半導體照明產品散熱性能檢測裝置及其檢測方法
2023-05-17 09:51:56 1
專利名稱：半導體照明產品散熱性能檢測裝置及其檢測方法
技術領域：
本發明屬於照明產品檢測領域，尤其涉及一種半導體照明產品散熱性能檢測裝置
及其檢測方法。
背景技術：
白光LED(Light Emitting Diode)，白光發光二極體，簡稱白光LED,是一種能夠 將電能轉化為白光的半導體器件。白光LED光源的特點是LED使用低壓電源，供電電壓 為6-24v，即可獲得足夠高的亮度；LED消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%，發光相應 速度快，高頻特性好，能顯示脈衝信息；體積小，發光面形狀分為圓形、長方形等，並且有多 種規格，所以可以製成各種形狀的器件；防震動及抗衝擊性能好，功耗低，發熱量少，耗電量 小，壽命長。由於LED的PN結工作在正嚮導通狀態，本身功耗低，只要加以必要的限流措施，
即可長期使用；對環境汙染小，無有害金屬汞。 從上個世紀60年代LED誕生以來，LED從紅光LED、綠光LED, —路開發到藍光、白 光LED。憑藉著有省電、長壽命、開關速度快等優點，以LED為光源的半導體照明技術廣泛應 用於各個領域。它是本世紀最具有發展前景的新興高技術領域之一。作為新型高效固態光 源，半導體照明光源具有節能、安全、綠色環保、長壽命、色彩豐富和微型化等顯著的優點， 這將成為繼白熾燈、螢光燈之後的又一次標誌性的飛躍，是世界照明工業的新的革命。
半導體照明主要指led的光色照明(景觀照明和裝飾照明)、專用普通照明、安全
照明、特種照明和普通照明光源以及應用太陽能的LED照明產品，其市場潛力巨大。 半導體照明與傳統意義上的白熾燈、螢光燈、高壓鈉燈等在原理上、結構上、組合
上具有根本性的區別，因此，在半導體照明產品的設計、標準制定的問題上要充分考慮半導
體照明產品的基礎結構、封裝形式、散熱方式、可靠性等特點，通過制定或修訂標準對產品 設計和工程方案進行規範，從而引導半導體照明產品有序、規範、標準地進入市場。
半導體照明產品的一個突出問題是散熱問題，特別多晶片封裝或光源模組集成燈 具的散熱問題。據有關資料統計，大約70%的故障是由於散熱問題造成的。根據電子系統 的可靠性分析經驗，工作溫度每升高l(TC，可靠性就會降為原來的一半，由此可以看出，散 熱問題嚴重的制約著半導體照明產品質量。因此，半導體照明產品散熱性能檢測成為半導 體照明產品質量分析，產品篩選，研發設計改造以及標準化體系建立過程中的重要環節。
面對以上問題，當前並沒有系統、規範、公認的檢測方法。目前，國內外沒有系統的 半導體照明產品熱性能檢測標準及檢測裝置，國內外該方面的專利幾乎為零。例如美國應 用材料股份有限公司的歐勒格 V 塞雷布裡安諾夫等人發表的發明專利"燈故障檢測裝 置"，提出了用於檢測半導體襯底熱處理的燈組中的燈故障的方法；朱德忠等人發表的發明 專利"新型的LED車燈配光板的熱測試方法"，提出根據LED結溫與正向電壓的關係測定配 光板熱性能。 以上是目前半導體照明產品熱性能檢測的現狀，通過目前的方法和專利並不能系 統有效得到半導體照明產品散熱性能，且在不同結構產品之間無法進行熱性能比較，這些都嚴重限制了半導體照明產品的研發、製造和產業化發展。
發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種半導體照明產品散熱性能檢測裝 置及其檢測方法，本發明所提出的裝置能夠解決不同規格照明產品熱特性的分析比較及綜 合評價。本發明的構成思路是對於不同結構的半導體照明產品以光源模組為測量基點針對 燈具散熱器的多個環節進行熱性能參數測量，再將測試參數進行標準燈具模型歸一化等效 變換，進行熱特性分析。
