبات الإضاءة

تتميز مصابيح LED بأنها متينة بشكل ملحوظ ونادراً ما تفشل بشكل كارثي. يتلاشى وضع الفشل الأكثر احتمالاً حتى يصبح ناتج الضوء غير مناسب للغرض المقصود. يكون الانخفاض في اللمعان والتغير في اللون تدريجيًا للغاية، ومن الممكن أن تزيد "عمر" LED المحتمل (النقطة التي لم يعد الجهاز عندها مناسبًا للغرض) بما يزيد عن 50000 ساعة.
 

تتيح الاختبارات القياسية لمصنعي مصابيح LED تزويد مهندسي الإضاءة بتقديرات كمية لعمر منتجاتهم دون أن تضطر الشركات إلى الخضوع لعملية طويلة بشكل غير عملي لاختبار الرقائق حتى الفشل.
 

إن مؤشر LED نفسه ليس سوى جزء صغير من وحدة الإضاءة-الصلبة. بمجرد دمجها في التركيبة، يمكن أن تتأثر صيانة التجويف واللون لمصباح LED بعوامل مثل الحرارة وتقلبات إمدادات الطاقة والضغط الميكانيكي الذي لم يكن موجودًا أثناء الاختبار الأصلي. ومع ذلك، لم يكن لدى مهندسي الإضاءة طريقة موحدة لاختبار مدى خطورة تأثير هذه العوامل، وبالتالي لا توجد طريقة لتحسين تصميم تركيباتهم لزيادة عمر المنتج إلى أقصى حد.
 

لقد تم الآن تطوير الجمع بين إجراء الاختبار الموحد وطريقة استخدام البيانات من الاختبار للتنبؤ بعمر التركيب من قبل لجنة إجراءات الاختبار التابعة لجمعية الهندسة المضيئة في أمريكا الشمالية (IESNA) وهي في مرحلة الموافقة النهائية. تشرح هذه المقالة كيفية عمل طريقة الاختبار والتنبؤ وكيف ستمكن مصممي الإضاءة من تحسين طول عمر تركيباتهم.

اختبار المصابيح
 

وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية، يرتبط عمر الإضاءة بظروف التشغيل (على سبيل المثال، درجة الحرارة المحيطة ودورة التشغيل)، ولكن عادةً قد يتوقع المستخدم أن يدوم المصباح المتوهج 1000 ساعة والهالوجين ضعف هذه المدة. في حالة أنابيب الفلورسنت، تؤثر تقنية الصابورة بشكل كبير على عمر المنتج؛ مع الصابورة الرخيصة، قد يستمر الأنبوب لمدة 20.000 ساعة ويزداد إلى 30.000 ساعة للأنواع الأكثر تكلفة.
 

وبطبيعة الحال، تفشل مصابيح LED أيضًا. وفي بعض الأحيان يكون هذا الفشل كارثيا؛ على سبيل المثال، يمكن لراتنج الإيبوكسي المستخدم في تغليف القالب أن يسخن ويتمدد، مما يؤدي إلى الضغط على الوصلات المرتبطة بالجهاز حتى تفسح المجال. يمكن أن يتسبب التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) في فشل فوري في تقاطع أشباه الموصلات الخاص بـ LED. سبب آخر للفشل الكارثي هو تكوين شعيرات معدنية، خاصة في البيئات الرطبة أو حيث يتعرض مؤشر LED لضغط ميكانيكي، مما يؤدي إلى جسر الموصلات مما يسبب ماس كهربائي.
 

ومع ذلك، بشرط تشغيل مصابيح LED وإبقائها باردة وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة، تميل الأجهزة إلى أن تكون متينة بشكل ملحوظ ولا تفشل فعليًا سوى نسبة صغيرة منها بشكل كارثي. والنتيجة الأكثر ترجيحًا هي أن مؤشر LED سوف يتلاشى تدريجيًا حتى يصبح ناتج الضوء الخاص به غير كافٍ للغرض المقصود منه (الذي تحدده صناعة الإضاءة بأنه أقل من 70 بالمائة من ناتجه عندما يكون جديدًا أو "L"₇₀").
 

