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    成功案列:阿拉丁評測——深度評測:好馬配好鞍 一款怎樣的散熱器配得上一個“好”燈

    作者:金龍 來源:阿拉丁評測室

    摘要: LED的發光效率及壽命與工作溫度息息相關,當然,整燈的品質受LED芯片、芯片基板、封裝、線路設計、燈具外殼等等因素影響,散熱技術的不斷演進讓這些部件可以發揮更大的效用。這一期的阿拉丁評測我們選擇了一款基于覆晶光熱一體化散熱技術的大功率工礦燈產品解決方案參與測評,以北京瑞德桑節能科技有限公司為樣品來源,并邀請深圳立訊檢測股份有限公司作為第三方檢測機構對產品進行數據檢測。

           如果說一個城市的下水道代表著這個城市的良心,那么,對燈具而言,散熱就是一顆容易被忽略的良心。作為高效率冷光源,LED的“高冷”屬性讓其內置芯片很“怕熱”,相對于高顏值的外觀設計、精細的電路排布和恰到好處的光學設計,燈具散熱性能的好壞在某種程度上極大影響著人們判斷所說的燈具“好壞”。

      現在,各大廠家已經將LED燈具的初始光效做的相差無幾,讓人一眼難辨優劣,即使專業的設計師和工程商在選擇燈具產品時也難分伯仲,所謂說,潮水退去,才知誰在裸泳,“質量差”的燈具在經歷“高熱量導入”的潮水之后漸漸漏出“底褲”,點亮時間的逐漸變長,發光效率和品質都已不復當初,衰退不一,品質優劣高下立判。

      那么,誰在影響著諸如光效的衰減速度甚至燈具的穩定性?散熱性能。

      LED的發光效率及壽命與工作溫度息息相關,當然,整燈的品質受LED芯片、芯片基板、封裝、線路設計、燈具外殼等等因素影響,散熱技術的不斷演進讓這些部件可以發揮更大的效用,然而單靠實際應用過程中感知燈具的穩定與可靠與否,來判定散熱器的性能好壞似乎并不容易。這一期的阿拉丁評測我們選擇了一款基于覆晶光熱一體化散熱技術的大功率工礦燈產品解決方案參與測評,以北京瑞德桑節能科技有限公司為樣品來源,并邀請深圳立訊檢測股份有限公司作為第三方檢測機構對產品進行數據檢測,以求更科學展現基于該散熱技術下整燈的性能表現,為用戶提供有價值參考。

      我們先來看看該燈具樣品的外觀和基本參數

      測試樣品外觀:



      樣品基本參數:


      實驗室依據標稱最高和最低電壓負荷,對燈具在額定功率不同頻率的情況下的實測功率和電流變化進行比較,數據顯示,不同電壓和頻率下實測功率與額定功率稍有差異,但功率因數都非常接近1.0,反映了其較高水平的供電系統效率。

      溫度對LED性能的影響毋庸置疑,Nadarajah Narendran 曾在不同的溫度條件下對白光 LED(Lumileds Star 結構)進行點亮溫度試驗,證明了溫度對于LED壽命的重要影響,不同溫度條件下LED光源芯片的工作溫度(結溫)是 LED 燈具的重要性能指標之一。

      我們對燈具在點亮后達到溫度穩態的值進行了觀察,溫升曲線如下圖。

      


      可以看到,點亮大約1小時40分鐘時,燈具各部件溫度達到穩態值,從光源焊點到基板,再到散熱器腔體背面、翅片遠端,可以很清楚看到LED散熱路徑的各處散熱效率。光源焊點作為燈具結溫的重要計算因子,其溫度高低也直接影響了LED結溫的高低,尤其在大功率LED散熱設計中,結溫TJ對LED的出光率和壽命意義重大,參照該光源LM-80報告,其在85℃溫度下狀態良好,因此焊點溫度80.5℃也完全可以接受。

      另外,具體分析各點穩態溫度值,可以有效判斷分析出各個位置的實際散熱性能到底如何。

      可以看到,散熱器取熱面與散熱器腔體背面溫差只有2.2度,體現了該散熱器良好的導熱能力和均溫性,說明該散熱器導熱、散熱性能非常不錯。最重要一點,分析該燈具整體結構設計,結合光源倒裝原理,可以發現,從光源PN節到散熱器最遠端,整個熱流通道沒有瓶頸,并且與傳統工藝相比少了光源基板,導熱路徑短了很多,因此反映出的溫度,更接近于PN節實際的溫度。

