LM8008设备的实现.docx

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LM8008设备的实现

对LM-80-08的理解

深圳市迈昂科技有限公司陈云明

对于IESLM-80-08这一标准，目前国内有很多专家都做过讲解，我也有幸得以聆听学习，受益非浅。

但在学习过程中，也经常发现，不同的专家，对于相同的概念，相同的测试条件都有不同的理解。

这就给我造成了很多困惑：

到底哪一个才是标准想表达的呢？

所以在此，我想把目前我所碰到的几个疑惑点列出来，抛砖引玉，说说我的看法，供大家参考，不对之处，恳请各位批评指正。

1本标准的适用范围

IESLM-80-08标准原文如下：

ThisdocumentprovidesthemethodsofthemeasurementoflumenmaintenanceofsourcesincludingLEDpackages,arraysandmodulesonly.

在3.2节有对光源的定义：

LEDpackage,array,ormodulethatisoperatedviaanauxiliarydriver.

我的理解是该标准只适用于LED器件，LED阵列，或带有驱动器的LED模块。

显然，这里面不应该包括LED灯具，或带有二次配光的LED产品。

但通常我们会在最后半句话产生分歧：

到底什么样的产品才是带有辅助驱动器的LED模块？

由于IESLM-80-08对于LED光源做寿命老化时，要求监控其壳温，而且是用热电偶附着在Ts点测量，即用一点的温度来衡量整颗LED的热状态，所以我的理解为：

驱动器必须与LED紧紧的结合在一起，并且其热特性与LED一致，可以把驱动器与LED看成是一个独立的产品。

这样通过测量Ts点的温度，即可以得知整颗LED模块的发热状态，从而得出控制参数和评判依据。

有的人认为驱动器是独立于LED模块而存在，即两者分离，我不太同意这一观点。

2壳温Ts

IESLM-80-08标准原文如下：

3.7CaseTemperature,（Ts）

TsisthetemperatureofthethermocoupleattachmentpointontheLEDlightsourcepackageasdefinedbythemanufacturerofthepackage.

字面含义是：

壳温Ts为热电偶附着于LED光源某点所测得的温度，而这一点由生产厂家指定。

关键的问题就出在：

生产厂家怎么指定某一点？

这一点需要符合哪些条件才能被指定为Ts点呢？

我的理解为：

这一点相对于整颗LED，必须有足够的热特性代表性，即通过测量这一点的温度，即可以评估整颗LED的发热情况；同时，测量点一定不能影响光输出。

3温度及湿度条件

IESLM-80-08标准原文如下：

4.4.2TemperatureandHumidityOperationoftheLEDlightsourcesbetweenphotometricmeasurementsshallbeataminimumofthreecasetemperatures,Ts,usingthesamedrivecurrent.Thethreecasetemperatures,Ts,shallbe55℃and85℃withathirdtemperatureselectedbythemanufacturer.Thecasetemperatureanddrivecurrentselectedbythemanufacturershouldrepresenttheirexpectationforcustomersapplicationsandshouldbewithintherecommendedoperatingtemperaturerange.Casetemperaturesshallbecontrolledto-2℃duringlifetesting.Thetemperatureofthesurroundingairshouldbemaintainedtowithin-5℃ofthecasetemperatureduringtesting.Thesurroundingairtemperatureshouldbemonitoredwithinthetestchamber.Humidityshallbemaintainedtolessthe65RHthroughoutthelifetest.