為實現上述目的，本發明的技術方案為一種半導體照明產品散熱性能檢測裝置， 其包括中央監控及處理計算機和分別與中央監控及處理計算機連接的快速輻射功率測試 儀、電參數發生及測量儀、溫度探測器、變環境測試積分球、參數分析及等效變換模塊；
物理特性參數輸入模塊用於採集導體照明產品的物理特性參數；
快速輻射功率測試儀用於採集半導體照明產品的輻射量數據； 電參數發生及測量儀用於向半導體照明產品提供所需的電功率，同時測量半導體 照明產品的工作過程中的交流及直流電參數； 溫度探測器用於探測半導體照明產品內、外部測試基點的溫度； 變環境測試積分球用於產生半導體照明產品所需的環境的溫度； 中央監控及處理計算機接收上述功率數據、電信號、溫度信號及環境參數； 參數分析及等效變換模塊用於將半導體照明產品光電特性及物理特性進行歸一
化變換，推算出等效數學模型狀態下的工作參數，中央監控及處理計算機根據該工作參數
輸出測試數據、曲線及綜合分析報告。 該電參數發生及測量儀包括輸入電功率、電信號發生模塊，輸入輸出電壓、電流模 塊、功率反饋值回讀模塊及功率因數測試模塊。 半導體照明產品內的溫度測試基點為半導體照明光源模組基板。 該中央監控及處理計算機還連接一燈具光電特性及物理特性修正模塊，用於對採
集到的半導體照明產品的光電特性及物理特性進行修正。 另外，本發明還提供了一種半導體照明產品散熱性能檢測方法，其包括以下步 驟 (1)測試半導體照明產品的物理特性參數，通過快速輻射功率測試儀採集半導體 照明產品的輻射量數據，在半導體照明產品內部的溫度測試基點處貼裝溫度探測器，在半 導體照明產品外部的測試基點處貼裝另一溫度探測器，將半導體照明產品與電參數發生及 測量儀相連接，用於向半導體照明產品提供所需的電功率，同時測量半導體照明產品的工 作過程中的交流及直流電參數； (2)將半導體照明產品放入變環境測試積分球中，並使半導體照明產品內、外環境 溫度穩定； (3)通過中央監控及處理計算機讀取半導體照明產品的電參數值、輻射量數據、物 理特性參數值及環境溫度值； (4)通過中央監控及處理計算機觸發同步信號，執行穩態熱特性測試，穩態熱特性 測試通過各點溫度探測器在環境溫度穩定條件下測試各測試基點的穩態溫度；
(5)重複步驟4 5，通過電參數發生及測量儀改變輸入功率值、通過變環境測試 積分球改變環境溫度條件測試多組數據，測試範圍不超過正常工作態允許條件下的極限 值； (6)建立等效數學模型將半導體照明產品光電特性及物理特性進行歸一化變換；
(7)根據以上步驟測試和分析，輸出半導體照明產品在不同環境溫度和不同輸入 電功率條件下的基點溫度值、等效數學模型歸一化的基點溫度數據、曲線及綜合分析報告。
快速輻射功率測試儀採樣頻率、電參數發生及測量儀的測量採樣頻率及溫度探測 器的溫度採樣頻率保持同步，均由中央監控及處理計算機同步觸發。
與現有技術相比，本發明具有如下優勢 本發明彌補了半導體照明產品散熱性能檢測技術的不足，對不同結構半導體照明 產品熱性能的檢測提出了一套完整的解決方案。本發明提出的裝置能夠不受照明產品結 構、參數差異的影響，在不改變照明產品結構的情況下進行熱特性測試，測試結果能夠基本 復原使用環境，從而減小測試環境差異而造成的誤差，同時測試結果在同類產品中具有通 用可比性。 本發明採用實際測量、模型修正及參數等效變換為一體的模式實現上述創新性， 與現有的測試方法相比該裝置能夠更全面的反映半導體照明產品的熱特性，同時在不同規 格產品之間建立一個分析評價的溝通橋梁，利於研發、質量管理、商品採購、公共檢測等工 作的開展，因而體現其先進性。 採用本發明提出的半導體照明產品散熱性能檢測裝置及其測試方法能夠對不同 結構半導體照明產品進行散熱性能分析，為半導體照明產品的散熱特性研究提供有效測試 手段；該裝置能夠為半導體照明產品設計提供檢測依據以優化產品性能，同時還能為半導 體照明產品市場提供有效的質量分析手段以規範市場。 本發明提供的檢測裝置及其檢測方法，適合於所有燈具的散熱性能檢測，對於半 導體照明產品散熱性能檢測效果更為明顯。