وهذا على النقيض من الإضاءة التقليدية التي من المرجح أن تفشل بشكل كارثي. (يمكن أن ينخفض ​​سطوع الإضاءة التقليدية بنسبة 20 إلى 30 بالمائة خلال عمرها الافتراضي، لكن التركيبات عادةً ما تموت قبل أن يلاحظها المستهلك (الشكل 1).)

الشكل 1: منحنيات صيانة التجويف للإضاءة التقليدية ومصابيح LED. لاحظ ميل الإضاءة التقليدية إلى الفشل بشكل كارثي قبل ملاحظة تدهور التجويف.
 

إن الجمع بين عدد قليل نسبيًا من حالات الفشل الكارثية والانخفاض التدريجي للغاية في ناتج الضوء يعني أن عمر LED المحتمل الذي يزيد عن 40.000 أو 50.000 أو حتى 60.000 ساعة ليس توقعًا غير معقول.
 

ومع ذلك، في البيئة التجارية، لا يُتوقع من الشركات المصنعة إخضاع مصابيح LED الخاصة بها لاختبار يستمر لمدة ست سنوات من أجل إثبات ادعاءاتها بطول العمر. وبدلاً من ذلك، يتم استخدام اختبار أقصر، مقترنًا باستقراء موحد للاتجاهات المستمدة من بيانات الاختبار، لتحديد المدة التي يستغرقها الاختبار.سوف يستمر LED. يقوم صانعو LED الرئيسيون بإخضاع منتجاتهم بشكل روتيني للاختبار، الذي طورته IESNA وأطلق عليه اسم LM-80، "الطريقة المعتمدة لاختبار صيانة التجويف لمصادر إضاءة LED".
 

قام مختبران مقرهما الولايات المتحدة، المختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادئ (PNNL) والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، إلى جانب مجموعة من ستة صانعي LED (بما في ذلك OSRAM وCree)، بإنتاج مذكرة فنية (TM-21، "عرض صيانة التجويف على المدى الطويل لمصادر إضاءة LED") لتحديد خوارزمية استقراء لاختبار صيانة التجويف باستخدام البيانات من LM-80.
 

تتجاهل الخوارزمية البيانات من أول 1000 ساعة، ولكنها تستخدمها من آخر 5000 ساعة من الاختبار (أو 50 بالمائة النهائية من البيانات في حالة الاختبارات التي تزيد مدتها عن 10000 ساعة (الشكل 2)). يتم بعد ذلك دمج البيانات في نموذج الاستقراء الأسي باستخدام طريقة منحنى المربعات الأقل -. إل₇₀الاستقراء هو بعد ذلك الجزء السفلي من L الناتج₇₀الوقت أو ستة أضعاف وقت اختبار LM-80. على سبيل المثال، مع 6000 ساعة من بيانات اختبار LM-80، فإن L₇₀= 36,000 ساعة. مع 10,000 ساعة من بيانات اختبار LM-80، يمكن لـ L₇₀= 60,000 ساعة.¹(راجع مقالة TechZone "تحديد العمر الافتراضي لـ LED: تحدٍ صعب.")

الشكل 2: مثال على بيانات اختبار LM-80 المستخدمة لـ L₇₀استقراء.
 

تتميز مصابيح LED التجارية بـ L₇₀نتائج. تقول شركة Philips Lumileds إن جهاز LUXEON Rebel White LED، وهو جهاز بقوة 105 لومن/وات (عند 350 مللي أمبير) يوفر أقصى قدر من الإضاءة يبلغ 226 لومنًا (عند 1 أمبير)، يتجاوز متطلبات صيانة لومن Energy Star مع L₇₀الرقم يزيد عن 36000 ساعة (الشكل 3).

الشكل 3: نتائج LUXEON Rebel LED من Philips Lumileds باستخدام إجراء اختبار LM-80 وخوارزمية الاستقراء TM-21.
 

