Pomiar temperatury spoin żarówek LED

Abstrakcyjny
Ulepszenie i rozpowszechnienie lamp żarowych LED wymaga niezawodnych i dokładnych metod i instrumentów do pomiaru temperatury złącza. W oparciu o metody napięciowe przedstawiono proces pomiarowy i wyposażenie żarówek LED. Omówiono zależność temperatury złącza od różnych czynników.

Ogólne
Chociaż technologia żarówek LED w ostatnich latach dojrzała do zastosowań, nadal napotyka pewne trudności w zarządzaniu temperaturą, które prowadzą do szybkiej degradacji światła i małej mocy lampy, a także ograniczają eksplorację zastosowań i wydatki rynkowe.

Temperatura złącza Tj diod LED jest kluczem do określenia parametrów oprawy, zwłaszcza utrzymania oświetlenia i żywotności. Niezawodne i dokładne metody i instrumenty pomiaru Tj są wymagane w przypadku żarówek LED, nie tylko w celu obiektywnej oceny racjonalności projektu termicznego, ale także w celu ulepszenia projektu systemu i technicznych rozwiązań technicznych w celu zwiększenia produktywności i wydłużenia żywotności znamionowej .

Żarniki LED są uszczelnione w szklanej bańce wypełnionej gazami, pozostawiając tylko dwa przewody biegunowości na zewnątrz, aby połączyć się ze sterownikiem. Ponieważ trudno jest wstrzyknąć termopary do uszczelnionej bańki lub sprawić, by światło podczerwone przepuszczało szkło, metody temperatury trzpienia i termografii nie mogą być stosowane do lamp żarowych. Metoda napięciowa do przodu to właściwy wybór.

Metoda napięciowa napięciowa do pomiaru temperatury złącza
Metoda napięciowa stosowana do pomiaru Tj półprzewodników została opublikowana przez Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC). Wartość Tj jest wyprowadzana z przejściowego napięcia przewodzenia diod LED przy określonym prądzie testowym podczas pracy, w oparciu o charakterystykę temperaturową złącza PN.

Przy stałym prądzie napięcie złącza zachowuje przybliżoną liniową zależność od temperatury dla większości półprzewodników, co oznacza, że ​​napięcie spada monochromatycznie wraz ze wzrostem temperatury. Z tego powodu napięcie złącza VF jest najpierw testowane w wielu temperaturach nastawy przy małym prądzie kalibracyjnym IM, aby obliczyć współczynnik K, który reprezentuje zależność między napięciem a temperaturą w jednostce [mV /℃]. Podczas kalibracji badana dioda umieszczana jest w pojemniku termostatu, aby utrzymać stałą temperaturę. Następnie dioda LED jest zasilana prądem znamionowym IF, aby zapewnić stabilną pracę. Szybkie przełączanie odbywa się z prądu znamionowego IF do wartości kalibracji IM, a napięcie przejściowe VF jest mierzone w stanie równowagi termicznej. W konsekwencji Tj ​​diody LED można wyznaczyć z krzywej napięcia i temperatury za pomocą programu na PC.

Biorąc pod uwagę, że oprawa LED to integracja systemu obejmująca półprzewodniki, komponenty mechaniczne, elementy optyczne oraz sterowniki, charakterystyka termiczna każdej części może mieć wpływ na ogólne parametry produktu. Zwłaszcza w przypadku opraw zintegrowanych zwarta konstrukcja skutkuje interakcjami termicznymi między diodą LED a sterownikiem w zależności od konstrukcji termicznej i formy montażu. Dlatego Tj oprawy LED powinien być oceniany przez cały system, a nie przez proste chipy LED.

