LED照明产品检测基础方法中的缺陷和改善对策

LED照明產品檢測方法中缺点和改善方法作者:俞安琪國家電光源質量監督檢驗中心（上海）國家燈具質量監督檢驗中心摘要:傳統LED及其模塊光、色、電參數檢測方法有電脉衝驅動,CCD快速光譜測量法,也有在一定條件下,熱平衡后測量法,但這些方法測量條件和結果與LED進入照明器具內實際工作情況相差甚遠。文章介紹了通過Vf-Tj曲綫標出并控制LED在控定結溫下測量其光、色、電參數方法。不僅對采取LED照明器具怎样保證LED工作結溫提供了目標限位,同時也使LED及其模塊光、色、電參數測量參數更靠近于實際應用條件。文章還介紹了采取LED照明器具怎样測量LED結溫并確定LED參考點限值溫度與結溫函數關係。這對快速評估采取LED照明器具工作狀態和使用壽命提供了一個有效途徑。序言對於一個新興產品,其產品本身發展總是先於產品標準和檢測方法。雖然產品標準和檢測方法不可能先於產品研發,不过,產品標準和檢測方法應盡可能地緊跟產品設計開發進度,因為產品標準和檢測方法制订過程本事就是對產品研發過程回顧研討和小結,只要條件基础成熟,產品標準和檢測方法制订越及時,就越能減少產品研發過程中盲目性。LED照明產業發展到現在,我們對LED照明產品標準和檢測方法回顧時刻已基础到來。1、傳統LED模塊檢測方法第一種是采取脉衝測量方法,它是把照明LED模塊固定在測量裝置上（比如積分球測量位置等）,采取脉衝恒流電源與瞬時測量光譜儀同时聯動,即對LED發出數十秒至數百秒恒流脉衝電流同時,同时打開瞬時測量光譜快門,對LED（光、色、電參數）進行快速檢測。特點:LED結溫幾乎等同于室溫,所以光效高,光、電參數與實際有明顯差異,不含有可比性。第二種檢測方法是把LED模塊安裝在檢測裝置上后,可能帶上一固定散熱器,給LED施加其聲稱工作電流（可能含有基座控溫功效）,受傳統照明光源檢測方法影響,也是等到LED達到熱平衡時開始測量它光電參數。特點:這種方法看似比較嚴謹,但實際上,它熱平衡條件和工作條件與此類LED裝入最終照明器具中狀態仍沒有好關聯性,所以所測光電參數與今後實際應用狀態參數仍不含有可比性。已頒布標準中測量方法已頒布GBT24824-/CIE127-NEQ《一般照明用LED模塊基础性能測量方法》標準中規定:“試驗或測量時LED模塊應工作在熱平衡狀態下,在監視環境溫度同時,最好能監視LED模塊本身工作溫度,以保證試驗可復現性。如可能檢測LED模塊結電壓,則應首選監測結電壓。否則,應監測LED模塊指定溫度測量點溫度。如LED模塊工作時需要與外加散熱器（包含主動製冷）,則應嚴格限定散熱器特征與尺寸,同時應在規定位置監測散熱器溫度,在測試報告中應具體描述外加散熱器。”由此可見,在監測結電壓條件下來測量LED模塊光電參數是保證檢測重現性首選 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,不过,標準中沒有指明在模擬實際使用結溫條件下檢測LED模塊光、色、電參數。2、LED模塊測量方法改進LED光、電參數與它工作時結溫亲密相關,同一個LED產品,結溫不一样會造成這些參數明顯不一样,所以測量LED光、電參數首先應該考慮在設定工作結溫條件下來進行。另外,因為封裝工藝、材料等差異,最高工作結溫是明顯不一样,爲了保證LED照明產品含有高效、長壽特點,實際工作結溫應該明顯低於最高工作結溫。比如,现在我們大量采取封裝技術,在LED發光之前,都含有高分子硅膠加熒光粉覆蓋層。實踐證明,要使此類LED照明燈具到70%光通維持率時間要≧6萬小時,其工作結溫必須在70°C~75°C以下。從提升光效和使用壽命角度看,工作結溫在60°C以下愈加好,但從照明器具造型、體積、性價比來講,則應該達到預期光效和使用壽命基礎上把最高工作結溫控制在70°C~75°C最為合適。爲了使LED及其模塊光、色、電參數檢測也盡可能靠近於實際應用結溫狀態,就必須解決怎样測量LED結溫并能在這一結溫下進行光、色、電參數檢測問題。现在LED結溫測量方法通過測量管腳溫度和芯片耗散功率和熱阻係數得到結溫。