LED灯具检测方法关键缺陷及改善策略[2]

　　（3）新的Vf-TJ 检测方法

　　本机构发明的检测方法是采用温度上升时的测量方法，采用电脑设定的PID（积分、微分加上加热与不加热时间比例控制）方法来加热和控制硅油缸的温度，即在硅油缸加热的起始段，加热时间与不加热时间的比例是很小的，并且可调，使硅油缸温度上升速率能保证LED 结温、热沉与硅油温度的一致性，随着硅油温度的逐步上升，与室温的温差也随之加大，此时PID 加热和控温系统会自动加大加热时间与不加热时间的比例，（实际加大了单位时间内的加热功率）所以能保证硅油缸内硅油的温度上升速率始终保持在设定的速率上，不会因为硅油温度与环境温度的差异不同而发生油温上升的速率不同。可以设定让硅油衡温在应用温度范围的任一温度值上，也可以实现0.1℃/分钟～2℃/分钟的升温速率。

　　在每次升温阶段后，具有一个衡温控制阶段，即升温阶段和衡温阶段形成了阶梯式控温曲线。随着温度阶梯式上升，测量正向电压可以设定成每上升0.5℃测量一次，并且可以以0.5℃的间隔，可逐步调整到每上升10℃测量一次。为了保证控温以及测量的温度的及时性，采用内置式加热，另外又为了保证硅油缸内油温的一致性，在油缸底部加有一个磁性感应的搅拌条，利用外部电机转动并通过磁感应带动这一搅拌磁条在油缸内转动，这一转动速度可调，从而保证了油缸内的硅油温差保持在0.2℃范围内。本测量装置因为硅油温度上升的速率几乎一致，并且实行阶梯式升温和控温，从而能保证在合理的温度上升速率的条件下得到准确的检测结果，并且检测时间（从25℃到140℃约为2.5 个小时左右）能明显低于目前国际上已有的检测装置的测量时间。目前国际上已有的检测装置是单硅油缸结构，本测量装置采用双硅油缸结构，当完成一组样品的测量后，更换一个硅油缸可立刻开始第二组LED 的检测。本测量装置在每一个测量温度点测得的温度和LED 正向电压降后，导入到数据库并由编制的软件生成Vf-TJ 曲线。

　　（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

　　得到被测 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。检测系统见图1。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 分钟基本达到稳定后，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 曲线中设定结温值对应的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来使LED的正向电压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。当被测LED 在通过工作电流的情况下，其结温达到目标值（即达到目标结温值对应的Vf 值）且热平衡后，系统将自动启动光谱仪测量光、色参数同时读取其电参数。

　　上述测量方法最明显的优点是，在LED 实际的应用中，只要照明器具中LED工作在目标结温值附近，用这一方法参数有很好的模拟性，也使它的这些所测量的参数变得有意义，并且其光、色、电参数也具有很好的测量结果的重现性。

　　图1 LED 结温测量及利用Vf-TJ 曲线在设定结温条件下的光、色、电参数测量系统。

　　三、 LED 进入照明器具后结温的测量

　　1、LED 进入照明器具后结温控制和测量的必要性

　　LED 应用到照明器具中时，人们普遍希望具有几万小时的使用寿命，但是要测量采用LED 的照明器具的光衰减和寿命，按照美国DOE 的LM80 要求往往要化300 天以上的时间（6000h），这在很多工程招标和验收时是无法实施的。

　　结温作为衡量一个 LED 照明器具性能优劣的重要参数，是LED 照明器具在工程应用中可靠性测量的核心要素。如果能准确测量出灯具内LED 的PN 结结温和PN 结到散热器某一指定点的热阻这两个定量的指标，就不仅能衡量采用LED 的照明器具散热特性的优劣，还能定性地知道各种采用LED 的同类照明器具的大致使用寿命，另外还能得知LED 照明器具的光效和其他光参数的测量值是在什么结温条件下测得的，并且能得出照明器具中功率型LED 热沉上的某一点（参考温度点）与结温之间的函数关系，从而指导企业正确地标出热沉参考点的温度限值。

　　2、测量方法介绍

　　目前国内外对 LED 的PN 结的结温，只能进行单个LED 或者单个LED 摸块的结温和热阻的测量，还没有完整的对照明器具内LED 实际工作结温和热阻的测量方法，下面介绍一种完整的对照明器具内LED 实际工作结温和热阻的测量方法。

　　1）Vf-TJ 曲线标定

　　（1）将照明器具内LED 矩阵中间的某一串联LED 组中处于或者接近中间部位的一颗LED 作为被测LED，按图2 电路连接，在这一颗LED 的热沉（LED 自身所带的小散热器）上粘上一个热电偶。使灯具在25℃±2℃的环境下放置6～12 小时（视所测灯具的体积大小确定放置时间），然后给图2 中的被测LED 通上一支测量电流If，If 视被测LED 的功率大小可在2mA～50 mA 范围选定。通电测量时间为0.005S～2S，在此期间连续测量被测LED 的正向电压降Vf 可得出如图3 所示曲线。从该曲线上可得出该照明器具内被测LED 在通过某一恒定的测量电流时，在单位的测量时间Δt 内Vf 下降的数值ΔVf。该数值留作下述检测过程作为测量电流引起的Vf 变化的修正量。当测量时间小于3ms 并且测量电流比较小时，可以不引入修正量。

　　图 2 LED 的灯具中LED 矩阵某一串LED 组的测量电路连接图