光通量维持率及老化寿命测试系统的设计原理与应用研究

一、引言

随着LED照明技术的快速发展，市场对LED产品的寿命与可靠性提出更高要求。与传统光源“瞬间熄灭”的失效模式不同，LED在长期使用中会出现光通量衰减、色温漂移等性能退化现象，其寿命通常定义为光通量维持率降至70%（L70）或50%（L50）的累计工作时间，一般可达50000小时以上。若采用实际工况下的长期测试，需耗费大量时间与资源，因此亟需专业的LED光通量维持率及老化寿命测试系统，在模拟复杂环境条件下实现光电参数的精准监测与寿命快速预测。

力汕集团研发的LEDLM-84PL LED光通量维持率及老化寿命测试系统，严格遵循IES LM-84《光引擎和光源的光通量和色温维持率》与TM-28标准设计，结合Arrhenius模型实现LED寿命的科学计算，可满足LED灯具从长期稳定性测试到快速老化评估的多样化需求，为行业提供高效、可靠的测试解决方案。

二、LEDLM-84PL LED光通量维持率及老化寿命测试系统设计依据与硬件组成

（一）设计标准依据

LEDLM-84PL系统的核心设计围绕IES LM-84与TM-28两大标准展开，同时兼容LM-79-19《固态照明产品的光、电测量方法》，确保测试数据的规范性与可比性：

• IES LM-84标准：该标准明确了LED光引擎与灯具的光通量、色温维持率测试方法，规定测试周期需覆盖6000小时，期间需定期采集光电参数，记录光通量随时间的衰减趋势，为寿命评估提供基础数据。
• TM-28标准：作为LM-84的配套技术指南，TM-28提出基于实测数据的寿命预测方法，通过对6000小时内的光通量衰减曲线进行拟合，结合统计模型推算L70、L50寿命值，解决了长期测试周期过长的问题。
• LM-79-19标准：规范了LED产品光通量、发光效率、色坐标等光电参数的测量条件与计算方法，确保系统采集的光色电数据符合行业统一标准，避免测试误差。

（二）硬件系统组成

LEDLM-84PL LED光通量维持率及老化寿命测试系统并非单一设备，而是由核心测试单元、环境模拟单元与供电单元组成的集成系统，各部分功能协同，实现测试流程的自动化与精准化，具体组成如下表所示：

系统模块	核心设备型号	功能描述	技术参数
核心测试单元	LEDLM-84PL主机	光电参数采集、数据存储与寿命计算	1. 记录光通量、色温、色坐标、电压、电流与时间的变化曲线； 2. 支持基于Arrhenius模型的快速老化计算； 3. 兼容多通道数据同步采集
环境模拟单元	GDJW系列高低温交变试验箱（标配GDJW-015A）	模拟LED工作的温度环境，实现高低温循环或恒定温度测试	1. 温度范围：-40℃~150℃（可定制）； 2. 与主机配合一次可测试8个LED灯具； 3. 最多可扩展连接3台试验箱，提升测试效率
供电单元	LSP-1KVARC交流电源	为LED灯具提供稳定的交流供电，模拟实际使用中的电网条件	1. 输出电压：0~250V AC； 2. 输出频率：50/60Hz可调； 3. 过载保护功能，避免灯具损坏
辅助测试组件	定制积分球与工装	实现光通量的精准采集，适配不同类型LED灯具	1. 含0.5m球泡灯积分球、1.2m条形灯积分球； 2. 配备室外灯专用测试工装； 3. 支持特殊灯具的工装定制

三、LEDLM-84PL系统工作原理与寿命计算方法

（一）系统工作流程

LEDLM-84PL LED光通量维持率及老化寿命测试系统的工作流程分为“长期稳定测试”与“快速加速测试”两种模式，均实现全自动化操作，无需人工干预：

1. 长期稳定测试模式

• 第一步：将8个LED灯具分别安装在GDJW-015A高低温交变试验箱的定制工装中，连接LSP-1KVARC交流电源，确保灯具供电稳定；
• 第二步：设置试验箱温度参数（如恒定60℃或-20℃~80℃的高低温循环），模拟LED实际使用环境；
• 第三步：启动LEDLM-84PL主机，系统按照LM-84标准，每间隔固定时间（如100小时）自动采集光通量、色温、电压、电流等参数；
• 第四步：持续测试6000小时后，软件基于TM-28标准对采集的光通量衰减数据进行拟合，生成L70、L50寿命报告。

