專(zhuān)利名稱(chēng)：一種led燈具熱阻構(gòu)成測(cè)試裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該技術(shù)屬于半導(dǎo)體LED照明和顯示可靠性設(shè)計(jì)和考核技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明主要應(yīng)用于快速、非破壞性確定LED燈具熱阻構(gòu)成的方法和裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體LED照明燈具或顯示面板使用一定數(shù)量的功率LED器件作為光源，其工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，致使半導(dǎo)體PN結(jié)處的溫度升高，性能下降。一般采用散熱板或增加散熱裝置等，將熱量由LED芯片集中區(qū)域?qū)С鲋镣獠凯h(huán)境，保證結(jié)溫低于安全溫度，確保整個(gè)燈具的品質(zhì)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中只能測(cè)量單個(gè)LED芯片的熱阻，而無(wú)法測(cè)量組成燈具后的熱阻，常用的方法只是通過(guò)LED燈具表面的測(cè)溫探頭測(cè)量其表面處的溫度。這對(duì)實(shí)際LED燈具設(shè)計(jì)和應(yīng)用極不便利。本發(fā)明利用采集LED芯片瞬態(tài)溫升過(guò)程曲線技術(shù)，可以便捷、無(wú)損地獲取LED燈具熱阻構(gòu)成的信息，為優(yōu)化設(shè)計(jì)LED燈具散熱裝置，改善散熱性能，具有明顯的先進(jìn)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)在于在實(shí)際LED燈具中，選取、隔離部分LED作為測(cè)溫元件，設(shè)計(jì)了控制外部燈具電源的同步開(kāi)關(guān)方式和裝置，利用瞬態(tài)溫升過(guò)程曲線的采集線路和方法，在線測(cè)量實(shí)際LED燈具的熱阻構(gòu)成。LED燈具熱阻構(gòu)成測(cè)試儀裝置，其特征在于該裝置包括具有可測(cè)量LED芯片溫升和熱阻的測(cè)試儀100、受測(cè)試儀100控制的被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)200、LED燈具電源201、測(cè)溫LED單元組件301以及被測(cè)LED燈具 300 ；測(cè)試儀100包含計(jì)算機(jī)101、采集卡102、測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源103、計(jì)算機(jī)控制的測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)104、測(cè)溫LED單元組件工作電源105和測(cè)溫LED單元工作電壓電流采集單元106 ；其中測(cè)溫LED單元組件301以及被測(cè)LED燈具300的關(guān)系如下；燈具中LED連接方式先是一定數(shù)量LED串聯(lián)，然后多個(gè)串聯(lián)的LED再并聯(lián)接入電源；從多路并聯(lián)LED中，隔離出一路測(cè)溫LED單元組件301，其余的LED為被測(cè)LED燈具300 ;隔離出的一路測(cè)溫LED單元組件301上的熱阻，其周?chē)鷾囟确植记闆r與實(shí)際LED燈具工作上一致，就代表了整個(gè)燈具熱阻；將測(cè)溫LED單元組件301分別連接到測(cè)試儀100中的LED芯片工作電流源104、測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源103、采集卡102和工作電壓電流采集單元106，將被測(cè)LED燈具300連接到被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)200，燈具電源201連接200，將被測(cè)LED芯片供電電源105連接104，被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)200和LED芯片工作電流源104連接到計(jì)算機(jī)101 ;計(jì)算機(jī)101連接采集卡102/測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源103和工作電壓電流采集單元106。應(yīng)用上述裝置進(jìn)行LED燈具熱阻的測(cè)試方法，其特征在于:測(cè)量時(shí)，將LED燈具隔離出的測(cè)溫LED單元組件301分別接入到測(cè)試儀100中的測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)104、測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源103、采集卡102和工作電壓電流采集單元106，將被測(cè)LED燈具300接入被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)200，并聯(lián)入LED燈具電源201，將測(cè)溫LED單元組件工作電源105接入測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)104，LED燈具電源開(kāi)關(guān)200和測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)104接入計(jì)算機(jī)101，同步受計(jì)算機(jī)控制；啟動(dòng)測(cè)量程序后，計(jì)算機(jī)101發(fā)出指令將測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源103—直加載到測(cè)溫LED單元組件301，經(jīng)采集卡102，采集到此時(shí)未施加工作電流下的測(cè)溫LED單元組件301兩端電壓V0 ；然后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令將測(cè)溫LED單元組件工作電源105經(jīng)測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)104加載到測(cè)溫LED單元組件301，同時(shí)將LED燈具電源201經(jīng)被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)200加載到被測(cè)LED燈具300 ;計(jì)算機(jī)發(fā)指令工作電壓電流采集單元106采集到測(cè)溫LED單元組件301的工作電壓和電流，并計(jì)算出采集測(cè)溫LED單元組件301的工作功率P=VI ；待被測(cè)LED燈具300溫度不再變化達(dá)到穩(wěn)態(tài)，計(jì)算機(jī)101發(fā)出指令，同時(shí)關(guān)斷測(cè)溫LED單元組件工作電源105和燈具電源201，并觸發(fā)采集卡102采集被測(cè)LED單元組件301上的電壓隨時(shí)間變化V (t)；測(cè)溫LED單元組件301的溫度系數(shù)為a，LED單元組件301溫升隨時(shí)間變化Λ T (t) = [V(t)-VJ/α，測(cè)溫LED單元組件301工作時(shí)加載的功率P=VI,測(cè)試儀對(duì)AT(t)曲線進(jìn)行計(jì)算，得出LED單 元組件301的熱阻也就是被測(cè)LED燈具300的熱阻構(gòu)成。對(duì)圖2溫升與加熱時(shí)間的過(guò)程曲線采用結(jié)構(gòu)函數(shù)法處理，如美國(guó)設(shè)備熱阻測(cè)試儀Phase 11中的算法處理，得到熱阻與燈具結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)示意圖，見(jiàn)圖3。LED燈具一般主要包含封裝LED和散熱器，二者之間緊密連接。燈具的熱源為L(zhǎng)ED芯片，即PN結(jié)處產(chǎn)生熱量。大氣環(huán)境中主要散熱途徑是熱量經(jīng)過(guò)焊料、管殼傳遞到封裝LED外部，通過(guò)管殼與散熱器表面的接觸縫隙后傳遞給散熱器，最終傳遞到大氣外部環(huán)境。圖3中所示，LED燈具散熱途徑的物理結(jié)構(gòu)與微分結(jié)構(gòu)函數(shù)圖反映出的空間熱阻構(gòu)成可一一對(duì)應(yīng)。結(jié)構(gòu)函數(shù)圖中第一峰值橫坐標(biāo)為L(zhǎng)ED芯片到管殼熱阻值，第二峰值橫坐標(biāo)為芯片到散熱器表面熱阻值，兩峰值之差為管殼到散熱器表面之間的接觸熱阻值，第三峰值橫坐標(biāo)為芯片到大氣等外部環(huán)境的熱阻值，第二、三峰值之差為散熱器熱阻值。圖中y軸表示電容的微分作用，其峰值對(duì)應(yīng)的X軸上值代表不同材料的熱阻值，最右側(cè)的曲線表示LED燈具總的熱阻，最左邊的峰值對(duì)應(yīng)的X軸上的值表示芯片的熱阻，其余峰值之間的差值表示不同位置的熱阻；主要發(fā)明點(diǎn):1、設(shè)計(jì)了由實(shí)際LED燈具引出測(cè)溫LED單元組件作為測(cè)溫元件的電路；2、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)與測(cè)溫LED單元組件的LED燈具同步開(kāi)關(guān)電路，保證測(cè)量實(shí)際LED燈具的熱阻構(gòu)成；3、擴(kuò)展了 LED單個(gè)芯片熱阻測(cè)量功能。


圖1是LED燈具熱阻構(gòu)成測(cè)試裝置示意圖。其中一101 :計(jì)算機(jī)；102 :采集卡；103 :測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源；104 :測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)；105 :測(cè)溫LED單元組件工作電源；106 :測(cè)溫LED單元工作電壓電流采集單元；200 :被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)；201 =LED燈具電源；301 :測(cè)溫LED單元組件；300 :被測(cè)LED燈具。圖2是溫升與加熱時(shí)間的過(guò)程曲線圖。圖3是熱阻與燈具結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)示意圖。圖4是具體實(shí)施方式
