一種燈具內led正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法
2023-11-30 16:10:06
專利名稱：一種燈具內led正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法
技術領域：
本實用新型涉及照明燈具領域，具體涉及一種燈具內LED正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法。
背景技術：
LED應用到照明燈具中時，因為LED的使用壽命普遍很長，約幾萬小時，所以要測量採用LED的照明燈具的光衰減和壽命，按照美國DOE的LM80要求往往要化300天以上的時間(6000h)，但是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，就不僅能衡量採用LED的燈具散熱特性的優劣，還能定性地知道各種採用LED的同類燈具的使用壽命，另外還能得知LED燈具的光效和其他光參數的測量值是在什麼結溫條件下測得的，並且能得出燈具中功率型LED熱沉上的某一點(參考溫度點)與結溫之間的函數關係，從而指導企業正確標出熱沉參考點的溫度限值。但是由於LED安裝入燈具中後，用傳統的接觸法和熱輻射法是無法測量其PN結結溫的。如果不能準確地測量出燈具內LED的PN結的結溫，按Rab = [(Ta-TbVPab]公式也不能計算出燈具內 LED的PN結到熱沉散熱器或外殼上任一指定點的熱阻。
發明內容
本發明提供一種生成燈具內LED正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法，利用該關係曲線可以比較正確地測量燈具內LED實際工作結溫和熱阻。為了實現這一目的，本發明的方案如下一種燈具內LED正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法，包括以下步驟A、將燈具內LED矩陣中間的某一串聯LED組中處於中間部位的一顆LED作為被測LED，在該LED的熱沉處設置熱電隅，在某一測量電流下生成被測 LED的正向電壓降與測量時間的關係曲線，得到單位測量時間內正向電壓降的下降量；B、 把LED燈具放入加熱箱內，對LED燈具實施階梯式升溫，在不同的階梯溫度下測量被測LED 的正向電壓降，根據LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，在每一不同的溫度階梯的保溫段即將結束時，測量被測LED的正向電壓降，並利用上述步驟A中單位測量時間內正向電壓降的下降量和實際測量時間修正每一不同的溫度階梯被測LED的正向電壓降數值，從而生成被測LED正向電壓與結溫的關係曲線即Vf-TJ關係曲線。本方法還包括步驟C、完成上述被測LED正向電壓與結溫的關係曲線的標定後，把LED燈具從加熱箱內取出，放入防風罩內進行熱試驗，當LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值達到熱平衡，即每小時內溫度變化小於1°C時，計算出被測LED在斷開工作電流瞬間的正向電壓降，並根據被測LED 在斷開工作電流瞬間的正向電壓降和利用上述正向電壓降與結溫的關係曲線查出被測LED 的結溫值；步驟D、按熱阻Rab = (TfE-TB) /P公式計算出被測LED的熱阻值，其中TfK為斷開工作電流瞬間的被測LED的結溫值，Tb為這一時刻熱沉上熱電偶的實際測量溫度值或者LED 燈具中散熱器或燈具外殼的實際測量溫度值，P為測熱阻時被測LED的加熱功率。根據本發明的一個實施例，將燈具內LED矩陣中的某一串聯LED組中處於中間部位的一顆LED斷開作為被測LED，該被測LED通過切換開關分別與上述串聯LED組中斷開處或者恆流源連接，當被測LED與上述串聯LED組中斷開處連接時為工作位置，當被測LED與恆流源連接時為測量位置，並在被測LED的熱沉上設置一個熱電偶。步驟A中，使燈具在25°C 士2°C的環境下放置6 8小時，把切換開關調到測量位置，給該被測LED通上測量電流，測量電流根據被測LED體積的大小，在ImA 50mA範圍中選擇，通電測量時間為0. OlS 0. 5S，連續在這時間段測量該被測LED的正向電壓降可得出正向電壓下降量和測量時間的關係曲線；B、把LED燈具放入加熱箱內，根據LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，對燈具進行階梯式加溫和恆溫來測量不同溫度下的正向電壓降，每次升溫一段時間後，保持一段恆溫時間，在每一個恆溫時間結束前測量被測LED的正向電壓降，當被測LED正向電壓降趨向穩定時，LED的結溫也趨向穩定，給該被測LED輸入一個測量電流，測量出被測LED在這一設定溫度下的正向電壓降，並利用上述步驟A中單位測量時間內正向電壓降的下降量和實際測量時間的關係曲線來修正被測LED的正向電壓降；完成上述所有設定點溫度條件下被測LED正向電壓降的測量、修正和設定點溫度的測量後，然後生成被測LED正向電壓與結溫的關係曲線。