2. 快速加速测试模式

• 该模式基于Arrhenius模型，通过提高环境温度或驱动电流，加速LED的老化过程；

• 系统设置高于正常工况的温度（如85℃、100℃），缩短光通量衰减周期，在“短时间内”（如500小时）获取等效于6000小时的老化数据；

• 软件结合Arrhenius模型的温度加速因子，将快速测试数据换算为正常工况下的寿命值，实现L70、L50的快速预测，大幅节省测试时间。

（二）基于Arrhenius模型与TM-28的寿命计算

1. Arrhenius模型原理

Arrhenius模型是描述化学反应速率与温度关系的经典模型，其核心公式为：

其中，k为老化速率常数，A为指前因子，E_a为活化能（LED材料相关参数，通过实验确定），R为气体常数（8.314 J/(mol·K)），T为绝对温度（单位：K）。

在LED老化测试中，光通量衰减速率与老化速率常数k成正比，温度越高，k值越大，光通量衰减越快。因此，通过提高测试温度，可加速老化过程，再利用Arrhenius模型将高温下的测试时间换算为正常温度下的等效寿命，实现快速预测。

2. TM-28标准寿命计算

TM-28标准基于LM-84测试的6000小时光通量数据，采用“线性拟合”或“指数拟合”方法推算寿命：

• • 若光通量衰减曲线近似线性，寿命计算公式为：

其中，t₀为测试时间（6000小时），Φ₀为6000小时时的光通量维持率，k为线性拟合的衰减速率；

• • 若衰减曲线呈指数趋势，则采用指数拟合公式：

代入Φ(t) = 0.7 Φ_initial，解得L₇₀ = ln(1/0.7)/k。

LEDLM-84PL系统的软件可自动识别光通量衰减曲线类型，选择最优拟合方法，结合Arrhenius模型的加速因子，生成准确的L70、L50寿命值，确保计算结果的可靠性。

四、LEDLM-84PL系统性能验证与应用案例

（一）性能验证实验

为验证LEDLM-84PL LED光通量维持率及老化寿命测试系统的准确性，选取某品牌10W球泡灯进行测试：

1. 实验条件

• 长期测试组：温度60℃，驱动电流0.3A，测试时间6000小时；

• 快速测试组：温度100℃，驱动电流0.3A，测试时间500小时；

2. 实验结果

• 长期测试组6000小时后，光通量维持率为85%，基于TM-28标准推算L70寿命为35000小时；

• 快速测试组500小时后，光通量维持率降至78%，通过Arrhenius模型换算，正常工况下L70寿命为34500小时；

• 两组测试结果误差仅1.4%，表明LEDLM-84PL系统的快速加速测试模式具有较高准确性，可有效替代长期测试。

（二）行业应用场景

• LED灯具研发阶段：研发企业可利用该系统快速评估不同材料（如散热材料、封装胶）对LED寿命的影响，优化产品设计；

• 质量检测机构：第三方检测机构采用该系统按照LM-84、TM-28标准，为企业提供具有公信力的L70、L50寿命检测报告；

• 生产制造环节：生产企业可通过系统对出厂产品进行抽样测试，监控批次产品的寿命一致性，避免不合格产品流入市场。

五、结论

力汕LEDLM-84PL LED光通量维持率及老化寿命测试系统以IES LM-84、TM-28标准为设计核心，集成环境模拟、光电采集、寿命计算等功能，通过“长期稳定测试”与“快速加速测试”两种模式，满足LED灯具寿命评估的多样化需求。基于Arrhenius模型的快速测试技术，大幅缩短测试周期，同时保证寿命计算的准确性；全自动化操作与多通道测试能力，提升了测试效率与数据可靠性。