يقول Cree وOSRAM أن أجهزتهما ذات الطاقة العالية-مثل شريحة XLamp XM-L2 من الشركة الأولى، وهي شريحة بقوة 153 لومن/وات (عند 700 مللي أمبير)، وشريحة OSLON SSL من الأخيرة، وهي شريحة بقدرة 125 لومن/وات (عند 350 مللي أمبير)، تمكن صانعي التركيبات من تجاوز معايير Energy Star.

 

يقتصر على المصابيح
 

المشكلة في طرق الاختبار الحالية هي أنها تختبر فقط طول عمر مؤشر LED نفسه. وهذه بيانات مفيدة، ولكن عندما يتم دمج الشريحة في أحد الأجهزة، هناك الكثير مما يمكن أن يحدث من أخطاء. يعد مصدر الطاقة أحد نقاط الضعف المحتملة، ولكن ربما الأهم هو فعالية الإدارة الحرارية للمنتج لأن الحرارة الزائدة تعتبر "القاتل" الأول لمصابيح LED.
 

وفقًا لـ Cree، "تعتمد غالبية آليات فشل LED على درجة الحرارة-. وتتسبب درجات حرارة الوصلات المرتفعة في تقليل خرج الضوء وتسريع تدهور الرقاقة."²
 

يرجع السبب الرئيسي لتلاشي مصابيح LED إلى تدهور البنية الداخلية للقالب نفسه، ويتفاقم هذا التدهور بسبب درجات الحرارة المرتفعة. باختصار، كفاءة الكم الداخلية، وهي مقياس لعدد ثقب الإلكترون - المعاد تركيبه عند تقاطع النوع n-type/p-للشريحة والذي يؤدي إلى فوتون منبعث بطول موجي مرئي، تنخفض مع تضاعف الاضطرابات في البنية البلورية للرقاقة. وذلك لأن عمليات الخلع تشجع إعادة التركيب غير الإشعاعي، وكما يوحي الاسم، فإن التركيبة غير الإشعاعية -لا تؤدي إلى فوتون منبعث.
 

صانعي شرائح LEDنعمل جاهدين على تقليل عدد العيوب في الأجهزة عندما تكون جديدة، لكن عمليات تصنيع أشباه الموصلات ليست مثالية وسيكون هناك دائمًا بعض العيوب. ومع ذلك، فإن العامل الأكثر أهمية تحت سيطرة مهندس التصميم والذي يؤثر على طول العمر عن طريق تقليل تضاعف عمليات الانخلاع هو درجة حرارة الوصلة. (راجع مقالة TechZone "فهم سبب التلاشي في مصابيح -LED عالية السطوع.")

 

اختبار جديد لتركيبات الإضاءة LED
 

نظرًا لأن بدائل الإضاءة التقليدية هي منتجات ناضجة، تتوفر بيانات أكثر شمولاً حول عمر هذه المنتجات ويحرص المستهلكون على رؤية كيفية مقارنة مصابيح LED. والخبر السار هو أن أضواء الحالة الصلبة-من المرجح أن تتألق بشكل ساطع في مثل هذه المقارنة. الخبر السيئ هو أن الشركات المصنعة تواجه نفس المشكلة التي واجهتها مع الرقائق نفسها؛ يستغرق اختبار الفشل وقتًا طويلاً حتى أنه غير عملي.
 

في الوقت الحالي، يبذل مصنعو البدائل "المنسوبة" للإضاءة التقليدية قصارى جهدهم لتوفير معلومات حول أداء منتجاتهم على المدى الطويل-استنادًا إلى البيانات الخاصة بمصابيح (مصابيح) LED الموجودة في قلب منتجاتهم. أثناء استخدام بيانات الاختبار هذه لتحديد عمرإضاءة LEDتعتبر التركيبات بداية جيدة، فهي ستوفر فقط تقديرًا تقريبيًا بسبب العوامل الأخرى التي يمكن أن تقلل من عمر التركيبات.
 

