led燈具檢測方法關鍵缺陷及改善策略

　?。?）照明LED 結溫測量及利用Vf—TJ 關系曲線指導光、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 曲線中設定結溫值對應的Vf 比較，如與目標值有差異，控制程序將自動調整恒溫基座的溫度來使LED的正向電壓Vf達到目標結溫值對應的結電壓。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，其結溫達到目標值（即達到目標結溫值對應的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果的重現(xiàn)性。

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

　　三、 LED 進入照明器具后結溫的測量

　　1、LED 進入照明器具后結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 結結溫和PN 結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）與結溫之間的函數(shù)關系，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 結的結溫，只能進行單個LED 或者單個LED 摸塊的結溫和熱阻的測量，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 實際工作結溫和熱阻的測量方法。

　　1）Vf-TJ 曲線標定

　?。?）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 的關系曲線

　?。?）把三個2 刀2 擲轉換繼電器調到測量位置，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定，設定范圍為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 已達到某一設定點溫度的熱平衡。當每一個恒溫時間段即將結束，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。

　　圖 3 加熱箱階梯式加溫的控溫曲線

　　2）照明器具中LED 熱阻的測量

　　把上述在加熱箱內(nèi)已完成 Vf-TJ 關系曲線標定的照明器具取出冷卻后，按如下步驟進行LED 熱阻的測量。

　?。?） 把該照明器具放入到GB 7000.1 標準附錄D 規(guī)定的防風罩內(nèi)，按正常的熱試驗位置布置好燈具，除了原來已經(jīng)粘接在被測LED D1 上的熱電隅外，還可根據(jù)檢測委托方要求，在燈具內(nèi)LED 的散熱器的某些指定點甚至燈具外殼上某些點上粘接熱電隅，（可以是單個或多個熱電隅）。把每一熱電隅連接到測溫儀上，使照明器具在25℃±1℃條件下放置8 小時。

　?。?） 根據(jù)照明器具內(nèi)LED 控制裝置輸出給D1 的實測工作電流值，設定測試恒流電源，按圖2 電路給D1 通上一個實測工作電流，加熱1 分鐘～30 分鐘，其間每隔1 分鐘用原來標定的測量電流對D1 進行一次Vf 的測量，并按Vf-TJ 曲線查出對應的結溫值，同時監(jiān)視熱電隅的測量溫度，把測量的結溫值和監(jiān)視熱電隅的測量溫度值自動導入數(shù)據(jù)庫。當測量的Vf 查得的結溫與熱電隅所測溫度達到最大差值時，記錄下此時的VfR 值和熱電隅的測量的某一點溫度值TB。把VfR 值通過Vf-TJ 曲線，得到該D1 即時的結溫值TfR。按熱阻RAB=（TfR-TB）/P 公式計算出D1 的PN 結到熱沉或散熱器甚至外殼的熱阻值。

　　式中：

　　TFR——是D1 的PN 結結溫與熱電隅的測量值差達到最大值時D1 的正向電壓降Vfa 值再根據(jù)Vf-TJ 曲線查得的該時刻LED 的結溫。

　　TB——是當測量的Vf 查得的結溫與熱電隅所測溫度達到最大差值時，熱電隅測得的該時刻的參考點的測度值（該參考點可以是熱沉，也可以是散熱器上的某一點，亦可以是燈具外殼散熱器上的某一點）。

　　P——被測LED 測熱阻時的加熱功率，是實測工作電流與結溫測量過程被測LED 正向電壓降的平均值的乘積。

　　3）照明器具中LED 結溫的測量

　　把 LED 照明器具從專用加熱箱內(nèi)取出，本條試驗可以和照明器具的熱試驗同時進行。把采用LED 的照明器具仍放在GB 7000.1 標準的附錄D 規(guī)定的防風罩內(nèi)，照明器具處于正常工作位置。把三個2 刀2 擲轉換繼電器調到工作位置，按GB7000.1 標準中12.4 熱試驗的要求進行熱試驗， 通過照明器具內(nèi)的LED 控制裝置把照明