不过因為耗散功率和熱阻係數不準確,所以測量精度比較低。外部熱成像法, 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 LED處於為封裝狀態,另外對封裝材料折射率有特殊要求,否則無法精確測量,測量精度比較低。利用發光光譜峰位移測定結溫,是一種非接觸測量方法。直接從發光光譜確定禁帶寬度移動技術來測量結溫,這一方法對光譜測試儀器分辨精度要求較高,發光峰位精度測量難度較大,而光譜峰值位移1nm誤差變化就對應著測量結溫約30°變化,所以測量精度和重複性都比較低。向列型液晶熱成像技術,對儀器分辨率要求高,只能測量未封裝單個裸芯片,不能測量封裝后LED.利用二極管PN結電壓與結溫Vf-Tj關係曲綫來測量LED結溫。LED最具可行性結溫測量方法從上述介紹各種LED結溫測量方法能够看出,采取監視二極管PN結電壓來推算結溫方法最具可行性且測量精度也最高,所以在很多集成IC電路中,爲了檢測IC芯片工作結溫,往往會刻出或植入一個或幾個二極管,通過測量其正向電壓降變化來達到測量芯片結溫目。现在國際上較先進Vf-Tj測量方法把被測LED放入在硅油缸內,加熱硅油缸達到130°C自然冷卻,每下降2°C~10°C時瞬時給LED輸入規定電流脉衝,并測量這一溫度和正向電壓降把這一測量點溫度和正向電壓降導入到電腦軟件數據庫中,由軟件產生Vf-Tj曲綫這一方法屬於在溫度下降時測量方法。缺點是:當硅油缸溫度較高時,與環境溫度溫差大而使冷卻速度較快,爲了保證測量準確性采取了適當方法使硅油缸在溫度較高時溫度下降不致於太快,但當硅油缸溫度較低時,與室溫溫差太小而使冷卻速度太慢,這大大延長了這一檢測過程測量時間。加熱在外部,控溫和測量存在明顯滯後,影響準確性。（3）新Vf-Tj檢測方法采取電腦設定PID（積分、微分加上加熱與不加熱時間百分比控制）方法來加熱和控制硅油缸溫度,從而保證了油缸內硅油溫差保持在0.2°C範圍內。能够以0.5°C間隔測量一次,可逐步調整到每上升10°C測量一次。從25°C到130°C檢測時間約為2.5小時左右,能明顯低於现在國際上已经有檢測裝置測量時間。采取雙硅油缸結構,當完成一組樣品測量后,更換一個硅油缸可立刻開始第二組LED測量。本測量裝置在每一個測量溫度點測得溫度和LED正向電壓降后,導入到數據庫并由編制軟件生成Vf-Tj曲綫。圖1精密內控內熱式油杯示意圖圖2階梯式加溫溫控曲綫（4）照明LED結溫測量及利用Vf-Tj關係曲綫指導光、色、電參數測量得到被測量LEDVf-Tj曲綫后,最关键是用於定結溫條件下光、色、電參數測量。把被測LED固定在帶控溫/恒溫基座積分球內,給LED通以工作電流,給LED燃點15~20分鐘后,快速切換到測量電流（即前面標定Vf-Tj曲綫測量電流）用數毫秒時間快速測定被測LED正向電壓Vf,通過與Vf-Tj曲綫中結溫值對應Vf比較,如與目標值有差異,控制程序將自動調整恒溫基座溫度來使LED正向電壓Vf達到目標結溫值對應結電壓。在快速測定Vf后,裝置將自動回覆使LED通以工作電流狀態。設定結溫值測量方法明顯優點當被測LED在通以工作電流情況下,其結溫達到目標值（即達到目標結溫值對應Vf值）且熱平衡后,可啟動光譜儀測量光、色參數同時讀取其電參數。上述測量方法最明顯優點是,在LED實際應用中,只要照明器具中LED工作在目標結溫值周围,用這一方法參數有很好模擬性,也使得它這些所測量參數變得有意義,並且其光、色、電參數也含有很好可重現性。二、LED進入照明器具后結溫控制和測量LED進入照明器具后結溫控制和測量必需性根据美國DOELM80要求往往要花300天以上時間（6000h）,這在很多工程招標和驗收時時無法實施。結溫是判斷LED照明器具性能優劣关键要素結溫作為衡量一個LED照明器具性能優劣关键參數,是LED照明器具在工程應用中可靠性測量关键要素。假如能準確測量出燈具內LEDPN結結溫和PN結到散熱器某一指定點熱阻這兩個定量指標,就不僅能衡量采取LED燈具散熱特征優劣,還能定性地知道各種采取LED同類燈具大致使用壽命。