لقد قدمت ديناميكيات LED ما تدعي أنه أول بديل للأنبوب الفلورسنت T8 -متاح تجاريًا-معتمد على LED. يوفر الجهاز ما يصل إلى 1900 لومن بكفاءة 94 لومن/واط مع مؤشر تجسيد اللون (CRI) يبلغ 85. يُطلق عليه اسم EverLED-VE، وتتوفر الوحدة في درجات حرارة ألوان قياسية تبلغ 4000 و5000 كلفن. تشير ورقة بيانات LEDdynamics إلى أن EverLED-VE يتمتع بعمر افتراضي يصل إلى 10 سنوات ويجب أن يتوقع المستهلكون فشلًا بنسبة صفر بالمائة في العمر المقدر.
 

وبالمثل، تقدم شركة ROHM Semiconductor انخفاضًا-في استبدال المصابيح المتوهجة، R-B15L1 (الشكل 4). تنتج اللمبة 550 لومن باستهلاك طاقة 8 وات (لفعالية 69 لومن/وات). يعمل R-B15L1 مباشرة من جهد 100 فولت_تكييفالمدخلات، وتدعي ROHM أن "العمر الافتراضي" يبلغ 40.000 ساعة.

الشكل 4: يوفر R-B15L1 التابع لـ ROHM عمرًا افتراضيًا يصل إلى 40,000 ساعة.
 

ما نحتاج إليه حقًا هو طريقة اختبار -معيارية في الصناعة لتحديد العمر الافتراضي لأي تجهيزات إضاءة LED. وقد استجابت IESNA لهذا الطلب من خلال اعتماد نهج مماثل لذلك المستخدم لاختبار مصابيح LED المستقلة. إجراء الاختبار الناتج، LM-84 "مصابيح LED والمحركات ووحدات الإنارة واختبار صيانة اللومن والألوان"،" في مرحلة الموافقة النهائية مع لجنة IESNA.
 

توضح الوثيقة الإجراءات المطلوبة للحصول على قياسات موحدة وقابلة للتكرار لصيانة التجويف واللون في ظل ظروف التشغيل القياسية لدرجة حرارة محيطة تبلغ 25 ±5 درجة ودورة إضاءة مدتها 11 ساعة تشغيل وساعة إيقاف واحدة.
 

ومع ذلك، فإن LM-84 لن يعطي القصة بأكملها. مثل نظيرتها LM-80، توفر LM-84 فقط بيانات حول مدى جودة الحفاظ على لون التركيبات وسطوعها خلال فترة قصيرة نسبيًا. ولسوء الحظ، فإنه لا يقدم إرشادات أو يقدم أي توصية فيما يتعلق بالتقديرات التنبؤية أو الاستقراء لصيانة التجويف أو اللون خارج حدود القياسات الفعلية.
 

وتعاطفًا مع الحاجة إلى وضع تنبؤات حول المدة التي ستكون فيها تجهيزات الإضاءة LED مناسبة بالفعل للغرض، فإن IESNA تتقدم نحو نهج يجمع بين بيانات اختبار LM-84 على تركيبات الإضاءة مع وثيقة TM-28 الجديدة التي توحد طرق عرض البيانات المقاسة على مدى فترات أطول (كثيرًا). ويتوازي هذا النهج مع الطريقة التي يتم بها استخدام LM-80 وTM-21 للتنبؤ المستقلالتجويف الصماموصيانة اللون.
 

من المحتمل أن تكون المبادئ الأساسية لـ TM-28 هي نفسها TM-21. وسيستند التوقع إلى متوسط ​​بيانات الاختبار، مع خصم الوحدات التي تم اختبارها والتي تتوقف عن العمل أثناء الاختبار؛ لن ينحرف الأساس الرياضي المستخدم في TM-28 عن TM-21، ويجب أن يعتمد طول العرض على حجم العينة ومستوى الثقة الذي يبدو منطقيًا من الناحية العملية.
 

إحدى المشاكل التي تواجهها اللجنة هي ندرة البيانات. عندما تم تطوير TM-21 لمصابيح LED، كان هناك ما لا يقل عن 40 مجموعة من هذه البيانات، بعضها خاص بمصابيح LED التي تم اختبارها على مدار 10000 ساعة، والتي يمكن استخدامها لتقييم الأساس الرياضي لـ TM-21. بيانات اختبار مصابيح LED القابلة للمقارنة غير متوفرة إلى حد كبير.
 

