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研究證實頻繁開關會加速縮短LED燈的使用壽命

消息發佈日期:2017-08-14

在許多應用場合中,與傳統光源相比較,大多數LED照明產品的使用時間更長久。然而,某些使用者卻也發現到所選擇購買的LED照明產品的故障速度比產品標示中聲明的壽命要短得多。生命週期縮短會傷害到消費者的信心。LED的驅動元件故障可能是最致命性的(產品不能發光),也或許是產品的宣稱與消費者的認知之間存在落差(有光,但比出廠值要少得多)。

LED照明產品裡面具有許多不同類型的零組件(如下圖所示),任何零組件故障都可能導致這個產品出現故障。然而,目前產業界的做法只有將LED本體進行壽命測試,並將發光亮度下降到出廠值的70%時定為可使用的壽命期。也由於產業的測試標準僅要求對產品中的一個元件進行測試,並且只考慮一種類型的故障就可以評估LED產品的壽命,所以製造商所標示的產品壽命在某些應用當中,很可能比消費者實際使用的時間還要長得多。美國倫斯勒照明研究中心(LRC)做過這項研究,說明了此問題,也提出實際中潛在情況的變化。


LED照明產品的構成元件圖示

美國倫斯勒照明研究中心(LRC)對LED裝置可靠性做了深入的研究,研究顯示,市場上銷售的一些LED照明產品在某些應用上與產品規格的內容仍存在一些差異。在這項研究中,該研究中心測試了從市場上買來的三種類型的LED產品,包括Type A LED燈、LED型MR16杯燈和LED筒燈,林林總總共測試了277種LED產品。那麼,Type A LED 燈、LED型MR16杯燈和LED筒燈的測試結果如何呢?

Type A LED

在測試中,Type A LED燈都存在一些相同的問題和參數偏移,和大家普遍的想法相反,開/關切換可以縮短LED產品的壽命;開/關切換會加速某些致命性的故障,原因就在於驅動裝置裡的每個零件都有不同的溫度變化,以及相鄰的零件之間熱膨脹係數也不一致而帶給驅動裝置的熱應力影響。這會導致某些介面的材料失效,最明顯的現象就是驅動元件焊接的接點裂化鬆脫。


藍線代表在增量時間平均溫度下的故障週期,紅線代表在最大工作溫度下的L70故障時間。

同時,最大工作溫度會影響輸出流明值和失效時間,這是因為LED封裝材料裡維持螢光體顆粒的粘合材料的光學透射率降低,這種故障在溫度越高的環境下就越快。此外,較高的工作溫度會降低驅動裝置裡所有元件性能的表現,進而影響到輸出至LED的電流,連帶導致光輸出跟著衰減,更會加速某些元件的故障。研究中心對失效樣品的分析指出,大多數的故障原因是LED和電路板間的焊接故障,少部分是由於驅動裝置的故障造成。對於測試的Type A LED燈,發生故障的時間點比產品標示的使用壽命還短。

倫斯勒理工學院照明研究中心收集的資料顯示,Type A LED燈用於書桌檯燈,如果每天使用三個小時,則預計可以持續使用將近九年;用於非嵌入式筒燈時,如果每天使用二個小時,則只能用兩年。所有這些預測都比LED產品的標示壽命20000小時(產品上說每天使用三個小時,可以使用18年以上)短得多。

LED型MR16杯燈和LED筒燈

關於LED型MR16杯燈的測試結果,由於驅動器的故障,幾乎所有的燈都失效。與Type A LED燈相類似,致命性故障(產品不能點亮)的時間比標示失效的時間還短。然而,測試LED筒燈時,在測試期間僅觀察到參數故障。

值得一提的是,某一些LED產品採用回饋式的控制電路來檢測LED的溫度是否過高,但是卻讓設備的亮度輸出不足。這樣的驅動設計概念可以在較高的溫度下降低發出的亮度,這是為了減少裝置持續增溫可能帶來的故障情況;雖然達到不超過裝置故障的溫度點,卻犧牲掉一定程度的光效表現。在這種情況下,減少光輸出的驅動設計可能是唯一存在的故障點。

市面上可能有其他型式的燈具是採用溫度回饋控制來改變LED電流,以保持穩定的光輸出。在這種情況下,裝置故障的因素可能需要考慮增加功率而非亮度折舊。可以確定的是,市場上大多數LED照明設備沒有採用這種回饋控制的設計,因為這些功能都會提高產品價格。

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