一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法。本發(fā)明可為科學(xué)合理地進(jìn)行LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、并有效解決LED散熱問(wèn)題提供理論數(shù)據(jù)支持，本發(fā)明以正向電壓法為技術(shù)依據(jù)，采用基于LabVIEW的虛擬系統(tǒng)來(lái)對(duì)LED進(jìn)行結(jié)溫測(cè)量。通過(guò)基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡使得測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定、精確、可靠。
【專利說(shuō)明】—種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種半導(dǎo)體材料檢測(cè)系統(tǒng)，特別涉及一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法
【背景技術(shù)】
[0002]LED的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)半導(dǎo)體的p-n結(jié)，當(dāng)電流流過(guò)LED器件時(shí)，p-n結(jié)的溫度將上升。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，所以可把LED芯片的溫度視為結(jié)溫。LED結(jié)溫的原因是因?yàn)樗尤氲碾娔懿](méi)有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是一部分轉(zhuǎn)化成為熱能。
[0003]傳統(tǒng)的正向電壓法的測(cè)量原理及方法如下【以下為L(zhǎng)ED的結(jié)溫是影響發(fā)光二極管各項(xiàng)性能指標(biāo)的一個(gè)重要因素，測(cè)量LED結(jié)溫的方法可用通過(guò)測(cè)量在不同環(huán)境溫度下LED的正向電壓的大小來(lái)得到。實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，被測(cè)LED置于積分球內(nèi)，積分球放在恒溫箱的中間，積分球內(nèi)的光經(jīng)石英光纖導(dǎo)入SSP3112快速光譜分析儀，可以快速測(cè)取LED的峰值波長(zhǎng)或W/B比率。將熱電偶與LED管腳緊密接觸，用測(cè)溫儀讀取不同加熱電流和不同環(huán)境溫度下的管腳溫度。恒溫箱的溫度范圍為0°C_150°C，精度1°C。PC機(jī)通過(guò)高速開(kāi)關(guān)控制對(duì)LED的加熱電流(IF)和參考電流(IFR)，并測(cè)量IF和IFR下的VF和VFR。
[0004]熱是從溫度高處向溫度低處散熱。LED主要的散熱路徑是:管芯一散熱墊一印制板敷銅層一印制板一環(huán)境空氣。若LED的結(jié)溫為TJ，環(huán)境空氣的溫度為TA，散熱墊底部的溫度為 Tc(TJ>Tc>TA。
[0005]在熱的傳導(dǎo)過(guò)程`中，各種材料的導(dǎo)熱性能不同，即有不同的熱阻。若管芯傳導(dǎo)到散熱墊底面的熱阻為RJC(LED的熱阻)、散熱墊傳導(dǎo)到PCB面層敷銅層的熱阻為RCB、PCB傳導(dǎo)到環(huán)境空氣的熱阻為RBA，則從管芯的結(jié)溫TJ傳導(dǎo)到空氣TA的總熱阻RJA與各熱阻關(guān)系為:RJA=RJC+RCB+RBA各熱阻的單位是。C /W。
[0006]可以這樣理解:熱阻越小，其導(dǎo)熱性能越好，即散熱性能越好。
[0007]如果LED的散熱墊與PCB的敷銅層采用回流焊焊在一起，則RCB=O,則上式可寫成:RJA=RJC+RBA
散熱的計(jì)算公式
若結(jié)溫為U、環(huán)境溫度為TA、LED的功耗為PD，則RJA與TJ、TA及H)的關(guān)系為:RJA=(TJ-TA)/PD (I)
式中ro的單位是W。H)與LED的正向壓降VF及LED的正向電流IF的關(guān)系為TD=VF X IF
(2)
如果已測(cè)出LED散熱墊的溫度TC，則(I)式可寫成:
RJA= (TJ-TC)/PD+(TC-TA)/PD
則 RJC=(TJ-TC)/PD (3)
RBA=(TC-TA)/PD (4)
在散熱計(jì)算中，當(dāng)選擇了大功率LED后，從數(shù)據(jù)資料中可找到其RJC值；當(dāng)確定LED的正向電流IF后，根據(jù)LED的VF可計(jì)算出PD;若已測(cè)出TC的溫度，則按⑶式可求出TJ來(lái)。
[0008]在測(cè)TC前，先要做一個(gè)實(shí)驗(yàn)板(選擇某種PCB、確定一定的面積)、焊上LED、輸入IF電流，等穩(wěn)定后，用K型熱電偶點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)LED的散熱墊溫度TC。
[0009]在⑷式中，TC及TA可以測(cè)出，H)可以求出，則RBA值可以計(jì)算出來(lái)。若計(jì)算出TJ來(lái)，代入⑴式可求出RJA。
