LED燈具檢測及改善

(3)新的Vf-TJ 檢測方法

本機構(gòu)發(fā)明的檢測方法是采用溫度上升時的測量方法，采用電腦設(shè)定的PID(積分、微分加上加熱與不加熱時間比例控制)方法來加熱和控制硅油缸的溫度，即在硅油缸加熱的起始段，加熱時間與不加熱時間的比例是很小的，并且可調(diào)，使硅油缸溫度上升速率能保證LED 結(jié)溫、熱沉與硅油溫度的一致性，隨著硅油溫度的逐步上升，與室溫的溫差也隨之加大，此時PID 加熱和控溫系統(tǒng)會自動加大加熱時間與不加熱時間的比例，(實際加大了單位時間內(nèi)的加熱功率)所以能保證硅油缸內(nèi)硅油的溫度上升速率始終保持在設(shè)定的速率上，不會因為硅油溫度與環(huán)境溫度的差異不同而發(fā)生油溫上升的速率不同?？梢栽O(shè)定讓硅油衡溫在應用溫度范圍的任一溫度值上，也可以實現(xiàn)0.1℃/分鐘～2℃/分鐘的升溫速率。

在每次升溫階段后，具有一個衡溫控制階段，即升溫階段和衡溫階段形成了階梯式控溫曲線。隨著溫度階梯式上升，測量正向電壓可以設(shè)定成每上升0.5℃測量一次，并且可以以0.5℃的間隔，可逐步調(diào)整到每上升10℃測量一次。為了保證控溫以及測量的溫度的及時性，采用內(nèi)置式加熱，另外又為了保證硅油缸內(nèi)油溫的一致性，在油缸底部加有一個磁性感應的攪拌條，利用外部電機轉(zhuǎn)動并通過磁感應帶動這一攪拌磁條在油缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，這一轉(zhuǎn)動速度可調(diào)，從而保證了油缸內(nèi)的硅油溫差保持在0.2℃范圍內(nèi)。本測量裝置因為硅油溫度上升的速率幾乎一致，并且實行階梯式升溫和控溫，從而能保證在合理的溫度上升速率的條件下得到準確的檢測結(jié)果，并且檢測時間(從25℃到140℃約為2.5 個小時左右)能明顯低于目前國際上已有的檢測裝置的測量時間。目前國際上已有的檢測裝置是單硅油缸結(jié)構(gòu)，本測量裝置采用雙硅油缸結(jié)構(gòu)，當完成一組樣品的測量后，更換一個硅油缸可立刻開始第二組LED 的檢測。本測量裝置在每一個測量溫度點測得的溫度和LED 正向電壓降后，導入到數(shù)據(jù)庫并由編制的軟件生成Vf-TJ 曲線。

(4)照明LED 結(jié)溫測量及利用Vf-TJ 關(guān)系曲線指導光、色、電參數(shù)的測量

得到被測 LED 的Vf-TJ 的曲線后，最重要的是用于定結(jié)溫條件下的光、色、電參數(shù)測量。檢測系統(tǒng)見圖1。把被測LED 固定到帶控溫/恒溫基座的積分球內(nèi)，給LED 通以工作電流，給LED 燃點15～20 分鐘基本達到穩(wěn)定后，快速切換到測量電流(即前面標定Vf-TJ 曲線的測量電流)用數(shù)毫秒時間快速測定被測LED的正向電壓Vf，通過與Vf-TJ 曲線中設(shè)定結(jié)溫值對應的Vf 比較，如與目標值有差異，控制程序?qū)⒆詣诱{(diào)整恒溫基座的溫度來使LED的正向電壓Vf達到目標結(jié)溫值對應的結(jié)電壓。在快速測定Vf 后，裝置將自動回復使LED 通以工作電流的狀態(tài)。當被測LED 在通過工作電流的情況下，其結(jié)溫達到目標值(即達到目標結(jié)溫值對應的Vf 值)且熱平衡后，系統(tǒng)將自動啟動光譜儀測量光、色參數(shù)同時讀取其電參數(shù)。

上述測量方法最明顯的優(yōu)點是，在LED 實際的應用中，只要照明器具中LED工作在目標結(jié)溫值附近，用這一方法參數(shù)有很好的模擬性，也使它的這些所測量的參數(shù)變得有意義，并且其光、色、電參數(shù)也具有很好的測量結(jié)果的重現(xiàn)性。

