LED照明产品质量认证与检测方法(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:俞建峰 储建平

出版社:人民邮电出版社

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LED照明产品质量认证与检测方法

LED照明产品质量认证与检测方法试读:

前言

在国内,LED照明产品正以前所未有的速度渗透到照明领域。到2015年年末,国内LED照明应用终端产品的市场占有率将达 20%以上,年产值达到 1 800 亿元。单纯从数字的角度来看,2010年LED功能性照明产品的基数就有14亿只,到2015年年末,LED功能性照明产品的数量将达到20亿只。LED的逐步推广已初见成效,据麦肯锡的一份报告,LED照明市场预期销售额将在2020年占据家居领域的60%,其他领域也将占到一半以上。LED市场份额将越来越大。

在LED照明终端市场需求快速增长的情况下,国内LED上游企业有50家左右,中游封装企业约有1 750家,下游应用企业数量高达约15 000家。传统照明转向LED照明的企业不断增多,同时以LED销售为主的企业数量也在不断增加。在沪深两市已经有25家LED上市企业。

作者近几年参加了国家质量监督检验检疫总局多个课题的研究,深入江苏多家 LED 企业进行实地调研,开展LED产品的课题研究。经过实地调研发现,一是LED生产企业管理人员急需深入了解LED灯具的国内外最新标准和技术法规,通过良好的质量认证体系帮助促进产品内销和出口;二是企业研发和工艺人员急需了解 LED 生产质量工艺、LED 驱动电源和散热设计等关键技术;三是企业质量检测人员急需了解LED产品检测案例,了解造成不合格产品的原因。LED 行业把质量提升作为重要课题,为此,作者结合第三方检测机构在 LED 产品检测、认证领域的经验,编著了此书。

本书分为11章,主要介绍LED照明概况、LED照明产品质量认证要求、LED照明产品电气安全检测、LED照明产品性能检测、电磁兼容检测、光生物安全检测、光度与色度检测、LED寿命试验、LED灯具散热设计分析、LED灯具驱动器设计分析、LED照明产品生产企业关键生产工艺质量监控等。尽管本书力图比较全面地介绍LED产品质量检测、认证的要求,但是LED产业尚在发展之中,随着新标准的不断完善,LED产品的质量要求将会越来越高。

作者要感谢关心、支持、指导本书出版的专家、学者,他们是孔祥月、陈爱国、杨辉、郑雪生、施朝阳、王田虎、张迎春、徐小良、黄正标、顾齐红、陈勇、胡晓亮、杨静华、姚建、陈文龙、戌正洪、扈罗全、饶丰、赵介军、过峰。同时,作者也要感谢中国质量认证中心(CQC)南京分中心、法国必维国际检验集团、杭州远方光电有限公司、无锡市普瑞德照明电气有限公司、深圳出入境检验检疫局、广东出入境检验检疫局、江苏出入境检验检疫局暨苏州出入境检验检疫局和无锡出入境检验检疫局、江南大学等单位的大力支持。在此,谨向各单位、各位专家学者表示衷心的感谢。

作者的研究工作先后得到国家质量监督检验检疫总局科研基金(2008IK260、2012IK130)、江苏出入境检验检疫局科研基金(2011KJ24)的资助。

本书以最新的研究成果和资讯,来满足当前人们对LED照明技术的需求,促进LED照明市场健康发展,帮助企业占领国内和国际两个市场。由于作者水平有限,书中的缺陷和错误在所难免,恳请广大读者批评指正。作者第1章国内外LED照明概况及我国LED照明产业存在的问题

自从1879年爱迪生发明电灯以来,电灯与人类相伴至今。随着科技的发展,舞台灯、景观灯、汽车灯等各种各样的照明灯应运而生。照明在我们的生活中是那么重要。夜晚,没有灯光的城市充斥着黑暗,缺乏生机;茫茫大海中,灯塔是航路的导向,它指示着礁石、浅滩、港口,电子导航仍然代替不了它。

LED照明产品是继钨丝灯、荧光灯、气体放电灯之后,出现的第四代照明产品。LED照明产品具有光效高、寿命长、节能环保等显著优点,在照明领域具有广阔的应用前景。我国照明用电如有1/3采用LED照明,每年将可节电800亿度,相当于一个三峡电站的年发电量。LED已经在道路照明灯具、车辆照明灯具、液晶电视背光中得到应用。可以预见的是,在节能环保发展战略下,LED照明大有潜力。产业的发展,离不开产品标准和产品认证。本章介绍LED照明产业发展的历史、产业链,以及存在的问题。1.1 LED照明灯具分类

本书涉及的 LED产品定位为 LED照明灯具,按照安装方式可分为固定式、嵌入式、可移式,按照种类可分为光源、灯具、照明电器附件,按照应用场合可分为室内、室外。室内照明又分为民用照明和商业照明。室外照明主要为道路照明和景观照明等。民用照明常见的灯具为 LED 筒灯、LED 日光灯、LED射灯、LED夜灯等,商业照明为LED轨道灯、LED工矿灯、LED 灯带。道路照明主要为 LED 路灯,景观照明为地埋灯、庭院灯、LED 透光灯等。图1-1~图1-8 所示为各类常见的LED灯具。图1-1 嵌入式灯具图1-2 90W 工矿灯图1-3 200W 隧道灯图1-4 PAR灯图1-5 200W 道路灯图1-6 小夜灯图1-7 投光灯图1-8 球泡灯1.2 LED照明技术标准不断发展

