LED照明產(chǎn)品檢測方法中的缺陷和改善對策

1、led照明產(chǎn)品檢測方法中的缺陷和改善措施作者：俞安琪或家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗屮心（上海）國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心摘要：傳統(tǒng)的led及其模塊光、色、電參數(shù)檢測方法有電脈衝驅(qū)動，ccd 快速光譜測量法，也有在一定的條件下，熱平衡后的測量法，但這些方法的測量 條件和結(jié)果與led進入照明器具內(nèi)的實際工作情況相差甚遠。文章介紹了通過 vftj曲綫的標出并控制led在控定的結(jié)溫下測量其光、色、電參數(shù)的方法。不 僅對采用led的照明器具如何保證led工作結(jié)溫提供了忖標限位 同時也使led 及其模塊的光、色、電參數(shù)的測量參數(shù)更接近于實際的應用條件。文章還介紹了 采用led的照明器具如何測量led的結(jié)溫并確迄le

2、d參考點的限值溫度與結(jié)溫 的因數(shù)關係。這對快速評估采用led的照明器具的工作狀態(tài)和使用壽命提供了 一個有效的途徑。一、序言對於一個新興的產(chǎn)品，其產(chǎn)品門身的發(fā)展總是先於產(chǎn)品的標準和檢測方法。 雖然產(chǎn)品的標準和檢測方法不可能先於產(chǎn)品的研發(fā)，但是，產(chǎn)品的標準和檢測方 法應盡可能地緊跟產(chǎn)品的設計開發(fā)的進度 因為產(chǎn)品的標準和檢測方法的制立過 程本事就是對產(chǎn)品研發(fā)過程的回顧研討和小結(jié)，只要條件基本成熟，產(chǎn)品標準和 檢測方法的制定越及峙，就越能減少產(chǎn)品研發(fā)過程屮的盲冃性。led照明產(chǎn)業(yè)發(fā) 展到現(xiàn)在，我們對led照明產(chǎn)品標準和檢測方法的回顧的時刻已基木到來。1、傳統(tǒng)led模塊的檢測方法第一種是采用脈衝測量的方

3、法，它是把照明led模塊固定在測量裝置上（例 如積分球的測量位置等），采用脈衝恒流電源與瞬時測量光譜儀的同步聯(lián)動，即 對led發(fā)岀數(shù)十秒至數(shù)白秒恒流的脈衝電流的同時，同步打開瞬峙測量光譜的 快門，對led （光、色、電參數(shù)）進行快速檢測。特點：led的結(jié)溫幾乎等同于室溫，所以光效髙，光、電參數(shù)與實際有明顯 差異，不具有可比性。第二種檢測方法是把led模塊安裝在檢測裝置上厲，可能帶上一固定的散 熱器，給led施加具聲稱的工作電流（可能具有基座控溫功能），受傳統(tǒng)的照明 光源檢測方法的影響，也是等到led達到熱平衡時開始測量它的光電參數(shù)。特點：這種方法看似比較嚴謹，但實際上，它的熱平衡條件和工作條件

4、與此 類led裝入最終的照明器具中的狀態(tài)仍沒有好的關聯(lián)性，所以所測光電參數(shù)與 今後實際應用狀態(tài)的參數(shù)仍不具有可比性。已頒布的標準屮測量方法己頒布的gbt24824-2009/cie 127-2007 neq普通照明用led模塊的基本性 能的測量方法標準屮規(guī)定：“試驗或測量時led模塊應工作在熱平衡狀態(tài)下， 在監(jiān)視環(huán)境溫度的同時，最好能監(jiān)視led模塊自身的工作溫度，以保證試驗的 可復現(xiàn)性。如可能檢測led模塊結(jié)電壓，則應首選監(jiān)測結(jié)電壓。否則，應監(jiān)測 led模塊指定溫度測量點的溫度。如led模塊工作時需耍與外加散熱器（包括 主動製冷），則應嚴格限定散熱器的特性與尺寸，同時應在規(guī)定的位置監(jiān)測散熱 器