圖1 LED 結(jié)溫測量及利用Vf-TJ 曲線在設(shè)定結(jié)溫條件下的光、色、電參數(shù)測量系統(tǒng)。

三、 LED 進入照明器具后結(jié)溫的測量

1、LED 進入照明器具后結(jié)溫控制和測量的必要性

LED 應用到照明器具中時，人們普遍希望具有幾萬小時的使用壽命，但是要測量采用LED 的照明器具的光衰減和壽命，按照美國DOE 的LM80 要求往往要化300 天以上的時間(6000h)，這在很多工程招標和驗收時是無法實施的。

結(jié)溫作為衡量一個 LED 照明器具性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，是LED 照明器具在工程應用中可靠性測量的核心要素。如果能準確測量出燈具內(nèi)LED 的PN 結(jié)結(jié)溫和PN 結(jié)到散熱器某一指定點的熱阻這兩個定量的指標，就不僅能衡量采用LED 的照明器具散熱特性的優(yōu)劣，還能定性地知道各種采用LED 的同類照明器具的大致使用壽命，另外還能得知LED 照明器具的光效和其他光參數(shù)的測量值是在什么結(jié)溫條件下測得的，并且能得出照明器具中功率型LED 熱沉上的某一點(參考溫度點)與結(jié)溫之間的函數(shù)關(guān)系，從而指導企業(yè)正確地標出熱沉參考點的溫度限值。

2、測量方法介紹

目前國內(nèi)外對 LED 的PN 結(jié)的結(jié)溫，只能進行單個LED 或者單個LED 摸塊的結(jié)溫和熱阻的測量，還沒有完整的對照明器具內(nèi)LED 實際工作結(jié)溫和熱阻的測量方法，下面介紹一種完整的對照明器具內(nèi)LED 實際工作結(jié)溫和熱阻的測量方法。

1)Vf-TJ 曲線標定

(1)將照明器具內(nèi)LED 矩陣中間的某一串聯(lián)LED 組中處于或者接近中間部位的一顆LED 作為被測LED，按圖2 電路連接，在這一顆LED 的熱沉(LED 自身所帶的小散熱器)上粘上一個熱電偶。使燈具在25℃±2℃的環(huán)境下放置6～12 小時(視所測燈具的體積大小確定放置時間)，然后給圖2 中的被測LED 通上一支測量電流If，If 視被測LED 的功率大小可在2mA～50 mA 范圍選定。通電測量時間為0.005S～2S，在此期間連續(xù)測量被測LED 的正向電壓降Vf 可得出如圖3 所示曲線。從該曲線上可得出該照明器具內(nèi)被測LED 在通過某一恒定的測量電流時，在單位的測量時間Δt 內(nèi)Vf 下降的數(shù)值ΔVf。該數(shù)值留作下述檢測過程作為測量電流引起的Vf 變化的修正量。當測量時間小于3ms 并且測量電流比較小時，可以不引入修正量。

圖 2 LED 的燈具中LED 矩陣某一串LED 組的測量電路連接圖

圖3 在單位的測量時間內(nèi)通過測量電流時，被測LED 的Vf 下降的數(shù)值ΔVf和測量時間Δt 的關(guān)系曲線

(2)把三個2 刀2 擲轉(zhuǎn)換繼電器調(diào)到測量位置，把LED 燈具放入一個可編程控制的專用加熱箱內(nèi)，該加熱箱采用PID 編程方式，設(shè)定階梯式加溫方式對箱體內(nèi)LED 燈具進行加熱。階梯式加溫的控溫曲線見圖4。圖4 中每一階梯分為恒溫時間段和升溫時間段，這兩個時間段可分別設(shè)定，設(shè)定范圍為1 分鐘～30 分鐘中的任一值。根據(jù)LED 的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，并且最終是以圖2 電路測量被測LED 的正向電壓降穩(wěn)定時，說明燈具內(nèi)LED 已達到某一設(shè)定點溫度的熱平衡。當每一個恒溫時間段即將結(jié)束，開始測量被測LED 的正向電壓降Vf，根據(jù)實際測量的時間△t，從圖3 中得出修正是△Vf。把測得的Vf 值再加上△Vf，得出D1 在該溫度下不受測量電流影響的Vf1’，即Vf1’=Vf1+△Vf，把這一Vf1’和用熱電隅測的溫度T1 導入到設(shè)定的電腦數(shù)據(jù)庫中，重復這一步驟，可以得出一組經(jīng)修正的數(shù)值。把這一組經(jīng)修正的數(shù)值自動導入數(shù)據(jù)庫，就能生成照明器具內(nèi)LED 的Vf-TJ 曲線。