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自镇流LED灯性能及国内外标准要求
摘要:在介绍自镇流LED 灯主要性能指标的基础上,分别比较我国国家标准、美国能源之星( ENERGYSTAR) 标准、国际电工委员会( IEC) 标准( 草案) 对这些性能指标要求的异同点。

  关键词:自镇流( 整体式) LED 灯 性能要求 标准

  0 前言

  随着半导体照明技术的迅速发展,以LED 作为光源的各式各样的灯和灯具大量出现,特别是出现了很多替代传统光源的LED 灯,例如,代替普通白炽灯和自镇流荧光灯的LED 球泡灯,代替反射型白炽灯的LED-R 灯和LED-PAR 灯,代替MR16 卤素灯的LED-MR16,由于它们可在不需要更换传统灯具的情况下,就能方便地替换光源,迅速被广大消费者接受。

  自镇流LED 灯,就是指带灯头把稳定燃点部件集成为一体的LED 灯。实际上LED 的稳定燃点部件并不属于镇流部件,由于IEC 62560《SELf-ballastedLED-lamps for general lighting services > 50V – SafetyspecificatiONs》草案采用了与自镇流荧光灯相同的“Self-ballasted”,即用“镇流”来描述LED 的驱动,所以我国国家标准也直译为“自镇流LED 灯”。而美国ENERGY STAR( 能源之星) 标准中则称之为“IntegralLED Lamp”,即整体式LED 灯。

  1 自镇流LED 灯( 整体式LED 灯) 的主要性能指标

  1. 1 灯功率

  这里所指的灯功率是整灯的输入总功率,它不仅仅是LED 发光器件消耗的功率。有的企业误将LED器件的功率认为是灯的功率,例如,采用了3 颗1W的LED 光源,额定功率就定为3W 了,这样的错误会造成实测功率超出标准要求的范围。实际上灯功率还应包括驱动控制电路消耗的功率。

  1. 2 功率因数

  功率因数是有功功率和视在功率的比值。功率因数低,说明无功功率大,会增加线路供电消耗。

  1. 3 光通量

  光通量指人眼所能感觉到的辐射能量,它是照明光源的最重要指标。

  1. 4 光效

  光效( 发光效率) 即单位功率可发出的光通,由光通量除以实际消耗功率计算得出。它体现灯将电能转换为光能的效率,灯光效越高则越节能。

  1. 5 颜色特征

  颜色特征由色表和显色性确定。灯实际发出光的颜色称为色表,由CIE1931 ( x,y) 色度图的色品坐标来确定;灯发射的光的光谱特性对于被照博彩公司物表面的影响称为显色性。在实际应用中,显色性用一般显色指数Ra 来表示。

  1. 6 光通维持率

  光通维持率是指灯在规定的条件下燃点,在寿命期间内某一特定时间的光通量与该灯初始光通量之比,以百分数来表示。

  1. 7 开关试验

  开关试验是对灯进行反复的开启和关断的一种试验,用来考核灯耐开关冲击的能力。LED 灯在开关性能方面比传统光源有明显的优势。

  1. 8 寿命

  寿命分为单只灯寿命和平均寿命。

  单只灯寿命指一只灯从燃点至失效,或者工作至其光通维持率低于规定值时的累计时间。

  平均寿命是指灯的光通量维持率达到规定要求并能继续燃点至50% 的灯达到单只灯寿命时的累计时间。

  灯虽然能够工作但光通维持率很低时,可以认为灯已失去有效的照明功能,所以光通维持率低于某个规定值时判定为失效,这个规定值有的为70% ,也有的为50%。

  应注意产品规格书上宣称的寿命是指平均寿命,不是每只灯的寿命。

  2 关于自镇流LED 灯( 整体式LED 灯) 性能的国内外标准要求的差异对比

  我国国家标准GB /T 24908 - 2010 《普通照明用自镇流LED 灯性能要求》、美国ENERGY STAR( 能源之星) 标准《ENERGY STAR  ProgramRequirements for Integral LED Lamps ENERGY STAREligibility Criteria(2009 年12 月发布)》以及国际电工委员会的IEC /PAS 62612 《Self-Ballasted LEDLampsfor General Lighting Services PerformanceRequirements》标准( 草案) ( 下文分别简称为:GB /T24908、能源之星标准、IEC 草案) 都是关于自镇流LED 灯性能要求的标准,但这3 个标准的具体要求存在差异,本文对这些差异作详细说明,以便相关人员能正确理解和使用这些标准。

