TCVN 11842:2017 IES TM-21-11 Dự đoán độ duy trì quang thông dài hạn của nguồn sáng LED

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11842:2017

IES TM-21-11

DỰ ĐOÁN ĐỘ DUY TRÌ QUANG THÔNG DÀI HẠN CỦA NGUỒN SÁNG LED

Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources

Lời nói đầu

TCVN 11842:2017 hoàn toàn tương đương với IES TM-21-11;

TCVN 11842:2017 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E11 Chiếu sáng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Một trong những lợi ích mà các nguồn sáng LED có thể cung cấp là tuổi thọ hữu ích rất dài. Không giống như các công nghệ chiếu sáng khác, LED thường không bị hỏng nghiêm trọng trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên, quang thông sẽ bị giảm dần theo thời gian. Tại một thời điểm nào đó, ánh sáng phát ra từ LED bị suy giảm đến mức không còn được coi là đủ cho ứng dụng cụ thể nữa. Quan trọng là trong thiết kế chiếu sáng hiểu được khi nào thì đạt đến “tuổi thọ có ích” của nguồn LED.

TCVN 10887 (IES LM-80-08) là phương pháp được chấp nhận để đo độ duy trì quang thông của các nguồn sáng LED. Tiêu chuẩn này xác định các bố trí, điều kiện và quy trình thực hiện thử nghiệm đo độ duy trì quang thông của gói LED, dãy LED và môđun LED. TCVN 10887 (IES LM-80-08) được sử dụng rộng rãi để đặc trưng cho tác động suy giảm quang thông của LED. Nhà chế tạo LED thường xuyên cung cấp các báo cáo theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) cho các sản phẩm của họ với các dữ liệu được thu thập trong thử nghiệm 6 000 h hoặc dài hơn. Tuy nhiên, cách thu thập dữ liệu từ thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) để xác định tốt nhất tuổi thọ hữu ích của sản phẩm được thử nghiệm thì lại chưa được xác định tốt.

Tuổi thọ duy trì quang thông danh định của LED là thời gian hoạt động mà ở đó nguồn sáng LED duy trì phần trăm quang thông ban đầu của nó. Tuổi thọ này được xác định là L_p, trong đó p là giá trị phần trăm. Ví dụ, L₇₀ là thời gian (tính bằng giờ) khi quang thông từ LED giảm đến 70 % quang thông ban đầu. Thời gian khi đạt đến tuổi thọ duy trì quang thông của nguồn sáng LED phụ thuộc vào nhiều biến số, kể cả nhiệt độ làm việc, dòng điện điều khiển và công nghệ và vật liệu sử dụng để kết cấu sản phẩm. Thông thường, độ duy trì quang thông của LED không chỉ thay đổi giữa các nhà chế tạo mà còn giữa các kiểu gói LED được cung cấp từ cùng một nhà chế tạo.

Tiêu chuẩn này khuyến nghị phương pháp dự đoán độ duy trì quang thông từ các dữ liệu có được từ thử nghiệm TCVN 10887 (IES LM-80-08).

Các phân tích dữ liệu thử nghiệm TCVN 10887 (IES LM-80-08) được các nhà chế tạo LED cung cấp và được sử dụng làm cơ sở và hỗ trợ cho tiêu chuẩn này. Dữ liệu trong TCVN 10887 (IES LM-80-08) có được từ thử nghiệm kéo dài đến 10 000 h hoặc dài hơn.

DỰ ĐOÁN ĐỘ DUY TRÌ QUANG THÔNG DÀI HẠN CỦA NGUỒN SÁNG LED

Projecting long term lumen maintenance of LED light sources

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này cung cấp các khuyến nghị để dự đoán độ duy trì quang thông dài hạn của các nguồn sáng LED sử dụng dữ liệu có được khi thử nghiệm theo TCVN 10887:2015 (IES LM-80-08).

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

TCVN 10887:2015 (IES LM-80-08), Phương pháp đo độ duy trì quang thông của nguồn sáng LED

3  Thuật ngữ và định nghĩa

3.1

Nguồn sáng LED (LED light source)

Gói, dãy hoặc môđun LED hoạt động được thông qua bộ điều khiển phụ trợ.

3.2

Thiết bị cần thử nghiệm (DUT)

Thiết bị cần thử nghiệm là nguồn sáng LED.

3.3

Tuổi thọ duy trì quang thông danh định (rated lumen maintenance life)

L_p

Thời gian hoạt động trong đó nguồn sáng LED sẽ duy trì phần trăm, p, của quang thông ban đầu, ví dụ:

L₇₀ (h): Thời gian đến độ duy trì quang thông 70 %

L₅₀ (h): Thời gian đến độ duy trì quang thông 50 %

4  Dữ liệu thử nghiệm và cỡ mẫu

4.1  Dữ liệu cần sử dụng

Dữ liệu được sử dụng trong phương pháp dự đoán phải được thu thập theo các phương pháp trong TCVN 10887 (IES LM-80-08).

4.2  Khuyến cáo về cỡ mẫu

Tất cả các dữ liệu từ bộ mẫu ở nhiệt độ đế cho trước và dòng điện điều khiển cho trước trong báo cáo thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08) đối với một model sản phẩm cụ thể cần được sử dụng để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông. Số lượng bộ mẫu khuyến cáo tối thiểu là 20 mẫu có thể sử dụng hệ số nhân 6 lần thời gian thử nghiệm, như quy định trong 5.2.5 để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông.

