ANSI/IES TM-21-21 Technical Memorandum：Projecting Long-Term Luminous, Photon, and Radiant Flux Maintenance of LED Light Sources
ANSI/IES TM-21-21 技术备忘录：LED光源长期光通量、光子通量与辐射通量维持率预测

ANSI/IES TM-21-21 标准是为预测 LED光源的长期光输出维持（包括光通量、光子通量和辐射通量）提供指导。LED 因其长寿命而闻名，然而，随着时间的推移，其光输出会逐渐衰减，而不是突然失效（灾难性故障）。这种逐步衰减使得评估 LED 何时不再适合特定应用变得尤为重要。TM-21-21 基于 ANSI/IES LM-80 的数据，提供了一种方法来预测 LED 的实际寿命。
范围与目的
该备忘录具体说明了如何使用 LM-80 数据来预测 LED 的光通量维持，适用于用于普通照明、园艺照明（光子通量）以及其他依赖辐射通量的照明系统。该标准定义了预测的限制和计算方法，提供了工具来估算 LED 的光衰，但其应用仅限于光通量不低于初始值的 70%。
关键术语
1、光通量维持寿命：定义为 LED 光源保持初始输出百分比的时间（以小时计），表示为tp，其中p是剩余光通量的百分比。
例如：L70 表示光通量下降到初始值 70% 时的时间。
2、被测设备（DUT）：指在光通量维持测试中的 LED 封装、阵列或模块。
数据收集和要求
为了预测光通量维持，需要根据 LM-80 标准收集数据。样本数量至少应为 20 个单位，以确保最准确的预测，允许光通量维持预测到测试时长的 6 倍。若样本数量少于 20 个，则预测上限会降低，仅限于测试时长的 5.5 倍。
计算方法
该标准推荐使用基于 LM-80 测试数据的指数曲线拟合法来预测光衰。收集到的数据点进行平均处理，并用于计算光通量维持预测。预测使用的核心方程为：

其中：
Φ(t)是时间t时的光通量，
B是初始光通量常数，
α是衰减速率常数。
通过此公式，任何百分比p对应的光通量维持寿命可以计算为：

衰减速率常数α是通过对 LM-80 数据进行最小二乘曲线拟合得出的，测试通常持续到 10,000 小时。对于更长的测试时长，仅使用最后 5,000 小时的数据进行曲线拟合。
限制和外推
该标准对光通量维持的预测设定了严格的限制：
预测时长的限制：光通量维持的预测时长不得超过已测数据时长的 6 倍（例如，若有 6,000 小时的测试数据，则预测上限为 36,000 小时）。
维持水平的下限：该方法不能用于预测低于初始值 70% 的光通量。这确保了方法在实际应用中的可靠性。
应用场景
TM-21-21 在需要精确控制光输出的行业中至关重要，例如建筑照明、园艺照明以及医疗设备。通过提供标准化的长期性能预测方法，TM-21-21 帮助制造商和用户做出有关产品耐用性和更换周期的明智决策。
局限性
尽管 TM-21-21 提供了可靠的框架，但它也有一些局限性：
1、依赖 LM-80 数据：预测的准确性高度依赖于 LM-80 测试数据的质量和时长。测试时间越长，预测越可靠。
2、样本量敏感性：样本量越小，预测的准确性越低。推荐最少 20 个单位，以减少不确定性。
3、外推不确定性：该方法假设光衰遵循一致的指数模式，但对于某些 LED 技术，随着时间的推移，这种模式可能并不总是适用。
结论
ANSI/IES TM-21-21 标准为预测 LED 长期光输出维持提供了结构化且可靠的方法，确保产品在其可用寿命内符合性能预期。虽然它具有诸多优势，但用户需要意识到其依赖于 LM-80数据的质量，并认识到长期外推固有的局限性。

ANSI/IES LM-80-15 Approved Method: Measuring Luminous Flux and Color Maintenance of LED Packages, Arrays and Modules
ANSI/IES LM-80-15 认可方法：测量 LED 封装、阵列和模块的光通量和色温维持率