这段话大致可翻译为：

LED光源在两次光度测量之间，至少需要工作于三个不同壳温，并采用相同的驱动电流。

三个壳温Ts分别为55℃，85℃和由生产厂家选定的另一温度。

生产厂家选定的壳温和驱动电流，应能代表其对用户应用条件的期望值，并应在推荐的LED工作温度范围内。

在寿命测试时，壳温应控制在-2℃范围内，而LED周围空气温度应控制在-5℃范围内。

周围空气温度为温度试验箱内的监控温度。

在整个寿命试验过程中，湿度应维持小于65%。

实际上，关于这段话，大家都知道有三个温度。

但是我重点想讨论的是“壳温应控制在-2℃”是什么意思？

“LED周围空气温度控制在-5℃”范围内又是什么意思？

按照我的理解，壳温的实际温度波动范围为（（Ts-2℃）-Ts）；而LED周围空气温度波动范围为（（Ts-5℃）-Ts）。

以55℃这一组为例，壳温波动范围为（53℃-55℃），而周围空气温度波动范围为（50℃-55℃）。

感觉这里特别难以理解，所以如果大家有不同意见，恳请告知。

4光度测量温度

IESLM-80-08标准原文如下：

6.3PhotometryMeasurementTemperature

Theambienttemperatureduringlumenandchromaticitymeasurementsshallbesetto25℃+/-2℃.Theambienttemperaturethroughoutthetestdurationshallbeprovidedinthetestreportforeachphotometricmeasurement.TheLEDlightsourceshallberequiredtocooltoroomtemperaturepriortomeasurement.

翻译为：

在光度和色度测量时，周围空气温度应设定为25℃+/-2℃。

对于每一次光度测量，其整个测试过程中的温度都应该记录在测试报告中。

在测量前LED光源应首先冷却到房间温度。

字面的翻译估计问题不大。

但上次和一个客户沟通时，他提出了另一个观点：

即在光度测试过程中也应该控制LED的壳温。

理由为要把LED周围空气温度控制在（25℃+/-2℃）范围内很难，特别是在积分球内部更难，所以需要控制壳温为（25℃+/-2℃）。

而我则认为只要控制房间温度即可，不需要控制LED壳温。

我的理由为在进行光度/色度测量时，LED被点亮的时间非常短暂，发热量有限，控制壳温的意义不大；最主要的是，如果控制LED壳温，显然偏离了LED的真实使用条件，在这种条件下，测量结果的参考价值被降低了。

但说实话，我也不知道到底应该怎么测量，恳请大侠指教。

我们对IESLM-80-08也进行了翻译，有需要的可以来信索取。

LM-80-08设备的实现

深圳市迈昂科技有限公司陈云明

上周我们提出了对于LM-80-08设备选择的一些基本方法。

根据这个方法，我们可以对设备的主要关注点，主要难点以及与标准的契合程度，都能够进行一一检验。

目前常州国家半导体照明检测中心、美国蓝菲光学仪器公司、深圳市迈昂科技有限公司合作开发了一套设备MLTS128-05，完全实现了LM-80-08标准的所有关注点，应该是目前全球范围内最为先进的设备。

作为实例，下面我就根据前面提到的六个关注点，对该套设备进行一一解析，以供大家参考。

1、壳温Ts如何控制？

在该设备中，采用大功率、大尺寸电致冷器来实现对每一个型号LED的壳温控制。

首先是把同一型号LED进行样品取样。

对于每一个试验温度，我们推荐选择20颗LED（三个温度共60颗LED），并把LED焊接在特制铝基板上，然后把铝基板装配到电致冷器上。

电致冷器的最大制冷功率可以达到60W，温度范围（-20℃）-150℃。

对于壳温Ts的采样可以采用三点式或多点式。

如果LED表面积很小，厂家没有给出Ts测试点，则我们只能在铝基板的表面取三个有代表性的测量点，然后通过定制算法获得温度，用此温度值作为Ts，该法即为三点式测温；如果LED的表面积比较大，厂家给出了Ts测试点，则我们可以对每一颗LED的壳温进行采样，即为多点式。

图1电致冷器安装于冷热箱之间的隔板上

为了很好的控制环境温度，所以必须要有一个温度试验箱。

本设备采用了一个具有专利技术的冷热双区温度试验箱。

即温度箱分为上（冷）下（热）两个区，在两区的隔板之间开有9个（或16个）圆孔。

把LED装配到致冷器上后，再把致冷器安装到冷热隔板上的圆孔位置。

这样就可以使致冷器装有LED一面暴露在热箱里面，从而实现对LED周围空气温度的控制；而致冷器的散热器暴露在冷箱里面，通过电致冷器制冷，就可以实现对LED壳温Ts的控制；如果电致冷器的制冷功率接近其最大值时，冷箱启动，快速带走电致冷器散热器的热量，达到对LED二次致冷的目的。

