【摘 要】最近几年来，人们越来越倾向于采用LED灯具照明，LED照明灯具的市场占有率迅速攀升，伴随着各种样式的LED照明灯具进入市场，灯具的可靠性问题和安全性问题也同时产生。本文重点对LED照明灯具进行可靠性分析，并分析讨论此类产品应达到的安全标准。
【关键词】LED照明灯具；可靠性；安全标准
1 前言
LED（发光二极管）是一种将电能转化为光能的电学器件，在这几年获得了突破性的发展，LED照明灯具正逐步走向市场。LED照明灯具有耗电少、发热少、亮度高的特点，此外它色彩丰富，方便用户选色和变色，现已广泛运用在工厂、家庭的普通照明，交通信号灯，广告装饰等许多方面。与此相关的安全标准、技术规范也在不断地制定和完善，同时其可靠性分析也是相关部门一直研讨的问题。
2 LED灯具的可靠性分析
LED照明灯具可靠性问题会受到许多工艺技术的约束，如LED 芯片的制作工艺，模块封装工艺，LED驱动电源的选择性设计工艺，LED发光器件和灯具底座的结合工艺。下文将对LED照明灯具涉及的可靠性问题的相关概念进行分析。
2.1本质失效和从属失效
常见的LED照明灯具的失效形式有两种，分别是本质失效和从属失效。所谓本质失效即由于LED芯片自身的损坏而导致灯具损坏；从属失效指的是因封装的不稳定性导致的灯具损坏，封装过程中使用的材料类型、工艺手段、外界温度等都会影响封装的稳定性。无论是本质失效还是从属失效都会直接导致LED照明灯具的损坏，一旦发生就是致命损坏，会降低LED照明灯具的可靠性，应当尽量避免。
2.2 LED器件芯片质量和性能
LED芯片质量主要受外延层尤其是P-N结部分影响，P-N结部分的错位或缺陷的分布情况和总体数目都是影响芯片质量的关键因素。另外，LED器件中金属部分和半导体部分的连接状况也会影响芯片的性能质量。本质失效的过程如下：在加电加热的条件下，LED芯片会逐渐发生错位，产生缺陷，芯片表面和周围会发生电子的偏移和离子热的扩散，芯片就会失效。只有通过减少P-N结部分的错位和缺陷的产生，提高金属部件和半导体部件的接触质量，才能从根本上提高LED芯片的工作寿命，提高其可靠性。
2.3LED器件的封装质量
引起从属失效的主要因素为LED器件的封装质量，而影响其封装质量的因素有很多，主要因素分析如下：
①封装材料的质量因素。常用的封装材料有硅脂、导电胶、环氧物等，封装材料的质量的高低将直接影响封装结果。
②封装结构是否合理。合理的封装结构设计能够减少封装应力的产生，减少不必要的断裂，增加材料的匹配性。
③封装工艺是否成熟。封装工艺过程中涉及的常见参数有固化温度、装片时间、压焊时间和厚度，封胶质量等。
如果想要降低从属失效，提高LED器件的可靠性，就要提高封装质量，具体措施为严格保证封装所使用的材料质量；结构设计时不仅要考虑发光效率和散热速度，还要综合考虑材料结合时的质量和热涨匹配问题；完善整体制作工艺，严格控制每一道工序的流程。
2.4 散热与可靠性
LED照明灯具的可靠性在很大程度上受灯具散热水平的影响，提高散热水平就可以提高灯具的可靠性。LED芯片的产热问题、LED器件的散热问题、灯具的结构设计都会影响整个灯具的散热水平要求 LED 灯具的温升应小 30℃。综合过去的各类资料，整理总结出一下措施来提高散热水平：
①提高LED芯片散热速度，使用新的结构、新的工艺来降低芯片的产热速度，提高其耐热性，降低其散热条件，加快散热速度；
②降低LED器件的热阻，封装过程中选用导热性能和耐热性能较好的材料，使器件整体的热阻下降到较低水平。
③增加散热结构。通过增加散热结构，如导热管、通风孔道等，使产生的热量更快的散发出去，不至于造成热积累。不过，设计过程中要综合考虑灯具的外观、透光率、成本等问题。
3 LED照明灯具的安全标准分析
与传统的照明灯具一样，LED灯具也要满足许多标准，如国际标准IEC 60598-1和IEC 60598-2分别为通用标准和特殊标准要求。此外，LED照明灯具还需要符合光生物安全标准的要求。本文重点分析国际标准IEC 60598的相关要求。
3.1防触电保护
LED灯具的防触电保护方式有多种，可以借此将其分为Ⅰ类灯具、Ⅱ类灯具和Ⅲ类灯具。其中Ⅰ类灯具和Ⅱ类灯具使用的电源电压仍为高电压，使用过程中要严格防止触电，其中Ⅱ类灯具的驱动电压为高压输入，很容易被许多制造商误认为是Ⅲ类灯具，容易引发安全事故。LED灯具制造过程中，厂商应当严格按照标准要求对灯具进行分类。
3.2机械结构安全
灯具不仅包括光学系统，还有电气系统，散热系统等，如何把各个系统合理地组合到一起就是机械结构设计需要做的，才能更好的保证灯具的使用安全。传统灯具的机械系统包括光源的固定装置、反光聚光装置、灯具调节控制装置等，此外还有导线固定支架、灯具安装架等结构。LED照明灯具与传统的灯具机械结构上有相似性，同时也具有自己特有的结构。一些不带标准灯头的LED灯具，其带有如下结构：
①某些灯具没有灯座，直接使用连接件对LED器件进行电气连接，然后使用特有的方式固定在灯具主体上。
②特有的导热系统。由于LED灯具发光原理与传统灯具不同，其产热集中，需要安装多组散热片，以保证系统的散热性能达标。在灯具的安装结构中要考虑这些散热片导致的体积和重量的增加，保证安全，提高可靠性。另外散热片要易于清洁，或者不易积灰，这些都是结构设计中要解决的问题。
3.3 灯具的电源安全标准
很多LED照明灯具都带有单独的驱动电源，驱动电源的安全性也是重点考核内容。在进行电气强度实验以及绝缘电阻实验时，要检测驱动电源。检测内容包括带电输入部件和灯具外壳之间是否绝缘，特殊情况下，要将驱动电源设计为隔离电源，以保证灯具的电气安全性能。
3.4灯具的热安全标准
LED照明灯具在使用过程中会产生大量的热，通过对灯具进行常态热实验以及非常态热实验，可以考核该灯具在不同的工作状况下的产热情况，是否会因产热而影响驱动电源，甚至是整个灯具的安全性能。进行热安全考核时，对灯具使用的导线、各类配件、驱动电源等都要进行考核。尤其是，当使用内置的驱动电源时，要根据工作环境的温度，选择相应的TC驱动器。
4 总结
LED照明灯具的使用涉及光学、热学、电学和机械结构等诸多方面，其可靠性及安全标准的分析也要综合考虑各个方面的内容。LED技术发展迅速，人们对绿色照明的认知和要求也在不断提升，LED照明灯具的制造厂商要对灯具涉及的各个方面进行整体综合，系统考虑，不断优化，生产制造具有高可靠性和高安全标准的灯具。
参考文献
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