[0010]研究LED結(jié)溫的實(shí)時(shí)、精確、快速測(cè)量方法、技術(shù)，在理論和實(shí)際生產(chǎn)上有非常大的意義。通過(guò)大量的理論數(shù)據(jù)及眾多的LED發(fā)光工程、生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗(yàn):降低LED結(jié)溫、熱阻，在可大大提聞LED廣品的發(fā)光效率的同時(shí)也將大幅提聞廣品的可罪性和使用壽命。因此確定一個(gè)科學(xué)有效的測(cè)量方法、設(shè)計(jì)一套精確快速的測(cè)量系統(tǒng)，有利于更加科學(xué)、合理地進(jìn)行LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化LED照明工程散熱設(shè)計(jì)。
[0011]傳統(tǒng)的正向電壓法，是利用LED電荷輸運(yùn)的溫度效應(yīng)，是通過(guò)直接測(cè)量在不同環(huán)境溫度下LED的正向瞬時(shí)電壓的大小來(lái)計(jì)算得到。但LED主要的散熱路徑是:管芯一散熱墊一印制板敷銅層一印制板一環(huán)境空氣，內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)方法不能測(cè)得芯片的溫度的分布性，只能得到平均溫度效應(yīng)。且傳統(tǒng)方法測(cè)得的瞬間電壓，利用普通的電壓表無(wú)法滿足要求，誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是提供一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法。
[0013]本發(fā)明一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):本發(fā)明一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法，包括待檢測(cè)LED、恒溫裝置、恒流源、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于:所述的方法是通過(guò)正向電壓法為技術(shù)依據(jù)、通過(guò)基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡的虛擬系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，所述正向電壓法是利用LED電荷輸運(yùn)性質(zhì)的溫度效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量工作電流下的正向電壓來(lái)確定結(jié)溫。具體方法是先測(cè)量得到電壓溫度系數(shù)K (V/K)，再測(cè)得實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度T1、待測(cè)LED加電瞬時(shí)電壓V1和待測(cè)LED穩(wěn)定后的正向電壓V2，通過(guò)p-n結(jié)正向特性原理，可計(jì)算出待測(cè)LED結(jié)溫T2。本發(fā)明一種基于LabVIEff的LED結(jié)溫測(cè)量方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下有益效果:本發(fā)明是基于正向電壓法，基于數(shù)據(jù)采集卡采用LabVIEW自主研發(fā)的虛擬平臺(tái)來(lái)有效解決LED結(jié)溫測(cè)量。本發(fā)明通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)和LabVIEW數(shù)據(jù)采集卡對(duì)LED兩端正向電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)記錄、實(shí)時(shí)顯示。并通過(guò)電壓溫度系數(shù)K (V/Κ)的精確測(cè)算，可以非常精確地測(cè)算出LED結(jié)溫。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]本發(fā)明一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法有如下附圖:
圖1:本發(fā)明一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法系統(tǒng)組成示意圖；
圖2:本發(fā)明一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法電壓溫度系數(shù)K測(cè)量示意圖；
圖3:本發(fā)明一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法軟件設(shè)計(jì)流程圖。
[0015]圖中:1、恒流源；2、開(kāi)關(guān)；3、待測(cè)LED ;4、恒溫箱；5、數(shù)據(jù)采集卡；6、計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)；7、采樣電阻；8、電流采樣；9、電壓采樣?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
