摘要：随着社会的发展，半导体照明和LED技术产业发展迅速，对技术测试服务平台和标准体系的需求也越来越迫切。本文分析了LED半导体照明存在的测试问题及改进措施。
关键词：LED半导体照明；测试问题；改进策略
随着LED技术与半导体照明产业的快速发展，LED标准体系的建立和检测技术服务平台的建设变得越来越紧迫。LED作为一种新型光源，在照明领域得到了广泛的应用。与白炽灯、荧光灯等传统光源相比，其结构、特性和应用具有很大的优势。同时，在LED标准、检测与评估方面还存在着许多不足，严重影响了LED半导体照明产业的发展。
1 LED半导体照明测试存在的问题
（1）LED灯使用寿命的测试。LED灯的一个重要特征是使用寿命长，LED产品的光衰特性是其关键测试指标之一。然而，测试LED产品的使用寿命需耗费很长的时间，这就要求相关技术人员加大对LED产品使用寿命测试技术的创新和研发力度，以有效地加快LED产品在测试中的使用和老化时间，从而提高使用寿命试验的效率。电流加速老化、电压加速老化、物理和温度加速老化等是当前寿命测试的主要技术。然而，对各种寿命试验方法，目前还没有明确统一的试验标准，这制约了该项试验技术的发展。
（2）LED灯源结温测试。灯具的发热是灯源产品的特点之一，LED灯源的温度高低直接影响到器件的寿命、可靠性、稳定性、出光效率、发射波长和安全性。因此，有必要合理、科学、准确地测试热阻及结温等参数，当前，我国灯源行业的LED产品测试技术主要以光谱学、电学参数法及红外热像仪法为主，但目前尚无一套科学的测试技术标准。
（3）LED照明产品的光效测试。光效是衡量LED照明产品节能性能的重要指标，作为半导体照明产品，温度参数对LED照明灯的影响较为突出，目前，用于光效测试的LED照明产品的初始条件和老化温度等标准并不统一，而且测试环境和工作环境温度等参数要求也不明确，这使测试结果不具有可比性，导致理想值与实际测量结果间存在很大差异，这些因素将直接影响LED照明产品的光效测试结果。
（4）LED灯光通量的测试。光通量测试技术在当前LED照明产品光通量测试中得到了广泛的应用，通过对平时的测试实践和研究报告的分析，得出LED照明产品光通量测试结果受环境温度、灯具尺寸、放置方向和响应时间的影响较大，从而导致出现较大的偏差。例如，探照灯、路灯、隧道灯、演出灯等大功率LED照明产品，不仅因选择较大的球体会引起误差，包括灯具表面的温差、光扰等，会严重干扰LED照明产品的最终测试结果。即使选择了侧装法，由于不同形状的照明产品，也不能采用标准的测试策略来实现。
2 LED半导体照明测试技术的优化设计
（1）基于IC的级联电流检测。图1是基于IC的级联电流检测技术的原理图，这种检测技术的缺点之一是它不能与PWM调光无缝整合。当LED的串电流因PWM信号而关闭/归零时，由于跨接/通过LED的电压/电流变化大，检测/报告将处于不确定状态。测试人员可使用PWM信号通过级联底部的附加电路锁定故障报告，同时，当PWM信号迫使LED串电流降至零时，LED保持工作/开启，忽略/保持故障状态。由于这种方法不能与PWM调光实现无缝集成，因此在实际测试中并不常用，比较可行的是AAL406 LED检测和旁路保护IC电路测试及跨接双引脚SCR创造LED旁路通道的方法。
（2）电路检测。发光二极体(LED)灯具通常由多个LED灯串组成，一旦其中一颗LED发生开路失效，致使整串LED灯熄灭，从而导致光源变暗或不亮，因此，检测人员必须使用检测电路随时了解系统状况，并提供旁路路径，以便灯串中的其他LED继续工作，以减少停机维修时间。
检测是维护照明系统功能最基本的步骤。电压是检测单个LED状态时最容易测量的参数。故障感测的导通状态LED电压可用于检测LED的开路或短路。对各种应用中不同长度的LED串，必须使用灵活的多通道积体电路(IC)解决方案。此解决方案必须能在任意LED串电压范围(取决于LED串中的LED数量)及范围宽广的LED工作电流下工作，无论故障发生在LED串内的任何位置，它都必须能传递由多个LED串合成的故障信号机制。
（3）跨越双引脚SCR创建LED旁路通道。在灯具中，一个LED的开路会导致整串LED失效，这是一个严重的问题。维护LED串功能的一种方法是在开路的LED周围提供旁路路径(Bypass Path)，以便LED串的其余部分能继续工作。最简单的LED旁路方法是使用一个跨接LED的双引脚单向矽控整流器(SCR)连线，因SCR闸极触发电压约为1V，电压太低不能直接使用，因此需增加一个齐纳二极体来提高触发电压。
若LED开路，两端的电压将升高，直到达到SCR闸极电压并动作，然后在开路LED周围出现一个锁定通道。因LED采用直流电压及电流，无需为旁路增加双向晶闸管(TRIAC)来平添复杂性。此时SCR将保持工作状态，直到电流降到SCR的特定保持电流(Holding Current)以下，这种方法通常适用于DC LED串电流。当使用脉冲宽度调变(PWM)开关调光时，SCR会在每一PWM周期重置并重新动作，从而不影响功能的正常运行，同时也降低了功率损耗。
为保证上述方法的正常运行，应用这些方法仍存在一些局限性和要求。首先，若发生开路，LED的电压将升高，此时LED串必须由类似的电流源供电。此外，电压上升必须高于旁路功能的触发电压，由于在SCR的快速运行下，LED的负载阻抗相对较低，因此LED串的电流路径对瞬态电流有一定的限制。
3 LED半导体照明测试的改进策略
（1）完善LED测试的标准规范及技术。随着LED产业技术的进步和发展，LED灯具生产国家会把LED产业标准作为提高行业影响力的重要途径之一。在此环境下，我国在借鉴以往行业发展经验教训的同时，也积极参与LED行业标准的制定，将行业标准作为行业指导的重要推动力。因此，应加强和加快LED行业测试标准的制定，为了获得准确的测量结果，应改善测试条件的不足之处，如：在光强测试中，应延长测试距离或取消近场测量。另外，应特别注意温度测试的温度环境和方向性等。当测试方法完善时，应尽可能保证测试方法的一致性，比如：在测试结温参数时，当前有电学参数法、光谱法、红外热像仪法等测试方法，应制定统一的测试标准，进而促进我国LED产业的快速、稳定发展。
（2）LED照明测试服务平台的建设。根据LED行业的迫切需求，加快LED光源产品服务平台建设，有效展开LED灯源产品测试技术的研发工作，通过对相关测试工作的研究，对当前所存在的测试问题，得到了较多的研究成果。通过科学的针对性研究，分析与掌握合理的LED灯具测试方法。只有这样，才能在LED灯源产品的测试仪器和测试策略方面取得有效的研究成果。此外，根据测试技术和测试仪器的研究成果，积极参与和组织LED行业标准，加强和加快LED灯源产品测试的一致性、统一性及标准化，从而促进LED灯源产业稳步发展。
参考文献:
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[3]马文波.LED照明产品测试标准讨论[J].中国照明，2014.
论文作者:王娜
论文发表刊物:《中国电业》2019年10期
论文发表时间:2019/11/1
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