  2. 1 灯功率

  GB /T 24908 的5. 3 条要求:“灯在额定电压和额定频率下工作时,其实际消耗的功率与额定功率之差不应大于15% 或0. 5W。”

  考虑到额定功率比较小的灯,其额定功率的15% 数值比较小,不易控制,允许功率偏差放宽到0. 5W,例如:额定功率为2W 的灯,额定功率的15%为0. 3W,小于0. 5W,允许最大功率偏差0. 5W;若额定功率的15% 大于0. 5W 时,则取15%。

  “实际消耗的功率与额定功率之差不应大于15% 或0. 5W”,也就是说实际消耗功率无论是大于额定功率还是小于额定功率,功率的正负偏差都应该满足要求。

  IEC 草案的第7 条款要求“LED 灯的功率损耗不得超出额定功率的15%”,只是对实际消耗功率高出额定功率的范围进行限制,也就是规定上限值,对于功率负偏差并没有限制。

  能源之星标准中虽未对灯功率进行要求,但标准中提到还应符合UL1993 - 1999,而UL1993 对功率正偏差作了规定:不高于额定功率的10% + 0. 5W。

  2. 2 功率因数

  GB /T 24908 的5. 4 条要求“灯在额定电压和额定频率下工作时,其实际功率因数不得比制造商的标称值低0. 05。”标准中并未规定功率因数的具体值,要求制造商应自我标称,但对实际功率因数小于标称值的作了下限规定,例如,标称功率因数为0. 95,则实测值不低于0. 90。

  能源之星标准第4 条款要求:灯功率小于等于5W 的功率因数不做规定,灯功率大于5W 的功率因数的平均值需大于等于0. 7。因为提高功率因数会对成本和效率造成影响,且小功率的灯对电网的影响较小,这样规定相对合理。

  IEC 草案没有针对功率因数的要求。

    2. 3 光通量

  GB /T 24908 的第5. 5 条要求“灯的初始光通量可由制造商或销售商宣称,但其实测值不应低于标称值的90%”,也就是说没有规定一定要宣称,但一旦宣称,实测值不应偏低10% 以上,高于宣称值是允许的。没有具体规定光通量应为多少。

  能源之星标准要求: 非标灯( Non-StandardLamps) 最低光通量为200 lm。替代灯( ReplacementLamps) 则按照被替代的目标灯原有的光通量分别规定最小光通量。所谓的非标灯是没有指明要替代现有标准电灯的LED 灯;替代灯是有指明替代现有某一款标准电灯的LED 灯。例如,宣称可替代60W 白炽灯的LED 灯,其光通不得低于800 lm。

  IEC 草案的第8 条款要求:“0h 所测得的光通量不得小于标称光通量的90%”,也就是说实际的初始(0h) 光通量不能比标称的光通量偏低10% 以上,高于标称是允许的,但对光通量应为多少也未作规定。

  在第4 条要求灯上和包装上必须要标出光通量的值。

  2. 4 光效

  GB /T 24908 的第5. 5 条要求:“灯的初始光效等级可由制造商或销售商宣称,但其实测值不应低于的规定,如制造商或销售商未宣称则按Ⅲ级考核。”

  按4 个功率段、2 个颜色范围、3 个等级分别规定光效最低值。光效分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级,Ⅲ级光效最低。可以宣称这三个等级之一,未宣称则按Ⅲ级考核。例如,一只日光色的5W 自镇流LED 灯宣称达到Ⅰ级能效,按Ⅰ级要求考核,其实测光效值不得低于60 lm /W;未宣称则按Ⅲ级不低于40 lm /W 考核。