目前,很多国家和地区正在不断更新与颁布针对LED照明产业的标准和法规。如2009年国际电工委员会(IEC)发布了自镇流LED灯的性能规范,对自镇流LED灯的光通、寿命、色温、显色性等提出了全面的要求;美国“能源之星”公布了两个有关LED照明产品的标准,一个是有关固态照明灯具的规范,另一个是《整体式LED灯“能源之星”认证》的规范。这两个规范对LED灯及灯具的光输出、光效、光强、色温、显色指数等性能指标都有相应的规定。此外,美国加利福尼亚州2009年公布的《2009设备效率法规》增加了对便携式LED灯具的光输出、光效、色温、显色指数等方面的要求。欧盟对非定向LED灯的强制性能效要求已于2009年9月正式生效,对定向LED灯的最低能效要求也已出台。2011年2月16日,美国环保署(EPA)发布了新的《“能源之星”对灯具产品的要求 1.0 版》(以下简称“灯具 1.0”)。“灯具 1.0”将替代《“能源之星”对住宅用灯具的要求4.2版》以及《“能源之星”对固态照明灯具的要求1.3版》。除了明确提出对荧光灯具和固态照明灯具的要求外,“灯具1.0”还明确提出了对HID灯具和卤素灯具的要求。中国质量认证中心(CQC)2010年12月发布了4个LED照明产品节能认证规则和3个LED照明产品节能认证技术规范。4个LED照明产品节能认证规则分别是《LED筒灯节能认证规则》《反射型自镇流LED灯节能认证规则》《普通照明用自镇流LED灯安全与电磁兼容认证规则》《LED道路/隧道照明产品节能认证规则》,已从2010年12月28日起实施。

半导体LED 固态照明是新兴产业,2014 年我国LED 行业总产值规模达到3 445 亿元,同比增长31%。2013年2月17日,国家发展和改革委员会、科学技术部、工业和信息化部、财政部、住房和城乡建设部与国家质量监督检验检疫总局6个部委联合发布了《半导体照明产业节能规划》(以下简称《规划》)。依照《规划》中的目标要求,LED 功能性照明产品的节能减排效果将更加明显,市场份额也会逐步扩大。

2015年,LED 照明应用产品市场占有率将达20%,年产值将达到1 800亿元。单纯从数字的角度来看,2010年LED功能性照明产品的基数就有14亿只,2015年年末将达到20亿只。LED的逐步推广已初见成效,据麦肯锡的一份报告,LED照明市场预期销售额将在2020年占据家居领域的60%,其他领域也将占据一半及以上。

在LED照明终端市场需求快速增长的情况下,国内LED上游企业约有50家,中游封装企业约有1 750家,下游应用企业数量高达约15 000家。传统照明转向LED照明的企业不断增多,同时以LED销售为主的企业数量也将不断增加。在沪深两市已经有25家LED上市企业。1.3 各国和地区LED照明发展计划

为了应对全球气候变化,许多国家和地区出台了淘汰低效照明产品的行动计划。全球半导体照明研究计划及进展情况如表1-1所示。表1-1 部分国家和地区半导体照明计划及进展情况

1.日本:21世纪照明计划

1998年,由通产省资助、新能源产业技术综合开发机构(NEDO)和金属研究开发中心(JRCM)负责执行的“21世纪照明计划”正式启动,参与机构包括4所大学、13家公司和1个协会。该计划关注的核心是高质量材料的生长、高功率管芯的制备和高效率白光荧光粉的获得等,开展研究的项目包括:氮化镓(GaN)基化合物半导体发光机理的基础研究;改进用于紫外LED外延生长的方法;研究用于同质外延生长的大面积衬底;开发由紫外LED激励产生白光的荧光粉,并生产出使用白光LED照明的光源。日本通过政府大幅补贴的方式来积极推广LED照明替代白炽灯,预计2015年,替代率达到50%,2020年替代率达到100%。

2.美国:下一代照明计划

美国能源部于2000年开始启动“国家半导体照明研究计划”,即“下一代照明计划”(NGLI),总共投资5亿美元支持计划的实施。该计划已被列入美国“能源法案”,由国防高级研究计划局(DARPA)和光电产业发展协会(OIDA)负责执行,共有13个国家重点实验室、公司和大学参加。重点研究方向是LED成本的降低和转换效率的提升,氮化镓材料的固体物理学问题,金属有机化学气相沉积(MOCVD)相关工艺,低缺陷密度衬底和器件结构的优化等。随后,美国能源部制订了“固态照明研究与发展计划”,该计划为半导体照明确定了无机LED和有机LED(OLED)两个方向,已进行了多次修订。美国能源部还于2007年4月发布了《固态照明商业化支持五年计划》草案,它为产品的商业化活动提供了一个基本框架。美国能源部的LED发展计划将LED在普通照明应用领域的发展分成两个阶段。2008年到2012年为第一阶段(5年),主要是发展替代型LED照明灯,取代部分传统照明灯/灯具,其目的是启动LED在照明中的应用。应用结果表明,这种形式并不能充分发挥LED的本质特性,反而因散热等问题带来寿命短、光效不能充分发挥的弊端。而第二个阶段将发展基于LED本质特点的全新LED照明装置,更多地与居住环境、家庭数字和网络、建筑学等相结合的电子照明产品。LED照明技术的发展将打破传统照明灯/灯具行业的观念。

3.欧盟:彩虹计划

欧盟于2000年7月实施了“彩虹计划”,以推广白光LED的应用。该计划由欧盟设立的执行研究总署(ECCR)负责组织,委托6个大公司、2所大学执行,研究内容之一是发展氮化镓基照明光源。“彩虹计划”于2003年7月结束,该计划推动了欧洲高亮度户外照明市场的增长。2004 年 10 月,欧盟正式启动了“用于信息通信技术与照明设备的高亮度有机LED”项目(OLLA),该项目的经费大约为2 000万欧元,由欧盟第六框架计划(FP6)中的信息社会计划(IST)提供。项目由来自8 个欧盟成员国的6 所大学、8 个研究所和 10 个公司共同完成。

4.韩国:氮化镓基LED半导体开发计划

2000年,韩国政府制订了“氮化镓基LED半导体开发计划”,并成立光产业振兴会(KAPID)负责计划的组织与实施,其中涉及半导体照明的研究项目包括以氮化镓为材料的白光 LED等。韩国的“固态照明计划”已得到政府批准,2004年到2008年政府投入1亿美元,企业提供30%的配套资金,该计划的目标是2008年发光效率达到80lm/W。韩国计划到2015年年末确保30%的通用照明市场。

5.英国:用于有效照明解决方案的新型LED计划

英国商业、企业和改革部(DBERR)(原贸易工业部)于2007年7月启动了“用于有效照明解决方案的新型LED计划”(NoveLELS),目标是开发新型氮化镓芯片技术,将LED光源商业化。该计划获得英国商业、企业和改革部330万英磅的资助,而英国政府及技术战略委员会也为其提供了超过170万英磅的资助。