另外還能得悉LED燈具光效和其它光參數測量值是在什麽結溫條件下測得,并能得出燈具中功率型LED熱沉上某一點（參考溫度點）與結溫之間函數關係,從而指導企業正確標出熱沉參考點溫度限值。照明器具內LED結溫測量方法介紹现在國內外對LEDPN結結溫,只能進行單個LED或者單個LED模塊結溫和熱阻測量,還沒有完整對照明器具內LED實際工作結溫和熱阻測量方法,這裡介紹一種完整對照明器具內LED實際工作結溫和熱阻測量方法。（1）Vf-Tj曲綫標定將照明器具內LED矩陣中間某一串聯LED組中處於或者靠近中間部分一顆LED作為被測LED,按圖3電路連接,在這一顆LED熱沉(LED本身所帶小散熱器)上粘一個熱電偶,使燈具在25°C±2°C環境下放置6至12小時。測量電路連接圖圖3LED燈具中LED矩陣某一串LED組測量電路連接圖確定修正曲綫給圖三中被測LED通上一支測量電流If,If視被測LED功率大小可在2Ma~50mA範圍內選定。通電測量時間為0.01S~2S,在此期間連續測量被測LED正向電壓降Vf可得出如圖所表示修正曲綫。從該曲綫上可得出該照明燈具內被測LED在通過某一恒定測量電流時,在單位測量時間△t內Vf下降數值△Vf。該數值留作下述檢測過程作為測量電流引发Vf變化修正量。當測量時間小於3ms且測量電流比較小時,能够不引入修正量。Vf-Tj曲綫標定把三個2刀2擲轉換繼電器調到測量位置,把LED燈具放入一個可編程控制專用加熱箱內,設定階梯式加溫方法對箱體內LED燈具進行加熱。根據LED熱沉上黏上熱電偶反应溫度值,且最終是以圖3電路測量被測LED正向電壓降穩定時,說明燈具內LED已達到某一設定溫度熱平衡。當每一個恒溫時間段即將結束,開始測量被測LED正向電壓降Vf。根據實際測量時間△t,從圖4中得出修正是△Vf。把測得Vf值再加上△Vf,得出D1在該溫度下不受測量電流影響Vf1,即Vf1,即Vf1’=Vf1+△Vf,把這Vf1’和用熱電偶測溫度T1導入到設定電腦數據庫中。重複這一步驟,得出一組經修正數值。把這一組經修正數值自動導入到數據庫,就能生成照明器具內LEDVf-Tj曲綫。照明器具中LED結溫測量把照明器具從專用加熱箱內取出,能够和照明器具熱試驗同時進行。把器具放在GB7000.1標準規定防風罩內,照明器具處於正常工作位置。按GB7000.1標準中熱試驗要求進行熱試驗,通過照明燈具內LED控制裝置把照明器具LED矩陣點亮,此時LED照明器具處於正常工作狀態。觀察LED熱沉上粘上熱電偶反应溫度值,當溫度值達到熱平衡時,轉換到測量位置,連續5次,每次間隔數十秒測量出5個被測LEDVf值,通過電腦和專用函數計算軟件,計算出被測LED在斷開工作電流瞬間正向電壓降,并根據上述正向電壓降與結溫關係曲綫查出LED照明器具內被測LED在燈具工作至熱平衡時結溫,同時,也能够得到燈具連續工作至熱平衡時熱沉上參考點溫度值。三、回顧和總結對LED結溫測量和控制,是LED進入照明領域不可缺乏关键步驟,它使LED器件與LED照明器具前後工序有機地結合起來。通過對LEDVf-Tj曲綫標定,并利用這一曲綫能指導并控制LED在預定結溫下測量光、色、電參數,使LED這些參數測量值更靠近與實際應用狀態參數,另外LED預定結溫確定也給LED照明器具設計者指明了散熱控制限值。同樣通過對照明器具內LEDVf-Tj曲綫標定,能測量出照明器具在定額ta條件下LED結溫,這不僅能評價LED器具散熱設計合理性,而且還揭示出LED熱沉上參考點溫度與結溫函數關係,并進一步得悉LEDPN結到器具上某點熱阻,從而指導LED照明器具生產企業能正確地標明參考點溫度限值,并能通過測量參考點溫度而得悉LED工作結溫。這一檢測方法意義LED照明燈具在正常工作時,其散熱特征好壞直接關係到燈效,光衰和使用壽命,對應指標是LED工作時PN結結溫及散熱熱阻,假如這兩個指標做好了,就說明該燈具再效率和使用壽命方面是有保證,就如對人體檢查,假如驗血指標、彩色CT檢查及血液造影結果都是好話,這個人身體一定是健康一樣道理。本檢驗方法意義就在於,建立了LED照明燈具‘驗血和彩色CT檢查儀’及其方法。