1、引言

　　近年來，LED 光源高效、長壽、綠色環保的特點被人們所認識和重視，同時隨著近10年來LED技術取得突飛猛進的發展，相關LED二次光學設計技術的日漸成熟，采用半導體光源替換現有城市道路照明光源已經成為半導體照明領域的一大趨勢，日益受到人們的關注。但要大量推廣LED 路燈，就必須對LED 路燈產品有一個統一的技術標準和測量標準，規定一些強制性的性能指標，以保證產品的性能和質量。從目前LED 路燈產品技術發展的現狀來看，最主要的就是整燈壽命、整燈光效和光衰曲線這幾個關鍵指標。

　　LED 路燈作為一個系統，影響上述性能的因素較多，如電源驅動的特性、光學元件的耐候性、整燈結構的防水防塵性能等都會嚴重地影響系統的光效和壽命，即光用LED 芯片或模組的光學特性并不能完整地描述燈具的性能，因此必須進行整燈的老化測試以取得符合系統實際性能的數據。

　　作為戶外照明產品的LED 路燈，其可靠性就必須進行現場的長程測試，時間跨度往往需要數千小時，而現場的長程測量的精度由于受到環境、測試方法等方面因素的干擾，會與室內實驗室環境的測試結果產生較大的差異。

　　圖(1)為檢測部門組織的多家企業提供的不同LED 路燈在實驗室環境與在戶外場地測試的光衰結果對比。

　　圖(1)所示為22 種LED 路燈產品2000 小時的光衰測試數據，從圖中可以看出：

　　A、LED 路燈在戶外場地測試得到的光衰值都大于實驗室環境下測試的光衰值；

　　B、若以實驗室測試為依據，則大部分光衰都在5%以下，而若以戶外測試為依據，則這批路燈的光衰都明顯偏大，不宜批量生產；

　　C、不同路燈產品所對應的這一測試差別也不同，范圍為5%-15%。

　　由此就給最終用戶對選用LED 路燈產品造成了困難，即究竟應該采用什么方法來檢測，該相信哪組測試數據？

　　目前在各級與LED路燈相關的標準和規范指標中，都對LED路燈的光衰做了嚴格的要求，基本都要求連續點亮3000 小時后，路燈光衰不高于2%；要達到如此高的光衰測試要求，對于各類引起測量誤差的關鍵因素就必須進行分析并作適當的補償。

        2、 影響LED 路燈光效測量精度的主要因素

　　對于LED 路燈的期望壽命測量方法，相關的國家標準中給出了LED 路燈的期望壽命測量方法，方法規定在一定的技術規范規定條件測量LED路燈，并在規定的測溫點監測LED 路燈的外殼溫升。每隔100~300 小時記錄一定距離下LED 路燈燈下點的照度，直至測量到6000小時。如到6000 小時仍未達到LED路燈壽命，則可用燈下點照度下降的規律外推出LED 路燈的壽命，即期望壽命。在期望壽命測量和外推計算中，以LED 路燈在1000 小時的發光特性為初始值，外推出的LED 路燈光通量下降到初始值的70%的時間為期望壽命。

　　由此可見，對LED 路燈要進行光衰與壽命測試，時間跨度都在3 個月以上。由于測試場地的影響往往需要在路燈安裝現場進行測試，如圖（2）所示。

　　由此也就必然會遇到測試準確度的判定及干擾因素的消除問題，在此我們先分析一下影響LED路燈光效測量精度的主要因素。

　　(1)  電源的穩定性

　　在《整體式LED路燈的測量方法》中對于電源電壓要求為：在穩定期間，電源電壓應穩定在額定值的±0.5％的范圍內；測量時，電源電壓應穩定在額定值的±0.2％的范圍內，基波頻率偏差不得大于0.1%，諧波失真小于3%；壽命試驗的電源電壓應穩定在±2％以內。

　　在LED驅動方面，通常使用恒流驅動，電流的波動就直接影響了LED的發光通量，為了驗證實際產品的性能，考察了2家在LED路燈電源方面進行了專門設計和有著較多使用經驗的電源生產廠家的LED驅動器，其電流控制精度分別為±2%和3%。

　　然而這只是標明的穩態狀況，在此我們更應注意幾個參數：穩定電流隨外加電壓變化的燈下測試點波動、隨運行時間的慢性漂移以及隨外界溫度變化的穩定性。

　　實驗室對某公司75WLED開關電源進行測試表明，開關電源輸出電流基本不隨外加電壓的變化而變化，穩定精度達到±0.01%以上，可以忽略其影響。對75W大功率開關電源的老化測試情況來看，經2400小時的老化后，電源輸出電流穩定精度達到±0.02%以上，也可以忽略此因素對開關電源輸出穩流精度的影響。