Cho phép sử dụng số mẫu nhỏ hơn 20 khi có quy định bởi người yêu cầu sử dụng phương pháp dự đoán. Khi quy định và sử dụng cỡ mẫu nhỏ hơn 20, cỡ mẫu phải được ghi lại trong báo cáo bất kỳ về sự sử dụng phương pháp này. Bất cứ sự thay đổi nào cũng dẫn đến sự thay đổi trong độ không đảm bảo đo và khoảng thời gian để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông. Đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19 mẫu, phải sử dụng hệ số nhân 5,5 lần khoảng thời gian thử nghiệm như quy định trong 5.2.5 để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông. Đối với cỡ mẫu nhỏ hơn 10, không được sử dụng phương pháp này để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông.

4.3  Thu thập dữ liệu quang thông

Khuyến khích thực hiện các phép đo bổ sung sau 1 000 h đầu ở các khoảng thời gian nhỏ hơn 1 000 h (kể cả các điểm cứ sau 1 000 h). Các phép đo bổ sung sau 6 000 h được khuyến khích thực hiện và sẽ cung cấp cơ sở cho việc dự đoán chính xác hơn độ duy trì quang thông.

5  Dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông

5.1  Phương pháp

Phương pháp khuyến cáo để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông là sử dụng đường cong phù hợp với các dữ liệu thu thập được, để ngoại suy giá trị độ duy trì quang thông theo các điểm thời gian khi quang thông giảm theo mức tối thiểu chấp nhận được (ví dụ 70 % quang thông ban đầu). Điểm thời gian đó chính là tuổi thọ duy trì quang thông. Đường cong phù hợp với các dữ liệu thu thập này cũng có thể được sử dụng để xác định mức quang thông ở các điểm thời gian cho trước (ví dụ 25 000 h, 35 000 h).

Phương pháp này được áp dụng riêng rẽ cho từng bộ dữ liệu thử nghiệm DUT thu thập được ở từng điều kiện hoạt động (ví dụ dòng điện điều khiển) và điều kiện môi trường (ví dụ nhiệt độ đế) quy định trong TCVN 10887 (IES LM-80-08).

5.2  Quy trình

5.2.1  Chuẩn hóa

Chuẩn hóa tất cả các dữ liệu về giá trị 1 (100 %) ở 0 h đối với từng DUT được thử nghiệm.

5.2.2  Lấy trung bình

Lấy trung bình các dữ liệu đo được đã được chuẩn hóa của tất cả các mẫu trong cùng bộ dữ liệu xác định trong 5.1 đối với từng điều kiện thử nghiệm ở từng điểm đo.

5.2.3  Dữ liệu sử dụng cho đường cong

Đối với tập dữ liệu của khoảng thời gian thử nghiệm, D, từ 6 000 h đến 10 000 h, dữ liệu sử dụng cho đường cong phải là dữ liệu của 5 000 h cuối cùng. Dữ liệu trước 1 000 h không được sử dụng để dựng đường cong.

Đối với các bộ dữ liệu của khoảng thời gian thử nghiệm lớn hơn 10 000 h, dữ liệu của 50 % cuối cùng của khoảng thời gian thử nghiệm phải được sử dụng để dựng đường cong. Nói cách khác, phải sử dụng tất cả các điểm dữ liệu từ D/2 đến D. Ví dụ, nếu khoảng thời gian thử nghiệm là 13 000 h thì sử dụng tất cả các điểm dữ liệu từ 6 500 h đến 13 000 h. Nếu không có điểm dữ liệu ở D/2 thì sử dụng điểm thời gian nhỏ hơn tiếp theo. Ví dụ đối với D là 13 000 h, dữ liệu được lấy sau mỗi 1 000 h, sử dụng tất cả các dữ liệu từ 6 000 h đến 13 000 h.

5.2.4  Đường cong

Dựng đường cong theo mô hình bình phương tối thiểu theo hàm mũ thông qua các giá trị được lấy trung bình như quy định trong 5.2.3 đối với công thức sau (xem Phụ lục E về ví dụ tính toán):

Φ (t) = B exp (-αt)

trong đó

t là thời gian làm việc, tính bằng giờ

Φ (t) là quang thông chuẩn hóa được lấy trung bình tại thời điểm t

B hằng số ban đầu được dự đoán suy ra từ đường cong bình phương tối thiểu

α là hằng số tốc độ suy giảm suy ra từ đường cong bình phương tối thiểu

Sử dụng các công thức dưới đây để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông.

hoặc

Đối với các mức duy trì quang thông bất kỳ, sử dụng dạng công thức chung như sau:

trong đó

L_p là tuổi thọ duy trì quang thông, tính bằng giờ, p là phần trăm quang thông ban đầu được duy trì.

Khi α > 0 thi đường cong hàm số mũ suy giảm về không và Lp dương. Khi α < 0 thì đường cong hàm số mũ tăng theo thời gian và L_p âm.

Bất cứ khi nào đạt được giá trị L_p bằng thực nghiệm trong thời gian thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08), giá trị ghi lại được phải đạt được bằng cách nội suy tuyến tính giữa hai điểm thử nghiệm gần nhất và ưu tiên giá trị bất kỳ được dự đoán bởi các công thức trên.