6.中国:绿色照明工程

为响应国际社会淘汰低效照明产品的潮流、进一步推动中国绿色照明工程,国家发展和改革委员会与联合国开发计划署、全球环境基金于 2009 年联合启动了“中国逐步淘汰白炽灯、加快推广节能灯”项目,主要内容是研究拟订淘汰白炽灯、推广节能灯的行动计划和政策措施。

国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部、交通运输部联合组织开展半导体(LED)照明产品应用示范工程,旨在进一步推动绿色照明工程,促进我国LED照明节能产业健康有序发展。我国是照明产品的生产和消费大国,2007年,白炽灯产量44.4亿只,占世界产量的1/3,出口29.8亿只;紧凑型荧光灯产量30亿只,占世界产量的80%,出口22亿只。我国照明用电约占全社会用电量的12%,采用节能灯替代白炽灯可节电60%~80%。若把现有在用的白炽灯全部替换为节能灯,一年可节电480亿千瓦时,潜力巨大,是实现节能减排目标的重要途径。2009年全国LED产业的产值达827亿元,其中处于产业下端的应用领域产值为600多亿元;而涉及核心技术的衬底材料、外延生长及芯片制造等关键环节,国内企业只创造了28亿元左右的产值。1.4 我国LED照明产业现状

1.我国LED照明产业在世界LED照明产业链中的位置

我国LED照明产业的地区分布较为集中,已形成长三角、珠三角、北方地区、江西及福建地区4个半导体照明产业区。科学技术部先后批准设立了7个国家半导体照明工程产业化基地,分别位于上海、南昌、厦门、大连、深圳、扬州和石家庄。目前,我国 LED照明产业的产业链已初步形成,与LED 相关的企业达4 000 多家。国内LED 企业的绝大部分(超过99%)集中在产业链下游的封装和中低端应用产品的领域,产业链中上游的衬底材料、LED外延片和芯片则主要依靠进口,其中高亮度蓝绿光LED外延片的进口比例高达80%以上。据统计分析,我国LED照明产业上游外延芯片占4%,中游封装部分占21%,应用占75%。因此,我国LED照明产业在世界LED产业链中的地位还有待进一步提升。在LED“衬底—外延片—芯片—封装—应用”的产业链中,中上游的外延片与芯片制造是最具科技含金量、技术竞争最激烈的环节,也是我国LED照明产业的薄弱环节,世界范围内LED照明产业中约 70%的利润集中于此。一些高光效的 LED 产品,目前国内企业还无力实现量产。由于研发和生产LED外延片与芯片的资金投入量较大,并且对技术和设备的要求极高,因而进入此行业的门槛也很高。台湾地区LED照明产业近年来迅速崛起,其芯片产量及封装产量占据世界第一的位置,市场份额在世界的60%以上,但其产品档次还不能进入第一梯队。

根据《半导体照明节能产业规划》的要求,到2015 年,60W以上普通照明用白炽灯全部淘汰,市场占有率将降到10%以下;节能灯等传统高效照明产品市场占有率稳定在70%左右;LED功能性照明产品市场占有率达20%以上。LED产品具有发光效率高、寿命长、绿色环保等优点,LED照明产业被认为是21世纪的战略性产业,美国、日本、欧洲等发达国家和地区以及我国高度重视,纷纷制定了发展战略。目前国内LED行业存在的主要问题是产业化水平较低,LED的应用仍然处于初级水平。除了显示屏、汽车工业、电子产品等传统应用领域外,LED还有很多待开发的应用领域。以LED照明为例,2009年我国LED照明的渗透率不到1%。如深圳市的40万只路灯,使用LED照明的不足1万只,LED照明具有很大的应用潜力。我国LED室内照明和显示领域的产品80%以上都出口到国外。LED作为一种新的产品、一种新的照明方式和一个新兴的行业,拥有广阔的发展前景和巨大的商机。

2.我国LED照明产业的知识产权现状

在现代社会,没有知识产权就没有未来的主导权。在产业发展过程中,企业应该构筑属于自身领域的“专利池”。下面我们来分析一下LED照明产业的知识产权情况。从数量看,全球LED照明产业一半以上的专利来自日本,数量居前5位的专利权人均属于日本企业,即东芝、松下、夏普、NEC、日亚化工;从专利质量看,美国和德国的质量较高。

中国内地的LED 专利数量占全球LED 专利数量的 5%。国内LED 照明专利申请主要分布在广东、浙江、上海、江苏和北京等地区,特别是广东省申请量最高,占国内申请总量的 26.3%。LED 专利问题是制约我国 LED 照明产业发展的重要因素之一,我国 LED照明产业要想在全球有影响力,这是个绕不过去的问题,必须发展自主专利。但专利问题不仅是芯片水平的核心问题,还是外延片、芯片的工艺制程的能力问题。目前解决专利问题的方式主要还是绕开专利严格的区域、交专利费获得授权等。目前日本专利最为严格,欧美次之,韩国及中国相对较松。

专利问题涉及芯片材料、器件结构、荧光粉、二次配光、外形设计等多个层面,最重要的还是荧光粉和衬底材料。目前荧光粉专利主要掌握在日亚化工手里,该公司采取的是铝酸盐材料,目前我国正在大力研发的是硅酸盐和氮化物,但可靠性和稳定性还需要提高。衬底材料方面,我国正在大力推动硅衬底材料,联盟委托南昌晶能公司投入资金 6 000 万元在做研发,已经有很大的进展,一旦成功将能把集成电路产业化技术应用到LED芯片上来,将会大幅度降低芯片成本,前景非常广阔。

我国已在关键技术研发方面取得了显著成效,尤其在封装产品方面形成了特色,应用方面也有很大的突破;在LED外延材料、芯片制造、器件封装、荧光粉、功能性照明应用等方面均已掌握自主知识产权的单元技术,且部分核心技术具有原创性。专利申请方面,相关LED专利申请超过28 912件,其中封装和应用方面的专利占比接近70%。

2009年国内投资规模达到200亿元,2010年达到300亿元,投资主要集中在产业链中上游环节。部分太阳能企业也进行了投资,保利协鑫集团投资25亿美元,引进500台MOCVD建苏州LED基地。我国LED在封装和应用上技术都较为成熟,中游封装已接近国际水平,下游应用发展快速。此领域的专利数量也在逐年增长,我国已拥有自主知识产权的产品,比如硅衬底。1.5 我国LED照明产业存在的问题