　　我們知道，即使在在南方城市，對于跨度2000小時的測試，環境溫差也至少有20oC(下面涉及到溫差影響的討論我們都以20oC來計)，這種溫度的變化會影響LED開關電源輸出電流的變化。

圖(3)   LED開關電源輸出電流的溫度特性

　　圖(3)是對一實際使用的LED路燈電源的溫度特性進行檢測的結果。從圖(3)可以看出，LED開關電源與環境溫度變化的關系為I-1 ·dI·dT=-0.0736%/K，即溫度上升時開關電源輸出電流以每10度0.7%的速率下降(以環境溫度25OC為初使溫度)。由于LED輸出光通量與輸入電流基本呈線性關系，那么當溫度變化20OC時，電流的輸出就會下降1.47%，下降的電流會直接導致LED輸出光通量的下降。LED輸出光通量與輸入電流呈線性關系，在此溫度變化的幅度內，燈具的光通量也將下降1.47%。

        (2)   LED光源的穩定性

　　LED光源是半導體器件，對溫度十分敏感。測試中必須考慮LED光源光通量受環境溫度的影響，這是影響整燈性能一個非常重要的方面。通常從半導體器件的溫度特性可以得到光發射強度與溫度的關系：

　　I(T)=I0exp(-T/T1)

　　這里T1為特征溫度，對于采用GaInN/GaN量子阱有源層的藍光LED器件，其特征溫度T1=1600K。

　　對于藍色芯片加黃色熒光粉的白光LED器件，由于器件的性能還受熒光粉、填充膠等材料的影響，其溫度特性就會偏離上述理論公式。在一般情況下，白光的光輸出變化隨溫度的變化的關系大致為Φ-1dΦ/dT = -0.2 %K-1，也即是說光通量的輸出隨溫度的升高以每10度2%的速率下降。然而對于不同的芯片以及不同的封裝工藝與材料，上述參數也會發生變化。

　　實驗中對國內外2種不同的LED器件進行了輸出光通量與結溫關系的測試，結果如圖（4）所示。

圖(4)    不同白光LED件的光輸出與節溫的關系

　　對于樣品A，其白光的光輸出變化隨溫度的變化的關系為Φ-1dΦ/dT = -0.22% K-1，對于樣品B，上式變為Φ-1dΦ/dT = -0.30 %K-1，也即溫度每升高10度光通量下降3%。因此在測量期間如溫差超過20℃，會使LED燈具的光通量測試產生5%左右量級的誤差。

　　由此可見在進行耗時較長的光衰測試時，必須將溫度的影響考慮在內，并根據實測的溫度進行相應的修正。反之，若是在夏天開始測試，而在冬天結束，則衰減會大大減小，甚至會出現光輸出的增加。

　　(3)   測試設備的影響

　　目前所用路面測試設備，通常都為照度計或亮度計，這些儀器的探頭是決定光參數測試準確度的核心，一般的光敏元件（如硅光電池、光敏電阻等）都有其固有的相對光譜靈敏度曲線，而理想的光譜靈敏度曲線應該是與CIE 1931人眼的光視光效函數即V(λ)曲線完全吻合，只有如此才可能實現精確的光度學測量。但一般光敏器件光譜靈敏度曲線與CIE 1931 V(λ)曲線相差很大，因而需要加上一系列的濾色片來進行校準，由此也就產生了光譜響應誤差f1。

　　根據CIE 69-1987和中國JJG245-2005照度計量檢定規程，不同等級的光度探頭/光度計的分級技術指標要求見表1。

　　對于一般企業的測試設備，大都為一級精度，其V(λ)失匹配誤差f1達6%，因此各自光色不同的LED路燈也就必然會由此失配造成一定的測量誤差。由于f1描述的是探頭的最大誤差，并非在所有波長范圍內都是這一數值，最后光度測量的總誤差一般應小于此值。

　　設在某一波長，探頭的V(λ)失匹配誤差為f1（λ），造成的光度測量的總誤差為：

　　λ 為被測光源在波長λ處的光強度，由于白光LED的發射譜主要集中于黃綠色和藍色兩個主要波段，其中黃色光對光通量的影響最大，因此探頭在這一波長范圍的失配誤差就對LED光度測量的精度尤為重要。

　　另外，光電探頭的溫度系數在此的影響是最不容忽略的，根據中國JJG245-2005照度計量檢定規程，即使是采用標準級的探頭，其溫度系數為0.2%，這也就意味著在時間跨度為2000小時的測試期間，在環境溫度的變化為20℃的條件下，只此一項也會使LED燈具的光通量測試產生4%的誤差。