5.2.5  Điều chỉnh các kết quả

Đối với cỡ mẫu 20 hoặc nhiều hơn, các giá trị quang thông không được dự đoán quá 6 lần tổng thời gian thực hiện thử nghiệm (tính bằng giờ) của dữ liệu đo được. Đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19, các giá trị quang thông không được dự đoán quá 5,5 lần tổng thời gian thực hiện thử nghiệm (tính bằng giờ) của dữ liệu đo được.

Khi tuổi thọ duy trì quang thông tính được (ví dụ L₇₀) là dương và nhỏ hơn hoặc bằng 6 lần (5,5 đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19) khoảng thời gian thử nghiệm tổng thì giá trị tuổi thọ duy trì quang thông tính được chính là giá trị tuổi thọ duy trì quang thông ghi lại được.

Khi tuổi thọ duy trì quang thông tính được (ví dụ L₇₀) là dương và lớn hơn hoặc bằng 6 lần (5,5 đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19) khoảng thời gian thử nghiệm tổng thì giá trị tuổi thọ duy trì quang thông ghi lại được phải được giới hạn ở 6 lần (5,5 đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19) thời gian thử nghiệm tổng.

Khi tuổi thọ duy trì quang thông tính được (ví dụ L₇₀) là âm thì giá trị tuổi thọ duy trì quang thông ghi lại được sẽ là 6 lần (5,5 đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19) khoảng thời gian thử nghiệm tổng, và dự đoán bất kỳ của quang thông được chuẩn hóa ở các thời gian làm việc cụ thể vượt quá khoảng thời gian thử nghiệm phải được ghi lại là quang thông được chuẩn hóa ở điểm đo cuối cùng.

5.2.6  Ký hiệu đối với tuổi thọ duy trì quang thông dự đoán

Tuổi thọ duy trì quang thông được dự đoán trong phương pháp này phải được biểu diễn bằng cách sử dụng ký hiệu sau:

L_p (Dk)

trong đó p là phần trăm của quang thông ban đầu được duy trì, và D là tổng thời gian của thử nghiệm, tính bằng giờ, chia cho 1 000 và được làm tròn về số nguyên gần nhất. Ví dụ

L₇₀(6k) đối với dữ liệu thử nghiệm 6000 h;

L₇₀(10k) đối với dữ liệu thử nghiệm 10000 h.

Nếu giá trị L_p tính được được giảm theo quy luật 6 lần (5,5 lần đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19) (xem 5.2.5), giá trị tuổi thọ duy trì quang thông phải được biểu diễn bằng ký hiệu “>”. Ví dụ

L₇₀(6k) > 36 000 h (ở T_s = 55 ^oC, l_F = 350 mA).

Nếu giá trị L_p đạt được từ thực nghiệm trong thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) thì tuổi thọ duy trì quang thông phải được biểu diễn với giá trị D bằng giá trị L_p, tính bằng giờ, chia cho 1 000 và làm tròn đến số nguyên gần nhất. Ví dụ

L₇₀(4k) = 4 400 h (ở T_s = 55 ^oC, l_F = 350 mA).

6  Nội suy dữ liệu nhiệt độ

Khi nhiệt độ đế của DUT thực tế, T_s,i, khác với nhiệt độ sử dụng cho các thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08) (ví dụ 55 ^oC, 85 ^oC và nhiệt độ thứ ba được nhà chế tạo cung cấp), cần sử dụng các quy trình để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông của DUT ứng với nhiệt độ đế thực tế với điều kiện làm việc tương tự hoặc thấp hơn (ví dụ dòng điện điều khiển).

6.1  Chọn nhiệt độ đế để thử nghiệm

Các nhiệt độ đế thử nghiệm được sử dụng cho nội suy tuổi thọ duy trì quang thông từ nhiệt độ đế thực tế phải có nhiệt độ thấp hơn gần nhất, T_s,1, và nhiệt độ cao hơn gần nhất, T_s,2, với nhiệt độ đế thực tế cần nội suy.

6.2  Chuyển tất cả các nhiệt độ sang độ kelvin

Công thức dưới đây phải được sử dụng để chuyển các nhiệt độ sang đơn vị độ kelvin:

T_s [K] = T_s [^oC] + 273,15

Chỉ được sử dụng các giá trị nhiệt độ theo đơn vị độ kelvin trong các tính toán tiếp theo thể hiện trong các điều dưới đây.

6.3  Sử dụng phương trình Arrhenius để tính tuổi thọ duy trì quang thông nội suy

Phương trình Arrhenius thể hiện dưới đây phải được sử dụng để tính hằng số tốc độ suy giảm thực tế α_i:

trong đó

A là hệ số trước số mũ;

E_a là năng lượng kích hoạt, tính bằng eV;

T_s,i là nhiệt độ tuyệt đối thực tế, tính bằng độ K;

k_B là hằng số Boltzmann (8,6173 x 10^-5 eV/K).

Các bước tính toán trung gian dưới đây cần được thực hiện để tìm hằng số tốc độ suy giảm α_i ở nhiệt độ thực tế T_s,i từ T_s,1 đến T_s,2.

