Zasada projektowania i badania aplikacyjne urządzenia do badania starzenia optycznego diod LED

Abstrakcja
Diody elektroluminescencyjne (LED), jako nowa generacja półprzewodnikowych źródeł światła, są szeroko stosowane w różnych dziedzinach ze względu na wysoką wydajność, energooszczędność i ochronę środowiska. Ich wskaźnik utrzymania strumienia świetlnego i trwałość to kluczowe wskaźniki jakości produktu. W niniejszym artykule omówiono LISUN LEDLM-84PL Przyrząd do testowania optycznego starzenia LED jako obiekt badań. Zaprojektowany zgodnie z IES LM-84 oraz TM-28 Zgodnie z normami, ten instrument integruje symulację środowiska o wysokiej i niskiej temperaturze, zbieranie parametrów fotoelektrycznych i funkcje prognozowania żywotności. W artykule omówiono podstawy konstrukcyjne, skład sprzętowy i zasadę działania instrumentu, koncentrując się na analizie metody obliczania żywotności opartej na modelu Arrheniusa i TM-28 Standard i weryfikuje wydajność urządzenia poprzez praktyczne testy. Badania pokazują, że urządzenie umożliwia długoterminowy, stabilny monitoring parametrów fotoelektrycznych i szybki test starzenia lamp LED, zapewniając niezawodne wsparcie techniczne dla badań i rozwoju produktów LED oraz kontroli jakości.

1. Wstęp
Wraz z szybkim rozwojem technologii oświetlenia LED, rynek stawia coraz wyższe wymagania dotyczące trwałości i niezawodności produktów LED. W przeciwieństwie do awarii z „natychmiastowym wygasaniem” tradycyjnych źródeł światła, diody LED będą podlegać zjawiskom degradacji wydajności, takim jak osłabienie strumienia świetlnego i dryft temperatury barwowej podczas długotrwałego użytkowania. Ich trwałość jest zazwyczaj definiowana jako skumulowany czas pracy, gdy wskaźnik utrzymania strumienia świetlnego spadnie do 70% (L70) lub 50% (L50), który zazwyczaj może przekraczać 50 000 godzin. Przeprowadzanie długotrwałych testów w rzeczywistych warunkach pracy wymaga dużo czasu i zasobów. Dlatego też pilnie potrzebne jest profesjonalne urządzenie do testowania starzenia optycznego diod LED, aby umożliwić dokładne monitorowanie parametrów fotoelektrycznych i szybkie przewidywanie trwałości w symulowanych, złożonych warunkach środowiskowych.
LEDLM-84PL Urządzenie do badania starzenia się diod LED opracowane przez LISUN Grupa jest ściśle zaprojektowana zgodnie z IES LM-84 „Szybkość utrzymania strumienia świetlnego i temperatury barwowej silników świetlnych i źródeł światła” oraz TM-28 W połączeniu z modelem Arrheniusa, umożliwia naukowe obliczenie żywotności diod LED, co pozwala sprostać zróżnicowanym potrzebom lamp LED, od długoterminowych testów stabilności po szybką ocenę starzenia, a także zapewnia wydajne i niezawodne rozwiązanie testowe dla przemysłu.

Optyczny przyrząd do testowania starzenia LED Optyczny przyrząd do testowania starzenia LED LEDLM 80PL

2. Podstawa projektu i skład sprzętowy LISUN LEDLM-84PL Przyrząd do testowania optycznego starzenia LED
(1) Podstawa standardu projektowego
Podstawowy projekt LEDLM-84PL instrument opiera się na dwóch głównych standardach IES LM-84 oraz TM-28i jest również kompatybilny z LM-79-19 „Metody pomiarów fotometrycznych i elektrycznych dla produktów oświetleniowych w stanie stałym” w celu zapewnienia standaryzacji i porównywalności danych testowych:

IES LM-84 Norma: Niniejsza norma określa metody badań wskaźników utrzymania strumienia świetlnego i temperatury barwowej w przypadku źródeł światła LED i lamp. Wymaga, aby cykl testowy obejmował 6000 godzin, podczas których należy regularnie rejestrować parametry fotoelektryczne w celu rejestrowania trendu tłumienia strumienia świetlnego w czasie, dostarczając podstawowych danych do oceny trwałości.
TM-28 Norma: Jako pomocnicza wytyczna techniczna dla LM-84, TM-28 Proponuje metodę prognozowania żywotności opartą na danych pomiarowych. Poprzez dopasowanie krzywej tłumienia strumienia świetlnego w ciągu 6000 godzin i połączenie jej z modelami statystycznymi, wyznacza wartości żywotności L70 i L50, rozwiązując problem nadmiernie długich cykli testowych.