　　為系統研究照度計的溫度特性，我們分別對某公司生產一級品照度計的光探頭和整體照度計進行了溫度特性測試實驗，其結果分別為下圖(5)中E1和E2兩條曲線。

　　以20oC為起始溫度，圖(5)中E1曲線顯示光度探測頭的溫度特性，它包括V(λ)修正濾波器、余弦較正玻璃、表頭電阻和硅光電池，這部分隨溫度的上升而輸出信號的下降速率為0.062%K-1。E2曲線顯示了探測頭再加上照度計后面A/D轉換電路、顯示電路部分在內的整體照度計的溫度特性[[5]，整體照度計隨溫度使照度下降速率為0.374%K-1，可以看出后面A/D轉換和顯示部分的受溫度變化給照度值帶來影響更大。以本照度計進行測試，20oC的溫差時，帶來的測量誤差為7.48%。

　    (4)   測試方法的影響

　　在實地測量，就必然會受到各類雜散光的影響，主要的雜散光包括：

　　1. 道路上車輛的光照；

　　2. 相鄰路燈的光輻射；

　　3. 路邊其它光源的干擾；

　　4. 路燈光源在其它物體上反射光的干擾；

　　上述雜散光其實質都是非穩定的，如相鄰路燈的光輻射會隨路燈布置位置的不同，路燈光型分布的不同而變化；當路邊的綠化植物、建筑物、廣告牌等物體遮擋或反射光輻射時，這種光的干擾也極不穩定。

　　為了消除這類不穩定雜散光的影響，在實地測試中可以使用一個輔助的隔離筒，如圖6所示。

圖(6)    用于消除雜散光影響的隔離筒簡圖

　　隔離筒內部涂吸收光涂層，可以有效地隔離外界的干擾光，從而保證有效地接受正上方的被測路燈的光輻射。圖中d為照度計測光表面直徑，H為路燈的高度，D為隔離筒光闌孔徑，從隔離外界干擾來看，Ｄ的尺寸應當盡量接近ｄ的大小，由于LED路燈目前大都是有多顆LED模塊陣列組成，其等效發光面的尺度不容忽視，隔離筒的構造就需保證能有效地接受路燈發光面上所有LED模塊的光線，即：

　　(5)   環境污染的影響

　　室外LED燈具必然會受到落塵堆積、膠質懸浮物等雜質的污染，這一污染在燈具的透光面出現時將會直接導致燈具光效的下降，而且這一影響的程度也會隨路燈安裝的地點、在路面使用的時間以及路燈表面的處理情況不同而變化。

　　為了測試路燈表面污染對光度測試的影響，我們對正常道路上的LED路燈進行了定點照度隨時間變化的測試，圖7(a) 顯示了在同一條道路上的10 盞路燈在表面不清洗的情況下的測試結果，而在圖7(b) 中則顯示了最后一次測量進行了燈具出光面清洗后的結果。兩者有著明顯的差距，從表2可見，在4500小時的路面運行后，路燈因表面污染引起的照度測試誤差平均達-7%。

　　上述結果是對出光面為平面結構的LED路燈而作的測試所得，對于一些出光面兼做二次光學透鏡表面從而具有凹凸結構的LED路燈，這一影響會更嚴重并會進一步影響光型分布。特別是用在交通量較大的公路和隧道照明場合，燈具表面往往會被油污嚴重污染，采用目前傳統對隧道燈具的清洗方法就很難對這些具有凹凸結構的LED路燈出光面進行有效的清洗。

    3 總結

　　由上述實驗分析可知，對LED路燈整燈光參數的實地長程測量，將受到很多外在因素的影響，其中溫度的影響最不容忽視。當溫度升高1oC時，由驅動電源、LED光源、照度計引入的測量誤差分別為-0.0735%、-0.25%、-0.374%，當溫度升高20oC時，上述各項誤差引起的總測量誤差將達到-13.95%。而路燈因表面污染引起的照度測試誤差也相當嚴重，在城市主干道的應用環境下，4500小時的路面運行后表面污染引起的測試照度下降值平均也達-7%左右。再看圖(1)，不同廠家室內和室外測試的數據相差5%-15%也就不難解釋了。當然我們數據只是研究某一種電源、光源和照度計，不同的電源，不同的LED光源，不同的照度計受溫度的影響不同。

　　從上述研究結論可知，要準確地在時間跨度較大的長程測量中獲取LED路燈整燈的光電參數，就必須盡可能地排除各類非LED光源自身造成的影響因素，尤其是在戶外實地測試中，各類外界的影響也更嚴重。通過清潔燈具、規范測試方法可以減少由于或消除因環境污染和測試方法帶來的誤差。但LED路燈系統中的開關電源、LED光源和測量用照度計受溫度影響較大。如要測試光衰小于3%，則測量精度最基本也應優于1%，如此就需選用標準級的測試儀器；溫度的影響必須進行控制（測試時間跨度內環境溫度的變化&Delta;T<3℃）或給予必要補償；光的采集須避開各類雜散光的干擾；同時必須考慮燈具表面污染對測試的嚴重影響。