LED温度特性的测试

2007 年 3 月 第 18 卷 　第 1 期 照明工程学报 ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO Mar. 　2007 Vol118 　No11 L ED 温度特性的测试 梅　毅　陈郁阳　袁　川　刘木清 (复旦大学电光源研究所 , 上海 　200433) 摘　要 : 本文介绍了对多种型号 LED 在不同环境温度条件下色度参数的测试过程。通过 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 实验数据 , 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了 LED 输出光通、色温等受环境温度影响的变化规律 , 并讨论了LED 温度测试过程需要注意的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 关键词 : LED ; 光通量 ; 相关色温 ; 色坐标 ; 温度特性 Measurement of LEDs’Temperature Characteristics Mei Yi 　Chen Yuyang 　Yuan Chuan 　Liu Muqing ( Fudan University Department of Light Source and Illuminating Engineering , Shanghai 　200433) Abstract 　 The paper introduces the measurement process of various types of LEDs’temperature characteristics. By analyzing the results , a conclusion of relationship between LEDs’chromatic parameters and ambient temperature is given. And some consideration during LED measurement is discussed. Key words : LED ; luminous flux ; correlated color temperature ; chromaticity coordinate ; temperature characteristic 1 　引言 发光二极管 (Light Emitting Diodes , LED) 是一 种能发光的半导体二极管 , 当注入 PN 结的少数载 流子与多数载流子复合时 , 就会发光 , 是一种直接 把电能转化为光和辐射能的发光器件。其相对白炽 灯等传统光源具有功耗小、寿命长、体积小、重量 轻、工作电压低、发光响应时间短 , 光色纯等一系 列特性。LED 目前已广泛应用在指示灯、显示屏、 交通信号灯等诸多领域。随着高效、大功率 LED 技 术的不断突破 , LED 将有可能成为未来应用广泛的 新型光源。 LED 光源是一个温度依赖性较强的光源。温度 的浮动可能会导致光输出的显著变化和发光峰值波 长的漂移等现象。因此 , 对 LED 温度特性的测试是 十分有意义的。随着 LED 产业飞速发展并逐步进入 照明领域 , 对大功率 LED 温度特性进行测量更具有 极为重要的现实意义。 本文利用复旦大学电光源研究所设计开发的颜 色分析仪以及LED 驱动电路 , 对不同颜色与不同功 率LED 在宽温度范围内光通量的变化进行测试并对 实验结果进行分析讨论。 2 　实验 211 　LED 温度测试装置 LED 温度测试系统由恒温箱、积分球、驱动电 路、LED 光源、温度计、光谱仪、颜色分析软件组 成。系统框图如图 1 所示。 图 1 　LED 测量系统框图 LED 驱动电路由可调电源模块 PT6304 与功率运 放 MXL1013 组成恒流源 , 向LED 提供稳定的工作电 流。被测光源选用 1W、0106W 共 8 种型号 LED。具 体分类如表 1 所示。 积分球选用内径 100 mm的型号以适应恒温箱内 腔体积 , LED 安装底座固定在积分球中轴支架上。 恒温箱分别采用赛欧公司的 DHG9023A 台式鼓风干 燥箱与海尔公司的 DB100LTB 冷柜作为控温设备。 因为恒温箱自带温度监控器显示的是箱内平均温度 , 为了更准确地监测 LED 工作时的环境温度 , 使用带 探头的温度计置于 LED 附近以便实时监测并调整 LED 工作时的环境温度。 表 1 　测试用 LED 分类表 编号 光色 外形 功率 1 白 大功率型封装 1W 2 红 大功率型封装 1W 3 绿 大功率型封装 1W 4 蓝 大功率型封装 1W 5 黄 草帽型封装 0106W 6 红 草帽型封装 0106W 7 绿 草帽型封装 0106W 8 蓝 草帽型封装 0106W 光谱仪采用复旦大学电光源研究所自行开发的 多通道快速在线光谱测试仪 , 其采样时间可根据待 测信号强弱进行调整 , 增加了动态范围与测量精度。 入射光线经过光栅分光 , 由 CCD 探测器得到各波长 对应谱线强度 , 并将光谱数据输出至 PC 机。PC 机 内经过定标的颜色分析软件根据接收到的光谱数据 计算被测光源光通、色温、色坐标等色度参数。 