[0017]如圖1 一圖3所示，一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法包括待檢測(cè)LED、恒溫裝置、恒流源、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)，所述的方法是通過(guò)正向電壓法為技術(shù)依據(jù)、通過(guò)基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡的虛擬系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，所述正向電壓法是利用LED電荷輸運(yùn)性質(zhì)的溫度效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量工作電流下的正向電壓來(lái)確定結(jié)溫。具體方法是先測(cè)量得到電壓溫度系數(shù)K (V/K)，再測(cè)得實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度T1、待測(cè)LED加電瞬時(shí)電壓V1和待測(cè)LED穩(wěn)定后的正向電壓V2，通過(guò)p-n結(jié)正向特性原理，可計(jì)算出待測(cè)LED結(jié)溫T2。 [0018]所述的電壓溫度系數(shù)K (V/Κ)測(cè)量方法是在恒定電流下，通過(guò)測(cè)量恒溫裝置內(nèi)不同溫度下Tx待測(cè)LED通電瞬間正向電壓初始值Vx，將Tx與Vx線性擬合后的斜率即為電壓溫度系數(shù)K (V/K)。
[0019]實(shí)施例。
[0020]本實(shí)施例采用美國(guó)NI公司生產(chǎn)的6009型號(hào)數(shù)據(jù)采集卡，本數(shù)據(jù)采集卡有8個(gè)12位模擬輸入端口，2個(gè)模擬輸出端口，當(dāng)輸入電壓的變化范圍為±20 F ,采樣頻率高達(dá)48kHz ο
[0021]1、電壓溫度系數(shù)K測(cè)量:把待測(cè)LED樣品及溫度計(jì)探頭放入恒溫箱內(nèi)，設(shè)定一個(gè)恒定電流，并記錄當(dāng)前環(huán)境溫度，閉合開(kāi)關(guān)將待測(cè)LED接入采集電路，啟動(dòng)LabVIEW系統(tǒng)，由LabVIEW系統(tǒng)自動(dòng)按照設(shè)定的采集周期測(cè)量并顯示和記錄，形成正向電壓變化曲線和數(shù)據(jù)文件，并保存，周期完成后，打開(kāi)開(kāi)關(guān)。通過(guò)改變恒溫箱溫度，重復(fù)以上步驟，由LabVIEff系統(tǒng)測(cè)量、記錄不同溫度下相應(yīng)的正向電壓變化曲線和數(shù)據(jù)。電壓溫度系數(shù)K的計(jì)算算法是將在該恒定電流下的各個(gè)環(huán)境溫度下的初始正向電壓值與相應(yīng)溫度值擬合后呈現(xiàn)的線性關(guān)系的斜率數(shù)值。
[0022]算法基本公式為:
K= (Vx-Vy)Z(Tx-Ty)
式中Kz-為7>溫度下的正向電壓，匕為7>溫度下的正向電壓。
[0023]2、結(jié)溫的測(cè)算:測(cè)得實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度T1、由LabVIEW系統(tǒng)在指定循環(huán)周期內(nèi)測(cè)量待測(cè)LED加電瞬時(shí)電壓V1和待測(cè)LED穩(wěn)定后的正向電壓V2，通過(guò)p-n結(jié)正向特性原理，可計(jì)算出待測(cè)LED結(jié)溫T2。結(jié)溫計(jì)算算法公式是:
T2=T1+ (V2 - V1)/K。
【權(quán)利要求】
1.一種基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法，包括待檢測(cè)LED、恒溫裝置、恒流源、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于:所述的方法是通過(guò)正向電壓法為技術(shù)依據(jù)、通過(guò)基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡的虛擬系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，所述正向電壓法是利用LED電荷輸運(yùn)性質(zhì)的溫度效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量工作電流下的正向電壓來(lái)確定結(jié)溫；具體方法是先測(cè)量得到電壓溫度系數(shù)K (V/K)，再測(cè)得實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度T1、待測(cè)LED加電瞬時(shí)電壓V1和待測(cè)LED穩(wěn)定后的正向電壓V2，通過(guò)p-n結(jié)正向特性原理，可計(jì)算出待測(cè)LED結(jié)溫T2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LabVIEW的LED結(jié)溫測(cè)量方法，其特征在于:所述的電壓溫度系數(shù)K(V/K)測(cè)量方法是在恒定電流下，通過(guò)測(cè)量恒溫裝置內(nèi)不同溫度下Tx待測(cè)LED通電瞬間正向電壓初始值Vx，將Tx與Vx線性擬合后的斜率即為電壓溫度系數(shù)K (V/K)0
【文檔編號(hào)】G01K7/01GK103868613SQ201210538233
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月13日
【發(fā)明者】楊志剛 申請(qǐng)人:青海天普太陽(yáng)能科技有限公司