步驟C具體為完成上述被測LED正向電壓與結溫的關係曲線的標定後，把LED 燈具從專用加熱箱內取出，把切換開關調到工作位置，放入GB7000. 1附錄D的防風罩內， 按GB7000. 1標準中12. 4熱試驗的要求進行熱試驗，此時LED燈具處於正常工作狀態，觀察 LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，當溫度值達到熱平衡(每小時內溫度變化小於 I0C )時，把切換開關調到測量位置，連續4 6次，每次間隔1 80毫秒，測量被測LED的正向電壓降，計算出被測LED在斷開工作電流瞬間的正向電壓降，並根據上述正向電壓降與結溫的關係曲線查出LED燈具中被測LED的結溫值。本發明先得到在設定的測量電流下單位測量時間內正向電壓降的下降量，再利用該單位測量時間內正向電壓降的下降量和實際測量時間來修正被測LED的正向電壓降，從而提高被測LED的正向電壓降和對應結溫的測量準確度；當LED燈具連續工作溫度值達到熱平衡時，把三個2刀2擲轉換繼電器調到測量位置，連續5次，每次間隔數毫秒至數十毫秒測量被測LED的正向電壓降，通過電腦和專用函數計算軟體，計算出被測LED在斷開工作電流瞬間的正向電壓降，用這一方法能有效地消除因為斷開被測LED的工作電流，LED的結溫會迅速下降從而造成所測量的LED結溫值明顯偏離正確值的情況；並且被測LED通過三個2刀2擲轉換繼電器分別與上述串聯組中LED斷開處及測量用恆流源連接，測量的電流迴路和電壓迴路分別走各自的通路，完全避免了轉換繼電器觸點電阻引起的測量誤差；測量時只需控制轉換繼電器就可以使被測LED在測量和工作兩個狀態之間進行切換，便於測量燈具內LED的實際工作結溫和熱阻。本發明的優點在於使用方便，測量準確度高，解決了目前燈具中LED實際工作結溫和熱阻不能準確測量的難題。
圖Ia為LED的燈具中LED矩陣某一串LED組。圖Ib為本發明的電路連接圖。圖2為在單位的測量時間內通過測量電流時，被測LED正向電壓降與測量時間的關係曲線。
圖3為階梯式加溫和控溫的曲線。圖4為正向電壓與結溫的關係曲線。
具體實施例方式把採用LED的燈具中LED矩陣(見圖la)中間的某一串聯LED組中處於或者接近中間部位的一顆被測LED，即圖中的LED-2的兩根連接線切斷，通過三個2刀2擲轉換繼電器連接成圖lb，使得該被測LED通過這三個2刀2擲轉換繼電器分別與上述串聯LED組中斷開處或者恆流源連接，當被測LED與上述串聯LED組中斷開處連接時為工作位置，當被測 LED與恆流源連接時為測量位置，先把三個2刀2擲轉換繼電器調到測量位置。在該LED的熱沉處(LED附帶小的散熱器)，粘一個熱電隅，並把熱電隅連接到測溫儀上。圖Ib中1為恆流源儀表，2為恆流源接口，3為上述三個2刀2擲轉換繼電器的控制電路，4為LED矩陣的驅動電路。使燈具在25°C 士2°C的環境下放置6 8小時(視所測燈具的體積大小確定放置時間)，然後給圖1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ImA 50mA範圍選定。通電測量時間為0. OlS 0. 5S，在此期間連續測量被測LED的正向電壓降 Vf可得出如圖2所示曲線。從該曲線上可得出該燈具內被測LED在通過某一恆定的測量電流時，在單位的測量時間AtR Vf下降的數值AVf。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。把採用LED的燈具放入一個可編程控制的加熱箱內。該加熱箱與電腦連接設定成階梯式加溫和恆溫方式對箱體內LED燈具進行加熱。階梯式加溫的控溫曲線見圖3。圖3 中控溫曲線每一階梯的水平線段為恆溫時間段，控溫曲線每一階梯中除水平線段外的線段為升溫時間段，恆溫時間段和升溫時間段的時間可分別設定，均可設定在1分鐘 30分鐘範圍中的任一值。每個升溫時間段的升溫幅度可以在5 30°C範圍內任意設定。恆溫時間段的設定是根據採用LED的燈具的體積，當體積較大時恆溫時間段時間就設得長，當LED燈具的體積小時，恆溫時間段時間就設得短。恆溫時間段的設定是根據這一溫度階梯中，按圖 1電路測量被測LED的正向電壓降達到穩定時，說明燈具內LED已達到這一溫度階梯設定點溫度的熱平衡(在設定時間的後30%段，溫度變量在士0. 內，認為達到熱平衡)。當每一個恆溫時間段即將結束前0. OlS 0. 5S，開始測量被測LED的正向電壓降Vf,。