5、的溫度，在測試報告中應具體描述外加散熱器。”由此可見，在監(jiān)測結(jié)電壓的 條件下來測量led模塊的光電參數(shù)是保證檢測重現(xiàn)性的首選方案，但是，標準 屮沒有指明在模擬實際使用結(jié)溫條件下檢測led模塊的光、色、電參數(shù)。2、led模塊測量方法的改進led的光、電參數(shù)與它工作時的結(jié)溫密切相關，同一個led產(chǎn)品，結(jié)溫的 不同會造成這些參數(shù)的明顯不同，所以測量led的光、電參數(shù)首先應該考慮在 設定的工作結(jié)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(jié)溫是明顯不同的，爲了保 證led照明產(chǎn)品具有高效、長壽的特點，實際的工作結(jié)溫應該明顯低於最高工 作結(jié)溫。例如，冃前我們大量采用的封裝技術，在led的發(fā)光

6、之前，都具有高 分子硅膠加熒光粉的覆蓋層。實踐證明，耍使此類led照明燈具到70%的光通 維持率的時間要±6萬小時，其工作結(jié)溫必須在70° c75° c以f。從提高光效 和使用壽命的角度看，t作結(jié)溫在60° c以下更好，但從照明器具的造型、體積、 性價比來講，則應該達到預期的光效和使用壽命的基礎上把最高工作結(jié)溫控制在 70° c75° c最為合適。爲了使led及其模塊的光、色、電參數(shù)的檢測也盡可 能接近於實際應用的結(jié)溫狀態(tài)，就必須解決如何測量led的結(jié)溫并能在這一結(jié) 溫下進行光、色、電參數(shù)的檢測問題。(1) 冃前l(fā)ed的結(jié)溫測量方法a

7、通過測量管腳溫度和芯片耗散功率利熱阻係數(shù)得到結(jié)溫。但是因為耗散 功率和熱阻係數(shù)的不準確，所以測量精度比較低。b、外部熱成像法，要求led處於為封裝的狀態(tài)，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。c、利用發(fā)光光譜峰位移測定結(jié)溫，是一種非接觸的測量方法。直接從發(fā)光 光譜確定禁帶寬度移動技術來測量結(jié)溫，這一方法對光譜測試儀器分辨 精度要求較高，發(fā)光峰位的精度測雖難度較大，而光譜峰值位移lnm的 誤差變化就對應著測量結(jié)溫約3()。的變化，所以測量精度和重複性都比 較低。d、向列型液晶熱成像技術，對儀器分辨率要求高，只能測量未封裝的單個 裸芯片，不能測量封裝后的led.e、利

8、用二極管pn結(jié)電壓與結(jié)溫的vf-tj關係曲綫來測量led的結(jié)溫。led最具可行性的結(jié)溫測量方法從上述介紹的各種led結(jié)溫的測雖方法可以看出，釆用監(jiān)視二極管pn 結(jié)電壓來推算結(jié)溫的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芯片的工作結(jié)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的變化來達到測量芯片結(jié)溫的目的。(2) 冃前國際上較先進的vftj測量方法a把被測的led放入在硅油缸內(nèi)，加熱硅油缸達到130° cb、自然冷卻，每下降2° c10° c時瞬時給led輸入規(guī)定的電流脈衝，并 測量這一溫度和正向電壓降c、把這一測量點的

9、溫度和正向電壓降導入到電腦軟件數(shù)據(jù)庫中，出軟件產(chǎn) 生vf-tj曲綫這一方法屬於在溫度下降時測量方法。缺點是：常硅油缸的溫度較高時，與 環(huán)境溫度的溫差大而使冷卻速度較快，爲了保證測量的準確性采用了適當?shù)拇胴?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，與室溫的 溫差太小而使冷卻的速度太慢，這大大延艮了這一檢測過程的測量時間。加熱在 外部，控溫和測量存在明顯的滯後，影響準確性。（3）新的vftj檢測方法采用電腦設定的pid （積分、微分加上加熱與不加熱時間比例控制）方法來 加熱和控制硅油缸的溫度從而保證了油缸內(nèi)的硅油溫差保持在（）.2。c範圍內(nèi)?？梢砸?.5。c的間隔測量一次，

