浅析影响LED灯具使用寿命的因素

2019-2-13  来源:中央广播电视总台  作者:谭磊、孙颖超  有5029人阅读

  【摘要】本文结合央视新台址E区演播室LED灯具使用情况,分析LED灯具的故障点及原因,总结影响LED灯具使用寿命的因素并给出了建议。

  【关键词】LED灯具;使用寿命;故障点

  随着科学技术的不断发展,光源技术也迎来了革命性的变革。LED作为新型的半导体光源,以其节能环保、发光效率高、寿命长、安全性高、红外辐射低等一系列优点,逐步取代了各类传统光源灯具,在城市景观照明、道路交通照明、娱乐场所及舞台影视照明、室内空间照明等领域发挥了越来越重要的作用。

  传统的舞台影视照明常采用卤素灯源灯具,但是一直以来存在着光效低、发热量大、红外辐射高、光源寿命短等问题,而光源自身的特性也限制了其更进一步的改良。而LED光源恰好没有上述问题,在通过多种技术手段克服了光谱不连续、显色指数较低的问题之后,舞台影视照明领域专用的LED灯具也随之产生,逐步应用在了小型新闻类演播室。但是早期的LED灯具由于无法解决大功率LED灯珠模组的散热,使其单灯无法做到很高的功率,导致它一直存在着单位发光效率高,但是单灯总光通量低的问题。所以即使LED灯具相对于传统热光源灯具有很多优点,但在大演播室由于投射距离较长的原因一直无法替代传统卤素灯源灯具。随着技术的不断进步,300、400W甚至更高功LED灯具的出现,使投射距离过长导致的亮度不足已经不再是限制LED灯具应用的瓶颈,可以说在现在的演播室中,LED灯具已经可以全面取代了传统卤素灯源灯具了。

  笔者所在的央视各演播室应用LED灯具是比较早的,在新台址E区800平米及以下演播室的基础白光照明全部采用了LED光源灯具,从2012年7月陆续投入使用以来,已有5年的时间。目前主要有三个国内主流品牌的灯具:

表1 央视新址E区演播室LED灯具配置情况

  LED灯具最令人印象深刻的特点就是它的长寿命,理论上可以达到5万甚至10万小时。如果真的能达到这样的理论值,那采用LED灯具就一劳永逸了,大大降低了使用维护的成本。但是在我们实际使用中情况又是如何呢,是否能够达到理论的使用寿命呢?针对以上问题,本文将结合央视新址E区演播室灯具实际使用情况分析LED灯具的故障点,总结影响LED灯具使用寿命的因素。

  LED灯具使用问题

  由于央视新台址E区演播室所配置的LED灯具采购于不同时期,使用时间会有不同,为了更客观的分析比较LED灯具的使用情况,我们统计了同一品牌使用时间相近的灯具使用情况,具体灯具使用情况如下:

表2 各厂家部分灯具使用情况

  1 电源模块损坏

  就LED照明灯具而言,在有限的体积内,LED模块与电源摆放位置非常接近,LED工作时散发的热量是很高的,部份电源器件对热非常敏感,如果灯具散热设计的不合理,或者元器件品质不达标,使用中电源模块的损坏会非常频繁。电源模块损坏最直接的表现就是灯具无法通电或者使用中突然灭灯。

  从目前的使用情况看,这类现象并不是每个厂家的产品都有,只出现在厂家A的灯具上,但是需要引起足够重视。其中100W LED聚光灯共50台,电源模块损坏28台,损坏率56%;100W LED平板柔光灯共76台,电源模块损坏15台,损坏率19.7%。从数据可以看出LED平板柔光灯损坏数量较少是因为2015年底该型灯具电源模块升级为了2代电源,故障率大大降低,而聚光灯灯体结构原因,无法更换为二代电源。

图1 厂家A灯具使用10000小时电源模块损坏数量情况

  2 灯珠模块损坏

  现在的LED灯具都采用了灯珠模块化技术,通过集成封装可以将多个LED点光源或LED模块按照一定的数量及形状进行组合,满足不同灯具功率及种类需求。但是很多灯具由于散热结构设计不合理或灯珠模组制作工艺上的缺陷,导致灯珠模块经过一段时间的使用会有部分或者全部烧毁的情况出现。灯珠模块损坏最直接的体现就是照度明显下降、光斑出现明显暗纹或者灯具完全不亮。

      图2 正常的灯珠模块              图3 损坏的灯珠模块

  目前该问题比较普遍,在三家的灯具上均有出现。其中厂家A,100W LED聚光灯共50台,灯珠模块损坏20台,损坏率40%;100W LED平板柔光灯共76台,灯珠模块损坏8台,损坏率10.5%。厂家B,200W LED聚光灯共137台,灯珠模块损坏22台,损坏率16.1%。厂家C,200W LED聚光灯共120台,灯珠模块损坏20台,损坏率16.7%。

