CN101266280A - 大功率发光二极管热阻及结温测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率发光二极管热阻及结温测试系统和方法，本测试系统采用电学法测量大功率二极管的热阻。系统主要由五大部分组成：包括测试线路板、恒温环境控制系统、精密电源、数据采集箱、数据输出显示系统和温度控制箱，其中：测试线路板放置在温度控制箱中，而且通过导线连接在数据采集箱中，精密电源通过输出连接到数据采集箱中，数据显示系统通过导线连接在数据采集箱中，数据采集箱中内置数据采集卡。本系统与现有系统相比能同事测量多颗器件，省时迅速，市场前景广阔。

Description

大功率发光二极管热阻及结温测试系统

技术领域

本发明涉及一种大功率发光二极管用热阻及结温测试系统和方法，本系统可以快速测试出二极管的热阻及结温，对于研究二极管器件热学特性从而突破二极管散热瓶颈，推动大功率二极管进入普通照明领域具有重要的意义。

背景技术

LED照明已成为21世纪最引人注目的新技术领域之一，其中的大功率LED更是能适应普通照明领域的需要。然而结温和热阻制约着大功率LED的发展。LED的结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。因此，有必要对大功率LED的结温、热阻等热特性参数进行准确快速的测试，来为LED的封装和热沉设计提供设计参数和失效检验，有助于实现对大功率LED进行有效的热管理，提高器件工作的可靠性。

大功率LED热阻测试技术的开发有利于LED在散热技术上的完善，有助于大功率LED实现迅速地发展和更为广泛地应用。

目前对半导体器件工作温度和热阻的测量方法主要有：红外热像仪法、电学参数法、光谱法、光热阻扫描法及光功率法等。这些方法基于不同的测量原理，可以测量半导体器件表面的温度分布或者某种意义上的平均温度，这些方法往往都需要专用的测试设备或者复杂的测试系统。如：红外扫描热像法是使用红外测温仪来表征器件表面温度分布。可以精确地测量器件的结温、结温分布和热阻参数，有助于在设计研制阶段采取纠正措施，提高器件的使用寿命，也可用于高可靠性器件的筛选。但是红外扫描设备结构复杂、操作方法复杂、测试效率低，须耗费较多的时间；成本高，一般的LED光源模块企业和半导体照明灯具生产企业难以购置；而且只能对芯片表面直接测量即器件是未封装或开封的状态，因此对实际器件成品的考核不能满足需求。

发明内容

本发明的目的在于提供发明一种简单快速的大功率二极管热阻及结温测试系统和方法，实现对大功率发光二极管热阻及结温的测试：

为达到以上目的，本发明的构思是，整个系统由五部分构成：测试线路板、电源及控制系统、数据采集箱、数据输出显示系统和温度控制箱，温度控制箱可以将内部温度温度控制在20℃到150℃；电源及控制系统可以精确的输出恒定电流，并能迅速在测量电流及加热电流之间切换；数据采集部分可以同时实现多路数据的采集；软件平台将所有数据进行计算并最终得出相关器件的热阻及结温。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种大功率发光二极管热阻以及结温测试系统，包括测试线路板、电源及控制系统、数据采集箱、数据输出显示系统和温度控制箱。其特征在

所述测试线路板放置在温度控制箱中，而且通过导线连接在数据采集箱和电源及控制系统中；

所述电源及控制系统通过导线接到数据采集箱、所述数据显示系统和所述温度控制系统；

所述数据显示系统通过导线连接在数据采集箱中；

所述数据采集箱中内置数据采集卡、定时系统；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，测试线路板具有多个串联大功率二极管的接线柱，且每个二极管连接的接线柱两端都并联一个开关；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，电源及控制系统具有高精度电流调置旋钮、输出端口、输出电流采集端口；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，数据采集箱内部带有一数据采集卡，面板具有多路数据采集的电压采集端口以及测试电源输电流采集端口；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，温度控制箱是透明材料制作成，并且带有加热模块以及温度测量及控制模块；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，对于同时测试多颗大功率二极管时，采用串联电路，并在每个二极管两端有相应的独立电压采集线；

一种大功率发光二极管热阻及结温测试和方法，采用上述的大功率发光二极管热阻及结温测试的方法进行测试，其特征在于测试操作步骤如下：

1)把单颗或者多颗大功率二极管按照相应的连接方式放入温度控制箱，并打开电源；

2)把电流调至1mA，改变温度控制箱的温度，依次调节不通的温度从20℃、30℃到100℃，测试不同温度Tin对应的电压Vin，根据公式 $\mathrm{Kn}=\left|\frac{\mathrm{Tjn}-\mathrm{Tin}}{\mathrm{Vjn}-\mathrm{Vin}}\right|,$ 计算温敏参数Kn，其中，Tjn、Tin分别代表第n个器件的第j次、第i次测量时的环境温度，Vjn、Vin是对座的第n个器件的第j次、第i次测试电压，Kn代表第n个器件的温敏参数；