由于半导体行业和照明电器行业分属不同行业,以及目前半导体LED固态照明(SSL)缺乏足够的标准支撑,现阶段国内LED照明产品存在鱼龙混杂的现象,部分制造商声称的产品性能与实际结果相差甚远,颜色质量、寿命预测上更是极度夸大,这对我国LED照明产业的发展和消费者信心的培育都是不利的。

调研发现,目前我国半导体(LED)照明节能产业发展取得积极进展,我国正逐步发展成为全球LED照明产品主要的生产基地和出口基地,有大批LED照明企业将高质量的LED产品输送到世界各地。国内LED企业对国际上的一些标准和法规越来越关注。但从整体上来说,LED企业的认识还是有所欠缺的,这导致LED产品召回的案例较多。据2010年度欧盟非食品类消费品快递预警系统(RAPEX)召回案例的统计,LED灯具的召回数量占灯具总召回数量的40%以上。所有这些召回案例,绝大部分都是因为违反了欧盟的低电压指令以及相关标准,说明企业对出口国的法规和标准要求并不太熟悉。

LED照明是一个新兴产业,相关的标准体系正在不断建设和完善中,标准的更新变化比较常见,企业有时候很难有足够的人力和时间来跟踪这些法规、标准。这需要政府机构和第三方认证机构、检测机构开展LED产品质量控制及关键认证技术研究,通过专业研究,建立我国LED产品认证体系,不断跟踪最新标准,提升LED产品质量,保障我国LED照明产业健康快速发展。

经过调研和分析,结合认证机构、检测机构、企业现场调研,我们认为LED照明产业存在的问题可归纳如下。

① LED照明灯具生产企业大部分为中小企业,企业技术基础弱,核心创新能力不足,缺乏技术人员,企业对LED标准熟悉程度不够,导致企业产品质量问题较多,质量提升空间较大。

② 检测机构缺乏专门的光学检测人员,多为“半路出家”。检测机构往往硬件设备配置先进,但是检测人员的技术能力不足,对企业的指导作用不强。

③ 我国LED 照明产品标准体系不全、标准不全或存在滞后现象,与美国“能源之星”相比,我国LED标准的水平落后。④ 初步建立了LED照明认证体系,强制认证和节能认证结合。LED节能认证的宣传力度有待加强。鼓励高水平企业参加节能认证,有助于企业品牌的建立。加强认证过程的监督,保证认证企业按照标准生产,提高产品一致性的能力。第2章国内外LED照明产品质量认证要求

随着LED照明技术的不断发展,应用领域的不断扩大,国际和国内对LED照明产品提出的质量要求不断提高。这就要求企业工作人员掌握相关认证要求、标准要求、检测重点,以及质量改进方法、最新技术进展等内容。因此,本章从 LED 照明产品质量认证要求出发,介绍了欧洲、美国、澳大利亚、日本、中国的LED照明产品认证要求,并比较了各个国家和地区对 LED 照明产品的电气安全标准、光生物安全标准、电磁兼容(EMC)标准差异,以及能效标准要求之间的差异,帮助企业有关人员更好地掌握LED照明产品的认证要求。2.1 概述

鉴于半导体照明技术的日益成熟以及飞速发展,很多国际组织纷纷制定相关的标准,对半导体照明产品的安全、性能等方面的质量予以规范。其中,国际照明委员会(CIE)和国际电工委员会(IEC)在这方面起着主导作用。国际照明委员会制定的LED相关标准侧重于基础理论和测试方法方面,对整个行业都具有重要的指导作用;国际电工委员会侧重于对半导体照明器具的安全、性能及电磁兼容要求进行规定,是许多国家和地区制定本地标准的主要依据。

美国、欧盟及日本是当前半导体照明发展最快、相关标准和技术法规相对较为成熟的国家与地区,已经形成了安全、性能、电磁兼容、能效等相关标准或技术法规。(1)安全要求

例如IEC 62031以及IEC 62560对普通照明用LED产品提出了严格的安全要求,UL 8750是半导体照明产品进入北美市场必须符合的安全标准,EN 62031为欧洲的半导体照明产品设立了安全规范。(2)能效要求“能源之星”有关LED灯具能效认证的规范于2008年正式生效,2009年“能源之星”又推出有关整体式LED灯认证的草案;欧盟《制定耗能产品生态设计要求的框架指令》(EuP指令)针对LED 照明出台了一系列能效指令:EC 244/2009、EC 1194/2012、EU 874/2012。(3)性能要求

很多国家和地区或相关国际组织均对半导体照明产品提出了严格的性能要求。例如国际照明委员会已经发布了有关白光LED 显色性的技术报告,国际电工委员会的IEC 62384 以及IEC 62612对LED模块电子控制装置、普通照明用自镇流LED 灯等提出了性能要求,欧盟的EN 62384以及美国的ANSIC 78.377等标准都提出了相关的性能规范,中国台湾地区也提出了LED路灯的相关规范。(4)电磁兼容要求

半导体照明产品还需符合包括欧盟电磁兼容(EMC)指令、美国联邦通信委员会(FCC)法规等在内的FCC电磁兼容要求。(5)测量方法要求

半导体照明产品的测量方法也是企业进行产品设计和生产时需考虑的一个重要因素。国际照明委员会已经发布了最新版的LED测量方法,北美照明工程协会(IESNA)发布了IESNALM-79、IESNA LM-80等有关电气、光度及光衰的测试方法,日本发布了白光LED的测试方法。(6)绿色环保要求

作为一种电气产品,半导体照明产品也需要符合有关有毒有害物质限制以及电子废弃物回收的环保法规,例如欧洲的《在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(RoHS指令)和《报废电子电气设备指令》(WEEE指令)等。

此外,半导体照明产品还需符合传统的灯具标准,并进行相应的检测和认证,同时还需满足出口目标国法定的合格评定程序要求。下面将对国外主流市场—欧盟、美国、澳大利亚及日本——的LED照明产品认证体系进行简要分析。2.2 欧盟LED照明产品认证