Włókno składa się z wielu chipów LED połączonych szeregowo, połączonych ze sobą szeregowo lub równolegle. Wszystkie włókna są zamknięte w bańce lampy, więc muszą być mierzone jako całość. W przypadku standardowego produktu należy rozdzielić żarówkę LED i sterownik, pozostawiając dwie pary przewodów polaryzacji do podłączenia LISUN TRS-1000 System spektroradiometryczny oporności cieplnej dla diod LED. W pełni spełnia LM-80 standard. Podłączana jest również termopara, która przylega do dowolnego miejsca na powierzchni żarówki.

Żarówkę LED z żarnikiem wkłada się do pojemnika termostatu, a następnie można skalibrować krzywą napięcia i temperatury, gdy temperatura rośnie krok po kroku, jak pokazano na rysunku 1. Dla każdego kroku temperatury Tn odpowiednie napięcie VFn jest kalibrowane, aż temperatura w pojemniku podnosi się do ustawionej wartości, a jednocześnie żarnik LED osiąga równowagę termiczną. Sugeruje się, aby okres stabilny był określany automatycznie przez LISUN TRS-1000. Prąd kalibracyjny IM jest ustalany zgodnie z parametrami próbnika i utrzymuje się na stałym poziomie dla różnych Tn. Można zatem dopasować krzywą VT, jak pokazano na rysunku 2. Po kalibracji żarówkę testową wyjęto z pojemnika i przywrócono do pierwotnej struktury za pomocą dwóch par przewodów połączonych jak wspomniano powyżej. VF rejestruje się w regularnych odstępach czasu od zapłonu do stanu równowagi, co wykorzystuje się do wyznaczenia sekwencyjnej krzywej Tj. Oprawę LED należy trzymać za przednią szybą lub w pomieszczeniu pozbawionym konwekcji powietrza.

Przykładową krzywą Tj przedstawiono na Rysunku 3. Pomiar został przeprowadzony w temperaturze otoczenia 29 ℃, bez wiatru w pomieszczeniu. Po włączeniu żarówki LED Tj wzrosła i osiągnęła stabilną temperaturę 121.3 ℃ w pierwszym etapie. Następnie w drugim etapie wydech został ręcznie uszkodzony, aby umożliwić wymianę powietrza między żarówką a atmosferą. Tj stopniowo wzrastał, aż do nowej równowagi przy 159.5 ℃. Temperatura odniesienia badana za pomocą termopary na powierzchni bańki była utrzymywana na poziomie 40.8 ℃ w normalnych warunkach pracy i podwyższona do 46.3 ℃ w przypadku wycieku. Duży wzrost Tj po wycieku powietrza reprezentuje znaczący wpływ napełnionych gazów na rozpraszanie ciepła. A zmiana temperatury powierzchni żarówki nie ma związku z Tj żarówek LED.
Wyjście sterownika ma również bezpośredni wpływ na Tj, jak pokazano na rysunku 4. W temperaturze otoczenia 28.3 ℃, napięcie wejściowe żarówki LED było regulowane w zakresie 220 ± 10 ％, aby zasymulować wahania napięcia sieciowego. Tj wynoszą 106.6 ℃, 121.7 ℃ i 137.9 ℃ oddzielnie przy napięciu 198 V, 220 V i 242 V.

Numer Referencyjny:
[1] Norma JEDEC EIA / JESD51-1. Metoda pomiaru termicznego układów scalonych - metoda testu elektrycznego (urządzenie z pojedynczym półprzewodnikiem) [S], 1995.
[2] Xi Y, Schubert E F. Pomiar temperatury złącza - temperatura w diodach emitujących światło ultrafioletowe GaN metodą diodowego napięcia przewodzenia [J]. Applied Physics Letters, 2004, 85 (12): 2163-2165.
[3] CALT 001-2014, Metoda pomiaru temperatury złącza LED w oprawie [S].
[4] Chen XY, Zhang XG, Yang YL i in. Pomiar temperatury złącza metodą napięcia przewodzenia dla opraw LED [C] // The Proceeding of 2015 China LED Lighting Forum. Szanghaj 2015. 238−241

Tagi:T5