      結合實測溫度,我們從此處燈具結構來作進一步判析,該結構散熱器取熱板取代了傳統的光源基板,無須涂抹硅脂類填充物連接散熱器與光源,穩定性和壽命大幅提高。獨特的透鏡實心結構也有利于光源散熱,同時避免傳統透鏡的呼吸效應導致的空氣雜質對光源的傷害。

      當然,除了溫度特性測試,燈具基本性能對于發光品質與效率同樣重要。

      震動測試


      檢測結果


      震動測試照

      依照此前經驗,我們將測試項目設置為如圖所示條件,經過震動測試后,燈具未發生部件脫落、結構損壞和點燈不良等現象,樣品燈具完好。


      檢測結果


      冷熱沖擊測試照

      冷熱沖擊項目測試考核產品對周圍環境溫度急劇變化的適應性,尤其是大功率燈具在面臨更為復雜的應用環境,可能會出現諸多狀況:LED燈具的塑膠外殼無法承受環境能力,塑膠外殼容易脆化破壞;LED燈管在溫度急劇變化情況下出現燒壞的情況;LED燈具的電路板芯片在冷熱沖擊環境下容易短路。

      經過高強度冷熱沖擊測試,測試樣品無異常。

      浪涌測試


      檢測結論

      浪涌保護是LED燈具應對電網負載啟甩和雷擊感應的“第一道防線”, 尤其是LED抗浪涌的能力特別是抗反向電壓能力一直都比較薄弱,從電網系統侵入各種浪涌可能會導致LED的損壞,因此抑制浪涌的侵入加強這方面保護非常重要。

      25℃環境溫度和53%環境濕度下,燈具在不同位置接入上以不同相位角反復測試,測試結果顯示燈具能夠正常工作。

      抗鹽霧測試


      檢測結果


      抗鹽霧測試照

      樣品在鹽霧環境下經測試后依舊完好。

    IP等級測試


      檢測結果


      防水防塵測試照

      按照IP65等級的標準進行測試,樣品燈具無進塵無進水。

      為了更好地反映燈具的耐久和穩定性能,我們對燈具進行了老化測試。當然,基于時間和成本的考慮,我們采用目前行業測試較為通用的模擬測試方法——168h點亮實驗,將測試前后的配光曲線、光通量等數值呈現以供讀者參考。

      先來看看168h老化測試前后燈具基礎光電參數對比圖表


      以輸入220V電壓為基準,燈具輸出電流、功率基本無變化,從測試前燈具光電參數計算得出光效值為90.84Lm/W,模擬老化之后,計算得出的燈具光效值微降為87.76Lm/W。

      下面是點亮168h之后具體的光源和光度數據


      另外,我們從配光曲線和空間等照度曲線來觀察測試前后燈具配光變化。

      我們知道,燈具溫度和材料的變化會對燈具發光造成影響,進而影響燈具配光均勻性和準確性,因此可以通過持續點亮后發光角度的變化判斷燈具在散熱上的表現以及結構材料上的穩定性。

      測試系統采用遠方(EVERFINE)GO-R5000 V2系統,環境溫度24.5℃,環境濕度65.7%,測試距離26.000米。


      燈具配光曲線測試前后對比


    空間等照度曲線測試前后對比

      從對比來看,測試前后燈具的配光曲線均呈現軸向對稱分布,配光均勻性前后保持了較強的穩定性,未出現較大的偏移。可以認為燈具在持續點亮的過程后基本延續了設計初的發光空間分布特點。


      綜上,雖然燈具的發光穩定性受諸多因素影響,但在實際應用過程中,燈具的散熱性能直接影響了燈具的材料結構是否穩定、光衰是否嚴重等一系列使用常見問題,因此,散熱性能的好壞直接影響著燈具的“好壞”。從以上數據來看,燈具在模擬極端環境測試后依舊保持了較為不錯的發光品質,可以認為,散熱器在從中發揮了不可替代的作用。

      特別鳴謝:深圳立訊檢測股份有限公司








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