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DeficiencyandimprovementmeansoftestingmethodsofLEDlightingproducts
YuAnqi,
ChinaNationalLightSourceQualitySupervisionTestingCentre(Shanghai),
ChinaNationalLightingFittingQualitySupervisionTestingCentre,
ShanghaiAlphaLightingEquipmentTestingLtd.
摘要:传统的LED及其模块光、色、电参数检测方法有脉冲电流驱动,CCD快速光谱测量法,也有在一定的条件下,热平衡后的测量法,但这些方法的测量条件和结果与LED进入照明器具内的实际工作情况都相差甚远。文章介绍了通过Vf—TJ曲线的标出并控制LED在设定的结温下测量其光、色、电参数,不仅对采用LED的照明器具的如何保证LED工作结温提供了目标限值,同时也使LED及其模块的光、色、电测量的参数更接近于实际的应用条件。文章还介绍了采用LED的照明器具如何测量LED的结温并确定LED参考点的限值温度与结温的函数关系。这对快速评估采用LED的照明器具的工作状态和使用寿命提供了一个有效的途径。
关键词:
标定、Vf—TJ曲线、LED结温、修正、参考点温度
1、传统的LED模块的检测方法
目前传统的LED模块的检测方法主要有两种
*第一种是采用脉冲测量的方法,它是把照明LED模块固定在测量装置上(例如积分球的测量位置等),采用脉冲恒流电源与瞬时测量光谱仪的同步联动,即对LED发出数十毫秒~数佰毫秒恒流的脉冲电流的同时,同步打开瞬时测量光谱的快门,对LED(光、色、电参数)进行快速检测。
特点:LED的结温几乎等同于室温,所以光效高,光、电参数与实际使用有明显差异,不具有可参比性。
*第二种检测方法是把LED模块安装在检测装置上后,可能带上一固定的散热器,给LED施加其声称的工作电流(可能具有基座控温功能),受传统的照明光源检测方法的影响,也是等到LED达到热平衡时开始测量它的光电参数。
特点:这种方法看似比较严密,但实际上,它的热平衡条件和工作条件与此类LED装入最终的照明器具中的状态仍没有好的关联性,所以所测光电参数与今后实际的应用状态的参数仍不具有可参比性。
已颁布的GB/T24824—2009/CIE127-2007NEQ《普通照明用LED模块的基本性能的测量方法》标准中规定:“试验或测量时LED模块应工作在热平衡状态下,在监视环境温度的同时,最好能监视LED模块自身的工作温度,以保证试验的可复现性。如可能监测LED模块结电压,则应首选监测结电压。监测结电压的本质是监测LED模块的结温,可见在监测结电压的条件下来测量LED模块的光电参数是保证检测重现性的首选方案,但是,标准中没有指明在模拟实际使用结温条件下检测LED模块的光、色、电参数。
已经颁布的标准中测量方法
*LED所测的光、电参数与它的工作时的结温密切相关,同一个LED产品,结温的不同会造成这些参数的明显不同,所以测量,LED的光电参数首先应考虑在设定的工作结温的条件下来进行。
与传统光源不同的是,仅仅保持LED模块测量环境的一样是无法保证测量结果的重复性的。
*因为封装工艺、材料等差异,最高工作结温是明显不同的,为了保证具有高效、长寿的特点,实际的工作结温应明显低于最高工作结温。例如,目前我们大量采用的封装技术,在LED的发光面前,都具有高分子硅胶加荧光粉的覆盖层。实践证明,要使此类LED照明器具,L70时间要≥6万小时,其工作结温必须在70℃以下。从提高光效和使用寿命的角度讲,工作结温在60℃以下更好,但从照明器具的造型、体积、性价比来讲,则应在能达到预期的光效和使用寿命的基础上把最高工作结温控制在65℃~70℃最为合适。为了使LED及其模块的光、色、电参数的检测也尽可能接近于实际应用的结温状态,就必须定结温测量光、色、电
2、LED模块测量方法的改进
1)通过测量管脚温度和芯片耗散功率和热阻系数求得结温。但是因为耗散功率和热阻系数的不准确,所以测量精度比较低。
2)外部热成像法,要求LED处于未封装的状态,另外对封装材料折射率有特殊要求,否则无法准确测量,测量精度比较低。
3)利用发光光谱峰位移测定结温,是一种非接触的测量方法,直接从发光光谱确定禁带宽度移动技术来测量结温,这一方法对光谱测试仪器分辨精度要求较高,发光峰位的精度测定难度较大,而光谱峰位移1纳米的误差变化就对应着测量结温约30度的变化,所以测量精度和重复性都比较低。
4)向列型液晶热成像技术,对仪器分辨率要求高,只能测量未封装的单个裸芯片,不能测量封装后的LED。
5)利用二极管PN结电压与结温的Vf-TJ关系曲线,来测量LED的结温。
(1)目前LED的结温测量方法大概有
(2)目前国际上较先进的Vf—TJ测量方法
1)把被测的LED放入在硅油缸内,加热硅油缸达到130℃
2)自然冷却,每下降2℃~10℃时瞬时给LED输入规定的电流脉冲,并测量这一温度和正向电压降
3)把这一测量点的温度和正向电压降导入到电脑软件的数据库,由软件产生一个Vf—TJ曲线。
这一方法属于在温度下降时测量方法,缺点是:当硅油缸的油温较高时,与环境温度的温差大而使冷却速度较快,为了保证测量的准确性采用了适当的措施使硅油缸在温度较高时温度下降不致于太快,但当硅油缸温度较低时,与室温的温差太小而使冷却的速度太慢,这大大延长了这一检测过程的测量时间。加热在外部,控温和测量存在明显的滞后,影响准确性。
精密内控内热式油杯示意图
(4)照明LED结温测量及利用Vf-TJ关系曲线指导光、色、电参数的测量
仅控制LED测量时的环境温度和基座是不能保证被测LED光、色、电参数检测重复性的(接触热阻不同)
得到LED的Vf-TJ的曲线后,最重要的是用于定结温条件下的光、色、电参数测量,定热沉温度较可,定结温条件下的光、色、电参数测量是最理想的。
把被测LED固定到带控温/恒温基座的积分球内,给LED通以工作电流,给LED燃点15~20分钟后,快速切换到测量电流(即前面标定Vf-TJ曲线的测量电流)用数毫秒时间快速测定被测LED的正向电压Vf,通过与Vf-TJ曲线中结温值对应的Vf比较,如与目标值有差异,控制程序将自动调整恒温基座的温度使LED的Vf达到目标结温值对应的结电压。在快速测定Vf后,装置将自动回复使LED通以工作电流的状态。