图4 厂家A灯具使用10000小时灯珠模块损坏数量情况

图5 厂家B灯具使用4500小时灯珠模块损坏数量情况

图6 厂家C灯具使用7500小时灯珠模块损坏数量情况

  3 光衰

  LED灯一直以来就有光衰的问题。它是指LED灯具经过一段时间的使用之后,其光照强度比初始光强会降低,且不能恢复,即降低的部分称为LED的光衰。由于这个问题的不可恢复性,它成为了LED灯具的一个很严重的缺陷。

  在国家质检总局2009年发布的国家标准《GB/T 24823-2009普通照明用LED模块性能要求》里5.8条对LED模块的光通维持率的要求是:模块在燃点3000h时,其光通维持率应不低于92%;燃点6000h时,其光通维持率应不低于88%;在燃点至70%额定寿命时其光通维持率应不低于70%。国家新闻出版广电总局2016年发布了行业标准《GY/T 302-2016电影电视用白光LED灯具技术要求和测量方法》里6.1.6条对灯具的光通维持率的要求是:满负荷点燃灯具3000小时,光通维持率应不低于92%。

  这两个国家和行业标准都对灯具的光通维持率有一个明确要求,而我们实际使用情况又是怎样的呢,我们对现有的三个厂家的LED聚光灯各抽取了50台进行了简单的测试。测试时我们将被测灯具和模板灯具(全新)都调成同样的状态(全功率输出,聚光灯都调成最聚状态),对比其投射相同距离时的中心照度。具体结果如下:

表3 各厂家灯具使用一定时间光衰情况

图7 各厂家灯具使用一定时间光衰情况

  从上面的简单测试可以看出各厂家的灯具在使用了几千小时以后都出现了不同程度的衰减。但是相对来讲厂家A和C的灯具光通维持率相对较好,他们在使用了更长的时间情况下,有一半以上的灯具照度衰减都小于20%。而厂家B的灯具则衰减情况比较严重,在使用了最短的时间(4500小时)的情况下,有接近40%的灯具都衰减大于50%。

  光衰带来的影响是很严重的,它意味着采用了这些灯具的演播室在经过一定时间使用后,必须增加灯具或者替换衰减较严重的灯具才能达到之前的节目录制照度,大大增加了使用和维护成本,需要各灯具生产厂家加以重视。

  4 色温漂移

  与光衰一样,长时间使用后色温漂移也是LED灯中不可回避的一个问题。我们这里说的色温漂移不是指LED灯珠在硅胶灌封时出现的色温漂移现象。而是指LED灯具经过一段时间的使用,随着热机理的作用, LED芯片光衰程度加重,散热情况不良的LED灯色温会出现比较明显变化,不再维持最初的白光色温。而且称这种现象为色温漂移而不是色温衰减是因为灯具色温的变化不仅仅是降低,也会有升高的情况出现。

  色温漂移会造成比较严重的影响,由于不同灯具的色温衰减程度不同,这样会造成灯具色温的不一致,影响节目录制效果。

  根据我们招标的要求,灯具的色温标准为3050K±150k(2900-3200K),所有灯具在供货时均符合要求,基本都处于3100-3200K这个区间。在经过一定时间的使用后,我们对现有的三家厂家的LED灯具各抽了50台进行了测试后发现,厂家A和厂家B的灯具出现了比较明显的色温漂移现象,而厂家C的灯具色温维持的较好,没有出现这样的现象。其中,厂家A的50台100W LED聚光灯色温衰减至2800-2900K的有19台,占比38%,其余31台在正常区间;厂家B的50台100W LED聚光灯色温衰减至2800-2900K的有2台,占比4%,升高至3300-3500K的有7台,占比14%,其余41台在正常区间。

图8 各厂家灯具使用一定时间色温漂移情况

  5 风扇问题

  对于一些靠风扇主动散热的LED灯具来讲,风扇能否正常运转是其能否长时间稳定工作的基础。我们经常会发现LED灯具的灯珠或者电源模块的损坏都是由于其风扇经过一段时间使用损坏了或者散热能力降低达不到设计的散热标准引起的。此外很多LED灯具的风扇在使用了几千小时以后由于灰尘等原因会造成噪音变大,也严重影响了节目制作,必须要进行灰尘清理,问题严重的还得进行风扇更换。所以LED灯具风扇的问题不仅要求生产厂家选取优质的风扇,也要求运行使用方,定期清理灯具风扇灰尘,这样才能使LED灯具能长时间正常工作。

  总结

  通过上述央视新址演播室5年来LED灯具的使用经验可以看出,我们的LED灯具总体来讲其使用寿命还远远达不到厂家宣称的3万小时。不管是灯珠模块或者电源模块的损坏,还是光衰都会使LED灯具无法正常使用。出现这样的情况就要求生产厂家从元器件的选择入手选择高品质的元器件,加强产品的散热设计,严格把控生产流程,降低生产制造的缺陷,以降低各类故障的产生。而作为使用方,也应重点关注LED灯具的使用环境,定期清理灯具灰尘,使我们的灯具能够保持最佳状态,以提高使用寿命。

  本文的写作目的无意于比较国内各厂家的优劣,而是为了提供第一手使用情况供各生厂厂家借鉴。而且本文中所涉及的LED灯具均为各厂家的第一代产品,现均已做了改进,期待各厂家能够推出更多更优质的产品。

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