欧盟是我国半导体照明产品出口的重点市场。半导体照明产品进入欧盟市场,应该主要考虑其强制性要求:低电压(LVD)指令及其协调标准所规定的安全要求;电磁兼容指令及其协调标准规定的电磁兼容要求;RoHS和WEEE指令中的环保要求以及EuP指令中规定的能效要求。此外,半导体照明产品还需符合相应法规所规定的合格评定程序。只有这样,才能加贴CE标志,顺利进入欧盟市场。2.2.1 安全要求

1.LVD指令

LVD指令为所有进入欧盟的低电压产品确立了基本的安全要求,半导体照明产品属于其所定义的低电压产品,因此也必须遵循LVD指令的规范。

LVD 指令适用于供电电压在交流 50~1 000V 或直流 75~1 500V 之间的电气设备。具体而言,低电压设备包含消费性产品及设计为在此电压范围内运作的设备,如家用电器、电动工具、照明设备、电线、电缆和管线,以及配线设备等。LVD指令最早制定于1973年,2006年12月12日,新版LVD指令2006/95/EC通过,并从2007年1月16日开始实施,符合LVD指令的LED产品可以加贴CE标志。

LVD指令确立了低电压设备应该达到的安全目标。(1)一般目标

为确保电气设备能够按照设计目的正确使用,基本性能应该在设备上或在随附的报告上进行标识,制造商的名称和商标应清楚地印在电气设备上或包装上,电气设备及其零部件的设计应确保设备能够安全并且正确地安装和连接,电气设备的设计和生产应确保防止下述(2)和(3)中指出的危害(如果设备按照其设计目的使用并且正确维护)。(2)防止电气设备引起的危害

应采取的措施要保证:对人身和家畜有足够的保护,免受因电气直接或间接接触造成的物理伤害或其他危害(触电);不会产生导致危险的温度、电弧或辐射;对人身、家畜和财产有足够的保护,免受按照经验操作电气设备导致的非电气危害;在可预见的条件下有适当的绝缘保护。(3)防止外在因素影响电气设备所引起的危害

应采取的措施要保证:电气设备满足预期的机械要求,从而不会危及人身、家畜和财产安全;电气设备在预期的环境条件下能够抵御非机械的影响,从而不会危及人身、家畜和财产安全;在可预见的过载(过电流)情况下,电气设备不会危及人身、家畜和财产安全。

LVD指令的合格评定程序主要采取制造商自我声明的形式。制造商对自己的产品进行评价,然后撰写相关的技术文档,如果这些均符合法规的要求,制造商就可以签发 EC 合格声明,并在产品上加贴 CE 标志。政府不参与评定过程,只负责产品投放市场后的监督。制造商所编写的技术文档,必须在最后一件产品制造后保存10年,以供相关单位检验之用。

此外,制造商还需撰写 EC 合格声明,指令中规定的 EC 合格声明内容包括:制造商或其欧盟授权代理的名称及地址;电气设备的描述;参考的协调标准;必要时,声明符合性时所依据的规范;制造商及其欧盟授权代理授权委托签署者的身份证明;产品(首次)加贴CE标志年份的最后两位数字。

2.LED照明安全认证协调标准

协调标准是欧盟委员会委托欧洲标准化机构制定的技术规范,它会定期在欧盟官方公报(OJ)上进行公布。符合协调标准不是强制的,它为设备提供了一种标准的、可重复的、准确的、可接受的评定方法,通常为优先选择的方法。半导体照明产品的协调标准主要由欧洲电工标准化委员会(CENELEC)制定。CENELEC于1972年成立于比利时的布鲁塞尔,其宗旨是协调欧洲各国标准机构所颁布的电工标准。LVD指令中与半导体照明设备有关的协调标准如表2-1所示。表2-1 LVD指令中有关半导体照明设备的协调标准续表

3.检测认证要求

以上对LVD指令作了介绍,企业想要加贴CE、顺利进入欧洲市场,除了应在程序上符合LVD指令的要求外,至关重要的一点是需要按照相关的协调标准开展生产,进行检测认证。半导体照明产品进入欧洲需要符合的安全要求主要有以下几方面。

对于LED模块的安全性:应符合EN62031的安全要求,LED模块连接器需符合EN60838—2—2中的相应要求(虽然目前的LVD 协调清单中还未将EN 62031列出,但很多进口商已经要求企业按照该标准进行生产)。

对于LED照明设备中的电子控制装置:应符合EN 61347—1和EN 61347—2—13中的相应安全要求。

对于设备的光辐射安全性:应符合EN 62471中的相应要求。

对于自镇流LED 灯:应符合EN 62560—2012中的相关要求。

对于LED灯具:应符合EN 60598—1及EN 60598—2系列中相对应灯具标准的安全要求。

此外,半导体照明产品还需符合相关的电磁兼容要求。只有在产品所对应的上述要求均获得满足的前提下,企业才能加贴CE标志。

4.LVD框架下的CE强制安全认证

CE标志是一种强制性的安全认证标志,是制造商进入欧盟市场的必要条件。CE标志的意义在于:加贴 CE 标志的产品表明其符合有关欧盟新方法指令规定的基本要求,并通过了相应的合格评定程序和制造商的合格声明。

CE标志是表明产品符合欧洲指令(取代所有国家法规)的唯一标志,这就意味着CE标志应取代所有符合国家法规的标志(如德国的GS、TUV、VDE标志等)。但是,有的国家的消费者更看中本国的一些认证标志,应视具体情况适当加贴其他认证标志,如 GS 标志。产品上可加贴其他标志,但必须满足下列条件。

① 该标志具有与CE标志不同的功能,为该标志提供了其他附加的价值。

② 加贴的是不易引起混淆的法律标志,如制造商保护性商标等。

CE认证涉及的LED照明产品包括LED灯、LED灯的控制装置、LED灯(自镇流LED灯、双端LED灯、非自镇流LED灯等)、LED连接器等。CE认证需要LED照明强制检测的项目包括安规、电磁兼容、电磁场(EMF)、光生物安全、《为能源相关产品生态设计要求建立框架的指令》(ErP 指令,原为 EUP 指令)(强制能效等级标签)、RoHS。不同LED照明产品CE认证需要检测的项目及标准如表2-2所示。表2-2 不同LED照明产品CE认证需要检测的项目及标准2.2.2 电磁兼容要求

