Измерение температуры перехода для светодиодных ламп накаливания

Абстрактные
Улучшение и распространение светодиодных ламп с нитью накаливания требует надежных и точных методов и инструментов для измерения температуры перехода. На основе методов прямого напряжения представлен процесс измерения и оборудование светодиодных ламп накаливания. Обсуждается зависимость температуры перехода от различных факторов.

Общие
Хотя в последние годы технология светодиодных ламп накаливания достигла зрелости для приложений, она все еще сталкивается с некоторыми трудностями в управлении температурой, которые приведут к быстрому ухудшению качества света и низкой мощности лампы, а также ограничат область применения и расширение рынка.

Температура перехода Tj светодиодов является ключом к определению характеристик светильника, особенно в отношении поддержания светового потока и срока службы. Надежные и точные методы и инструменты измерения Tj требуются для светодиодных ламп накаливания не только для объективной оценки рациональности теплового расчета, но и для улучшения конструкции системы и технических характеристик производства с целью повышения производительности, а также увеличения номинального срока службы. .

Светодиодные нити запаяны в стеклянной колбе, заполненной газами, а снаружи остаются только два полярных вывода для подключения к драйверу. Поскольку трудно ввести термопары в герметичную колбу или заставить инфракрасный свет пропускать стекло, методы измерения температуры иглы и термографии не могут применяться для ламп накаливания. Метод прямого напряжения - правильный выбор.

Метод прямого напряжения для измерения температуры перехода
Метод измерения напряжения, используемый для измерения Tj полупроводников, был выпущен Объединенным инженерным советом по электронным устройствам (JEDEC). Tj получается из переходного прямого напряжения светодиодов при определенном испытательном токе во время работы на основе температурной характеристики PN-перехода.

При постоянном токе напряжение перехода сохраняет приблизительно линейную зависимость от температуры для большинства полупроводников, что означает, что напряжение монохроматически уменьшается с повышением температуры. По этой причине напряжение перехода VF сначала проверяется при нескольких заданных температурах при небольшом калибровочном токе IM, чтобы вычислить коэффициент K, который представляет отношение между напряжением и температурой в единицах [мВ / ℃),]. Во время калибровки проверенный светодиод помещается в контейнер термостата для поддержания постоянной температуры. Затем светодиод приводится в действие номинальным током IF, чтобы поддерживать стабильную работу. Быстрое переключение осуществляется от номинального тока IF до калибровочного значения IM, а переходное напряжение VF измеряется в состоянии теплового равновесия. Следовательно, Tj светодиода может быть получен через кривую напряжение-температура с помощью программы ПК.

Учитывая, что светодиодный светильник представляет собой системную интеграцию, включая полупроводники, механические компоненты, оптические элементы, а также драйверы, тепловые характеристики каждой части могут влиять на общие характеристики продукта. Специально для встроенного светильника компактная конструкция приводит к тепловому взаимодействию между светодиодом и драйвером в зависимости от теплового дизайна и формы установки. Следовательно, Tj светодиодного светильника следует оценивать по всей системе, а не по простым светодиодным чипам.

Нить накала состоит из нескольких последовательных светодиодных чипов, соединенных друг с другом либо последовательно, либо параллельно. Все нити накала запаяны в колбе лампы, поэтому их необходимо измерять как единое целое. Для стандартного продукта светодиодная лампа и драйвер должны быть разделены, оставляя две пары проводов полярности для подключения к LISUN TRS-1000 Спектрорадиометрическая система термического сопротивления для светодиодов. Это полностью соответствует LM-80 стандарт. Также подключается термопара, придерживающаяся любого положения поверхности колбы.

Светодиодная лампа накаливания помещается в контейнер термостата, а затем кривая напряжение-температура может быть откалибрована при пошаговом повышении температуры, как показано на рисунке 1. Для каждой ступенчатой ​​температуры Tn соответствующее напряжение VFn калибруется до тех пор, пока температура не емкость поднимается до заданного значения, а тем временем нить накала светодиода достигает теплового равновесия. Стабильный период предлагается определять автоматически по LISUN TRS-1000. Калибровочный ток IM устанавливается в соответствии с параметрами контрольной лампы и остается постоянным при различных Tn. Следовательно, можно построить кривую VT, как показано на рисунке 2. После калибровки тестовая лампа была удалена из контейнера и восстановлена ​​до исходной структуры с помощью двух пар проводов, подключенных, как указано выше. VF регистрируется через регулярные промежутки времени от зажигания до равновесия, что используется для построения последовательной кривой Tj. Светодиодный светильник следует размещать на лобовом стекле или в помещении без конвекции воздуха.

Кривая Tj для примера показана на рисунке 3. Измерение проводилось при температуре окружающей среды 29 ℃, в отсутствие ветра в помещении. После включения лампы светодиод Tj увеличился и достиг стабильной отметки 121.3 ℃ на первом этапе. Затем на втором этапе вручную повредили выхлоп, чтобы обеспечить воздухообмен между колбой и атмосферой. Tj постепенно увеличивался до нового равновесия 159.5 ℃. Эталонная температура, измеренная термопарой на поверхности колбы, поддерживалась на уровне 40.8 ℃ при нормальной работе и повышалась до 46.3 ℃ при утечке. Сильное увеличение Tj после утечки воздуха свидетельствует о значительном влиянии наполненных газов на рассеивание тепла. И изменение температуры поверхности колбы не имеет отношения к Tj светодиодных нитей.
Выходной сигнал драйвера также оказывает прямое влияние на Tj, как показано на рисунке 4. При температуре окружающей среды 28.3 ℃ входное напряжение светодиодной лампы накаливания было отрегулировано в диапазоне 220 ± 10 для имитации колебаний напряжения сети. Tj составляет 106.6 ℃, 121.7 ℃ и 137.9 ℃ отдельно при напряжении 198, 220 и 242 В.

Справка:
[1] Стандарт JEDEC EIA / JESD51-1. Метод измерения температуры интегральных схем - Метод электрических испытаний (одиночный полупроводниковый прибор) [S], 1995.
[2] Xi Y, Schubert E. F. Измерение температуры перехода в ультрафиолетовых светодиодах на основе GaN с использованием метода прямого напряжения диода [J]. Письма по прикладной физике, 2004, 85 (12): 2163-2165.
[3] CALT 001-2014, Метод измерения температуры перехода светодиода в светильнике [S].
[4] Чен XY, Чжан XG, Ян YL и др. Измерение температуры перехода методом прямого напряжения для светодиодного светильника [C] // Материалы Китайского форума по светодиодному освещению 2015 года. Шанхай, 2015. 238−241.

Метки:T5