见图1。

这个温度控制系统具有如下特点：

a）电致冷器的致冷速度快，通常只需要几分钟时间即可达到设定温度值。

b）由于有冷箱二次致冷，所以致冷功率大，适用于多颗大功率LED器件。

c）温度控制精度高，可以实现环境温度和壳温的精确长期控制。

2、LED如何安装？

实际上在第一个问题里面，我们就提到了如何安装LED。

由于我们采用焊接方式，因而能够做到可靠连接。

相反，如果不采用焊接连接，而采用其他夹紧、压接方式，至少可能出现三个问题：

a）连接时，由于压力不同，接触点改变，有可能不能可靠连接。

b）连接触点长时间暴露在高温下容易氧化，造成接触不良。

c）多次连接有可能损坏LED器件的接触点，而且对于贴片型LED非常难于连接。

图2电致冷器装配及LED安装图

3、LED如何供电？

在本系统中采用了多通道电流源给每一颗LED单独供电。

每一台电流源有64个电流通道，最大电压可达400V，最大电流可达0.5A/通道。

如果需要更大电流，则可以多通道并联即可。

对于需要更多通道的情况，可以增加电流源。

单独给每一颗LED供电的好处在于：

a）当某一颗LED失效或某通道设备故障后，不影响其他LED的继续试验。

b）非常便于检查LED故障，不会造成误判，提高排除故障的速度和准确性。

图3LED独立供电示意图

4、老化/失效时间如何监控？

由于我们采用每颗LED单独供电，所以对于失效的判断非常简单，故而可以精确检测失效时间。

在这里，我想重点说一下系统的控制备份和数据备份功能，我们用了一个专利产品来实现此功能。

在正常工作情况下，系统配置有两台工控机。

主计算机用于对外设控制，并采集温度、电压、电流、时间等参数。

此时，从计算机做三件事情：

一是对主机发出的每一个控制指令都进行备份，这样当主机故障时，从机可以清楚的知道外设的工作状态，从而可以无缝接管控制权，继续对外设进行控制；另外，对于外设传回的测试数据进行同步备份，以防主机故障造成数据丢失；第三，从机也运行一个监控程序，单独监控主机的工作状态是否正常，如果不正常则立即接管系统。

从机接过系统控制权后立即报警，请求人工干预。

此时从机变成了主机，等到原来的主机排除故障再次投入运行时，自动变为从机，而且会自动对其中断这段时间的数据进行同步，并准备好条件，一旦现在的主机故障后，其会再次接过控制权，变为主机。

图4主从监控系统示意图

5、如何进行光度/色度测试？

根据前面的讨论，我们认为光度/色度测试必须在积分球内进行。

否则我们想象不出，还有什么更合适的方法可以满足标准要求。

如何既能方便进行老化，又能方便进行光度/色度测试，是整个标准实现的难点。

所以我认为这也是这套系统的设计精华所在。

前面我们提到了电致冷器可以直接安装在温度箱内进行老化。

实际上系统还做了特殊设计，使该致冷器可以直接安装于积分球上进行光度/色度测试。

这样整个系统进行寿命试验时，只需要焊接一次LED，就可以完成整个寿命试验过程，把对LED的人为损坏降到最低。

另外，在对LED进行光度/色度测试时，由于是多颗LED同时暴露在积分球内部，所以系统还设计了一个开关矩阵电路，用于分别点亮每一颗LED，实现对单颗LED的单独测量。