中熱阻與燈具結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)示意圖。
具體實(shí)施例方式選用珠海晟源同泰電子有限公司生產(chǎn)的LED筒燈，使用本專(zhuān)利測(cè)試其LED芯片到散熱器的熱阻構(gòu)成。該燈具結(jié)構(gòu)為若干大功率LED芯片先串聯(lián)后并聯(lián)，LED芯片管殼直接黏結(jié)在散熱器表面，散熱方式為熱管導(dǎo)熱。測(cè)試前，先將被測(cè)燈具300懸空固定在一密閉空間內(nèi)，選定并分離其中一組測(cè)溫LED單元組件301作為被測(cè)溫器件單獨(dú)與測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)104接口相連，通過(guò)測(cè)量測(cè)溫LED單元組件301到散熱器的熱阻構(gòu)成，達(dá)到獲取散熱器熱阻大小的目的，其余LED相連并與被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)200連接。測(cè)試時(shí)，首先由控制計(jì)算機(jī)101發(fā)出指令，測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源103接口將小電流接通測(cè)溫LED單元組件301，采集卡102采集未加工作電流下測(cè)溫LED單元組件301的結(jié)電壓\。然后101發(fā)出指令，通過(guò)測(cè)溫LED單元組件工作電源105和測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)104，接入測(cè)溫LED單元組件301，并同步控制200接通LED燈具電源201，使燈具300處于照明工作狀態(tài)，測(cè)溫LED單元工作電壓電流采集單元106采集測(cè)溫LED單元組件301的電壓V和電流I，得到功率P=VI ；當(dāng)溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)，計(jì)算機(jī)101發(fā)出指令，同時(shí)關(guān)斷測(cè)溫LED單元組件301測(cè)溫LED單元組件工作電源105和被測(cè)LED燈具300的LED燈具電源201，啟動(dòng)采集卡102，采集測(cè)溫LED單元組件301上小測(cè)試電流下，結(jié)電壓Vj (t)隨時(shí)間的降溫過(guò)程曲線，直至'(t)不再變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。此時(shí)(V (O-VtlVa就是LED燈具溫度隨時(shí)間變化過(guò)程曲線；再除以功率P，即為熱阻Rth= (Va)-Vtl)/ a P，由此可以得到測(cè)溫LED單元組件301的冷卻響應(yīng)曲線，對(duì)其曲線實(shí)施熱阻測(cè)試儀中的結(jié)構(gòu)函數(shù)處理功能，即得到從熱源LED芯片至燈具外部環(huán)境的熱阻構(gòu)成曲線。測(cè)量結(jié)果如附圖3所示。從圖中可以看出R1=O. 8K/W為被測(cè)燈具測(cè)溫LED單元組件301上LED結(jié)到殼熱阻，R2=2. 3K/W為結(jié)到散熱器表面熱阻，R1與R2之差1. 5K/W為L(zhǎng)ED殼到散熱器表面之間的接觸熱阻，R3=4. 97K/W為結(jié)到大氣熱阻，R2與R3之差2. 67K/W為散熱器熱阻，該型號(hào)燈具為熱管散熱方式，因此散熱器熱阻值較小。此外若環(huán)境溫度為T(mén)tl，該燈具工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)LED結(jié)溫為R3*P+ T00當(dāng)LED燈具實(shí)用不同的散熱器，或散熱器與LED器件接觸不良，其各部分的熱阻就不同，通過(guò)測(cè)量不同設(shè)計(jì)和裝備下的熱阻構(gòu)成，可以?xún)?yōu)化LED燈具的散熱設(shè)計(jì)，降低燈具的最高結(jié)溫，保證LED燈具使用壽命和品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.LED燈具熱阻構(gòu)成測(cè)試儀裝置，其特征在于: 該裝置包括:具有可測(cè)量LED芯片溫升和熱阻的測(cè)試儀、受測(cè)試儀控制的被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)、LED燈具電源、測(cè)溫LED單元組件以及被測(cè)LED燈具； 測(cè)試儀包含計(jì)算機(jī)、采集卡、測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源、計(jì)算機(jī)控制的測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)、測(cè)溫LED單元組件工作電源和測(cè)溫LED單元工作電壓電流采集單元； 其中測(cè)溫LED單元組件以及被測(cè)LED燈具的關(guān)系如下；燈具中LED連接方式先是一定數(shù)量LED串聯(lián)，然后多個(gè)串聯(lián)的LED再并聯(lián)接入電源；從多路并聯(lián)LED中，隔離出一路測(cè)溫LED單元組件，其余的LED為被測(cè)LED燈具；隔離出的一路測(cè)溫LED單元組件上的熱阻，其周?chē)鷾囟确植记闆r與實(shí)際LED燈具工作上一致，就代表了整個(gè)燈具熱阻； 