  能源之星标准要求: 非标灯小于10W 的光效不低于50 lm /W,大于等于10W 的光效不低于55lm /W。替代灯又分为3 种:全方向灯、装饰灯、定向灯。LED 球泡灯属于全方向灯,PAR 灯、R 灯、MR 等反射型的LED 灯属于定向灯,蜡烛形、小球泡装饰照明用LED 灯属于装饰灯。全方向灯小于10W 的光效不低于50 lm /W,大于等于10W 的光效不低于55lm /W;装饰灯光效不低于40 lm /W;定向灯直径小于等于20 /8 in 的光效不低于40 lm /W,灯的直径大于20 /8in 的光效不低于45 lm /W。

  IEC 草案对光效未作规定。

  2. 5 颜色特征

  2. 5. 1 色温、色品坐标、色品容差

  GB /T 24908 给出了6 个典型色调及其色坐标目标值、相关色温,色品容差( SDCM) 采用马克亚当椭圆,要求小于等于7。目前LED 灯的颜色控制比较困难,所以标准有适当放宽。

  能源之星标准规定的色温只有4 个,比我国国家标准少了5 000K 和6 500K 这2 个高色温,并规定了色温的容差范围,要求色温在四边形内。色坐标的容差要求采用CIE1976 ( U’,V’) 色度图的色坐标(U’,V’) 的偏差值Duv 来表示,要求Duv 小于0. 006。对色保持(Color Maintenance) 作了要求,即灯燃点到6000h 时颜色变化Duv 在0. 007 以内。

  IEC 草案第9. 1 条也推荐了6 个色温,色温分别在0h 和标称寿命25% 时( 最高6 000h) 进行测试,两次实际测量的色温数值应在规定的色品容差范围内。

  色品容差( SDCM) 采用马克亚当椭圆,分为Cat3 ~Cat8 的6 个等级,Cat3 色容差小于等于3;Cat4 色容差小于等于4;……;Cat 7 色容差小于等于7;Cat8 色容差不在7 以内( 即等于不作考核了) ,具体哪个等级由制造商或销售商宣称,在产品和包装上标出。对色温不仅仅考核初始值,也像能源之星标准一样考核寿命期间色温的变化,增加了标称寿命25% 作为一个监控时间点,如果标称寿命25% 超过6 000h,就在6 000h 时测试。由于目前用于照明的白光LED 光源基本上都是采用蓝光LED 芯片覆盖黄色荧光粉的方式合成白光,在寿命燃点期间蓝光LED 芯片和荧光粉都会有可能衰变,二者衰变的不同步就会引起色漂移,所以考核寿命期间颜色的变化很有必要。

  2. 5. 2 显色指数

  GB /T 24908 的第5. 6 条规定“灯一般显色指数Ra 的初始值不应比规定值低3 个数值”。规定值为80,也就是说实测值不低于77 就可以符合标准,不规定正偏差。

  能源之星标准第4 条款对所有灯( 无论非标灯还是替代灯) 要求一般显色指数Ra 最小值为80。考核方法为Ra 平均值不低于80,单只最低值不低于77。而且要求饱和红色的特殊显色指数R9 大于0。

  IEC 草案的第4 条款对显色指数应为多少也未作规定。但要求灯上和包装上必须标出显色指数。

  在9. 2 条中要求“LED 灯的显色指数分别在0h 和标称寿命25% 时( 最高6 000h) 进行测试,实际测量的显色指数数值偏差不得超过标称值5 个数值。”它不仅考核初始值也考核标称寿命25% 时的值,且偏差无论正负都不许超过5 个数值。

  2. 6 光通维持率

  GB /T 24908 第5. 7. 2 条规定“灯在燃点3 000h时其光通维持率应不低于92% ;在燃点6 000h 时,其光通维持率应不低于88% ;在燃点70% 额定寿命时,其光通维持率应不低于70%。”