图5电致冷器安装于积分球示意图

图6电致冷器安装于积分球  

6、如何进行价格比较？

对于价格部分，大家如果感兴趣，我们可以单独沟通。

从目前的情况来看，假设按240个通道计算，MLTS128-05的（每通道/价格）和国内产品价格大致相当。

如果增加通道数至540个通道，则MLTS128-05的（每通道/价格）比国内产品价格便宜20%左右。

以上价格还是在包括了一套光色电测量系统的情况下。

也即不但有一套寿命系统，而且还有一套Labsphere的高精度光色电测量系统（50cm积分球）。

如果不包括这套系统，价格将会便宜20%左右。

从而可以看出，这套系统的性价比非常高。

期待您的垂询！

图7监控系统

LM-80-08实现难点

深圳市迈昂科技有限公司陈云明

坦率地说，以我个人的观点来看，要实现LM-80-08标准，非常困难。

也可以换句话说，LM-80-08这个标准的可操作性很低。

但鉴于目前还没有更好标准来对LED器件的寿命进行评估，所以大家都采取保守策略，还是在努力实现LM-80-08标准的各种苛刻条件。

LM-80-08到底其实现难点在哪里？

下面我也想根据我对该标准的理解，谈谈看法，供大家参考。

1、老化时间至少6000小时

标准原文如下：

7.1LumenMaintenanceTestingDurationandInterval

Atthespecifiedambienttemperaturenotedinsection4.4theunitshallbedrivenforatleast6,000hourswithdatacollectionataminimumofevery1000hours.10,000hoursarepreferredforthepurposesofimprovedpredictivemodeling

标准大致可翻译为：

在4.4节中提及的环境温度条件下，LED组件至少需要进行6000小时的测试，每隔1000小时至少需要测量收集一次数据。

如果想改进预测模型，则推荐测试10000小时。

这是本标准里面最难以实现的一点。

为什么这么说，因为随着时间的延长，很多其他的问题都会凸显出来，成为一个潜在新难点。

a）6000小时为250天，测试时间太长。

对于现代快速发展的企业，员工流动性也比较大，所以有可能出现试验还没有做完，但是操作人员已经更换。

新的操作人员接手工作，可能会丢失掉很多试验信息。

b）250天对于一个产品的试验时间太长。

目前产品的更新换代都很快，有可能产品还在试验阶段，但是更新的产品已经上市。

这样对企业形成非常大的压力，甚至不愿意投入资源来做寿命测试。

c）时间太长，对于测试设备本身也是一个严峻考验。

标准要求设备至少要能够连续工、作1000小时，而通常大多数LM-80-08试验设备产品都为新产品，都没有经过严格的测试就上市，所以其可靠性就是一个很大的不确定性。

从目前来看，由设备本身的故障而导致的试验中断，比LED本身失效而造成的试验中断要多得多。

d）每隔1000小时需要做一次光度测试，采集LED光度、色度数据信息。

由于LED的封装形式多样，尺寸规格各不相同，而为了准确测量LED的光衰情况，则需要把LED放置于积分球内进行测试。

这样就带来了一个问题，多次重复安装、老化、拆卸、安装、测量、拆卸，工作量太大！

如何减少安装和测试的工作量就成了首要问题。

e）如果采取以上的拆卸、安装方式，每一颗LED经过11次的安装/拆卸后，基本上也会被机械损伤，或者透镜部分会有污物粘附。

这样LED的光输出特性发生改变，从而不能达到试验目的。

2、样品选择

标准原文如下：

4.3SampleSelection

SampleselectionoftheLEDlightsourcesisimportantsincethevalueofthetestwilldependuponthemethodofsampling,sizeofthesample,conditionsoftestingandotherfactors.Samplesourcesshallbeselectedtobesufficientlyrepresentativeoftheoverallpopulationbeingtested.Inmostcases,thissamplingshallbespecifiedbyanappropriatestandardscommitteedocument.Thesamplingmethodandsamplesizeusedshallbereported.

上文可以翻译为：

LED光源的样品选择非常重要，因为测量结果将取决于取样方法、样品规模、测试条件及其他因素。

样品光源对于总体测试产品而言，需要具有足够的代表性。

在大多数情况下，取样方法需要由一个合适的标准委员会文档指定。

取样方法和样品规模都需要在报告中列出。

这里的难点在于样品规模，即到底多少样品才是具有“足够代表性”？

通常业界说法为每种型号LED在每个温度条件下至少需要20颗LED，三个温度条件就至少需要60颗LED。

这样带来的一个问题就是工作量倍增。

举一个例子：

假设我们同时做5个型号的LED测试，每个型号60颗LED，则总的需要300颗LED；每一组LED寿命试验按6000小时试验时间，每一组测试11次计算（0时、24小时、48小时、96小时、200小时、1000小时、2000小时、3000小时、4000小时、5000小时、6000小时），则总的测试次数为3300次；按照目前大多数寿命试验设备操作情况，做一次光色度测试需要安装一次（到温度箱），（从温度箱）拆卸一次，安装一次（到积分球），光色电测量，（从积分球）拆卸一次。

