按照LM-80标准如何准确计算LED使用寿命？

随着LED灯具的普及，人们对LED的要求越来越高。其中LED寿命已经成为LED灯珠的基本必备技能。大家所熟知的LED寿命就是委托第三方具有认证资质的测试机构进行测试，并提供LED的寿命，但是LED的寿命到底是怎样计算过来的呢？

北美照明工程协会和美国国家标准学会颁布了针对SSL照明LED封装、阵列、模块的光通量和颜色的维持测试方法（LM-80）以及光源长期流明维持率预测（TM-21）的标准文件。

LM-80-15介绍

在正常的工作电流和工作条件下，LED一般具有很长的工作寿命，可能在50000小时或更长，在整个寿命过程中，光输出慢慢衰减。光谱可能发生偏移，导致颜色和光效的失效。

2015年6月26日，IESNA北美照明工程协会(Illuminating EngineeringSociety of North America) 和ANSI 美国国家标准学会(American National Standards Institute)联合颁布ANSI/IESLM-80-15 IES Approved Method: Measuring Luminous Flux and Color Maintenance ofLED packages, Arrays and Modules.即： LED封装，阵列，模块的光通量和颜色的维持测试方法。此方法可以接受AC 恒压、DC恒压、PWM等LED封装、阵列、模块光学器件做LM-80测试和出报告。

LED通常具备很长的使用寿命特性，且依靠驱动电流和使用条件可以使用50000小时或者更久。与所有光源一样，LED发出的光输出随着输出时间会慢慢减弱。与传统光源不同的是，LED不会彻底失效。因此，随着时间的变化，流明维护率会导致更慢的光输出，而非规格中预期的或者规范、标准规范或规则中要求的情况。

随着时间的变化，LED发出的光谱也会逐渐变化，这会导致不可接受的外观或显色性。这些变化可能影响流明维护率，这主要是由于变化的光谱能量分布所引起的光输出变化的作用。

LED光源的性能通常受变量的影响，比如操作周期、外部设备与装置产生的条件、环境温度、气流以及方位。当多个实验室进行测试时，测试条件与程序的设计应可提供参照结果。推荐使用该认定方法也旨在此目的。

标准中明确规定了：

Ta、Ts、Humldity、Air Temperature、Air Movemen、Temperature、Measurement Equipment or System。

标准对Ts点和Ta点的温度控制要求，Ts温度要求大于等于标称温度Ts减2℃，同时环境温度Ta要求大于等于Ta减5℃，表述了不同的Ts温度监控方法，最低的温度监控点作为典型的监控点，同时要求报告中必须体现Ts温度监控点位置。

2. Ts温度点的数量要求

一般要求最少两个温度，具体考虑光源的使用环境。至少包含两个温度中（55℃和85℃）的一个。

3. 数据采集时间

至少每隔1000H收集测试数据，测试时间不少于6000H。

4. 光通量（流明）维持率

任意运行时间的输出光通量与原始光通量数据的比值百分比。

5. 额定流明维持寿命

指定流明维持率百分比达到的时间。

TM-21介绍

TM-21 Projecting LongTerm Lumen Maintenance of LED Light Sources，即光源长期流明维持率的预测。

LED光源的好处之一就是使用寿命长。其和其他照明技术不同，在使用过程中通常不会突然失效。然而，随着时间的推移，光输出也会逐渐衰减。在某一时间点，LED发出的光衰减至某一水平而不再被认为达到了足够的应用要求。对于照明设计而言，理解LED光源何时达到“使用寿命”非常重要。

IES LM-80是用于测量LED光源流明维持率的方法。针对于LED阵列和模组，其定义了安装、条件和流明维持率的测试流程。LM-80是IES推荐的方法，并被广泛用于描述LED光衰特性。LED器件生产厂家提供的LM-80日常测试报告采用的数据都来自于持续测试6000小时或更多时间内的测试数据。然而，对于被测产品，LM-80并没有很好的定义对于收集到的数据，如何被实际用于确定LED的有效寿命。