在电磁兼容方面,LED 照明产品必须符合欧盟电磁兼容指令(2004/108/EC)的要求,测试标准依据照明设备的电磁兼容标准。2004 年 12 月 31 日,欧盟公布了新电磁兼容指令2004/108/EC,而旧指令89/336/EEC于2007年7月20日作废。到2009年7月20日,符合旧指令的设备将不能在市场上销售。新指令在范围、定义、要求方面更加明确;简化了合格评定程序(取消了两种要求第三方机构强制性参与的程序,仅保留了模式A),旨在为制造商减负;提高产品标识和技术文件的要求以便于市场监督。2.2.3 环保要求

在环保方面,欧盟与LED灯具有关的法规主要是2003年发布的《在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(RoHS指令,2002/95/EC)和《报废电子电气设备指令》(WEEE指令,2002/96/EC),分别规定了有害物质限量和废弃产品回收的要求。2.2.4 RoHS指令

欧盟委员会在2003年1月27日批准了RoHS指令,并从2006年7月1日起实施。RoHS指令规定,自2006年7月1日起投放欧盟市场的电子电气产品不得含有超标的铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、六价铬6+(Cr)与多溴联苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)6种有害物质。在构成电子电气设备的每个均质材料中,铅、汞、六价铬、PBB与PBDE的含量不能超过0.1%(1 000mg/kg),镉含量不能超过0.01%(100mg/kg)。均质材料的定义为不能通过机械拆分的手段进一步分解的单一材料,机械拆分包括典型的刨、磨、剪、钻等机械手段。

RoHS指令适用于10大类电子电气设备,其中第5大类就是照明设备,也包括LED灯具。在RoHS指令的附录中,规定了一些豁免情况,但与LED灯具都无关系。LED光源由于其结构特性,一般不含铅、汞等有害物质,因此主要是光源之外的部件要符合RoHS指令规定的有害物质限量要求。

2008年12月,欧盟发布了RoHS指令的修改提案,打算对现有RoHS指令进行较大的修订。新提案引入了欧盟“产品销售”立法框架(765/2008/EC和768/2008/EC)中经营者的义务要求,包括制造商、授权代表、进口商和销售商;并改变了豁免机制,要求提交豁免申请时应同时进行替代物分析,豁免单位和产品将每4年评审一次。2.2.5 WEEE指令

WEEE指令是与RoHS指令同时发布的,同样适用于包括照明设备在内的10大类电子电气产品,其主要内容包括以下几点。(1)报废设备的治理方法

从产品设计阶段开始就考虑环保要求。

分类收集:报废设备/产品与普通市政垃圾分开收集。

处理:按特殊处理程序处理和报废设备/产品。

回收:由生产者或第三方在单独或集中的基础上建立回收系统并制定了各类产品的回收率。(2)回收处理费用

指令规定回收费用由生产者承担。(3)有关信息体系

成员国应建立体系提供足够信息,使涉及电子电气设备生命周期的相关方明白各自的责任与义务。(4)惩罚与强制措施及实施条款

WEEE指令是生产者负责的指令,由生产者为指令的实施付费,生产者承担WEEE的收集、处理、回收、再使用和循环利用所发生的费用。成员国则需达到回收循环目标,其中照明设备的回收率为70%,再使用率为50%。

2008年12月,欧盟发布了WEEE指令的修订提案,打算将目前成员国每人4kg的收集率改为投放市场总量的65%;回收目标增加5%,即到2011年12月31日前,照明设备的回收率应达到75%,再使用率为55%;提案还对生产者在各成员国注册的通用性,以及对报废电子电气设备的运输监督等规定了要求。2.2.6 能效要求

欧盟对于 LED 照明产品的能效要求主要体现在《制定耗能产品生态设计要求的框架指令》即EuP指令中。

1.EuP指令概述

2005年7月22日,欧盟正式颁布了EuP指令。该指令涉及的产品范围非常广泛,原则上涵盖了除车辆以外的所有投放市场的耗能产品,并要求必须注重这些产品在其整个生命周期过程中的各个阶段对环境所产生的影响。这是欧盟继WEEE指令、RoHS指令之后掀起的又一次绿色浪潮。EuP指令规定了耗能产品的一般生态要求(指令附录Ⅰ)和特殊生态要求(指令附录Ⅱ),并据此制定出特定产品的具体生态特征和实施措施规范(指令附录Ⅶ)。欧盟制造商和进口商根据该具体规范来调整自己的产品,如果符合要求,便可在整个欧盟市场投放,否则将禁止其产品的投放或受到相关惩罚。

EuP 指令只是一个框架指令,它的真正实施需要进一步制定有关特定产品要求的实施措施。EuP 指令第15 条规定了选择制定实施措施的耗能产品需要遵循的原则:在欧盟市场具有一定的销售规模(每年20万套以上),对环境有重大影响,在不需要增加过多成本的条件下有较大的改善环境影响的潜力。此外,还需考虑欧盟的环境优先政策。实施措施的制定,将从产品的生命周期出发,对环境影响因素和改善环境性能的可行性进行分析;继而开展创新性、市场准入及成本与效益等竞争性方面的评估,并综合考虑其对环境、消费者和包括中小企业在内的制造商的影响。此外,欧盟要求实施措施在改善产品环境性能的同时,不应该对消费者以及制造商产生明显的负面影响。EuP指令属于新方法指令,满足EuP指令要求的产品将加贴 CE标志在欧盟销售。目前,EuP 指令实施措施确定的生态设计要求主要体现在能效方面,可以说,EuP指令就是欧盟的最低能源效率要求(MEPS)。

EuP 指令对 LED 照明产品的规定,主要体现在其已经正式生效的《委员会条例(EC)No.244/2009,就非定向家用灯生态设计要求,执行欧洲议会与理事会指令 2005/32/EC》(以下简称“No.244/2009”)中。此外,其正处于预研阶段的“Lot 19:家用照明——第2部分定向灯和家用灯具”也将对定向LED灯的能效要求进行规定。

2.家用非定向LED灯的能效要求

No.244/2009 主要规定了市场上的非定向家用灯(包括销售目的为非家用和整合至其他产品的灯)的生态设计要求,其中的非定向家用灯就包括了LED灯。对非定向LED灯的要求,主要包括能效要求、产品信息要求、合格评定要求以及市场监管要求等。