Bước 1: Có được α₁ và α₂ đối với hai nhiệt độ T_s,1 đến T_s,2, được tính theo đường cong thực hiện trong 5.2.4. Tính tỷ số E_a/k_B như sau:

Bước 2: Sử dụng tỷ số trên, lắp T_s,1 vào để tính hệ số trước số mũ A:

Bước 2 ở trên cũng có thể được sử dụng thay α₂ và T_s,2 cho α₁ và T_s,1.

Bước 3: Tính B₀, trong đó

B₁ là hằng số ban đầu dự đoán với nhiệt độ đế thấp hơn;

B₂ là hằng số ban đầu dự đoán với nhiệt độ đế cao hơn.

Bước 4: Sử dụng kết quả B₀ ở trên, tính tuổi thọ duy trì quang thông L_p đối với nhiệt độ đế thực tế T_s,i như sau:

Kết quả có được từ các bước tính toán trên cũng như tham số sử dụng trong các phép tính được ghi lại trong Bảng 2.

Bước 5: Tính quang thông phát ra tại thời điểm Φ_i(t) đối với T_s,i như sau:

Φ_i(t) = B₀ exp (-α_it)

Xem Phụ lục E về các ví dụ tính toán.

6.4  Khả năng áp dụng của phương trình Arrhenius

Phương trình Arrhenius chỉ có thể được sử dụng nếu cả hai hằng số tốc độ suy giảm α₁ và α₂ đều có giá trị dương. Trong các trường hợp khi một hoặc cả hai giá trị α đều âm (tức là quang thông tăng theo thời gian) thì dự đoán bảo toàn phải được sử dụng như quy định dưới đây.

Nếu chỉ một giá trị α dương thì các dự đoán độ duy trì quang thông tương ứng và các giá trị L_p (như quy định trong 5.2.4 đến 5.2.5) phải được sử dụng cho T_s,i.

Nếu không có giá trị nào của α dương thì tuổi thọ duy trì quang thông, L₇₀, ở T_s,i sẽ là 6 lần (5,5 lần đối với cỡ mẫu từ 10 đến 19) tổng thời gian thử nghiệm của dữ liệu đo được, và dự đoán bất kỳ về quang thông đầu ra đã chuẩn hóa ở các thời gian làm việc cụ thể vượt quá khoảng thời gian thử nghiệm, phải bằng với quang thông chuẩn hóa thấp hơn ở điểm đo cuối cùng giữa T_s,1 và T_s,2.

6.5  Giới hạn đối với ngoại suy

Không được thực hiện việc ngoại suy giá trị L_p bất kỳ quá nhiệt độ làm việc được sử dụng trong thử nghiệm TCVN 10887 (IES LM-80-08). Ví dụ, nếu nhiệt độ thử nghiệm trong TCVN 10887 (IES LM-80-08) cao nhất là 85 ^oC thì không được ngoại suy L_p ở nhiệt độ 100 ^oC.

Nếu nhiệt độ làm việc thực tế thấp hơn nhiệt độ thấp nhất được sử dụng trong thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08) thì giá trị L_p ghi lại được phải sử dụng nhiệt độ thấp nhất trong thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08). Ví dụ, nếu nhiệt độ thấp nhất trong thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08) là 55 ^oC thì L_p ở 45 ^oC phải sử dụng giá trị L_p ở 55 ^oC.

7  Báo cáo

Báo cáo dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông phải có các thông tin sau được thể hiện trong Bảng 1. Các giá trị L₇₀ tính được và ghi lại phải được làm tròn đến 3 chữ số có nghĩa, các giá trị α và B phải được làm tròn đến 4 chữ số có nghĩa.

Bảng 1 - Thông tin cần có trong báo cáo ở từng điều kiện thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08)

Khi sử dụng nội suy, phải thể hiện thêm các thông tin trong Bảng 2.

Bảng 2 - Thông tin cần đưa vào báo cáo đối với nội suy (Xem định nghĩa trong Điều 6)

Phụ lục A

(tham khảo)

Cơ sở cho phương pháp khuyến cáo để ngoại suy dữ liệu

Các phân tích thống kê đã được thực hiện trên 40 bộ dữ liệu thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08) được thu thập từ bốn nhà chế tạo LED chính, trong đó hơn 20 bộ dữ liệu có khoảng thời gian thử nghiệm lớn hơn hoặc bằng 10 000 h. Một vài mô hình toán học đã được đề xuất để dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông dựa trên dữ liệu duy trì quang thông thực của LED, và đưa ra một vài xu hướng khác nhau. Các nghiên cứu đã được thực hiện kỹ lưỡng trong một số khía cạnh. Trước hết, một vài mô hình có thể có thể hiện các đáp ứng suy giảm tiềm ẩn quang thông vật lý của LED được nhận biết và đề xuất, và nghiên cứu đã được thực hiện cho đại lượng đo có thể có và có thể được sử dụng để đánh giá và chọn mô hình chính xác nhất đối với tập dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08) cho trước với giả thiết thời gian là 6 000 h. Thứ hai, đáp ứng duy trì quang thông LED đã được đánh giá thể hiện trong hơn 40 tập dữ liệu, và lưu ý là nhiều LED bộc lộ một số thay đổi nhanh trong 1 000 h đầu tiên hoặc nhiều hơn. Các lựa chọn khác nhau đã được nghiên cứu kể cả chỉ sử dụng dữ liệu sau 1 000 h hoặc chỉ sau điểm gãy đầu tiên của đường cong duy trì quang thông. Điều này nhằm kiểm tra xác nhận xem mô hình toán học đã chọn có thể được sử dụng tin cậy hơn. Thứ ba, độ chính xác của dự đoán đã được xem xét sử dụng các mô hình đề xuất khác nhau bằng cách xem xét các dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80) được mở rộng ra số giờ nhiều hơn, ví dụ 10 000 h đến 15 000 h. Các ngoại suy này cho thấy rằng thống kê của các mô hình chỉ sử dụng 6 000 h của dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08) không đủ để giúp nhận biết mô hình thích hợp nhất để thể hiện sự suy giảm quang thông. Các ngoại suy này cũng cho thấy rằng xu hướng suy giảm quang thông LED thường thay đổi sau 6 000 h theo cách này hay cách khác và không có tiếp cận nào đủ tin cậy và nhất quán để dự đoán các xu hướng này từ các điểm dữ liệu 6 000 h. Cuối cùng, tạp tự nhiên trong dữ liệu thực có thể chỉ thị sai xu hướng suy giảm trong thử nghiệm 6 000 h, cái mà dữ liệu thử nghiệm dài hơn dữ liệu 6 000 h là không có thực. Một số điểm dữ liệu tạp là không thể tránh khỏi do độ không đảm bảo đo của phép đo quang thông trong khoảng thời gian dài và thích hợp nhất với các điểm dữ liệu 6 000 h có thể không đảm bảo rằng dự đoán đối với các điểm thời gian dài hơn sẽ chính xác.