额定流明维持寿命是指LED光源的光输出相对于初始光输出达到某一给定百分比所经过的运行时间。这个值被定义为Lp，p即百分比值。比如L70的含义是LED光输出下降至初始光输出的70%所经过的时间。LED光源达到其额定流明维持寿命取决于很多变量，包括运行温度、驱动电流、产品结构的技术与材料。因此，产品流明维持率不仅仅是制造商之间不同，并且在同一生产厂家内不同封装型式的LED之间也不相同。

标准中明确规定了：

1.额定流明维持寿命Lp，p标示剩余流明与初始数据流明的百分比。

2.使用数据：在本推算方法中所采用的数据按照IES LM-80所描述的方法采集数据。

3.样品数量：样品数量要求10pcs以上，分为10-19pcs，20pcs以上。

4.预测时间：10-19pcs不超过推算时间的5.5倍，20pcs不超过推算时间的6倍。即10-19pcs预测光通量时间只能推算5.5倍以内预测时间寿命，20pcs预测光通量时间只能推算6倍以内预测时间寿命。

5.寿命推算公式：由Φ(t)=βexp(-αt) 推导出寿命公式Lp= ln(100β/p)/α。

t =运行时间

Φ(t)=在时间t时的光通量输出归一化平均值。

β =由最小二乘曲线拟合派生出的推算初始化常数。

α=最小二乘曲线拟合派生出的衰减系数。

根据标准文件计算公式可以得出相关的数据。

6.某温度的寿命推导：用于较低值Ts1和较高值Ts2之间的温度下的寿命推导。

计算案例

本文数据以同一方光电6V SMD 3030 LM-80测试数据为版本进行以下计算。

1 Ts测试数据寿命推算

Tabel 3.1、3.4为LM-80测试数据，Ts1=85℃, Ts2=105℃

计算公式▼

y=mx+b ①

m=（n∑xy-∑x∑y）/(n∑x2-(∑x)2) ②

b=(∑y-m∑x)/n ③

α=-m ④

β=exp(b) ⑤

n=Point #平均数据点 ⑥

Lp=ln(100β/p)α ⑦

样品的数量25pcs

根据上述公式进行计算结果如下表▼

以L70为计算寿命数据如下表▼

DLC 4.2 Premium L90为计算寿命数据如下表▼

根据Φ(t)=βexp(-αt)公式可以计算出不同时间的光衰数据▼

2 某温度的寿命推导

用于较低值Ts1和较高值Ts2之间的温度下的寿命推导

以一款为6V SMD 3030 LM-80产品测试数据为例，数据为Ts=85℃以及Ts=105℃，进行Ts =100℃的寿命推导。

推导公式如下▼

温度单位转换为K

TS[K]=TS[℃]+273.15 I

由Arrhenius计算方程式

Φ1(t)=B0exp(-α1t) II

可以推导出现场光衰常数αi

αi=Aexp(-Ea/(KBTs.i) III

其中

A=指前因子

Ea=能量（电子eV）

Tsi=使用现场测试绝对温度（K）

KB=伯茨曼常数（8.6173*10-5eV/K）

通过α1、α2和对应温度TS1和Ts2可以拟合出Ea

Ea/KB=(lnα1-lnα2)/(1/Ts.2-1/Ts.1) IV

从而计算出指前因子A

A=α1exp(Ea/(KBTs.1) V

上式可用a2、Ts2 替代a1、Ts1

通过B1：Ts1初始预测常数； B2：Ts2 初始预测常数。

可计算出B0

B0=√(B1 B2) VI

利用上式计算出B0，针对现场外壳测试温度Ts对应的Lp,利用下面的公式计算出Ts对应的流明维持率Tabel 1。

Lp=ln(100B0/P)/α VII

根据以上数据进行推导数据如下表▼

根据Φ1(t)=B0exp(-α1t) 可推算出Ts =100℃ 不同时间段的光通量维持率▼

结论：6V SMD 3030 Ts 85-100℃ L90>36000H，符合DLC 4.2 Premium。

来源：同一方光电