LM-79-19 Norma: Norma ta normalizuje warunki pomiaru i metody obliczeniowe parametrów fotoelektrycznych, takich jak strumień świetlny, wydajność świetlna i współrzędne kolorów produktów LED, zapewniając, że dane fotometryczne, kolorymetryczne i elektryczne zbierane przez przyrząd są zgodne ze zunifikowanymi standardami branżowymi, a także zapobiegając błędom testowym.

(2) Skład systemu sprzętowego
LISUN LEDLM-84PL Urządzenie do testowania starzenia się diod LED nie jest pojedynczym urządzeniem, lecz zintegrowanym systemem składającym się z głównej jednostki testowej, jednostki symulującej środowisko oraz jednostki zasilającej. Wszystkie elementy współpracują ze sobą, aby zapewnić automatyzację i dokładność procesu testowania. Szczegółowy skład przedstawiono w poniższej tabeli:

3. Zasada działania i metoda obliczania żywotności LEDLM-84PL Instrument
(1) Proces roboczy systemu
Proces pracy LISUN LEDLM-84PL Przyrząd do badania starzenia się diod LED podzielony jest na dwa tryby: „długoterminowy test stabilny” i „szybki przyspieszony test”. Oba tryby są w pełni zautomatyzowane i nie wymagają ręcznej interwencji:
1. Tryb testu długoterminowego stabilnego
• Krok 1: Zainstaluj 8 lamp LED w niestandardowych oprawach GDJW-015A odpowiednio do komory testowej o zmiennej temperaturze wysokiej i niskiej oraz podłącz LSP-1KVARC Zasilanie prądem zmiennym zapewniające • stabilne zasilanie lamp;
• Krok 2: Ustaw parametry temperatury komory testowej (takie jak stała temperatura 60°C lub cykl wysokiej i niskiej temperatury od -20°C do 80°C), aby symulować rzeczywiste środowisko użytkowania diod LED;
• Krok 3: Rozpocznij LEDLM-84PL Zgodnie ze standardem LM-84 system automatycznie zbiera parametry takie jak strumień świetlny, temperatura barwowa, napięcie i prąd w ustalonych odstępach czasu (np. co 100 godzin);
• Krok 4: Po 6000 godzinach ciągłego testowania oprogramowanie dopasowuje zebrane dane dotyczące tłumienia strumienia świetlnego na podstawie TM-28 standard i generuje raporty żywotności L70 i L50.

2. Szybki tryb testu przyspieszonego
Tryb ten bazuje na modelu Arrheniusa, który przyspiesza proces starzenia się diod LED poprzez podwyższenie temperatury otoczenia lub zwiększenie prądu sterującego;
System ustawia temperaturę wyższą niż normalne warunki pracy (np. 85℃, 100℃), aby skrócić cykl tłumienia strumienia świetlnego i uzyskać dane dotyczące starzenia równoważne 6000 godzinom w „krótkim czasie” (np. 500 godzin);
W połączeniu ze współczynnikiem przyspieszenia temperaturowego modelu Arrheniusa oprogramowanie przekształca dane z szybkiego testu na wartość żywotności w normalnych warunkach pracy, realizując szybką prognozę L70 i L50 i znacznie oszczędzając czas testu.

(2) Obliczenia żywotności na podstawie modelu Arrheniusa i TM-28 Standardowe
1. Zasada modelu Arrheniusa
Model Arrheniusa to klasyczny model opisujący zależność między szybkością reakcji chemicznej a temperaturą. Jego podstawowy wzór to: k = A · e^(-Eₐ/(RT))
Gdzie k jest stałą szybkości starzenia, A jest współczynnikiem prewykładniczym, Eₐ jest energią aktywacji (parametr związany z materiałami LED, ustalony eksperymentalnie), R jest stałą gazową (8.314 J/(mol·K)), a T jest temperaturą bezwzględną (jednostka: K).

W teście starzenia diod LED, szybkość tłumienia strumienia świetlnego jest proporcjonalna do stałej szybkości starzenia k. Im wyższa temperatura, tym większa wartość k i tym szybsze tłumienie strumienia świetlnego. Dlatego też, zwiększając temperaturę testu, można przyspieszyć proces starzenia, a następnie zastosować model Arrheniusa do przeliczenia czasu testu w wysokiej temperaturze na równoważny czas życia w temperaturze normalnej, co pozwala na szybką prognozę.