Vấn đề cũng được thảo luận thêm nếu mô hình tốt hơn có thể có (không phải dạng số mũ) có thể được sử dụng cho các dữ liệu thử nghiệm dài hơn 6 000 h. Ngoài ra, một số dữ liệu LED thực tế cũng cho thấy những thay đổi trong xu hướng suy giảm quang thông sau 10 000 h và quan sát được các vấn đề tương tự.

Nhà chế tạo cần hiểu rằng đường cong suy giảm quang thông LED có xu hướng thay đổi phụ thuộc vào công nghệ và vật liệu sử dụng trong các gói LED. Một số thay đổi này xuất hiện ở thời gian sớm (trước 1 000 h), và một số muộn hơn 6 000 h hoặc thậm chí 10 000 h. Phân tích trên các tập dữ liệu khẳng định rằng việc chọn mô hình toán học tốt hơn không thích hợp ngay cả với dữ liệu 10 000 h.

Trong nhiều trường hợp, dữ liệu thống kê đối với nhiều mô hình đã cho thấy có sai khác nhỏ, chỉ ra rằng nhiều hơn một mô hình có thể hợp lý hơn các mô hình khác để xác định độ suy giảm quang thông dự kiến của LED. Có một cách hiểu chung trong ngành công nghiệp LED là độ suy giảm liên quan đến các ảnh hưởng không phải của bản thân chip bán dẫn có xu hướng bộc lộ sớm hơn là muộn. Do đó, suy giảm quang thông ổn định hơn trong khoảng thời gian muộn hơn thường liên quan đến suy giảm chip và điều này được xem là liên quan đến suy giảm hàm số mũ kinh điển. Do đó, kết luận rằng cách tiếp cận hợp lý nhất để ngoại suy độ suy giảm quang thông khi dịch chuyển dữ liệu ban đầu (liên quan đến điểm gãy của dữ liệu) là việc sử dụng hàm số mũ đơn giản. Với phân tích sâu thêm về các dữ liệu thử nghiệm thu thập được, nhận thấy rằng đối với thời gian thử nghiệm dài hơn, ví dụ 10 000 h hoặc hơn nữa, sử dụng dữ liệu của 5 000 h cuối cùng (từ 5 000 h đến 10 000 h) cho kết quả nhất quán và tin cậy hơn so với việc sử dụng dữ liệu của toàn bộ thời gian thử nghiệm (1 000 h đến 10 000 h). Tuy nhiên, mối quan tâm nữa là 5 000 h cuối cùng chỉ có 6 điểm đo (giả thiết khoảng thời gian thử nghiệm là 1 000 h) và các kết quả nhạy với các điểm dữ liệu tạp. Sau khi phân tích và thảo luận thêm, xác định rằng 50 % cuối cùng của dữ liệu thử nghiệm, với tối thiểu là 5 000 h cuối cùng, sẽ là cách sử dụng thích hợp nhất các dữ liệu thử nghiệm sẵn có để ngoại suy. Việc kiểm tra xác nhận các ngoại suy này đã được thực hiện và cho thấy rằng phương pháp này làm việc khá tốt mà không gây ra vấn đề nghiêm trọng nào đối với tất cả các dữ liệu thử nghiệm LED thu được. Lưu ý là các dữ liệu thử nghiệm này được sử dụng để kiểm tra xác nhận đều được giới hạn đến xấp xỉ 15 000 h.

Một số ví dụ về dữ liệu thử nghiệm LED thực và đường cong duy trì quang thông được thể hiện trong Hình A.1 và Hình A.2. Hình A.1 là ví dụ trong trường hợp đường cong hàm số mũ đối với 1 000 đến 6 000 h rất tốt nhưng xu hướng thay đổi sau 6 000 h. Hình A.2 là một ví dụ khác khi dữ liệu 1 000 h đến 6 000 phù hợp rất tốt trong khoảng thời gian đó nhưng xu hướng thay đổi sau 6 000 h theo hướng khác. Trong trường hợp này, L₇₀(6k) là 30 000 h, nhưng L₇₀(10k) là 60 000 h (bị giới hạn bởi giá trị 6 lần khoảng thời gian thử nghiệm tổng), mà được xem là chính xác hơn. Trong cả hai trường hợp, không thể dự đoán sự thay đổi theo xu hướng nào chỉ từ các điểm dữ liệu 6 000 h.