10、可逐步調(diào)整到每上升10。c測量一次。從25° c到13（t c檢測時間約為2.5小時左右，能明顯低於目前閾際上已 有的檢測裝置的測量時間。采用雙硅油缸結(jié)構，當完成一組樣品的測量后，更換一個硅油缸可立即開始 第二組led的測量。木測量裝置在每個測量溫度點測得的溫度和led正向電壓降后，導入到 數(shù)據(jù)庫并由編制的軟件生成vftj曲綫。箱密鮎控內(nèi)始式油杯示愆陽被刪診件液位面圖1精密內(nèi)控內(nèi)熱式油杯示意圖圖2階梯式加溫的溫控卿綫(4) 照明led結(jié)溫測量及利用vftj關係曲綫指導光、色、電參數(shù)的測量得到被測量led的vf-tj的曲綫后，最重要的是用於定結(jié)溫條件下的光、 色、電參數(shù)測量。把被測le

11、d固定在帶控湍/恒溫基座的積分球內(nèi)，給led通以工作電流， 給led燃點152()分鐘后，快速切換到測量電流(即前面標定vf-tj曲綫的測量 電流)用數(shù)毫秒峙間快速測定被測led的正向電壓vf,通過與vf-tj曲綫中結(jié)溫 值對應的vf比較，如與f1標值有差異，控制程序?qū)⒆詣诱{(diào)整恒溫基座的溫度來 使led的正向電壓vf達到h標結(jié)溫值對應的結(jié)電權。在快速測定vf后，裝置 將自動冋覆使led通以工作電流的狀態(tài)。設延結(jié)溫值測量方法明顯的優(yōu)點當被測led在通以工作電流的情況下，其結(jié)溫達到冃標值(即達到冃標結(jié) 溫值對應的vf值)且熱平衡后，可啟動光譜儀測量光、色參數(shù)同時讀取其電參 數(shù)。上述測量方法最明顯的

12、優(yōu)點是 在led實際的應用屮，只要照明器具屮led 工作在忖標結(jié)溫值附近，用這一方法參數(shù)有很好的模擬性，也使得它的這些所測 量的參數(shù)變得有意義，並且具光、色、電參數(shù)也具有很好的可重現(xiàn)性。二、led進入照明器具后結(jié)溫控制和測量1、led進入照明器具后結(jié)溫控制和測量的必要性按照美國doe的lm80要求往往要花30()天以上的時間(6()()()h),這在很多 工程招標和驗收時時無法實施的。結(jié)湍是判斷l(xiāng)ed照明器具性能優(yōu)劣的核心要素結(jié)溫作為衡量一個led照明器具性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，是led照明器貝 在工程應用中可靠性測量的核心耍素。如果能準確測量出燈具內(nèi)led的pn結(jié)結(jié) 溫和pn結(jié)到散熱器某一指定點

13、的熱阻這兩個定量的指標，就不僅能衡量采用 led的燈具散熱特性的優(yōu)劣，還能定性地知道各種采用led的同類燈具的人致 使用壽命。另外還能得知led燈具的光效和其它光參數(shù)的測量值是在什麼結(jié)溫 條件下測得的，并能得出燈具屮功率型led熱沉上的某一點（參考溫度點）與 結(jié)溫z間的函數(shù)關係，從而指導企業(yè)正確標出熱沉參考點的溫度限值。2、照明器具內(nèi)led結(jié)溫測量方法介紹忖前國內(nèi)外對led的pn結(jié)的結(jié)溫，只能進行單個led或者單個led模塊的結(jié) 溫和熱阻的測量，還沒有完整的對照明器具內(nèi)led實際工作結(jié)溫和熱阻的測量 方法，這裡介紹一種完整的對照明器具內(nèi)的led實際工作結(jié)溫和熱阻的測量方 法。（1）vftj曲綫