No.244/2009规定,从2009年9月1日开始,对于非透明灯,其在给定的额定光通量(Φ)下的最大额定功率(P)为(0.24maxΦ+0.010 3Φ)W。这一要求就相当于要达到欧盟《家用灯能效标签指令》(98/11/EC)中的A级能效要求。对于非定向家用LED灯,能效上必须达到这一要求,否则无法加贴CE标志。

3.定向灯、LED 灯及相关设备的能效要求(指令EC 1194/2012)

该指令在2012年12月14日刊登于欧盟官方公报(EU OJ),生效日期为2013年1月3日。自2013年9月1日起,特殊用途产品需要满足本指令的要求。该指令适用的范围包括定向灯、LED灯、设计用于安装在电源和灯之间的设备,包括灯的控制装置、控制设备和灯具(除了用于荧光灯和高强度气体放电灯的镇流器与灯具),同时本指令也规定了对于特殊用途灯具产品的要求。

4.有关灯和灯具能源标签的欧盟指令EU 874/2012

新能耗等级指令已于2013年9月1日取代原来的 98/11/EC。适用范围:定向灯和非定向灯、钨丝灯、荧光灯、高压气体放电灯、LED灯和LED模块。不适用的范围:灯泡和LED模块的光通量小于30lm;电池供电的灯泡和LED模块;不是用作普通照明的灯(生物灯、闪光灯、加热灯、航空信号灯);灯具一体并且用户无法拆卸的灯泡,除非此光源有独立铭牌或者独立销售;非照明用途灯。欧盟能效等级标识如图2-1所示。图2-1 欧盟能效等级标识示意图2.3 美国LED照明产品认证

美国是全球LED产业最为发达的国家之一,也是我国最大的出口市场。美国在LED标准规范制定方面,一直居于世界领先地位。除了目前已经形成的较为完善的安全、电磁兼容规范外,美国国家电气制造商协会(NEMA)、北美照明协会(IES)还针对LED光源的特点,制定了有关电气、光度和色度方面的要求及测试方法。此外,美国的“能源之星计划”也在迅速推进有关半导体照明产品的能效标准,以提高其发光效率和相关性能。美国能源部(DOE)、北美照明协会、美国国家电气制造商协会等机构,在固态照明(SSL)技术和标准制定上早于其他国家,投入很多,也产出很多。此外,LM-79、ANSI NEMAC 78.377、LM-80、LM-82、TM-21等“能源之星”规范经过多次修订,都确保了美国在LED照明标准领域所处的领先地位。2.3.1 安全要求

1.LED光源安全要求

美国市场对于半导体照明产品的安全要求主要体现在LED模块、控制模块、电源、灯具及相关配件上。其中,UL 8750为LED 模块、控制模块、电源提出了详细的安全要求。此外,电源安全还可参照UL 1310、UL 1012或UL 60950—1中的相应规定。而UL 1598、UL 1993、UL 1574等系列UL有关传统照明设备的标准为半导体照明的终端产品提出了安全规范。

由于LED光源与传统电光源有着很大的不同,且现行的UL照明安全规范标准对于LED光源并无明确的规范,因此早在2005年,美国保险商实验室(UL)即着手草拟LED光源产品的安全规范——UL Subject 8750《照明产品中使用的LED 光源的调研框架》,以补充传统照明产品安全规范标准在LED照明应用上的不足,并计划未来正式生效成为UL 8750安全规范标准,作为所有以LED为光源的灯具类产品安全检测的主要依据。现行的UL Subject 8750为2008年7月22日发布的第3版。对于出口到北美地区的LED企业而言,UL Subject 8750将成为其需要遵循的主要安全规范。

2.终端LED照明产品及相关配件安全要求

对于终端LED照明产品,还需结合UL有关终端照明设备的标准进行安全考核。这些标准主要包括以下内容。

♦UL 1598《固定式灯具》。

♦UL 153《便携式电子灯具》。

♦UL 1573《舞台灯》。

♦UL 48《信号灯》。

♦UL 924《应急灯》。

♦UL 1993《自镇流灯》。

♦UL 1786《小夜灯》。

♦UL 2108《低压灯系统》。

♦ UL 1574《轨道灯》。

♦UL 676《水下灯具》。

♦UL 1838《低压景观灯》。

♦UL 588《圣诞灯串》。

♦UL 2388《水管灯》。

此外,关于灯头还可以参照UL 496《灯头》进行考量。

3.LED电源驱动安全要求

电源首要的要求是效率高、发热较低并且稳定性高。通常LED照明产品的电源驱动模块分为线性电源和开关电源,而开关电源又分为隔离式和非隔离式。隔离式电源相对于非隔离式电源,体积偏大,效率较低,在使用和安装上都会产生很多问题。

现行的UL Subject 8750提到,电源及LED驱动可以根据UL 1310《2类电源设备安全标准》、UL 1012《非2类电源设备安全标准》和UL 60950—1《信息技术设备的安全》中所提及的要求进行评估,并且结合UL Subject 8750中所列出的补充规定以判定其符合性。

4.光电、色度性能规范及测试要求

美国不仅注重半导体照明产品的安全要求,而且也注重对其光电和色度性能进行规范。作为一种新型光源,半导体照明产品在其光电和色度特性上和其他光源有着较大的差异,因此不能完全引用传统光源的标准对其进行考量。为了保证半导体照明产品的质量,促进半导体照明产业的发展,美国国家电气制造商协会(National Electrical ManufacturersAssociation, NEMA)、美国国家标准照明集团(American National Standard Lighting Group,ANSLG)和北美照明工程协会(The Illuminating Engineering Society of North America,IESNA)都制定了相关标准。其中,NEMA 和 ANSLG 联合发布了有关固态照明产品的色度规范ANSI NEMA ANSLG C78.377—2008,该标准已被认可为美国国家标准;IESNA发布了IES LM—79—08《固态照明产品电气和光度测量》与IES LM—80—08《LED光源光通维持率的测量》,这两个标准在半导体照明产品的电气和光度测量、光衰测量等方面起着重要的作用。2.3.2 电磁兼容要求