2. Obliczanie życia według TM-28 Standardowe
Na podstawie danych dotyczących strumienia świetlnego z 6000 godzin z testu LM-84, TM-28 standard wykorzystuje metody „dopasowania liniowego” lub „dopasowania wykładniczego” do wnioskowania o żywotności:
Jeżeli krzywa tłumienia strumienia świetlnego jest w przybliżeniu liniowa, wzór na obliczenie trwałości wygląda następująco:
L₇₀ = t₀ + (0.7 – Φ₀)/k
Gdzie t₀ to czas testu (6000 godzin), Φ₀ to współczynnik utrzymania strumienia świetlnego po 6000 godzinach, a k to współczynnik tłumienia dopasowania liniowego;
Jeżeli krzywa tłumienia wykazuje tendencję wykładniczą, stosuje się wzór dopasowania wykładniczego:
Φ(t) = Φᵢₙᵢₜᵢₐₗ · e^(-kt)
Podstaw Φ(t) = 0.7 Φᵢₙᵢₜᵢₐₗ i rozwiąż równanie, aby otrzymać L₇₀ = ln(1/0.7)/k.
Oprogramowanie LEDLM-84PL Urządzenie może automatycznie identyfikować rodzaj krzywej tłumienia strumienia świetlnego, wybierać optymalną metodę dopasowania i łączyć ją ze współczynnikiem przyspieszenia modelu Arrheniusa, aby generować dokładne wartości trwałości L70 i L50, gwarantując wiarygodność wyników obliczeń.

4. Weryfikacja wydajności i przypadki zastosowań LEDLM-84PL Instrument
(1) Eksperyment weryfikacji wydajności
Aby sprawdzić dokładność LISUN LEDLM-84PL Urządzenie do badania starzenia się diod LED metodą optyczną. Do testów wybrano żarówkę 10 W określonej marki:
1. Warunki eksperymentalne
Grupa testów długoterminowych: temperatura 60℃, prąd sterujący 0.3A, czas testu 6000 godzin;
Grupa szybkich testów: temperatura 100℃, prąd sterujący 0.3A, czas testu 500 godzin;

2. Wyniki eksperymentów
Po 6000 godzinach testów w grupie testowej długoterminowej wskaźnik utrzymania strumienia świetlnego wyniósł 85%, a żywotność L70 wywnioskowana na podstawie TM-28 standard wynosił 35 000 godzin;
Po 500 godzinach testów w grupie szybkiego testu, wskaźnik utrzymania strumienia świetlnego spadł do 78%. Przeliczając na podstawie modelu Arrheniusa, żywotność L70 w normalnych warunkach pracy wyniosła 34 500 godzin;

Błąd pomiędzy wynikami obu grup testów wyniósł zaledwie 1.4%, co wskazuje na szybki, przyspieszony tryb testu LEDLM-84PL Urządzenie charakteryzuje się wysoką dokładnością i może skutecznie zastąpić długoterminowe testy.

(2) Scenariusze zastosowań przemysłowych
Etap prac badawczo-rozwojowych nad lampami LED: Przedsiębiorstwa zajmujące się badaniami i rozwojem mogą używać tego narzędzia do szybkiej oceny wpływu różnych materiałów (takich jak materiały rozpraszające ciepło i kleje opakowaniowe) na żywotność diod LED i optymalizacji projektu produktu;
• Instytucje kontroli jakości: Niezależne instytucje kontroli wykorzystują to narzędzie, aby zapewnić przedsiębiorstwom wiarygodne raporty z testów żywotności L70 i L50 zgodnie z normą LM-84 i TM-28 normy;
• Powiązanie produkcji i wytwarzania: Przedsiębiorstwa produkcyjne mogą za pomocą tego instrumentu przeprowadzać testy próbek produktów pochodzących z fabryki, monitorować spójność cyklu życia produktów w partiach i zapobiegać wprowadzaniu na rynek niespełniających wymagań produktów.

5. Wniosek
Biorąc IES LM-84 oraz TM-28 normy jako podstawowa podstawa projektowania, LISUN LEDLM-84PL Przyrząd do testowania optycznego starzenia LED Integruje funkcje symulacji środowiska, fotoelektrycznego gromadzenia danych i obliczania żywotności. Dzięki dwóm trybom: „długoterminowego testu stabilnego” i „szybkiego testu przyspieszonego”, spełnia zróżnicowane potrzeby w zakresie oceny żywotności lamp LED. Technologia szybkiego testu oparta na modelu Arrheniusa znacznie skraca cykl testowania, zapewniając jednocześnie dokładność obliczeń żywotności; w pełni zautomatyzowana obsługa i możliwość testowania wielokanałowego poprawiają wydajność testów i niezawodność danych.