Cum se calculează durata de viață a unui corp de iluminat cu LED (Partea a II-a)

S.Matei, Prof. Dr. Eng. Electromagnetica SA

 

Introducere
Valorile de menținere a fluxului luminos ale structurilor
LED individuale, sunt utilizate ca un garant în exprimarea
duratei de viață a unui sistem de iluminat cu LED-uri.
Deoarece această valoare reprezintă doar o componentă a
fiabilității unui aparat/sistem de iluminat, acest lucru este
incorect. Scăderea fluxului luminos al unui corp de
iluminat în timpul funcționării, este cauzată în principal de
degradarea luminoasă a sursei emisive de lumină, de
scăderea transmiterii luminii prin ecranul transparent, de
reducerea puterii sursei de alimentare și de condițiile de
temperatură ale ambientului. Luarea în considerare doar a
unui singur element la estimarea duratei de viață, implică
faptul că aceasta se aplică oricărei tehnologii de fabricație
și la oricare configurație a corpurilor de iluminat. În
realitate, există mai mulți factori care influențează diferit
valoarea menținerea fluxului luminos pe durata de viață a
corpului de iluminat.

Degradarea fluxului de luminos
Aparatele de iluminat cu LED, ca și alte aparate
generatoare de lumină, nu își mențin fluxul luminos de-a
lungul duratei de funcționare. O curbă tipică de degradare
a fluxului de lumină, în funcție de numărul de ore de
funcționare al unui aparat de iluminat cu LED este
prezentat în Figura 1.

Fig. 1

Având în vedere durata de viață semnificativ mai mare
a emițătoarelor LED și absența semnelor vizibile care
indică scăderea performanțelor, măsurarea și comuni –
carea precisă a luminii în timp poate fi mai complexă. La
specificarea performantelor, este esențial să se înțeleagă
diferența dintre datele de menținere raportate și cele cal –
culate ale fluxului și modul în care acestea se raportează
la durata proiectată. În Fig. 2 este descris modul în care
sunt prezentate cele doua valori de un producător de LED.
Se poate observa că în acest raport sunt precizate
ambele valori, Proiectat și respectiv Raportat. Este greșit
să înțelegem că un corp de iluminat cu rezultatele de
menținere calculate specificate pentru 100.000 sau
200.000 de ore este superior celor cu menținerea fluxului
raportate la 60.000 de ore. Aceste date nu sunt echi –
valente și nu ar trebui comparate atunci când este selec –
ționat un corp de iluminat sau un altul.

 

Fig. 2

Pentru LED-uri dar și pentru aparatele de iluminat,
procesul de determinare a duratei de viață, începe prin
determinarea valorilor de flux luminos al dispozitivelor
supuse testării și normalizarea rezultatelor la o valoare de
1 (100%) la 0 ore pentru fiecare dispozitiv. Aceste
rezultate normalizate sunt mediate în același set de date.
În Fig. 3 sunt prezentate grafic interpolarea valorilor
normalizate la 100%.

Fig. 3

În etapa următoare, se determină curba exponențială a
celor mai mici pătrate ale acestor valori medii și care se
potrivește setului de rezultate obținute, (Fig. 4) deter –
minată cu ecuația: L70=ln(B/0.7)/a

Fig. 4

Această ecuație estimează durata menținerii fluxului
luminos și este specificata atât în TM-21 cât și în TM-28.
După efectuarea calculelor, rezultatele obținute pot fi
următoarele:

Test Condition – 85˚C Case Temp
Sample size                                                                        10
Number of failures                                                            0
DUT drive current used în the test (mA)                    150
Test duration (hours) 6000
Test duration used for projection (hour to hour)   1,200 – 6,000
Tested case temperature (˚C)                                     85
A                                                                                     6.49255E-06
B                                                                                      1.013505744
Reported L70(6k) (hours)                                             >33000

 

Rezultatul obținut estimează astfel un nivel de degra –
dare de 80,23% pentru fluxul luminos după 36 000 de ore
de funcționare (Fig. 5).