Từ các ví dụ thể hiện trên các Hình A.1 và Hình A.2, dự đoán L₇₀ bằng dữ liệu thử nghiệm 6 000 h thường cho thấy là không tin cậy và thỏa đáng. Khoảng thời gian thử nghiệm càng dài thì độ chính xác của dự đoán càng cao. Do đó, khuyến cáo là các thử nghiệm của TCVN 10887 (IES LM-80-08) cần được tiếp tục sau 6 000 h và dự đoán L₇₀ cần được cập nhật khi dữ liệu thử nghiệm có sẵn ở các khoảng thời gian dài hơn. Để khuyến khích thực tế này và cho phép người sử dụng biết được chiều dài của các dữ liệu thử nghiệm để xác định L₇₀, đưa ra ký hiệu L₇₀(D_k) sao cho khoảng thời gian thử nghiệm luôn được ghi lại cùng với giá trị tuổi thọ. Khoảng thời gian thử nghiệm tính bằng giờ giúp chỉ ra độ tin cậy của tuổi thọ duy trì quang thông ghi lại. Nhà chế tạo nên đưa cả ngày báo cáo vào.

Hình A.1 - Dữ liệu LED

Hình A.2 - Dữ liệu LED

Phụ lục B

(tham khảo)

Chọn cỡ mẫu để ngoại suy dữ liệu

Như được giải thích trong Phụ lục A, các giá trị trung bình được mô hình hóa theo hàm số mũ được sử dụng để thiết lập kết cấu suy giảm nguồn sáng LED. Khi đó mô hình hàm số mũ thích hợp được sử dụng để ngoại suy quang thông dự kiến. Khi sử dụng kết cấu đơn giản hóa phù hợp với các giá trị trung bình ở từng giai đoạn thử nghiệm thì điều quan trọng là nhận biết đã thử bao nhiêu mẫu. Tăng số lượng mẫu thử trong một khoảng thời gian sẽ tạo ra cơ sở chắc chắn hơn cho mô hình hàm số mũ. Hình B.1 dưới đây cho thấy sự giảm theo phần trăm của độ không đảm bảo đo (trục y) ở từng bước tăng của số lượng mẫu được sử dụng để tính toán giá trị trung bình (cỡ mẫu). Như có thể thấy, việc giảm theo phần trăm của độ không đảm bảo đo sẽ giảm xuống khi số lượng mẫu tăng lên.

Mối quan tâm khác trong việc lập mô hình là dựa vào giả thiết về sự chuẩn hóa sai số độ không đảm bảo đo kết hợp với mô hình thích hợp. Trong ứng dụng này, đánh giá tương tự của việc đo số lượng mẫu đủ ở từng giai đoạn thời gian có thể cung cấp cơ sở quan trọng cho sự chuẩn hóa các giá trị trung bình. Hầu hết các dữ liệu thử nghiệm LED thu được đều có phân bố xấp xỉ đối xứng xung quanh giá trị trung bình của dữ liệu. Sự đối xứng này và do đó độ lệch được hạn chế sẽ cung cấp cơ sở để các giả thiết về sự chuẩn hóa có thể được chấp nhận một cách hợp lý với cỡ 20 mẫu cho mỗi giai đoạn thử nghiệm. Do đó, khuyến cáo cỡ mẫu phải như yêu cầu trong 4.2.

Hình B.1 - Cỡ mẫu theo độ không đảm bảo đo

Phụ lục C

(tham khảo)

Công thức bình phương cực tiểu

Đối với tập các điểm dữ liệu thử nghiệm thực (x₁, y₁), (x₂, y₂),.... (x_n, y_n), đường thẳng đi qua các điểm bình phương tối thiểu được sử dụng để lập đường cong theo 5.2.4 là

y = mx + b

trong đó m là độ dốc:

b là mặt chặn

trong đó

Σ là tổng của n hạng mục như sau:

Sau đó thay

x_k = t_k k= 1, 2, .... n, và

y_k = 1nΦ_k k = 1, 2,.... n,

vào công thức trên có thể suy ra:

B = e^b

và α = - m

Phụ lục D

(quy định)

Giới hạn của khoảng thời gian dự đoán

Phụ lục này mô tả sự phân tích để xác định hệ số nhân đối với giới hạn trên của L₇₀.

Các phân tích đã được thực hiện trên hơn 40 tập dữ liệu thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) thu thập từ một vài nhà chế tạo LED. Để xác định độ không đảm bảo đo của đường cong hàm số mũ thích hợp với các tập dữ liệu này, dải độ tin cậy được tính toán để thể hiện một vùng mà trong đó mô hình được kỳ vọng là nằm trong vùng đó với mức xác suất nhất định. Dải độ tin cậy được tính bằng sử dụng hàm t, các hệ số của mô hình, và độ không đảm bảo đo ước lượng trong các hệ số đó; do đó, cần có ma trận hiệp phương sai của mô hình dự đoán. Do vậy để tính dải độ tin cậy, cần ước lượng độ không đảm bảo đo đối với từng điểm dữ liệu. Ví dụ về dải độ tin cậy tính được được thể hiện trên Hình D.1.