美国电磁兼容方面的主管机构为美国联邦通信委员会(FCC)。作为独立的政府机构,FCC主要负责全美50个州、哥伦比亚特区和美国所属地区的国内与国际范围的无线电、广播、有线、卫星和光缆通信的管制。为有效实施《电信法》赋予的职责,FCC制定了无线电、电信、电子电气等设备有关电磁兼容、频率范围等方面的技术标准作为其执法依据,这些标准被编纂列入联邦法规的第15 卷和第47 卷(47 CFR),成为具有强制性要求的技术法规。另外,为确保消费者的生命和财产安全,FCC还对其管制范围内的产品和设备实施了认可制度。

一般来说,照明设备在正常工作时会产生射频能量。当设备工作时产生的射频信号的频率大于9kHz时,应使用FCC Part 18来进行测试;否则,使用FCC Part 15来进行测试。为了判定是适用FCC Part 18还是FCC Part 15,必须先检查从电源端输入至产品本身的工作频率。对于LED照明产品,如果产品使用开关电源作为电源供应,而电源的工作频率大于9kHz,也就是LED 照明产品的工作频率大于9kHz(整流前),则必须满足FCC Part 18的要求;如果电源工作频率小于9kHz或是使用直流供电,则适用FCC Part 15。2.3.3 能效要求

半导体照明是一种新型的照明产品,对其能效进行规范是目前世界各国都在努力的重点领域。美国的“能源之星计划”在这方面居于领先地位。作为由美国能源部和环保署(EPA)联合推出的一项产品的能效认证计划,“能源之星”比较注重半导体照明这类新型的、市场潜力较大的产品的能效规范工作。早在2007年,“能源之星”便推出了有关固态照明灯具的认证计划;从2009年开始,“能源之星”又在不断完善其整体式LED灯的认证规范;此外,“能源之星”还对灯具中的LED光引擎的能效及相关性能要求进行了详细规定。可以说,“能源之星”对半导体照明的能效要求已经涵盖了灯具、光源及相关配件几大部分。

尽管“能源之星”是一个自愿性的认证项目,但在美国影响非常广泛。产品贴上了“能源之星”标志,就说明它在能效方面已经获得了美国能源部和环保署的认可,消费者主要依据该标志来选购节能型产品。同时,依据联邦政令,获得“能源之星”认证的产品会被政府优先采购。“能源之星”不仅在美国本土发挥着重要的作用,而且已成为一个国际性的节能标志,目前已被加拿大、日本、欧盟、澳大利亚等国家和地区引进。因此,对于那些期望在国际市场上更具竞争力的LED企业而言,应该关注并实施LED产品的“能源之星”认证。美国LED照明标准不仅是技术研究的成果、产品发展与实践经验的总结,也是由利益相关方进行自由、公开、民主评议投票的结果。

如果我们仅习惯于自己已有的标准体系,不去兼容并蓄,积极关注和采用美洲标准体系,完善和发展我们自己的标准体系,那么与我国作为世界照明产品加工基地和即将成为的世界照明产品研发基地是不匹配的;此外,关注和研究美洲标准,对我国产品出口到美洲会起到有益的帮助和引导作用。2013年8月27日,美国环保署公布了“能源之星”中“灯泡”(Lamp)规范的最终版本V1.0,试图将“LED一体式灯泡”与“紧凑型荧光灯灯泡”(CFL)两个规范整合成一个“灯泡”规范。该规范公开后,即可以有效采用;旧版本“LED一体式灯泡V1.4”和“紧凑型荧光灯V4.3”使用到2014年5月30日,依据这两个“能源之星”旧规范认可的产品,在2014年9月30日之后生产,不能再贴“能源之星”的标志上市,已有的“能源之星”网上列名也将取消。规范中有几项LED灯泡性能要求和测试方法,是我国标准体系和IEC标准中没有呈现的地方,或是“能源之星”规范的创新之处(相对于我国与IEC体系),值得关注和借鉴。“能源之星”有关半导体照明的规定主要包括固态照明灯具认证计划、LED 光引擎的规定以及整体式LED灯认证3个部分。由于“能源之星”认证在国际上的影响力非常大,下面将对这3个方面的认证要求进行详细介绍。

此外,美国加利福尼亚州的《电器效率法规》(CEC)在2009年8月推出的版本中也增加了对便携式LED灯具的要求。

1.固态照明灯具认证计划“能源之星”固态照明灯具认证计划(V1.1)于2008年12月19日发布,2009年2月1日生效。(1)范围

用于一般照明的固态照明产品,其中包括具有显著照明功能的装饰类产品。既适用于商业领域的产品,也适用于住宅用产品。仅适用于被设计连接至电力网(Electric Power Grid)的产品。下列产品除外:指示用的固态照明产品,如交通灯和出口标志;专供装饰的产品;用于改进现有设备的产品。(2)通用要求

① 模块/阵列

LED光源的光通量(流明)维护系数:在合格的灯具中使用的LED封装/模块/阵列至少应维持初始的70%,并需满足以下的最短使用时间。

住宅室内:25 000h。

住宅室外:35 000h。

所有商业用途:35 000h。

② 户外灯具

大于13W的墙上使用的户外灯具须包含一体式的感光开关,保证白天灯具自动关闭。(3)各项性能及对应测量参考标准(见表2-3)表2-3 各项性能及对应测量参考标准

2.LED光引擎

在《“能源之星”住宅照明设备认证计划(V4.2)》中,有对使用LED 光引擎(LED Light Engine)的灯具的要求。

3.整体式LED灯认证

2009年12月3日,“能源之星”发布了《整体式LED灯“能源之星”认证》最终版。在继2009年1月、5月及9月分别发布了3个草案后,“能源之星”终于提出了整体式LED灯认证标准的确认版。这些标准适用于整体式 LED 灯,它被定义为一种包含 LED、一个集成 LED 驱动器和一个设计用来通过 ANSI标准灯座/插座连接到支电路的标准灯头的灯。这些标准包括非标准形式的整体式LED灯,以及计划取代标准通用白炽灯、装饰(烛台风格)灯和反射灯的整体式LED灯。2.4 澳大利亚SAA认证

SAA认证检测标准为澳大利亚标准,检测项目为安规、EMC、EMF。目前,不需要检测光生物安全、RoHS、能效。SAA认证可用IEC标准的CE检测报告来转证,但需要增加国家标准项目差异的试验,合格后,获得SAA证书,然后要由澳大利亚经销商(进口商)在指定网站注册,产品及包装上才可以使用澳大利亚强制的RCM标志。

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