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成功案列:阿拉丁评测——深度评测:好马配好鞍 一款怎样的散热器配得上一个“好”灯

作者:金龙 来源:阿拉丁评测室

摘要: LED的发光效率及寿命与工作温度息息相关,当然,整灯的品质受LED芯片、芯片基板、封装、线路设计、灯具外壳等等因素影响,散热技术的不断演进让这些部件可以发挥更大的效用。这一期的阿拉丁评测我们选择了一款基于覆晶光热一体化散热技术的大功率工矿灯产品解决方案参与测评,以北京瑞德桑节能科技有限公司为样品来源,并邀请深圳立讯检测股份有限公司作为第三方检测机构对产品进行数据检测。

       如果说一个城市的下水道代表着这个城市的良心,那么,对灯具而言,散热就是一颗容易被忽略的良心。作为高效率冷光源,LED的“高冷”属性让其内置芯片很“怕热”,相对于高颜值的外观设计、精细的电路排布和恰到好处的光学设计,灯具散热性能的好坏在某种程度上极大影响着人们判断所说的灯具“好坏”。

  现在,各大厂家已经将LED灯具的初始光效做的相差无几,让人一眼难辨优劣,即使专业的设计师和工程商在选择灯具产品时也难分伯仲,所谓说,潮水退去,才知谁在裸泳,“质量差”的灯具在经历“高热量导入”的潮水之后渐渐漏出“底裤”,点亮时间的逐渐变长,发光效率和品质都已不复当初,衰退不一,品质优劣高下立判。

  那么,谁在影响着诸如光效的衰减速度甚至灯具的稳定性?散热性能。

  LED的发光效率及寿命与工作温度息息相关,当然,整灯的品质受LED芯片、芯片基板、封装、线路设计、灯具外壳等等因素影响,散热技术的不断演进让这些部件可以发挥更大的效用,然而单靠实际应用过程中感知灯具的稳定与可靠与否,来判定散热器的性能好坏似乎并不容易。这一期的阿拉丁评测我们选择了一款基于覆晶光热一体化散热技术的大功率工矿灯产品解决方案参与测评,以北京瑞德桑节能科技有限公司为样品来源,并邀请深圳立讯检测股份有限公司作为第三方检测机构对产品进行数据检测,以求更科学展现基于该散热技术下整灯的性能表现,为用户提供有价值参考。

  我们先来看看该灯具样品的外观和基本参数

  测试样品外观:



  样品基本参数:


  实验室依据标称最高和最低电压负荷,对灯具在额定功率不同频率的情况下的实测功率和电流变化进行比较,数据显示,不同电压和频率下实测功率与额定功率稍有差异,但功率因数都非常接近1.0,反映了其较高水平的供电系统效率。

  温度对LED性能的影响毋庸置疑,Nadarajah Narendran 曾在不同的温度条件下对白光 LED(Lumileds Star 结构)进行点亮温度试验,证明了温度对于LED寿命的重要影响,不同温度条件下LED光源芯片的工作温度(结温)是 LED 灯具的重要性能指标之一。

  我们对灯具在点亮后达到温度稳态的值进行了观察,温升曲线如下图。

  


  可以看到,点亮大约1小时40分钟时,灯具各部件温度达到稳态值,从光源焊点到基板,再到散热器腔体背面、翅片远端,可以很清楚看到LED散热路径的各处散热效率。光源焊点作为灯具结温的重要计算因子,其温度高低也直接影响了LED结温的高低,尤其在大功率LED散热设计中,结温TJ对LED的出光率和寿命意义重大,参照该光源LM-80报告,其在85℃温度下状态良好,因此焊点温度80.5℃也完全可以接受。

  另外,具体分析各点稳态温度值,可以有效判断分析出各个位置的实际散热性能到底如何。

  可以看到,散热器取热面与散热器腔体背面温差只有2.2度,体现了该散热器良好的导热能力和均温性,说明该散热器导热、散热性能非常不错。最重要一点,分析该灯具整体结构设计,结合光源倒装原理,可以发现,从光源PN节到散热器最远端,整个热流通道没有瓶颈,并且与传统工艺相比少了光源基板,导热路径短了很多,因此反映出的温度,更接近于PN节实际的温度。