假设按照每颗LED安装一次需要6分钟，拆卸一次需要2分钟计算，则测试完3300次需要时间13200分钟，或220小时，或31天。

很难想象检测单位安排一个人每天都在做这一重复性工作。

3、如何安装LED

由前面两点说明可知，进行LM-80-08试验，需要对大量LED进行重复性安装老化测试工作，这样就带来几个问题：

a）如何解决LED导热性？

由于LED在老化测试时需要控制其温度，所以LED的安装一定要求其与热沉之间紧密接触且导热良好。

业界通常的做法是在LED与热沉之间涂敷上导热硅胶以增强其导热性。

但一旦涂敷导热硅胶，则在多次拆卸、安装过程中，就非常容易玷污LED的透镜，从而影响光输出。

b）如何解决LED安装的方便性？

由于LED需要多次拆卸、安装，所以如何方便省时的安装就成为必须解决的问题。

有的说用夹子夹，有的说焊接，众说纷纭，莫衷一是。

但无论何种方法，好像都没有解决方便性的问题，而且带来了新问题。

比如如果采用夹子夹的方式，则夹子连接是否可靠？

在长时间老化过程中是否会造成触点氧化，从而接触不良，导致LED温度升高？

如何给LED施加足够压力，使其与热沉紧密接触？

如果采用焊接方式，则经过多次焊接，LED透镜是否会熔化变形，从而影响光输出？

由于多次安装时，既要考虑其电特性不能受到影响，又要考虑其导热性，以便保证其散热恒温条件。

所以这就给设备制造商出了一个难题：

如果考虑了方便性，采用夹紧或插拔的方式，则经过长时间的高温氧化，电气连接的可靠性成疑；而且LED封装外壳与热沉之间的导热性也不能得到很好保证。

如果过分考虑电气连接的可靠性和LED的可散热性，则会牺牲连接的方便性，这样就会极大的增加安装连接的工作量，而且非常容易损伤LED，或者玷污LED透镜。

c）相同的问题是，如何把LED安装进积分球进行测试？

因为在前面的老化过程中，LED后表面已经涂敷有导热材料，所以安装进积分球测试时，一定要小心，不能玷污积分球表面或夹具，否则会影响其他测试。

4、如何实现LED的试验温度条件

IESLM-80-08标准原文如下：

4.4.2TemperatureandHumidityOperationoftheLEDlightsourcesbetweenphotometricmeasurementsshallbeataminimumofthreecasetemperatures,Ts,usingthesamedrivecurrent.Thethreecasetemperatures,Ts,shallbe55℃and85℃withathirdtemperatureselectedbythemanufacturer.Thecasetemperatureanddrivecurrentselectedbythemanufacturershouldrepresenttheirexpectationforcustomersapplicationsandshouldbewithintherecommendedoperatingtemperaturerange.Casetemperaturesshallbecontrolledto-2℃duringlifetesting.Thetemperatureofthesurroundingairshouldbemaintainedtowithin-5℃ofthecasetemperatureduringtesting.Thesurroundingairtemperatureshouldbemonitoredwithinthetestchamber.Humidityshallbemaintainedtolessthe65RHthroughoutthelifetest.

这段话大致可翻译为：

LED光源在两次光度测量之间，至少需要工作于三个不同壳温，并采用相同的驱动电流。

三个壳温Ts分别为55℃，85℃和由生产厂家选定的另一温度。

生产厂家选定的壳温和驱动电流，应能代表其对用户应用条件的期望值，并应在推荐的LED工作温度范围内。

在寿命测试时，壳温应控制在-2℃范围内，而LED周围空气温度应控制在-5℃范围内。

周围空气温度为温度试验箱内的监控温度。

在整个