根據實際測量的時間At，從圖2中得出修正是AVf。把測得的Vf值再加上AVf， 得出被測LED在該溫度下不受測量電流影響的Vfl『，即V = Vfl+Δ Vf，把這一 Vfl'和用熱電隅測的溫度T1導入到設定的電腦資料庫中。當完成恆溫時間段的Vfl測量後，加熱箱按編程的指令進入升溫時間段。當升溫時間段結束後，加熱箱溫度也達到新的設定點，加熱箱按編程的指令進入下一個恆溫時間段。 當下一個恆溫時間即將結束，燈具內的被測LED達到新的熱平衡點時，又開始重複上述的測量步驟。按此反覆，直到完成所有設定點的測量。完成上述所有設定點溫度時被測LED正向電壓的測量(Vfl ；Vf2 ；Vf3-Vfn)和設定點溫度測量(T1 ;Τ2 ；T3 ；----Tn)並把這一組數據導入到電腦程式設定的資料庫後，電腦根據測試軟體將自動生成一個被測LED在20°C 120°C範圍內的正向電壓Vf與結溫T的關係曲線。即Vf-Tj關係曲線，見圖4。以後只要得到被測LED的一個Vf值，就可從圖4中讀出對應的結溫L的值。圖4中顯示了 2個被測LED的2條、-1^_(正向電壓降與結溫)的實際測量曲線。把上述在加熱箱內已完成Vf-Tj關係曲線標定的燈具冷卻後取出。按如下步驟進行燈具中LED實際工作時的結溫和熱阻的測量。完成上述燈具中被測LED正向電壓與結溫的關係曲線的標定後，把LED燈具從專用加熱箱內取出，把三個2刀2擲轉換繼電器調到工作位置，放入GB7000. 1附錄D的防風罩內，按GB7000. 1標準中12.4熱試驗的要求(本條試驗可以和燈具的熱試驗同時進行)， 使LED燈具處於正常工作狀態，通過燈具內的LED控制裝置把燈具中的LED矩陣點亮，連續加熱6小時左右，觀察LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，當溫度值達到熱平衡時， 按圖1所示，把三個2刀2擲轉換繼電器調到測量位置。連續5次，每次間隔數毫秒至數十毫秒測量被測LED的正向電壓降，即Vlf、V2f、V3f、V4f、V5f，利用測量的5個Vf值計算出斷電瞬間D1的正向電壓降值VM。(因為對LED矩陣斷電時，被測LED的PN結會快速地冷卻，其正向電壓降Vf值也會不斷地上升，所以採用函數推導法通過多次測量來計算出斷電瞬間被測LED的正向電壓降值Vtlf)。再根據Vtlf值從上述Vf-Tj曲線中找出Vtlf對應的溫度值即為被測LED在燈具連續工作至熱平衡時的結溫值。把該燈具仍舊放在GB 7000. 1標準附錄D規定的防風罩內，按正常的熱試驗位置布置好燈具，除了原來已經粘接在被測LED上的熱電隅外，還可根據檢測委託方要求，在燈具內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，使燈具在25°C 士 1°C條件下放置8小時。根據燈具內LED控制裝置輸出給被測LED的實測工作電流值，設定測試恆流源電流，按圖1電路給被測LED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被測LED進行一次Vf的測量，並按Vf-Tj曲線查出對應的理論結溫值，同時監視熱電隅的測量溫度即該點的實際溫度。當測量的Vf查得的理論結溫與熱電隅所測實際溫度達到最大差值時，記錄下此時的理論結溫VfK值和熱電隅的測量的某一點實際溫度值TB。把VfK值通過Vf-I^曲線，得到該被測LED即時的結溫值TfK。按熱阻Rab = (TfE-TB)/P公式計算出被測LED的PN結到熱沉或散熱器甚至外殼的熱阻值。式中TFK—— 是被測LED的PN結結溫與熱電隅的測量值差達到最大值時被測LED的正向電壓降Vfa值， 再根據Vf-T1曲線查得的該時刻的被測LED結溫值。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——測被測 LED熱阻時的加熱功率，是被測LED的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。
權利要求
1.一種燈具內LED正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法，包括以下步驟A、將燈具內LED矩陣中間的某一串聯LED組中處於中間部位的一顆LED作為被測LED，在該LED的熱沉處設置熱電隅，在某一測量電流下生成被測LED的正向電壓降與測量時間的關係曲線， 得到單位測量時間內正向電壓降的下降量；B、把LED燈具放入加熱箱內，對LED燈具實施階梯式升溫，在不同的階梯溫度下測量被測LED的正向電壓降，根據LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，在每一不同的溫度階梯的保溫段即將結束時，測量被測LED的正向電壓降，並利用上述步驟A中單位測量時間內正向電壓降的下降量和實際測量時間修正每一不同的溫度階梯被測LED的正向電壓降數值，從而生成被測LED正向電壓與結溫的關係曲線。
