LED燈具檢測(cè)及改善

(3)新的Vf-TJ 檢測(cè)方法

本機(jī)構(gòu)發(fā)明的檢測(cè)方法是采用溫度上升時(shí)的測(cè)量方法，采用電腦設(shè)定的PID(積分、微分加上加熱與不加熱時(shí)間比例控制)方法來(lái)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(shí)間與不加熱時(shí)間的比例是很小的，并且可調(diào)，使硅油缸溫度上升速率能保證LED 結(jié)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(shí)PID 加熱和控溫系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加大加熱時(shí)間與不加熱時(shí)間的比例，(實(shí)際加大了單位時(shí)間內(nèi)的加熱功率)所以能保證硅油缸內(nèi)硅油的溫度上升速率始終保持在設(shè)定的速率上，不會(huì)因?yàn)楣栌蜏囟扰c環(huán)境溫度的差異不同而發(fā)生油溫上升的速率不同。可以設(shè)定讓硅油衡溫在應(yīng)用溫度范圍的任一溫度值上，也可以實(shí)現(xiàn)0.1℃/分鐘～2℃/分鐘的升溫速率。

在每次升溫階段后，具有一個(gè)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(cè)量正向電壓可以設(shè)定成每上升0.5℃測(cè)量一次，并且可以以0.5℃的間隔，可逐步調(diào)整到每上升10℃測(cè)量一次。為了保證控溫以及測(cè)量的溫度的及時(shí)性，采用內(nèi)置式加熱，另外又為了保證硅油缸內(nèi)油溫的一致性，在油缸底部加有一個(gè)磁性感應(yīng)的攪拌條，利用外部電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)磁感應(yīng)帶動(dòng)這一攪拌磁條在油缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，這一轉(zhuǎn)動(dòng)速度可調(diào)，從而保證了油缸內(nèi)的硅油溫差保持在0.2℃范圍內(nèi)。本測(cè)量裝置因?yàn)楣栌蜏囟壬仙乃俾蕩缀跻恢?，并且?shí)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(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，并且檢測(cè)時(shí)間(從25℃到140℃約為2.5 個(gè)小時(shí)左右)能明顯低于目前國(guó)際上已有的檢測(cè)裝置的測(cè)量時(shí)間。目前國(guó)際上已有的檢測(cè)裝置是單硅油缸結(jié)構(gòu)，本測(cè)量裝置采用雙硅油缸結(jié)構(gòu)，當(dāng)完成一組樣品的測(cè)量后，更換一個(gè)硅油缸可立刻開始第二組LED 的檢測(cè)。本測(cè)量裝置在每一個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)測(cè)得的溫度和LED 正向電壓降后，導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)并由編制的軟件生成Vf-TJ 曲線。

(4)照明LED 結(jié)溫測(cè)量及利用Vf-TJ 關(guān)系曲線指導(dǎo)光、色、電參數(shù)的測(cè)量

得到被測(cè) LED 的Vf-TJ 的曲線后，最重要的是用于定結(jié)溫條件下的光、色、電參數(shù)測(cè)量。檢測(cè)系統(tǒng)見圖1。把被測(cè)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(diǎn)15～20 分鐘基本達(dá)到穩(wěn)定后，快速切換到測(cè)量電流(即前面標(biāo)定Vf-TJ 曲線的測(cè)量電流)用數(shù)毫秒時(shí)間快速測(cè)定被測(cè)LED的正向電壓Vf，通過(guò)與Vf-TJ 曲線中設(shè)定結(jié)溫值對(duì)應(yīng)的Vf 比較，如與目標(biāo)值有差異，控制程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)整恒溫基座的溫度來(lái)使LED的正向電壓Vf達(dá)到目標(biāo)結(jié)溫值對(duì)應(yīng)的結(jié)電壓。在快速測(cè)定Vf 后，裝置將自動(dòng)回復(fù)使LED 通以工作電流的狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)LED 在通過(guò)工作電流的情況下，其結(jié)溫達(dá)到目標(biāo)值(即達(dá)到目標(biāo)結(jié)溫值對(duì)應(yīng)的Vf 值)且熱平衡后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)光譜儀測(cè)量光、色參數(shù)同時(shí)讀取其電參數(shù)。

上述測(cè)量方法最明顯的優(yōu)點(diǎn)是，在LED 實(shí)際的應(yīng)用中，只要照明器具中LED工作在目標(biāo)結(jié)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(cè)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(cè)量結(jié)果的重現(xiàn)性。