將測(cè)溫LED單元組件分別連接到測(cè)試儀中的LED芯片工作電流源、測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源、采集卡和工作電壓電流采集單元，將被測(cè)LED燈具連接到被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)，燈具電源連接，將被測(cè)LED芯片供電電源連接，被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)和LED芯片工作電流源連接到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)連接采集卡/測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源和工作電壓電流米集單兀。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行LED燈具熱阻的測(cè)試方法，其特征在于: 測(cè)量時(shí)，將LED燈具隔離出的測(cè)溫LED單元組件分別接入到測(cè)試儀中的測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)、測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源、采集卡和工作電壓電流采集單元，將被測(cè)LED燈具接入被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)，并聯(lián)入LED燈具電源，將測(cè)溫LED單元組件工作電源接入測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)，LED燈具電源開(kāi)關(guān)和測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)接入計(jì)算機(jī)，同步受計(jì)算機(jī)控制； 啟動(dòng)測(cè)量程序后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令將測(cè)溫LED單元測(cè)試電流源一直加載到測(cè)溫LED單元組件，經(jīng)采集卡，采集到此時(shí)未施加工作電流下的測(cè)溫LED單元組件兩端電壓V。； 然后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令將測(cè)溫LED單元組件工作電源經(jīng)測(cè)溫LED單元組件工作電源開(kāi)關(guān)加載到測(cè)溫LED單元組件，同時(shí)將LED燈具電源經(jīng)被測(cè)LED燈具工作電源開(kāi)關(guān)加載到被測(cè)LED燈具；計(jì)算機(jī)發(fā)指令工作電壓電流采集單元采集到測(cè)溫LED單元組件的工作電壓和電流，并計(jì)算出采集測(cè)溫LED單元組件的工作功率P=VI ； 待被測(cè)LED燈具溫度不再變化達(dá)到穩(wěn)態(tài)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，同時(shí)關(guān)斷測(cè)溫LED單元組件工作電源和燈具電源，并觸發(fā)采集卡采集被測(cè)LED單元組件上的電壓隨時(shí)間變化V(t)；測(cè)溫LED單元組件的溫度系數(shù)為α，LED單元組件溫升隨時(shí)間變化Λ T (t) = [V (t)-Vj /α，測(cè)溫LED單元組件工作時(shí)加載的功率P=VI，測(cè)試儀對(duì)AT(t)曲線進(jìn)行計(jì)算，得出LED單元組件的熱阻也就是被測(cè)LED燈具的熱阻構(gòu)成。
全文摘要
一種LED燈具熱阻構(gòu)成測(cè)試裝置和方法屬于半導(dǎo)體LED照明和顯示可靠性設(shè)計(jì)和考核技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)在于在實(shí)際LED燈具中，選取、隔離部分LED作為測(cè)溫元件，設(shè)計(jì)了控制外部燈具電源的同步開(kāi)關(guān)方式和裝置，利用瞬態(tài)溫升過(guò)程曲線的采集線路和方法，在線測(cè)量實(shí)際LED燈具的熱阻構(gòu)成。當(dāng)LED燈具實(shí)用不同的散熱器，或散熱器與LED器件接觸不良，其各部分的熱阻就不同，通過(guò)測(cè)量不同設(shè)計(jì)和裝備下的熱阻構(gòu)成，可以?xún)?yōu)化LED燈具的散熱設(shè)計(jì)，降低燈具的最高結(jié)溫，保證LED燈具使用壽命和品質(zhì)。該發(fā)明主要應(yīng)用于快速、非破壞性確定LED燈具熱阻構(gòu)成的方法和裝置。
文檔編號(hào)G01N25/18GK103076551SQ20131000086
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月1日
發(fā)明者馮士維, 史冬, 鄧兵, 郭春生, 朱慧 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)