  结合实测温度,我们从此处灯具结构来作进一步判析,该结构散热器取热板取代了传统的光源基板,无须涂抹硅脂类填充物连接散热器与光源,稳定性和寿命大幅提高。独特的透镜实心结构也有利于光源散热,同时避免传统透镜的呼吸效应导致的空气杂质对光源的伤害。

  当然,除了温度特性测试,灯具基本性能对于发光品质与效率同样重要。

  震动测试


  检测结果


  震动测试照

  依照此前经验,我们将测试项目设置为如图所示条件,经过震动测试后,灯具未发生部件脱落、结构损坏和点灯不良等现象,样品灯具完好。


  检测结果


  冷热冲击测试照

  冷热冲击项目测试考核产品对周围环境温度急剧变化的适应性,尤其是大功率灯具在面临更为复杂的应用环境,可能会出现诸多状况:LED灯具的塑胶外壳无法承受环境能力,塑胶外壳容易脆化破坏;LED灯管在温度急剧变化情况下出现烧坏的情况;LED灯具的电路板芯片在冷热冲击环境下容易短路。

  经过高强度冷热冲击测试,测试样品无异常。

  浪涌测试


  检测结论

  浪涌保护是LED灯具应对电网负载启甩和雷击感应的“第一道防线”, 尤其是LED抗浪涌的能力特别是抗反向电压能力一直都比较薄弱,从电网系统侵入各种浪涌可能会导致LED的损坏,因此抑制浪涌的侵入加强这方面保护非常重要。

  25℃环境温度和53%环境湿度下,灯具在不同位置接入上以不同相位角反复测试,测试结果显示灯具能够正常工作。

  抗盐雾测试


  检测结果


  抗盐雾测试照

  样品在盐雾环境下经测试后依旧完好。

IP等级测试


  检测结果


  防水防尘测试照

  按照IP65等级的标准进行测试,样品灯具无进尘无进水。

  为了更好地反映灯具的耐久和稳定性能,我们对灯具进行了老化测试。当然,基于时间和成本的考虑,我们采用目前行业测试较为通用的模拟测试方法——168h点亮实验,将测试前后的配光曲线、光通量等数值呈现以供读者参考。

  先来看看168h老化测试前后灯具基础光电参数对比图表


  以输入220V电压为基准,灯具输出电流、功率基本无变化,从测试前灯具光电参数计算得出光效值为90.84Lm/W,模拟老化之后,计算得出的灯具光效值微降为87.76Lm/W。

  下面是点亮168h之后具体的光源和光度数据


  另外,我们从配光曲线和空间等照度曲线来观察测试前后灯具配光变化。

  我们知道,灯具温度和材料的变化会对灯具发光造成影响,进而影响灯具配光均匀性和准确性,因此可以通过持续点亮后发光角度的变化判断灯具在散热上的表现以及结构材料上的稳定性。

  测试系统采用远方(EVERFINE)GO-R5000 V2系统,环境温度24.5℃,环境湿度65.7%,测试距离26.000米。


  灯具配光曲线测试前后对比


空间等照度曲线测试前后对比

  从对比来看,测试前后灯具的配光曲线均呈现轴向对称分布,配光均匀性前后保持了较强的稳定性,未出现较大的偏移。可以认为灯具在持续点亮的过程后基本延续了设计初的发光空间分布特点。


  综上,虽然灯具的发光稳定性受诸多因素影响,但在实际应用过程中,灯具的散热性能直接影响了灯具的材料结构是否稳定、光衰是否严重等一系列使用常见问题,因此,散热性能的好坏直接影响着灯具的“好坏”。从以上数据来看,灯具在模拟极端环境测试后依旧保持了较为不错的发光品质,可以认为,散热器在从中发挥了不可替代的作用。

  特别鸣谢:深圳立讯检测股份有限公司








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