2.如權利要求1所述的正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法，其特徵在於本方法還包括步驟C、完成上述被測LED正向電壓與結溫的關係曲線的標定後，把LED燈具從加熱箱內取出，放入防風罩內進行熱試驗，當LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值達到熱平衡，即每小時內溫度變化小於1°C時，計算出被測LED在斷開工作電流瞬間的正向電壓降， 並根據被測LED在斷開工作電流瞬間的正向電壓降和利用上述正向電壓降與結溫的關係曲線查出被測LED的結溫值；步驟D、按熱阻Rab = (TfE-TB)/P公式計算出被測LED的熱阻值，其中TfK為斷開工作電流瞬間的被測LED的結溫值，Tb為這一時刻熱沉上熱電偶的實際測量溫度值或者LED燈具中散熱器或燈具外殼的實際測量溫度值，P為測熱阻時被測LED的加熱功率。
3.如權利要求2所述的正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法，其特徵在於將燈具內 LED矩陣中的某一串聯LED組中處於中間部位的一顆LED斷開作為被測LED，該被測LED通過切換開關分別與上述串聯LED組中斷開處或者恆流源連接，當被測LED與上述串聯LED 組中斷開處連接時為工作位置，當被測LED與恆流源連接時為測量位置，並在被測LED的熱沉上設置一個熱電偶。
4.如權利要求3所述的正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法，其特徵在於步驟A中， 使燈具在25°C 士2°C的環境下放置6 8小時，給該被測LED通上測量電流，測量電流為 ImA 50mA，通電測量時間為0. OlS 0. 5S，測量該被測LED的正向電壓降可得出在設定的測量電流下正向電壓降和測量時間的關係曲線；步驟B中，把燈具放入專用烘箱，該加熱箱與電腦連接設定成階梯式加溫和恆溫方式對燈具進行階梯式加溫來測量不同階梯溫度下被測LED的正向電壓降，每次升溫一段時間後，保持一段恆溫時間，在每一個恆溫時間結束前測量被測LED的正向電壓降，當被測LED正向電壓降趨向穩定時，給該被測LED輸入一組測量電流，測量出被測LED在這一溫度下的正向電壓降，並利用上述在設定的測量電流下單位測量時間內正向電壓降的下降量和根據測量時間修正被測LED的正向電壓降；完成上述所有設定點溫度時被測LED正向電壓降的測量和設定點溫度測量後，生成被測LED正向電壓與結溫即Vf-Tj的關係曲線。
5.如權利要求4所述的生成正向電壓與結溫的關係曲線的方法，其特徵在於步驟C具體為完成上述被測LED正向電壓與結溫的關係曲線的標定後，把LED燈具從專用加熱箱內取出，把切換開關調到工作位置，放入GB7000. 1附錄D的防風罩內，按GB7000. 1標準中 12. 4熱試驗的要求進行熱試驗，此時LED燈具處於正常工作狀態，觀察LED的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，當溫度值達到熱平衡(每小時內溫度變化小於1°C )時，把切換開關調到測量位置，連續4 6次，每次間隔1 80毫秒，測量被測LED的正向電壓降，計算出被測LED在斷開工作電流瞬間的正向電壓降，並根據上述正向電壓降與結溫的關係曲線查出LED燈具中被測LED的結溫值。
全文摘要
本發明公開了一種燈具內LED正向電壓與結溫的關係曲線的測量方法，本發明在設定的測量電流下單位測量時間內正向電壓降的下降量，利用該單位測量時間內正向電壓降的下降量和實際測量時間來修正被測LED的正向電壓降，從而提高被測LED的正向電壓降和對應結溫的測量準確度；當LED燈具連續工作溫度值達到熱平衡時，測量被測LED的正向電壓降並計算出被測LED在斷開工作電流瞬間的正向電壓降，用這一方法能有效地消除因為斷開被測LED的工作電流，LED的結溫會迅速下降從而造成所測量的LED結溫值明顯偏離正確值的情況。本發明的優點在於使用方便，測量準確度高，解決了目前燈具中LED實際工作結溫和熱阻不能準確測量的難題。
文檔編號G01R31/44GK102193053SQ201010119389
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者俞安琪, 劉爾立, 強耀根, 施曉紅, 楊樾, 汪鋼, 陳大國, 黃習德 申請人:上海力茲照明電氣有限公司, 上海時代之光照明電器檢測有限公司, 國家燈具質量監督檢驗中心, 國家電光源質量監督檢驗中心(上海)