LED路燈因其種類繁多和應用環境復雜，其光源和燈具的溫度環境差異極大。由于LED的光度、色度指標漂移與芯片結溫具有很強的相關性，而光度、色度的穩定性和一致性是照明環境的一個基本要求。因此，CIE、IEC以及IES等相關標準化組織高度關注LED照明產品的溫度特性，各相關組織在近期出臺的各項標準中明確提出了對LED的溫度特性或性能溫度進行測量。本文介紹并比較了各相關標準中關于LED溫度特性和測試的相關要求，并結合各類LED路燈的應用及相關測試設備，對LED溫度特性的測試方法進行全面介紹，并給出測試實例，為LED路燈的測試應用提供測試參考方案。
一、概述
眾所周知，LED的光色性能對溫度具有很強的依賴性，芯片結溫的上升會導致其光輸出降低和光譜峰值波長的漂移，這種影響對于大功率LED尤其明顯。隨著LED照明產品的日益廣泛應用以及對LED照明產品研究的深入，其溫度特性及其標準化測試方法吸引了國內外相關標準化組織的廣泛關注，在CIE、IEC以及IES等標準化組織先后發布的多項標準中，對LED的溫度敏感性及溫度特性提出了明確的要求。
近年來，LED路燈因其在節能和壽命等方面的獨特優勢，在道路照明領域備受青睞，在“十城萬盞”等國家政策的推動下，全國各地相繼開展了大量的試點應用。隨著應用產品和應用范圍的拓展，LED路燈的光源以及燈具的溫度環境差異日漸明顯，并且不可忽視。具體可表現為：
1.對于同一個LED光源，該光源可能應用于樣式各異的道路照明燈具或不同的道路環境中。由不同燈具散熱性能的差異或不同應用環境所帶來的工作溫度的差異均可造成該光源在穩態燃點時的光度、色度指標上的差異;
2.對于同一種類型的LED路燈，其應用環境溫度隨著季節交替以及安裝方式的變換而變化，其光度、色度指標也會隨之改變。
因此，將對LED室外照明產品的溫度特性的考察作為其性能客觀評價的一部分至關重要。目前在道路照明設計的過程中，燈具的選擇是依據燈具及燈具中所安裝光源的光度測試數據而進行。根據現有的相關測試標準，燈具和光源的光度數據一般在25℃或者(20～27)℃的測試環境中獲得，對于溫度依賴性很強的LED光源和燈具，這樣的測試數據對于照明設計的指導意義有限。而且，隨著近期LED溫度特性測試相關標準的出臺，我們有必要參考相關標準的要求，對各類LED路燈的溫度特性進行測試和評價，不僅是為了突破新的貿易壁壘，更重要的是為了促進道路照明設計的正確發展。
二、相關標準對LED溫度特性的要求
LED的溫度特性并不是一個新話題，早在2008年IES出臺的IES LM-79-08以及IES LM-80-08等標準中，LED的溫度敏感性已經有所體現。比如，在LED燈測試安裝時，按照IES LM-79-08的要求，其燃點姿態應保持與實際工作狀態相同，以避免LED散熱對測試結果的影響;LED壽命需要在三個不同的溫度下測得，并且這三個溫度應涵蓋其實際使用溫度。這些信息已表明，IES制定上述標準時，相比于傳統光源，對LED光源的溫度依賴性問題予以更為重點的關注。
隨著LED溫度特性的研究深入，人們對LED的性能與溫度的關系有了較為成熟的認識，并且逐步將LED溫度特性測試方法和要求明確，不再局限于IES LM-79-08以及IES LM-80-08中的測試或安裝要求。
北美照明工程學會(IESNA)在2012年2月針對LED溫度特性測試，頒布了測試標準IESNA LM-82-12“IES Approved Method for the Characterization of LED Light Engines and LED Lamps for Electrical and Photometric Properties as a Function of Temperature”(以下簡稱LM-82)，這是第一個針對LED溫度特性測試的標準，這也說明LED溫度特性測試從研究階段進入了標準化測試階段。
2012年11月，美國環保署(EPA)公布的能源之星燈具認證規范V1.2版本中給出規定，對于非定向照明燈具，替換的固態照明光源必須按照LM-82的標準方法測試不同溫度下的光色參數。當其安裝至燈具中，實際運行溫度下的光色參數則根據LM-82中相近溫度下的測試數據插值得到，插值計算得到的數據應滿足該規范的規定，如表1所示。該規范的出臺表明，在北美地區，LED的溫度特性測試正式開啟，出口至該區域的LED光源及LED燈具將遭遇新的貿易壁壘。