Comportamentul real însă, în
timpul orelor de funcționare a cor –
pului de iluminat în stare reală, este
puțin probabil să fie cunoscut sau fie
să fie prezis peste un anumit interval.
Evident, degradarea fluxului este
cauzată în principal de stresul termic
al emițătorilor LED, dar poate fi pro –
vocată și de îmbătrânirea sau deran –
jarea ecranului transparent sau a sis –
temului optic. Pentru a reduce gradul
de incertitudine, mărimea eșantio –
nului necesară extrapolării datelor
pentru corpurile de iluminat cu LEDuri
este de minimum 3, în confor –
mitate cu TM-28 și de 20 pentru LEDuri
individuale, conform TM-21. Această diferență ar fi
echivalentă cu specificarea duratei de viață a unui corp de
iluminat având rezultatele de estimare pentru o treime a
duratei de viață a aparatului. Prin urmare, cel puțin din
punct de vedere statistic, raportul de viață al fluxului de
iluminat al corpului de iluminat prin utilizarea datelor de
depreciere a lumenului LM-80 nu este satisfăcător.

Mentinerea fluxului luminos si durata de viata nominala
Diferit de durata de viață nominală, durata menținerii
fluxului luminos este definită ca „timpul de funcționare
scurs pe parcursul căruia o sursă de lumină LED va
menține procentul de ieșire inițial al luminii”. În ANSI / IES
RP-16 durata de viață nominală a unei lămpi sau a unei
surse de lumină este definită ca „valoarea de viață
atribuită unui anumit tip de lămpi. Aceasta este de obicei

Fig. 5

o estimare determinată statistic a duratei medii de
funcționare „.
Durata de viață nominală în ore a unei lămpi LED sau a
unei surse de lumină, se aplică în anumite condiții de
funcționare și pentru criteriile de defect definite. Măsura
statistică pentru durata nominală este desemnată de BX
și este măsurată în ore, în care X este un procent. De
exemplu, B50> 50000 de ore înseamnă că 50% dintre
produsele testate au depășit 50 000 de ore fără defectare.
Durata de menținere a fluxului este măsurată și în ore și
are asociat un procentaj al fluxului generat, specificat ca
LY. De exemplu, L70 de 30 000 de ore înseamnă că LEDul
sau corpul de iluminat testat generează 70% din
valoarea inițială a luminii după 30 000 de ore. Pragul de
70% fiind adoptat din standardele aplicabile surselor de
lumină în general. Extrapolarea valorii peste 6000 de ore
se face dupăprocedura matematică explicată anterior și
specificată conform TM-21 pentru emițătoare LED și TM-
28 pentru lămpi cu LED și corpuri de iluminat.

Concluzie
Durata de viață nominală este diferită de durata de
viață a sursei de lumină LED sau a corpului de iluminat și
este o caracteristică foarte importantă, oferind
utilizatorilor de corpuri de iluminat garanția în utilizare.
Industria SSL are acum un standard de obținere a
informațiilor degradării luminoase pe termen lung atât
pentru emițătoarele LED, cât și pentru corpurile de
iluminat. După finalizarea metodei de testare TM-21, care
estimează menținerea pe baza datelor în conformitate cu
LM-80, este posibilă extrapolarea duratei de viață a LEDurilor
peste 6000 de ore. Pentru corpurile de iluminat cu
LED, standardul TM-28, oferă o metodă de estimare a
deprecierii luminoase bazată pe date în conformitate cu
LM-84 „Măsurarea fluxului luminos și a fluxului luminii,
emițătoarelor și dispozitivelor LED”. TM-28-14 însă,
recomandă numărul minim de elemente care urmează să
fie testate, 3 dacă rezultatele sunt disponibile după cel
puțin 6000 de ore și 5 dacă datele sunt disponibile pentru
o perioadă de maximum 6000 de ore, dar nu mai puțin de
3000 de ore. Evident, procedura de calcul este diferită
pentru cele două cazuri menționate Metoda 1 „Direct” și
respectiv Metoda 2 „Combinate”. Cu toate acestea, în IEC
62722 „Performanța iluminării cu LED-uri”, se specifică
faptul că pentru dispozitivele care conțin module
LED/suprafețe definite în IEC 62717, durata de viață a
dispozitivului poate fi declarată ca modul/suprafață.
Pentru alte ansambluri, totuși, acesta trebuie testat.
Majoritatea producătorilor de corpuri de iluminat ignoră
aceste specificații și utilizează convenabil valorile de
întreținere a fluxului luminos al componentelor LED, chiar
dacă nu sunt determinate în conformitate cu IEC 62717.
Din păcate, aceasta evaluează viața / fiabilitatea unui
singur component într-un sistem . Ca urmare, durata de
viață a unui corp de iluminat, chiar dacă este bine
proiectată și fabricată, nu poate fi cuantificată numai prin
menținerea fluxului LED-urilor.

Share