أحد الحلول قيد النظر هو عكس متطلبات LM-80 لمدة 6000 ساعة (أو أكثر) من الاختبار واستخدام نفس الخوارزمية لعرض صيانة اللون والسطوع. وهذا يترك الباب مفتوحًا للتساؤل عما إذا كان من الممكن استخدام البيانات المستمدة من مصابيح LED التي يتم اختبارها لمدة تقل عن 6000 ساعة في عمل التوقعات. تحرص الصناعة على تقليل الوقت والتكلفة لمثل هذه الاختبارات، وهناك سابقة: تسمح شركة Energy Star باستخدام بيانات اختبار مصابيح LED لمدة 3000 ساعة في التأهيل المسبق.
 

قامت مجموعة العمل TM-28 بمقارنة بيانات اختبار LM-80 لمدة 3000 و6000 ساعة لمصابيح LED وخلصت إلى وجود ارتباط كافٍ بين الاثنين لعمل توقعات معقولة لمدى الحياة من بيانات 3000 ساعة. تشبه الخوارزميات المستخدمة للإسقاط من هذه البيانات تلك الموضحة في TM-21، ولكن نظرًا لقصر مدة الاختبار، سيتم إضافة المزيد من الاستخدام المشروط لطريقة الإسقاط.³

 

ما الخطوة التالية بالنسبة لاختبارات الإضاءة-في الحالة الصلبة؟

بمجرد النشر، سيتم استخدام الوثيقتين LM-84 وTM-28 معًا لتركيبات إضاءة LED بنفس الطريقة التي تم بها استخدام LM-80 وTM-21 لمصابيح LED المستقلة. وستمكن الوثائق الجديدة صناعة الإضاءة ذات الحالة الصلبة من اعتماد نهج موحد لتحديد اللون وصيانة التجويف لمنتجاتها، مما يساعد المستهلكين على تحديد كيفية مقارنة إضاءة LED بالإضاءة التقليدية.
 

ومع ذلك، لأنإضاءة LEDهي صناعة-بعيدة عن النضج-، وما زال هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به. وتركز المعايير وطرق الاختبار الأخرى على أنواع وخصائص منتجات محددة. وثيقة SSL 7A-2013 الصادرة عن الجمعية الوطنية لمصنعي الأجهزة الكهربائية (NEMA) ومقرها الولايات المتحدة، "المرحلة-قطع التعتيم للحالة الصلبة-الإضاءة: التوافق الأساسي"، يعالج مشكلة رئيسية تتعلق بإضاءة الحالة الصلبة-من خلال توفير متطلبات التوافق لاستخدام منتجات LED القابلة للتعتيم ومخفتات الإضاءة ذات المرحلة الأمامية-(النوع الأكثر شيوعًا).⁴
 

تظل IESNA مشغولة أيضًا. ومن المرجح أن يكون التالي LM-85 "طريقة معتمدة من IES للقياسات الكهربائية والضوئية لمصابيح LED عالية الطاقة," والذي يتناول قياسات مصابيح LED-عالية الطاقة التي تتطلب مبددًا حراريًا للتشغيل العادي، ويتضمن مصابيح LED بيضاء بالإضافة إلى مصابيح LED ملونة واحدة-. ثم هناك TM-26 "عرض العمر المقدر لحزم LED"، والتي ستأخذ TM-21 L₇₀معلومات صيانة التجويف خطوة أخرى إلى الأمام من خلال زيادة حجم العينة وإدراج حالات الفشل الكارثية في الحساب للتوصل إلى تعريف فعلي لـ "العمر المقدر لـ LED" بدلاً من مجرد "عمر صيانة التجويف".

https://www.benweilight.com/lighting-tube-bulb/18w-3000k-6ft-led-tube.html

Shenzhen Benwei Lighting Technology Co.,Ltd
الهاتف: +86 0755 27186329
الجوال(+86)18673599565
واتس اب :19113306783
بريد إلكتروني:bwzm15@benweilighting.com
سكايب: بينويلايت88
الويب:www.benweilight.com