Hình D.1 - Các hình tròn là các dữ liệu được chuẩn hóa.

Đường nét đứt là đường cong tối ưu đối với dữ liệu từ 1 000 h đến 6 000 h.

Đường nét liền là dải độ tin cậy tương ứng với đường cong tối ưu

Hai thành phần được kết hợp lại thành căn bậc hai của tổng các bình phương. Thành phần thứ nhất là độ lệch chuẩn của tập dữ liệu riêng rẽ đối với thời gian cho trước chia cho căn bậc hai của số lượng điểm dữ liệu, ta có độ lệch chuẩn của giá trị trung bình. Thành phần thứ hai là độ không đảm bảo đo của hệ thống đo đối với các phép đo tương đối theo khung thời gian của các phép đo (khoảng thời gian thử nghiệm). Đây là đặc trưng của độ tái lập của hệ thống đo. Ma trận của hai thành phần này được phân tích. Số lượng điểm sử dụng để xác định độ lệch chuẩn trung bình thay đổi giữa các điểm 5, 10, 20, 50 và 100 điểm. Độ không đảm bảo đo kết hợp tương đối của hệ thống đo được thay đổi giữa 0 %, 10 %, 0,25 %, 0,40 %, 0,50 %, 0,75 % và 1,0 %. Độ không đảm bảo đo kết hợp tương đối của hệ thống đo là độ không đảm bảo đo giữa các phép đo đối với cùng một thiết bị trong khoảng thời gian thử nghiệm. Điều này không bao gồm hiệu chuẩn tuyệt đối của hệ thống đo. Độ không đảm bảo đo mở rộng với hệ số phủ k = 2 sẽ thể hiện khoảng phủ 95 % là 0,2 %, 0,5 %, 0,8 %, 1,0 %, 1,5 % và 2,0 %. Mức xác suất đối với phân tích này được đặt ở 90 % sử dụng phân bố một phía đối với dải độ tin cậy thấp hơn.

Để xác định hệ số nhân đối với giới hạn trên của L₇₀ cần được ghi lại với độ tin cậy 90 %, giả thiết được tạo ra là nếu thống kê lớn hơn một, giả thiết được coi là đúng. Để tính thống kê, cần chọn số nhân cần thử nghiệm, ví dụ là 6. Đối với tập dữ liệu cho trước, tính L₇₀ và dải độ tin cậy thấp hơn. Thời gian tới hạn đối với số nhân là 6 là khoảng thời gian (6 000 h) nhân với số nhân cộng 1, là 42 000 h. Nếu dải độ tin cậy nhỏ dưới lớn hơn ngưỡng 36 000 h thì giả thiết là đúng. Để vẽ thống kê này, chia dải độ tin cậy dưới cho giá trị L₇₀, nhân với số nhân cộng 1 và chia cho số nhân.

Hình D.2 thể hiện thống kê có giá trị là một ở thời gian thử nghiệm 36 000 h trong phạm vi độ không đảm bảo đo của đường cong phù hợp. Thống kê thử nghiệm sẽ giảm theo thời gian vì ở 6 000 h và L₇₀ là 200 000 h, các điểm dữ liệu cung cấp đường cong rất nhỏ để phù hợp với hàm số mũ. Kết luận của việc phân tích này là đối với độ không đảm bảo đo kết hợp 0,40 % của hệ thống đo (là điển hình cho khả năng của ngành công nghiệp hiện nay, dựa trên phân tích các dữ liệu thu được. Hệ số nhân 5,5 lần cũng được chấp nhận về thống kê đối với các tập dữ liệu có 10 - 19 điểm dữ liệu (số lượng mẫu).

Hình D.2 - Thống kê thử nghiệm được vẽ theo L₇₀ tính được cho từng tập dữ liệu sử dụng độ không đảm bảo đo kết hợp tương đối 0,40 % cho hệ thống đo và 20 điểm dữ liệu. Toàn phương được sử dụng cho thống kê thử nghiệm mà thống kê này dựa trên số nhân 6 lần

Phụ lục E

(tham khảo)

Tập dữ liệu thử nghiệm để kiểm tra xác nhận tính toán - Các ví dụ

Để hỗ trợ người sử dụng tiêu chuẩn này thực hiện các tính toán theo các quy trình liệt kê trong Điều 5 và Điều 6, ví dụ về các tính toán này dựa trên dữ liệu của TCVN 10887 (IES LM-80-08) được đưa ra trong Phụ lục F. Dữ liệu sử dụng trong các tính toán được chọn từ cơ sở dữ liệu của nhà chế tạo LED. Khuyến cáo rằng người sử dụng nên sử dụng dữ liệu và các kết quả tính toán trong Phụ lục E để so sánh trong các tính toán của mình để đảm bảo các bước tính được thực hiện bởi người sử dụng là đúng.

E.1  Ví dụ về chuẩn hóa 6 000 h của dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08)

Bảng E.1 thể hiện các tập dữ liệu từ 20 mẫu được thử nghiệm trong 6 000 h của thử nghiệm TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở nhiệt độ đế 55 ^oC. Bảng E.2 thể hiện 6 000 h của thử nghiệm TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở nhiệt độ đế là 85 ^oC.