随着LED技术的快速发展，照明产品的寿命和光输出稳定性成为了消费者和制造商高度关注的问题。为了统一测量LED光源的性能，提供准确的光衰数据，美国照明工程学会（IES）发布了ANSI/IES LM-80-15标准。该标准详细规定了如何测量LED封装、阵列和模块的光通维持率和色温维持率，为LED产品的长期性能评估提供了科学依据。
本文将介绍LM-80-15标准具体内容、测试方法、应用领域及其局限性。
一、ANSI/IES LM-80-15 标准简介
ANSI/IES LM-80-15标准全称是LED封装、阵列和模块光通量和色温维持率的测量认可方法。其主要目标是通过长时间运行测试，测量LED光源在不同温度和工作条件下的光通维持率和色温稳定性。
光通维持率指的是LED光源在一定时间后，保持初始光输出的百分比。该标准广泛应用于评估LED光源的长期表现，确保其在实际使用中光衰情况可控，并且能够预测产品的使用寿命。
二、LM-80-15 标准的测试内容
LM-80-15 标准的核心是通过严格的实验测试，测量LED在不同条件下的光通量变化以及色温变化。主要涉及以下数据的采集和分析：
1、光通维持率
光通维持率是衡量LED光源在运行一段时间后的光输出相对于初始光输出的维持水平。标准要求至少测量LED光源在6000小时运行时的光通维持率，并建议扩展至10000小时。
测试通常在至少三种环境温度下进行（通常为55°C、85°C，以及由制造商选择的第三个温度，如105°C），以模拟实际使用中的各种热环境。
2、色温维持率
色温维持率是衡量LED光源随时间推移保持其原始色温的能力。色温漂移会影响照明效果，尤其在需要稳定色彩表现的场合（如商店、画廊）至关重要。
LM-80测试记录LED光源的色度坐标变化（通常用CIE 1931色度图中的X、Y坐标表示），并计算色温维持率。
3、LED结温
结温是LED芯片内部的温度，对光衰和寿命有显著影响。高结温会加速LED光衰，因此在测试过程中需要通过热电偶或其他方法实时监控LED的结温，确保温度稳定。
4、环境温度
LM-80要求在受控环境下进行测试，确保测试设备能够精确调节和维持特定温度，如55°C、85°C等，模拟LED光源在不同工作环境下的表现。
三、LM-80-15 的测试方法
LM-80-15的测试要求非常严格，需要在专门的实验室设备中进行。以下是标准规定的具体测试方法：
1、样品准备
样本数量: LM-80测试要求至少测试10个LED封装、阵列或模块样本。样本越多，测试结果越具有代表性。
2、测试条件设置
温度控制:LED样品在至少三个不同的温度条件下进行测试，通常为55°C、85°C，以及制造商选定的第三个温度点。环境温度的控制是测试准确性的关键。
驱动电流:样品在其额定电流下运行，确保LED的光通维持率是在其正常工作条件下测得的。如果测试电流偏离，可能影响光衰结果。
3、定期测量光通量和色度
光通量测量:在测试期间，每隔1000小时或其他指定时间间隔，使用积分球或光度计测量LED的光通量。每个时间点的光通量数据用于计算光通维持率。
色度测量:使用光谱辐射计记录色度坐标和色温变化，监测LED的色度漂移情况，确保其在使用过程中颜色不发生明显变化。
4、数据分析与报告
测试结束后，所有光通维持率和色温维持率数据被收集，并绘制随时间变化的曲线图，展示LED光源的光衰趋势。报告中必须包括环境温度、结温、驱动电流等详细信息，供后续分析和预测。
四、LM-80-15 标准应用
LM-80-15标准广泛应用于照明产品的研发、生产和质量控制，主要有以下几种应用场景：
1、LED产品寿命评估
虽然LM-80标准并不直接给出LED的使用寿命，但通过其测得的光通维持率数据，制造商可以使用TM-21标准对LED寿命进行外推和预测，得出诸如L70（光通量下降到初始值的70%时的使用时间）等数据。
2、产品认证与市场准入
在许多国家和地区，LED灯具要进入市场，必须通过基于LM-80和TM-21的测试，并达到特定的寿命和光通维持率要求。例如，美国能源之星（ENERGY STAR）认证就要求LED产品必须经过LM-80测试，并且L70寿命要达到特定标准。
3、产品开发与优化
LM-80测试结果为制造商提供了产品长期表现的数据基础，帮助其优化LED封装材料、散热设计等方面，延长产品寿命并提高光效。
五、LM-80-15 标准局限性
尽管LM-80-15是评估LED光源性能的关键标准，但它也有一些局限性：
1、不直接提供寿命数据
LM-80仅测试LED光源在特定时间段（通常为6000小时或10000小时）内的光通量和色温变化，不提供LED的实际寿命。需要结合TM-21标准来进行寿命预测，而外推数据存在一定的不确定性。
2、无法模拟所有真实使用条件
LM-80的测试是在实验室控制的温度和驱动电流条件下进行，实际使用中，LED灯具可能面临更为复杂的环境，如电压波动、湿度变化等，这些因素可能影响LED的长期表现。
3、不适用于所有LED灯具
LM-80主要用于测试LED封装、阵列和模块，不适用于完整的LED灯具。对于整灯的测试，通常使用其他标准来评估灯具的整体性能。
总结
ANSI/IES LM-80-15标准通过测试LED封装、阵列和模块的光通维持率和色温维持率，为照明制造商提供了评估产品长期表现的可靠工具。通过严格的测试方法，制造商可以优化其LED产品设计，并提供符合市场需求的高质量照明产品。尽管LM-80本身不直接提供寿命数据，但它为寿命预测和产品认证提供了坚实的数据基础。
在未来，随着LED技术的进步和照明需求的变化，LM-80测试将继续在照明产品的开发和质量控制中扮演关键角色。

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