مبدأ التصميم وبحث التطبيق لجهاز اختبار الشيخوخة البصرية LED

الملخص
يُعدّ الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، باعتباره جيلًا جديدًا من مصادر الإضاءة ذات الحالة الصلبة، مستخدمًا على نطاق واسع في مختلف المجالات نظرًا لمزاياه المتمثلة في الكفاءة العالية وتوفير الطاقة وحماية البيئة. يُعدّ معدل الحفاظ على التدفق الضوئي وعمره الافتراضي مؤشرين أساسيين لقياس جودة المنتج. تتناول هذه الورقة البحثية LISUN LEDLM-84PL الصمام البصري الشيخوخة اختبار الصك كهدف بحثي. صُمم وفقًا لـ IES LM-84 و TM-28 وفقًا للمعايير، يدمج هذا الجهاز محاكاة بيئة درجات الحرارة العالية والمنخفضة، وجمع المعاملات الكهروضوئية، ووظائف التنبؤ بعمر الجهاز. يتناول البحث بالتفصيل أساس تصميم الجهاز، وتركيب مكوناته، ومبدأ عمله، ويركز على تحليل طريقة حساب عمر الجهاز استنادًا إلى نموذج أرينيوس. TM-28 تم التحقق من أداء الجهاز من خلال تجارب عملية. أظهرت الأبحاث أن الجهاز قادر على تحقيق مراقبة مستقرة طويلة الأمد للمعلمات الكهروضوئية واختبار سريع لعمر مصابيح LED، مما يوفر دعمًا فنيًا موثوقًا به لأبحاث وتطوير منتجات LED وفحص الجودة.

1. مقدمة
مع التطور السريع لتكنولوجيا إضاءة LED، ازدادت متطلبات السوق لعمر منتجات LED وموثوقيتها. فخلافًا لفشل "الانطفاء الفوري" لمصادر الإضاءة التقليدية، تشهد مصابيح LED ظواهر تدهور في الأداء، مثل توهين التدفق الضوئي وانحراف درجة حرارة اللون أثناء الاستخدام طويل الأمد. يُعرّف عمر هذه المصابيح عادةً بأنه وقت العمل التراكمي عند انخفاض معدل الحفاظ على التدفق الضوئي إلى 70% (L70) أو 50% (L50)، والذي قد يصل عمومًا إلى أكثر من 50,000 ساعة. يتطلب إجراء اختبارات طويلة الأمد في ظروف العمل الفعلية الكثير من الوقت والموارد. لذلك، هناك حاجة ماسة إلى جهاز اختبار شيخوخة بصري LED احترافي لتحقيق مراقبة دقيقة للمعلمات الكهروضوئية والتنبؤ السريع بعمرها في ظل ظروف بيئية معقدة ومحاكاة.
(أراضي البوديساتفا) LEDLM-84PL جهاز اختبار الشيخوخة البصرية LED الذي طورته LISUN تم تصميم المجموعة بشكل صارم وفقًا لـ IES LM-84 "معدل الحفاظ على التدفق الضوئي ودرجة حرارة اللون لمحركات الضوء ومصادر الضوء" و TM-28 بدمجه مع نموذج أرينيوس، يُحقق هذا النظام حسابًا علميًا لعمر مصابيح LED، مما يُلبي احتياجاتها المتنوعة، من اختبارات الاستقرار طويل الأمد إلى تقييم الشيخوخة السريع، ويوفر حلول اختبار فعّالة وموثوقة للصناعة.

أداة اختبار الشيخوخة الضوئية LED أداة اختبار الشيخوخة الضوئية LEDLM 80PL

2. أساس التصميم وتركيب الأجهزة LISUN LEDLM-84PL الصمام البصري الشيخوخة اختبار الصك
(1) أساس معيار التصميم
التصميم الأساسي لـ LEDLM-84PL تدور الأداة حول المعيارين الرئيسيين IES LM-84 و TM-28، وهو متوافق أيضًا مع LM-79-19 "طرق القياس الضوئي والكهربائي لمنتجات الإضاءة ذات الحالة الصلبة" لضمان توحيد بيانات الاختبار وقابليتها للمقارنة:

IES LM-84 المعيار: يُحدد هذا المعيار طرق اختبار معدلات الحفاظ على التدفق الضوئي ودرجة حرارة اللون لمحركات ومصابيح الإضاءة LED. ويشترط أن تغطي دورة الاختبار 6000 ساعة، تُجمع خلالها المعلمات الكهروضوئية بانتظام لتسجيل اتجاه توهين التدفق الضوئي مع مرور الوقت، مما يوفر بيانات أساسية لتقييم العمر الافتراضي.
TM-28 المعيار: كدليل فني داعم لـ LM-84، TM-28 يقترح هذا البحث طريقةً للتنبؤ بعمر البطارية استنادًا إلى بيانات مُقاسة. من خلال مُلاءمة منحنى توهين التدفق الضوئي خلال 6000 ساعة، ودمجه مع النماذج الإحصائية، يُستنتج قيم عمر البطارية L70 وL50، مما يُحل مشكلة دورات الاختبار الطويلة جدًا.