Bảng E.1 - Dữ liệu thử nghiệm 6 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_S,1 = 55 ^oC

Bảng E.2 - Dữ liệu thử nghiệm 6 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_s,2 = 85 ^oC

Kết quả của bình phương tối thiểu sử dụng tập dữ liệu này được thể hiện trong Bảng E.3 đối với nhiệt độ đế 55 ^oC và Bảng E.4 đối với nhiệt độ đế 85 ^oC. Lưu ý là dữ liệu từ 1 000 h đến 6 000 h được sử dụng để tính tuổi thọ duy trì quang thông.

Bảng E.3 - Đường cong bình phương tối thiểu đối với dữ liệu thử nghiệm 6 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_S,1 = 55 ^oC

Bảng E.4 - Đường cong bình phương tối thiểu đối với dữ liệu thử nghiệm 6 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_s,2 = 85 ^oC

E.2  Ví dụ về nội suy Arrhenius sử dụng 6 000 h của dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08)

Ví dụ, nếu nhiệt độ đế thực tế T_s,i = 70 ^oC, dữ liệu trong Bảng E.1 (T_s,1 = 55 ^oC) và Bảng E.2 (T_s,2 = 85 ^oC) được sử dụng để nội suy và dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông đối với T_s,i = 70 ^oC. Các tham số được thể hiện như trong Bảng E.5.

Bảng E.5 - Tham số nội suy bằng cách sử dụng 6 000 h của dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08) đối với nhiệt vỏ thực tế T_s,i = 70 ^oC

Thể hiện bằng đồ thị các kết quả dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông đối với T_s,1 = 55 ^oC, T_s,2 = 85 ^oC, và nhiệt độ thực tế T_s,i = 70 ^oC được thể hiện trên Hình E.1.

Hình E.1 - Thể hiện bằng đồ thị dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông sử dụng 6 000 h của dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08)

Thể hiện dưới dạng số của các kết quả dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông đối với T_s,1 = 55 ^oC, T_s,2 = 85 ^oC, và nhiệt độ thực tế T_s,i = 70 ^oC được thể hiện trên Bảng E.6.

Bảng E.6 - Kết quả dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông sử dụng 6 000 h của dữ liệu thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08)

E.3  Ví dụ về về chuẩn hóa 10 000 h của dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08)

Ví dụ thể hiện trong điều này dùng cho dữ liệu được thu thập trong 10 000 h của thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08). Bảng E.7 thể hiện các tập dữ liệu từ 20 mẫu được thử nghiệm trong thời gian 10 000 h của thử nghiệm TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở nhiệt độ đế 55 ^oC. Bảng E.8 thể hiện 10 000 h của thử nghiệm TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở nhiệt độ đế là 85 ^oC.

Bảng E.7 - Dữ liệu thử nghiệm 10 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_s,1 = 55 ^oC

Bảng E.8 - Dữ liệu thử nghiệm 10 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_s,2 = 85 ^oC

Kết quả của bình phương tối thiểu sử dụng tập dữ liệu này được thể hiện trong Bảng E.9 đối với nhiệt độ đế 55 ^oC và Bảng E.10 đối với nhiệt độ đế 85 ^oC. Lưu ý là trong ví dụ này, theo hướng dẫn trong 5.2.3, dữ liệu từ 5 000 h đến 10 000 h được sử dụng để tính tuổi thọ duy trì quang thông.

Bảng E.9 - Đường cong bình phương tối thiểu đối với dữ liệu thử nghiệm 10 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_S,1 = 55 ^oC

Bảng E.10 - Đường cong bình phương tối thiểu đối với dữ liệu thử nghiệm 10 000 h theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) ở điểm nhiệt độ đế T_s,2 = 85 ^oC

E.4  Ví dụ về nội suy Arrhenius sử dụng 10 000 h của dữ liệu thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08)

Nếu nhiệt độ đế thực tế T_s,i = 70 ^oC, dữ liệu trong Bảng E.9 (T_s,1 = 55 ^oC) và Bảng E.10 (T_s,2 = 85 ^oC) được sử dụng để nội suy và dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông đối với T_s,i = 70 ^oC. Các tham số được thể hiện như trong Bảng E.11.

Bảng E.11 - Tham số nội suy bằng cách sử dụng 10 000 h của dữ liệu thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08) đối với nhiệt vò thực tế T_s,i = 70 ^oC

Thể hiện bằng đồ thị các kết quả dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông đối với T_s,1 = 55 ^oC, T_s,2 = 85 ^oC, và nhiệt độ thực tế T_s,i = 70 ^oC được thể hiện trên Hình E.2. đối với 10 000 h của dữ liệu TCVN 10887 (IES LM-80-08).

Hình E.2 - Thể hiện bằng đồ thị dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông sử dụng 10 000 h của dữ liệu thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08)

Thể hiện dưới dạng số của các kết quả dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông đối với T_s,1 = 55 ^oC, T_s,2 = 85 ^oC, và nhiệt độ thực tế T_s,i = 70 ^oC được thể hiện trên Bảng E.12.

Bảng E.12 - Kết quả dự đoán tuổi thọ duy trì quang thông sử dụng 10 000 h của dữ liệu thử nghiệm theo TCVN 10887 (IES LM-80-08)