LED燈具檢測及改善

(3)新的Vf-TJ 檢測方法

本機構發明的檢測方法是采用溫度上升時的測量方法，采用電腦設定的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，使硅油缸溫度上升速率能保證LED 結溫、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的加熱功率)所以能保證硅油缸內硅油的溫度上升速率始終保持在設定的速率上，不會因為硅油溫度與環境溫度的差異不同而發生油溫上升的速率不同?？梢栽O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，采用內置式加熱，另外又為了保證硅油缸內油溫的一致性，在油缸底部加有一個磁性感應的攪拌條，利用外部電機轉動并通過磁感應帶動這一攪拌磁條在油缸內轉動，這一轉動速度可調，從而保證了油缸內的硅油溫差保持在0.2℃范圍內。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構，本測量裝置采用雙硅油缸結構，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，導入到數據庫并由編制的軟件生成Vf-TJ 曲線。

(4)照明LED 結溫測量及利用Vf-TJ 關系曲線指導光、色、電參數的測量

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、電參數測量。檢測系統見圖1。把被測LED 固定到帶控溫/恒溫基座的積分球內，給LED 通以工作電流，給LED 燃點15～20 分鐘基本達到穩定后，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。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，系統將自動啟動光譜儀測量光、色參數同時讀取其電參數。

上述測量方法最明顯的優點是，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，用這一方法參數有很好的模擬性，也使它的這些所測量的參數變得有意義，并且其光、色、電參數也具有很好的測量結果的重現性。

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、電參數測量系統。

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 照明器具性能優劣的重要參數，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)與結溫之間的函數關系，從而指導企業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LED 實際工作結溫和熱阻的測量方法。

1)Vf-TJ 曲線標定

(1)將照明器具內LED 矩陣中間的某一串聯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Vf 下降的數值ΔVf。該數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通過測量電流時，被測LED 的Vf 下降的數值ΔVf和測量時間Δt 的關系曲線

(2)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，該加熱箱采用PID 編程方式，設定階梯式加溫方式對箱體內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 的正向電壓降穩定時，說明燈具內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據庫中，重復這一步驟，可以得出一組經修正的數值。把這一組經修正的數值自動導入數據庫，就能生成照明器具內LED 的Vf-TJ 曲線。