LM-79-19 المعيار: يقوم بتوحيد شروط القياس وطرق الحساب للمعلمات الكهروضوئية مثل التدفق الضوئي والكفاءة الضوئية وإحداثيات اللون لمنتجات LED، مما يضمن أن البيانات الضوئية واللونية والكهربائية التي يجمعها الجهاز تتوافق مع معايير الصناعة الموحدة وتجنب أخطاء الاختبار.

(2) تركيب نظام الأجهزة
(أراضي البوديساتفا) LISUN LEDLM-84PL جهاز اختبار الشيخوخة البصرية LED ليس جهازًا واحدًا، بل هو نظام متكامل يتكون من وحدة اختبار أساسية، ووحدة محاكاة بيئة، ووحدة إمداد طاقة. تعمل جميع الأجزاء بتناغم لتحقيق أتمتة ودقة عملية الاختبار. يوضح الجدول التالي مكونات الجهاز:

3. مبدأ العمل وطريقة حساب عمر LEDLM-84PL أداة
(1) عملية عمل النظام
عملية عمل LISUN LEDLM-84PL تنقسم أداة اختبار الشيخوخة البصرية LED إلى وضعين: "اختبار مستقر طويل الأمد" و"اختبار متسارع سريع"، وكلاهما يحقق تشغيلًا آليًا بالكامل دون تدخل يدوي:
1. وضع الاختبار المستقر طويل الأمد
• الخطوة 1: قم بتثبيت 8 مصابيح LED في التركيبات المخصصة لـ GDJW-015A غرفة اختبار متناوبة ذات درجة حرارة عالية ومنخفضة على التوالي، وتوصيلها LSP-1KVARC • مصدر طاقة تيار متردد لضمان • مصدر طاقة مستقر للمصابيح؛
• الخطوة 2: اضبط معلمات درجة الحرارة لغرفة الاختبار (مثل 60 درجة مئوية ثابتة أو دورة درجة حرارة عالية ومنخفضة من -20 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية) لمحاكاة بيئة الاستخدام الفعلية لمصابيح LED؛
• الخطوة 3: ابدأ LEDLM-84PL المضيف. وفقًا للمعيار LM-84، يجمع النظام تلقائيًا معلمات مثل التدفق الضوئي ودرجة حرارة اللون والجهد والتيار على فترات زمنية ثابتة (على سبيل المثال، 100 ساعة)؛
• الخطوة 4: بعد 6000 ساعة من الاختبار المستمر، يقوم البرنامج بمطابقة بيانات تخفيف التدفق الضوئي المجمعة بناءً على TM-28 المعيار ويولد تقارير الحياة L70 و L50.

2. وضع الاختبار السريع المتسارع
يعتمد هذا الوضع على نموذج Arrhenius، الذي يعمل على تسريع عملية شيخوخة مصابيح LED عن طريق زيادة درجة الحرارة المحيطة أو تيار القيادة؛
يقوم النظام بضبط درجة حرارة أعلى من ظروف العمل الطبيعية (على سبيل المثال، 85 درجة مئوية، 100 درجة مئوية) لتقصير دورة إضعاف التدفق الضوئي والحصول على بيانات الشيخوخة المكافئة لـ 6000 ساعة في "وقت قصير" (على سبيل المثال، 500 ساعة)؛
باستخدام عامل تسريع درجة الحرارة لنموذج Arrhenius، يحول البرنامج بيانات الاختبار السريعة إلى قيمة الحياة في ظل ظروف العمل العادية، مما يحقق التنبؤ السريع لـ L70 و L50 ويوفر وقت الاختبار بشكل كبير.

(2) حساب الحياة بناءً على نموذج أرينيوس و TM-28 المجموعة الأساسية
1. مبدأ نموذج أرينيوس
نموذج أرينيوس هو نموذج كلاسيكي يصف العلاقة بين معدل التفاعل الكيميائي ودرجة الحرارة. صيغته الأساسية هي: k = A · e^(-Eₐ/(RT))
حيث k هو ثابت معدل الشيخوخة، وA هو عامل ما قبل الأس، وEₐ هي طاقة التنشيط (معلمة مرتبطة بمواد LED، يتم تحديدها من خلال التجارب)، وR هو ثابت الغاز (8.314 J/(mol·K))، وT هي درجة الحرارة المطلقة (الوحدة: K).

في اختبار شيخوخة مصابيح LED، يتناسب معدل توهين التدفق الضوئي طرديًا مع ثابت معدل التقادم k. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت قيمة k وزادت سرعة توهين التدفق الضوئي. لذلك، يمكن تسريع عملية التقادم برفع درجة حرارة الاختبار، ثم يُستخدم نموذج أرينيوس لتحويل زمن الاختبار عند درجة حرارة عالية إلى عمر افتراضي مكافئ عند درجة حرارة عادية، مما يُحقق تنبؤًا سريعًا.