圖1為本發明的半導體照明產品散熱性能檢測裝置示意圖； 上圖中，1為中央監控及處理計算機，2為變環境測試積分球，3為快速輻射功率測 試儀，4為電參數發生及測量儀，5為溫度探測器，6為物理特性參數輸入模塊，7為參數分析 及等效變換模塊。 圖2為本發明的半導體照明產品散熱性能檢測方法流程示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。 如圖1所示，本發明提供了一種半導體照明產品散熱性能檢測裝置，其包括中央 監控及處理計算機1和分別與中央監控及處理計算機1連接的快速輻射功率測試儀3、電參 數發生及測量儀4、溫度探測器5、變環境測試積分球2、參數分析及等效變換模塊7 ;
物理特性參數輸入模塊6用於採集導體照明產品的物理特性參數；該快速輻射功 率測試儀用於採集半導體照明產品的輻射量率數據；該電參數發生及測量儀用於輸入電功率至半導體照明產品，並測量半導體照明產品的輸出電信號；該溫度探測器用於探測半導 體照明產品內、外部測試點的溫度信號；該變環境測試積分球用於設定半導體照明產品所 處的環境溫度；該中央監控及處理計算機接收上述功率數據、電信號、溫度信號及環境溫度 及物理特性參數；該參數分析及等效變換模塊用於將半導體照明產品光電特性及物理特性
進行歸一化變換，推算出等效數學模型歸一化的參數，中央監控及處理計算機根據該工作 參數輸出測試數據、曲線及綜合分析報告。 本實施例中，在溫度測試點處設有用於貼裝溫度探測器的夾具。 進一步地，該電參數發生及測量儀包括輸入電信號發生模塊，輸入輸出電壓、電
流、功率反饋值回讀模塊及功率因數測試模塊。 進一步地，半導體照明產品內的溫度測試點為半導體照明光源模組基板。
本發明的檢測方法採用綜合測試及分析的方法得到產品散熱性能的參數測試結 果和綜合分析結果，本實施例中以燈具為例進行說明，其具體檢測過程包括如下步驟
步驟1.測試半導體照明產品的物理特性參數，如長、寬、高、體積、質量等；
步驟2.將燈具樣品打開，在溫度測試基點處通過輔助夾具貼裝專用溫度探測器。
步驟3.在燈具電源接口處連接電參數發生及測量儀，然後閉合燈具。
步驟4.在外部指定測試點貼裝專用溫度探測器。 步驟5.將燈具放入變環境燈具測試積分球中，在測試前放置一段時間保證燈具 內外環境穩定。 步驟6.中央監控及處理計算機讀取半導體照明產品的電輸入輸出特性、光輸出 特性、物理參數特性及環境特性參數。 步驟7.通過中央監控及處理計算機觸發同步信號，執行穩態熱特性測試，穩態熱
特性測試通過各點溫度探測器在環境溫度穩定條件下測試各測試基點的穩態溫度。 步驟8.重複步驟6 7，通過電參數發生及測量儀改變輸入功率值、通過變環境測
試積分球改變環境溫度條件測試多組數據，測試範圍不超過正常工作態允許條件下的極限值。 步驟9.建立等效數學模型將半導體照明產品光電特性及物理特性進行歸一化變 換，推算出等效數學模型歸一化的參數。 步驟10.根據綜合測試和分析，輸出測試數據、曲線及綜合分析報告。 通過以上步驟可以對不同結構半導體照明產品進行散熱性能分析，為半導體照明
產品的散熱特性研究提供有效測試手段。 本發明提供的檢測裝置及其測試方法，適合於所有燈具的散熱性能檢測，對於半 導體照明產品散熱性能檢測效果更為明顯。 以上對本發明所提供的一種半導體照明產品散熱性能檢測裝置及其測試方法進 行了詳細介紹，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及 應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