212 　LED 驱动电路 本实验采用的大功率 LED 正常工作时需要的额 定电流为 350mA , 小功率LED 额定电流为 20mA。因 此使用可调电源模块 PT6304 设计恒流源电路作为 LED 驱动电路。PT6304 是一种高效、宽输入范围、 紧凑直插封装的可调电压源模块。通过附加外围电 路可以将其作恒流源使用。通常情况下 , 可调电源 模块可以监视并调整其输出电压 , 以保证其可调管 脚上的电压值稳定在 1125V。基于 PT6304 这种工作 原理 , 外加反馈电路使电源输出模块的输出电流与 可调管脚电压相关联以达到恒流的目的。 具体地 , LED 驱动电路中采用如图 1 所示原理 图设计。因为 PT6304 可调管脚 (Adj) 处电压稳定 在 1125V , 故运放 MXL1013 反向输入端电压为 : 根据运放特性 , 其正向输入端电压也应为 V′。 图 2 　LED 驱动恒流源电路原理图 由此可得传感电阻器 Rsense 上的电流 (也即负载上 电流 ) 为 V′Rsense 。也就是说通过选择适当的 R1 R2 、 Rsense电阻值便可以在负载电阻上得到相应的恒定电 流。本实验通过调整 R1 , R2 和 Rsense阻值为 LED 提 供 350mA 或 20mA 的驱动电流。 213 　实验过程与实验结果 实验中将 LED 光源接入驱动电路并放进积分 球 , 再把积分球置于恒温箱内。分别测量 LED 处于 25 ℃室温 , 零下 40 ℃低温 , 70 ℃高温时的光通输出。 得到输出光通量数据经过归一化处理后如图 3 , 图 4 所示。同时测定各LED 在设定环境温度下相关色温 , 色坐标的数据 , 所得结果如表 2 , 表 3 所示。 图 3 　1 至 4 号LED 在设定温度下相对输出光通 3 　结论 由实验结果可以发现 : 在恒流驱动条件下 , 被 测LED 输出光通随环境温度升高而下降 , 下降幅度 因LED 型号而异。这是因为基于目前的半导体制造 技术 , LED 输入功率中大约 80 %至 85 % 的能量通过 热传导方式散发出去 , 而不能像白炽灯一样的辐射 81 照明工程学报 2007 年 3 月 　 图 4 　5 至 8 号LED 在设定温度下相对输出光通 散热。这样LED 的稳定性便很容易受自身散热及环 境温度影响。随环境温度升高 , LED 相对色温除白 光色温升高外均有所降低。同时 , LED 发光波长也 受到影响 , 除蓝光 LED 的波长随环境温度的升高而 向短波方向漂移外其他则向长波方向漂移 , 改变量 约为 0105nmΠK。这是LED 输出光谱相对能量分布随 温度改变之故。 在实验中为了准确测定数据 , 需要注意如下几 点 : 首先 , 实验中认为温度计示数即为 LED 环境温 度 ,故而要求温度计探头摆放位置尽量靠近LED , 表 2 　各 LED 在设定温度条件下相对色温 (单位 : K) 1 2 3 4 5 6 7 8 - 40 ℃ 10587 821 8202 20806 1978 813 12985 461862 25 ℃ 11981 813 8064 20728 1562 776 11918 263027 70 ℃ 13015 804 7653 20535 1352 777 11013 188885 表 3 　各LED 在设定温度条件下色坐标 1 2 3 4 5 6 7 8 - 40 ℃ 012793 , 012729 017007 , 012976 011505 , 017147 011143 , 011256 015532 , 014447 017104 , 013019 010988 , 015159 011361 , 010515 25 ℃ 012729 , 012774 017029 , 012961 011685 , 016870 011159 , 011116 015937 , 014131 017229 , 012966 011002 , 015407 011354 , 010583 70 ℃ 012679 , 012745 017042 , 012936 011884 , 016985 011192 , 010995 016133 , 013849 017197 , 012943 011148 , 015586 011343 , 010650 图 5 　1 号至 8 号LED 在设定温度下色坐标变化趋势 注 : 箭头方向代表温度变化从 - 40 ℃至 70 ℃ 但又不能过多地受 LED 自身热量影响。 其次 , 当LED 刚点亮时 , 结温会随能量的消耗 而增加进而影响输出光通 , 这需要几秒钟或几分钟 的时间才能使输出达到热平衡。具体的点灯稳定时 间因LED 型号与测试环境而异。为了便于比对 , 实 验中统一测量设定环境温度下点灯一分钟后的数据。 另外 , 实验目的是比较输出光通量相对值 , 故 无需关心光通量实际大小。只需假定常温下输出光 通为 100 % , 测量高低温条件下光通相对值即可。 91第 18 卷第 1 期 梅 　毅等 : LED 温度特性的测试 参 考 文 献 [1 ] 　CIE 127 ～ 1997. 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