圖1 LED 結(jié)溫測(cè)量及利用Vf-TJ 曲線在設(shè)定結(jié)溫條件下的光、色、電參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。

三、 LED 進(jìn)入照明器具后結(jié)溫的測(cè)量

1、LED 進(jìn)入照明器具后結(jié)溫控制和測(cè)量的必要性

LED 應(yīng)用到照明器具中時(shí)，人們普遍希望具有幾萬(wàn)小時(shí)的使用壽命，但是要測(cè)量采用LED 的照明器具的光衰減和壽命，按照美國(guó)DOE 的LM80 要求往往要化300 天以上的時(shí)間(6000h)，這在很多工程招標(biāo)和驗(yàn)收時(shí)是無(wú)法實(shí)施的。

結(jié)溫作為衡量一個(gè) 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(yīng)用中可靠性測(cè)量的核心要素。如果能準(zhǔn)確測(cè)量出燈具內(nèi)LED 的PN 結(jié)結(jié)溫和PN 結(jié)到散熱器某一指定點(diǎn)的熱阻這兩個(gè)定量的指標(biāo)，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(cè)量值是在什么結(jié)溫條件下測(cè)得的，并且能得出照明器具中功率型LED 熱沉上的某一點(diǎn)(參考溫度點(diǎn))與結(jié)溫之間的函數(shù)關(guān)系，從而指導(dǎo)企業(yè)正確地標(biāo)出熱沉參考點(diǎn)的溫度限值。

2、測(cè)量方法介紹

目前國(guó)內(nèi)外對(duì) LED 的PN 結(jié)的結(jié)溫，只能進(jìn)行單個(gè)LED 或者單個(gè)LED 摸塊的結(jié)溫和熱阻的測(cè)量，還沒(méi)有完整的對(duì)照明器具內(nèi)LED 實(shí)際工作結(jié)溫和熱阻的測(cè)量方法，下面介紹一種完整的對(duì)照明器具內(nèi)LED 實(shí)際工作結(jié)溫和熱阻的測(cè)量方法。

1)Vf-TJ 曲線標(biāo)定

(1)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(cè)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(gè)熱電偶。使燈具在25℃±2℃的環(huán)境下放置6～12 小時(shí)(視所測(cè)燈具的體積大小確定放置時(shí)間)，然后給圖2 中的被測(cè)LED 通上一支測(cè)量電流If，If 視被測(cè)LED 的功率大小可在2mA～50 mA 范圍選定。通電測(cè)量時(shí)間為0.005S～2S，在此期間連續(xù)測(cè)量被測(cè)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(cè)LED 在通過(guò)某一恒定的測(cè)量電流時(shí)，在單位的測(cè)量時(shí)間Δt 內(nèi)Vf 下降的數(shù)值ΔVf。該數(shù)值留作下述檢測(cè)過(guò)程作為測(cè)量電流引起的Vf 變化的修正量。當(dāng)測(cè)量時(shí)間小于3ms 并且測(cè)量電流比較小時(shí)，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(cè)量電路連接圖

圖3 在單位的測(cè)量時(shí)間內(nèi)通過(guò)測(cè)量電流時(shí)，被測(cè)LED 的Vf 下降的數(shù)值ΔVf和測(cè)量時(shí)間Δt 的關(guān)系曲線

(2)把三個(gè)2 刀2 擲轉(zhuǎn)換繼電器調(diào)到測(cè)量位置，把LED 燈具放入一個(gè)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(shè)定階梯式加溫方式對(duì)箱體內(nèi)LED 燈具進(jìn)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(shí)間段和升溫時(shí)間段，這兩個(gè)時(shí)間段可分別設(shè)定，設(shè)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(cè)量被測(cè)LED 的正向電壓降穩(wěn)定時(shí)，說(shuō)明燈具內(nèi)LED 已達(dá)到某一設(shè)定點(diǎn)溫度的熱平衡。當(dāng)每一個(gè)恒溫時(shí)間段即將結(jié)束，開始測(cè)量被測(cè)LED 的正向電壓降Vf，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的時(shí)間△t，從圖3 中得出修正是△Vf。把測(cè)得的Vf 值再加上△Vf，得出D1 在該溫度下不受測(cè)量電流影響的Vf1’，即Vf1’=Vf1+△Vf，把這一Vf1’和用熱電隅測(cè)的溫度T1 導(dǎo)入到設(shè)定的電腦數(shù)據(jù)庫(kù)中，重復(fù)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(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，就能生成照明器具內(nèi)LED 的Vf-TJ 曲線。