2. حساب الحياة وفقًا لـ TM-28 المجموعة الأساسية
استنادًا إلى بيانات التدفق الضوئي لمدة 6000 ساعة من اختبار LM-84، TM-28 يستخدم المعيار أساليب "التجهيز الخطي" أو "التجهيز الأسّي" لاستنتاج العمر:
إذا كان منحنى التوهين الضوئي خطيًا تقريبًا، فإن صيغة حساب العمر هي:
L₇₀ = t₀ + (0.7 – Φ₀)/k
حيث أن t₀ هو وقت الاختبار (6000 ساعة)، وΦ₀ هو معدل الحفاظ على التدفق الضوئي عند 6000 ساعة، وk هو معدل التوهين للتجهيز الخطي؛
إذا أظهر منحنى التوهين اتجاهًا أسيًا، يتم استخدام صيغة التجهيز الأسي:
Φ(ر) = Φᵢₙᵢₜᵢₐₗ · ه^(-kt)
استبدل Φ(t) = 0.7 Φᵢₙᵢₜᵢₐₗ، وحل للحصول على L₇₀ = ln(1/0.7)/k.
برنامج LEDLM-84PL يمكن للأداة التعرف تلقائيًا على نوع منحنى التوهين الضوئي، واختيار طريقة التركيب المثلى، والجمع مع عامل تسارع نموذج أرهينيوس لتوليد قيم دقيقة لعمر L70 وL50، مما يضمن موثوقية نتائج الحساب.

4. التحقق من الأداء وحالات التطبيق LEDLM-84PL أداة
(1) تجربة التحقق من الأداء
للتحقق من دقة LISUN LEDLM-84PL جهاز اختبار الشيخوخة البصرية LED، تم اختيار مصباح لمبة 10 وات من علامة تجارية معينة للاختبار:
1. الظروف التجريبية
مجموعة الاختبار طويلة الأمد: درجة الحرارة 60 درجة مئوية، تيار القيادة 0.3 أمبير، وقت الاختبار 6000 ساعة؛
مجموعة الاختبار السريع: درجة الحرارة 100 درجة مئوية، تيار القيادة 0.3 أمبير، وقت الاختبار 500 ساعة؛

2. النتائج التجريبية
بعد 6000 ساعة من الاختبار في مجموعة الاختبار طويلة الأمد، كان معدل صيانة التدفق الضوئي 85%، وتم استنتاج عمر L70 بناءً على TM-28 كان المعيار 35,000 ساعة؛
بعد 500 ساعة من الاختبار في مجموعة الاختبار السريع، انخفض معدل الحفاظ على التدفق الضوئي إلى 78%. باستخدام نموذج أرينيوس، بلغ عمر مصباح L70 في ظروف العمل العادية 34,500 ساعة؛

كان الخطأ بين المجموعتين من نتائج الاختبار 1.4٪ فقط، مما يشير إلى أن وضع الاختبار المتسارع السريع لـ LEDLM-84PL تتمتع الأداة بدقة عالية ويمكنها استبدال الاختبار طويل الأمد بشكل فعال.

(2) سيناريوهات تطبيق الصناعة
مرحلة البحث والتطوير لمصباح LED: يمكن لمؤسسات البحث والتطوير استخدام هذه الأداة لتقييم تأثير المواد المختلفة بسرعة (مثل مواد تبديد الحرارة ومواد اللصق في التغليف) على عمر LED وتحسين تصميم المنتج؛
• مؤسسات فحص الجودة: تستخدم مؤسسات التفتيش التابعة لجهات خارجية هذه الأداة لتزويد المؤسسات بتقارير اختبار عمر L70 وL50 موثوقة وفقًا لـ LM-84 و TM-28 المعايير ؛
• رابط الإنتاج والتصنيع: يمكن لمؤسسات الإنتاج إجراء اختبارات أخذ العينات على المنتجات التي تخرج من المصنع من خلال هذه الأداة، ومراقبة اتساق عمر المنتجات الدفعية، ومنع المنتجات غير المؤهلة من دخول السوق.

5. اختتام
أخذ IES LM-84 و TM-28 المعايير باعتبارها أساس التصميم الأساسي، LISUN LEDLM-84PL الصمام البصري الشيخوخة اختبار الصك يدمج وظائف محاكاة البيئة، وجمع البيانات الكهروضوئية، وحساب العمر الافتراضي. من خلال وضعي "اختبار الاستقرار طويل الأمد" و"الاختبار السريع المُسرّع"، يُلبي النظام الاحتياجات المتنوعة لتقييم عمر مصابيح LED. تُقلّل تقنية الاختبار السريع، المستندة إلى نموذج أرينيوس، دورة الاختبار بشكل كبير مع ضمان دقة حساب العمر الافتراضي؛ كما يُحسّن التشغيل الآلي بالكامل وإمكانية الاختبار متعدد القنوات من كفاءة الاختبار وموثوقية البيانات.