  能源之星标准对非标灯、全方向灯和定向灯要求燃点到25 000h 时光通维持率大于等于70%。为缩短验证时间,增加燃点6 000h 时平均光通维持率大于等于91. 8% 考核点。而且对于功率大于等于10W的灯要求燃点在45℃ 高温环境中。对装饰灯,在25℃正常试验温度下,要求燃点到15 000h 时光通维持率大于等于70% ,考核6 000h 时平均光通维持率( 大于等于86. 7% )。在第8 条款“光通维持率测试和寿命宣称”中还规定,如果宣称寿命较长( 非标灯、全方向灯和定向灯宣称寿命大于25 000h、装饰灯宣称寿命大于15 000h) ,光通维持率要求要提高。

  IEC 草案在第10. 1 条中给出了5 个等级的光通维持率,6 000h 与0h 的光通量比较,光衰不大于10% 的为CatA;不大于20% 的为CatB;……;不大于50% 的为CatE。光衰是光通维持率的反义指标,1减去光通维持率就是光衰,比如,光通维持率90% 也就是光衰10%。这个标准并未规定必须到达的等级,仅要求制造商宣称并标识出。

  2. 7 开关试验

  GB /T 24908 的第5. 7. 2 规定:“在额定输入电压下,将灯开启和关闭各30s,此循环重复进行15 000次,在试验结束后灯应能正常工作15min。”

  能源之星标准规定: 循环周期是2min 开2min关,循环次数须达到寿命小时数的一半。比如,宣称寿命是30 000h,开关次数不得低于15 000 次。

  IEC 草案在第10. 2. 1 条款b 中规定:“在额定输入电压下,将灯开启和关闭各30s,开关循环至额定寿命的一半( 例如: 若额定寿命为20 000h 则开关10 000 次)。在测试结束后LED 灯还能工作并保持点亮15min。”

  2. 8 寿命

  在寿命的定义中,除了灯熄灭算寿终外,灯的光通维持率低于规定值也认为是灯寿终。GB /T 24908 第3. 2“失效”定义中规定光通维持率低于50% 为失效。

  IEC 草案中以低于50% 的光通维持率作为寿终判据,但对于专业化的照明应用,则可选择70% 的光通维持率作为寿终判据。对光通维持率的选择可由制造商决定,但采用50% 的必须在产品和包装上标注出,采用70% 的在产品说明书中标注。能源之星标准是采用L70 寿命,即光通维持率达70% 时为寿命终了。

  GB /T 24908 的第5. 7. 1 条规定:“灯的平均寿命不应低于25 000h。”

  能源之星标准规定: 装饰LED 灯最低寿命15 000h;其他LED 灯最低寿命为25 000h。允许宣称较高的寿命等级。装饰灯可以宣称20 000h,所有类型的灯都可以宣称30 000h、35 000h、40 000h、45 000h、50 000h。但宣称寿命较高时,6 000h 时的光通维持率要求也相应提高,而且对于宣称寿命大于25 000h 的还要加测其他时间点的光通维持率。例如:宣称寿命35 000h 的,要求6 000h 的光通维持率要达到94. 1% ,比宣称寿命25 000h 的91. 8% 高出2. 3% ,而且要加测8 750h 时的光通维持率,要求此时光通维持率还要达到91. 5%。

  IEC 草案规定灯的寿命由制造商决定并在灯上标出。寿命以光通维持率和内置电子镇流器的寿命共同考核。由于自镇流LED 灯是一个整体,除非永久破坏否则无法拆除,因此使用完整的灯进行测试。

  内置电子镇流器寿命测试包括开关试验、温度循环冲击试验、高温寿命试验。温度冲击试验为:不通电的LED 灯首先放置在- 10℃ 下1h,然后立刻移到50℃烘箱内1h,如此循环5 次。高温寿命试验为:LED 灯在标称电压、45℃ 环境温度下工作到标称寿命25%时( 最高6 000h) ,在测试结束且温度降至室温后,灯还应保持点亮15min。

  3 结束语

  本文对3 个LED 灯性能标准的对比仅涉及LED灯性能要求的一部分,供行业内的相关人员参考。目前半导体照明发展速度飞快,LED 照明产品日新月异,性能指标提高很快,新的标准和技术规范等也不断涌现,国内外相关的标准也会不断地更新,相关方应持续予以关注。


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