一種半導體照明產品散熱性能檢測裝置，其特徵在於包括中央監控及處理計算機和分別與中央監控及處理計算機連接的快速輻射功率測試儀、電參數發生及測量儀、溫度探測器、變環境測試積分球、參數分析及等效變換模塊；物理特性參數輸入模塊用於採集導體照明產品的物理特性參數；快速輻射功率測試儀用於採集半導體照明產品的輻射量數據；電參數發生及測量儀用於向半導體照明產品提供所需的電功率，同時測量半導體照明產品的工作過程中的交流及直流電參數；溫度探測器用於探測半導體照明產品內、外部測試基點的溫度；變環境測試積分球用於產生半導體照明產品所需的環境的溫度；中央監控及處理計算機接收上述功率數據、電信號、溫度信號及環境參數；參數分析及等效變換模塊用於將半導體照明產品光電特性及物理特性進行歸一化變換，推算出等效數學模型狀態下的工作參數，中央監控及處理計算機根據該工作參數輸出測試數據、曲線及綜合分析報告。
2. 根據權利要求1所述的半導體照明產品散熱性能檢測裝置，其特徵在於該電參數 發生及測量儀包括輸入電功率、電信號發生模塊，輸入輸出電壓、電流模塊、功率反饋值回 讀模塊及功率因數測試模塊。
3. 根據權利要求1所述的半導體照明產品散熱性能檢測裝置，其特徵在於半導體照 明產品內的溫度測試基點為半導體照明光源模組基板。
4. 根據權利要求1所述的半導體照明產品散熱性能檢測裝置，其特徵在於該中央監 控及處理計算機還連接一燈具光電特性及物理特性修正模塊，用於對採集到的半導體照明 產品的光電特性及物理特性進行修正。
5. —種半導體照明產品散熱性能檢測方法，其特徵在於包括以下步驟(1) 測試半導體照明產品的物理特性參數，通過快速輻射功率測試儀採集半導體照明 產品的輻射量數據，在半導體照明產品內部的溫度測試基點處貼裝溫度探測器，在半導體 照明產品外部的測試基點處貼裝另一溫度探測器，將半導體照明產品與電參數發生及測量 儀相連接，用於向半導體照明產品提供所需的電功率，同時測量半導體照明產品的工作過 程中的交流及直流電參數；(2) 將半導體照明產品放入變環境測試積分球中，並使半導體照明產品內、外環境溫度 禾急^ ;(3) 通過中央監控及處理計算機讀取半導體照明產品的電參數值、輻射量數據、物理特 性參數值及環境溫度值；(4) 通過中央監控及處理計算機觸發同步信號，執行穩態熱特性測試，穩態熱特性測試 通過各點溫度探測器在環境溫度穩定條件下測試各測試基點的穩態溫度；(5) 重複步驟4 5，通過電參數發生及測量儀改變輸入功率值、通過變環境測試積分 球改變環境溫度條件測試多組數據，測試範圍不超過正常工作態允許條件下的極限值；(6) 建立等效數學模型將半導體照明產品光電特性及物理特性進行歸一化變換；(7) 根據以上步驟測試和分析，輸出半導體照明產品在不同環境溫度和不同輸入電功 率條件下的基點溫度值、等效數學模型歸一化的基點溫度數據、曲線及綜合分析報告。
6. 根據權利要求5所述的半導體照明產品散熱性能檢測方法，其特徵在於快速輻射功率測試儀採樣頻率、電參數發生及測量儀的測量採樣頻率及溫度探測器的溫度採樣頻率 保持同步，均由中央監控及處理計算機同步觸發。
全文摘要
本發明公開一種半導體照明產品散熱性能檢測裝置，包括物理特性參數輸入模塊，採集導體照明產品的物理特性參數；快速輻射功率測試儀，採集半導體照明產品輻射量數據；電參數發生及測量儀，輸入功率至半導體照明產品，測量其輸出電信號；溫度探測器，探測半導體照明產品內、外測試點溫度信號；變環境測試積分球，設定半導體照明產品環境參數；中央監控及處理計算機，接收上述參數後運算處理；參數分析及等效變換模塊，將半導體照明產品光電特性及物理特性歸一化變換，推算等效標準模型狀態下工作參數，中央監控及處理計算機根據工作參數輸出測試數據，曲線及綜合分析報告。本發明測試結果能夠基本復原使用環境，減小測試環境差異而造成的誤差。
文檔編號G01M11/00GK101699240SQ20091019351
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者王鋼, 賈維卿 申請人:中山大學