14、標定將照明器具內(nèi)led矩陣中間的某一串聯(lián)led組中處於或者接近中間部分的 一顆led作為被測led,按圖3電路連接，在這一顆led的熱沉（led自身所偕的小散熱器）上粘一個熱電偶 使燈具在25。c±2° c的環(huán)境下放置6至12 wo測量電路連接圖圖3 led的燈具中l(wèi)ed矩陣某一串led組的測量電路連接圖確定修正曲綫給圖三中的被測led通上一支測量電流if, if視被測led的功率人小可在2ma50ma範圍內(nèi)選能。通電測量時間為0.01s2s,在此期間連紬測量被測led 的正向電壓降vf可得出如圖所示的修正曲綫。vf從該曲綫上可得出該照明燈具內(nèi)被測led在通過某一恒定的測量

15、電流時，在 單位的測量時間內(nèi)vf下降的數(shù)值該數(shù)值留作卜述檢測過程作為測量電 流引起的vf變化的修正量。當測量時間小於3ms且測量電流比較小時，可以不引入修正量。vf-tj曲綫標泄把三個2刀2擲轉(zhuǎn)換繼電器調(diào)到測量位置，把led燈具放入一個可編程控制 的專用加熱箱內(nèi)，設定階梯式加溫方式對箱體內(nèi)led燈具進行加熱。根據(jù)led 熱沉上黏上的熱電偶反映的溫度值，且最終是以圖3電路測屋被測led的正向 電壓降穏定時，說明燈具內(nèi)led已達到某一設定溫度的熱平衡。當每一個恒溫 時間段即將結(jié)束，開始測量被測led的正向電權降vf。根據(jù)實際測量的時間從圖4屮得出修正是vf。把測得的vf值再加上 avf,得出d1在

16、該溫度下不受測量電流影響的vfl,即vfl,即vfl，= vfl+avf, 把這vfl，和用熱電偶測的溫度t1導入到設定的電腦數(shù)據(jù)丿車中。重複這一步驟，得出一組經(jīng)修正的數(shù)值。把這一組經(jīng)修正的數(shù)值口動導入 到數(shù)據(jù)庫，就能生成照明器具內(nèi)led的vftj曲綫。照明器具中l(wèi)ed結(jié)溫的測量把照明器具從專用的加熱箱內(nèi)取出，可以和照明器具的熱試驗同時進行。 把器具放在gb7000.1標準規(guī)定的防風罩內(nèi)，照明器具處於正常工作位置。按 gb7000.1標準屮熱試驗的要求進行熱試驗，通過照明燈具內(nèi)的led控制裝置把 照明器具的led矩陣點亮，此時led照明器具處於正常工作狀態(tài)。觀察led熱沉上粘上的熱電偶反映的溫

17、度值，當溫度值達到熱平衡時，轉(zhuǎn) 換到測量位置，連續(xù)5次，每次間隔數(shù)十秒測量出5個被測led的vf值，通過 電腦和專用函數(shù)計算軟件，計算岀被測led在斷開工作電流瞬間的正向電丿然降， 并根據(jù)上述正向電壓降與結(jié)溫的關係曲綫杳出led照明器具內(nèi)被測led在燈具 工作至熱平衡時的結(jié)溫，同時，也可以得到燈具連績工作至熱平衡時熱沉上參考 點的溫度值。三、回顧和總結(jié)對led結(jié)溫的測量和控制，是led進入照明領域不可缺少的重耍步驟，它 使led器件與led照明器具前後工序有機地結(jié)合起來。通過對led的vftj 曲綫標定，并利用這一曲綫能指導并控制led在預定的結(jié)溫卜測量光、色、電 參數(shù)，使led這些參數(shù)的測量值更接近與實際應用狀態(tài)的參數(shù)，另外led的預 定結(jié)溫的確定也給led照明器具設計者指明了散熱控制的限值。同樣通過對照 明器具內(nèi)led的vftj曲綫標定，能測量出照明器具在定額的ta條件卜的led 結(jié)溫，這不僅能評價led器具散熱設計的合理性，而但還揭示出led熱沉上參 考點溫度與結(jié)溫的函數(shù)關係，并進一步得知led的pn