3)把温度控制箱温度降至室温温度，然后待器件在测试电流I_M(测试电流1mA)下稳定后采集测试电压V_Fln后，切换到加热电流I_H(如：300mA)，加热平衡后采集加热电流I_M及加热电压V_Hn，然后将电流切换到测试电流(从300mA到1mA)的瞬间采集器件两端电压V_FFn，计算加热电流工作前后二极管两端的电压变化值ΔV_Fn＝|V_Fln-V_FFn|；其中：ΔV_Fn第n个器件加热前后电压变化值，V_Fln为1mA电流下稳定后的电压值，V_FFn为电流从加热电流迅速切换到1mA时的测试电压；

4)重复多次测量(即分别在200mA，250mA，……，500mA下测试)；

5)通过下列热阻计算公式：

结温：T_Jn＝ΔT_n+T_A

其中：T_Jn为第n个器件的结温，ΔT_n＝Kn×ΔV_Fn，ΔT_n为第n个器件的温度变化值，Kn为第n个器件的温敏参数，ΔV_Fn为第n个器件的对应温度变化的电压变化值，T_A为环境温度；

热阻： $\mathrm{Rjxn}=\frac{\mathrm{\ΔTJn}}{P_{\mathrm{Hn}}}=\frac{\mathrm{Kn}\×\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{Fn}}}{I_H\×V_{\mathrm{Hn}}}$

其中，Rjxn为第n个器件的热阻，ΔTJ_n为第n个器件的温度变化量，P_Hn为第n个器件在大电流工作的功率，V_Hn分别为第n个器件加热电流I_H下的电压。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和优点：

本发明具有成本低、操作简单、快速测试、能够实现单颗大功率二极管结温及热阻的测试，多颗大功率二极管热阻及结温同时测量，串联、并联及串并联电路热阻及结温的测试等优点及功能，具有广阔的应用前景和市场前景。

附图说明

图1大功率二极管热阻及结温测试系统结构框图。

图2测试线路板的电路图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例结合附图说明如下：

参见图1和图2，本大功率发光二极管热阻及结温测试系统包括测试线路板1、电源及控制系统2、数据采集箱3、数据输出显示系统4和温度控制箱5。其中：测试线路板1放置在温度控制箱5中，而且通过导线连接数据采集箱3和电源及控制系统2；电源及控制系统2通过导线连接到数据采集箱3；数据显示系统4和温度控制箱5，数据采集箱3中内置数据采集卡、定时系统。

参见图2上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，测试线路板1具有多个串联大功率二极管的接线柱8，且每个二极管6连接的接线柱8两端都并联一个开关7；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，电源及控制系统2具有高精度电流调置旋钮、输出端口、输出电流采集端口；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，数据采集箱3内部带有一数据采集卡，面板具有多路数据采集的电压采集端口以及测试电源输电流采集端口；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，温度控制箱5是透明材料制作成，并且带有加热模块以及温度测量及控制模块；

上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，对于同时测试多颗大功率二极管时，采用串联电路，并在每个二极管6两端有相应的独立电压采集线7；

上述大功率发光二极管热阻及结温测试系统和方法，根据上述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统进行测试，其特征在于测试操作步骤如下：

1、把单颗或者多颗大功率二极管6连接在测试线路板1中，然后放入温度控制箱5内，并打开精密电源2；

2、把电流调至1mA，改变温度控制箱10的温度，依次调节不通的温度从20℃、30℃到100℃，测试不同温度Tin对应的电压Vin，根据公式 $\mathrm{Kn}=\left|\frac{\mathrm{Tjn}-\mathrm{Tin}}{\mathrm{Vjn}-\mathrm{Vin}}\right|,$ 计算温敏参数Kn，其中，Tjn、Tin分别代表第n个器件的第j次、第i次测量时的环境温度，Vjn、Vin是对应的第n个器件的第j次、第i次测试电压，Kn代表第n个器件的温敏参数；