國際電工委員會(IEC)最近出版的通用照明LED模塊和LED燈具的性能要求IEC62717及IEC62722中規定，LED模塊的光色測量參數應標明其測量時的性能溫度。LED燈具可以在25℃的環境溫度下測量，但需要給出實際應用溫度下的光度參數或者不同溫度下光色電參數之間的校正系數，同時需要測量燈具中安裝的模塊的性能溫度。該標準的規定表明，LED模塊和LED燈具的性能與溫度息息相關，沒有溫度信息的光色參數，對于LED產品的評價來說，意義十分有限。
國際照明委員會(CIE)的技術委員會TC 2-71“CIE Standard on test methods for LED lamps, luminaires, and modules”在其技術報告中指明，如果LED模塊、LED燈、LED燈具的光色電性能在25℃環境溫度下測量，那么必須給出廠商要求溫度下的光色電參數或者不同溫度下光色電參數之間的校正系數。因為25℃的光色度測量值不能作為其在應用環境溫度下的性能參數，也就是說，燈或燈具在25℃的環境條件下滿足應用要求，當其實際應用溫度不是25℃，就可能不再滿足應用要求。
三、LED路燈的光度及溫度特性測量
1.LED路燈的光度測量
目前，LED路燈的光度測試主要依據GB/T 24824、GB/T 9468以及IESNA LM-79-08等標準的要求進行測試。圖1所示為一典型分布光度計，用于測量LED的光強分布以及光通量等光度參數。根據標準要求，光源及燈具的測試環境溫度為25℃或(20～27)℃。這對于傳統照明光源來說沒有問題，但對于LED這類具有較強溫度依賴性的照明產品來說，25℃的環境溫度普遍低于光源安裝到燈具中的實際應用環境溫度，且與燈具的實際應用溫度也不一定相符。
圖1 分布光季度——用于燈光的光分布測試
2.LED溫度特性的測量
北美照明工程學會頒布的LM-82是目前為止唯一能夠為LED的溫度特性測試提供指導的測試標準，該標準適用于LED燈和LED光引擎產品。以下結合測試設備和實際測試案例，對該標準進行簡單介紹。
(1)室溫絕對光度測量
圖2所示為通過美國NVLAP LM-82-12標準方法認可的遠方檢測校準中心(EVERFINE Test and Calibration Center)所配置的典型LED溫度特性測試系統，圖2左邊為LED初始光度測試系統，該套系統完全滿足IESNA LM-79-08的標準要求。
圖2 通過NVLAP LM-82標準方法認可的實驗室所配的LED溫度特性測試系統
(2)升溫測量
LM-82標準推薦了三類溫控裝置：1. 恒溫積分球;2.半導體制冷器件;3.溫控箱。其中，溫控箱可以模擬被測樣品的運行環境，通過控制環境溫度來控制被測樣品上指定一點的Tb溫度，與實際應用中的溫升原理相似，可靠性也比較高。
圖2所推薦的升溫測試系統(圖2右方)適用于LED光源、模組及燈具的溫度特性測試。升溫過程中，系統通過溫控箱內置的光度探頭實時監控LED產品的光色度值。其升溫及室溫下的光色度測量值可按照標準LM-82進行修正。另外，系統還具備光度自校正功能，以防止高溫工作環境下的測量漂移。
(3)LED溫度特性測試的典型案例及數據應用
以一典型的LED燈升溫光度參數測量為例，利用圖2所示設備對其進行升溫測試。初始溫度為51.5℃，第一升溫溫度為76.5℃，第二升溫溫度為91.5℃，由光度測量結果可得到光通量與溫度之間的關系，如圖3所示。當該LED燈安裝至燈具中，其實際應用溫度Tb在51.5～91.5℃之間，以80℃為例，其光通量可根據第一升溫測量和第二升溫測量數據進行線性插值計算，應為265.17lm，則利用該燈具進行照明設計時，應使用265.17lm的光源光通量數據。
圖3 示例LED的光通量與溫度之間的函數關系
四、結論
本文對CIE、IEC和IES等國際標準組織的相關標準進行了解讀和探討，并給出了能夠完全實現其相關標準測試所需的測試系統解決方案。由于LED路燈應用環境的復雜性及燈具熱結構的差異，使得LED路燈的光度、色度指標與環境溫度具有高度相關且較為復雜的表現。因此，測量不同溫度下LED光源的電氣和光度參數，是實現LED路燈有效設計的必要手段，也是國際LED照明標準發展的一個重要動態。（本文作者：陳聰 楊培芳 黃艷 岑松原 杭州遠方光電信息股份有限公司遠方檢測校準中心 浙江省半導體照明測試系統工程技術研究中心 本文選自（《半導體照明》雜志第39期）
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