3、把温度控制箱10温度降至室温温度，然后待器件在测试电流I_M(测试电流1mA)下稳定后采集测试电压V_Fln后，切换到加热电流I_H(如：300mA)，加热平衡后采集加热电流I_M及加热电压V_Hn，然后将电流切换到测试电流(从300mA到1mA)的瞬间采集器件两端电压V_FFn，计算加热电流工作前后二极管两端的电压变化值ΔV_Fn＝|V_Fln-V_FFn|；其中：ΔV_Fn第n个器件加热前后电压变化值，V_Fln为1mA电流下稳定后的电压值，V_FFn为电流从加热电流迅速切换到1mA时的测试电压；

4、重复多次测量(即分别在200mA，250mA，……，500mA下测试)；

5、通过下列热阻计算公式：

结温：T_Jn＝ΔT_n+T_A

其中：T_Jn为第n个器件的结温，ΔT_n＝Kn×ΔV_Fn(ΔT_n第n个器件的温度变化值，Kn为第n个器件的温敏参数，ΔV_Fn为第n个器件的对应温度变化的电压变化值)，T_A为环境温度；

热阻： $\mathrm{Rjxn}=\frac{\mathrm{\ΔTJn}}{P_{\mathrm{Hn}}}=\frac{\mathrm{Kn}\×\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{Fn}}}{I_H\×V_{\mathrm{Hn}}}$

其中，Rjxn为第n个器件的热阻，ΔTJ_n为第n个器件的温度变化量，P_Hn为第n个器件在大电流工作的功率，V_Hn分别为第n个器件加热电流I_H下的电压。

Claims (3)

1.一种大功率发光二极管热阻及结温测试系统和方法，包括测试线路板(1)、电源控制系统(2)、数据采集箱(3)、数据输出显示系统(4)和温度控制箱(5)。其特征在：

a.所述测试线路板(1)放置在温度控制箱(5)中，而且通过导线连接在数据采集箱(3)中；

b.所述电源控制系统(2)通过导线连接到数据采集箱(3)和所述温度控制箱(5)。

2.根据权利要求1所述的大功率发光二极管热阻及结温测试系统，测试线路板(1)具有多个串联大功率二极管的接线柱(8)，且每个二极管(7)连接的接线柱(8)两端都并联一个开关(6)。

3.一种大功率发光二极管热阻及结温测试系统和方法，其特征在于测试操作步骤如下：

a)把单颗或者多颗大功率二极管采用根据权利要求1所述大功率发光二极管热阻及结温测试系统和方法连接在测试线路板(1)中，然后放入温度控制箱(5)内，并打开电源；

b)把电流调至1mA，改变温度控制箱(5)的温度，依次调节温度，从20℃、30℃到100℃，测试不同温度Tin对应的电压Vin，根据公式 $\mathrm{Kn}=\left|\frac{\mathrm{Tjn}-\mathrm{Tin}}{\mathrm{Vjn}-\mathrm{Vin}}\right|,$ 计算温敏参数Kn，其中，Tjn、Tin分别代表第n个器件的第j次、第i次测量时的环境温度，Vjn、Vin是对应的第n个器件的第j次、第i次测试电压，Kn代表第n个器件的温敏参数；

c)把温度控制箱(5)温度降至室温温度，然后待测器件在测试电流I_M下稳定后采集测试电压V_Fln后，每个器件测试电流为1mA，切换到加热电流I_H，加热电流每个器件为300mA，加热平衡后采集加热电流I_M及加热电压V_Hn，然后将电流切换到测试电流从300mA到1mA的瞬间采集器件两端电压V_FFn，计算加热电流工作前后二极管两端的电压变化值ΔV_Fn＝|V_Fln-V_FFn|；其中：ΔV_Fn第n个器件加热前后电压变化值，V_Fln为1mA电流下稳定后的电压值，V_FFn为电流从加热电流迅速切换到1mA时的测试电压；

d)重复多次测量，即分别在200mA，250mA，……，500mA下测试；

e)通过下列热阻计算公式：

结温：T_Jn＝ΔT_n+T_A

其中：T_Jn为第n个器件的结温，ΔT_n＝Kn×ΔV_Fn，ΔT_n第n个器件的温度变化值，Kn为第n个器件的温敏参数，ΔV_Fn为第n个器件的对应温度变化的电压变化值，T_A为环境温度；

热阻： $\mathrm{Rjxn}=\frac{\mathrm{\ΔTJn}}{P_{\mathrm{Hn}}}=\frac{\mathrm{Kn}\×\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{Fn}}}{I_H\×V_{\mathrm{Hn}}}$

其中，Rjxn为第n个器件的热阻，ΔTJ_n为第n个器件的温度变化量，P_Hn为第n个器件在大电流工作的功率，V_Hn分别为第n个器件加热电流I_H下的电压。

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