CN101699235B - 半导体照明灯具结温分析测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半导体照明灯具结温分析测试系统及其测试方法，该系统包括辐射功率测试仪、电参数发生及测量仪、温度探测器、变环境灯具测试积分球、测试基点与光源模组温度分布计算模块、光源模组热阻分布与结温计算模块、多工作点优化分析模块及中央监控及处理计算机。本发明所提出的测试系统能够在半导体照明灯具正常工作状态切不破坏灯具结构的条件下有效测试出灯具的结温分布。本发明的构成思路是以半导体照明灯具整体为研究对象，以光源模组的适当部位为测试基点，采用物理测试与数值模型、物理模型和计算机热模拟相结合的方法分析半导体照明灯具的结温。
Description
技术领域
本发明属于照明灯具检测领域，尤其涉及一种半导体照明灯具结温分析测试系统及其测试方法。
背景技术
白光LED(Light Emitting Diode)，白光发光二极管，简称白光LED，是一种能够将电能转化为白光的半导体器件。白光LED光源的特点是：LED使用低压电源，供电电压为6-24v，即可获得足够高的亮度；LED消耗的能量较同光效的白炽灯减少80％，发光相应速度快，高频特性好，能显示脉冲信息；体积小，发光面形状分为圆形、长方形等，并且有多种规格，所以可以制成各种形状的器件；防震动及抗冲击性能好，功耗低，发热量少，耗电量小，寿命长。由于LED的PN结工作在正向导通状态，本身功耗低，只要加以必要的限流措施，即可长期使用；对环境污染小，无有害金属汞。
从上个世纪60年代LED诞生以来，LED从红光LED、绿光LED，一路开发到蓝光、白光LED。凭借着有省电、长寿命、开关速度快等优点，以LED为光源的半导体照明技术广泛应用于各个领域。它是本世纪最具有发展前景的新兴高技术领域之一。作为新型高效固态光源，半导体照明光源具有节能、安全、绿色环保、长寿命、色彩丰富和微型化等显著的优点，这将成为继白炽灯、荧光灯之后的又一次标志性的飞跃，是世界照明工业的新的革命。
半导体照明主要指LED的光色照明(景观照明和装饰照明)、专用普通照明、安全照明、特种照明和普通照明光源以及应用太阳能的LED照明产品，其市场潜力巨大。
半导体照明与传统意义上的白炽灯、荧光灯、高压钠灯等在原理上、结构上、组合上具有根本性的区别，因此，在半导体照明产品的设计、标准制定的问题上要充分考虑半导体照明产品的基础结构、封装形式、散热方式、可靠性等特点，通过制定或修订标准对产品设计和工程方案进行规范，从而引导半导体照明产品有序、规范、标准地进入市场。
半导体照明灯具的一个重要特性是热特性，而结温是半导体照明灯具热特性中最重要的参数，结温能够直接体现半导体照明灯具的工作状态，在灯具设计的合理性、评价灯具的产品质量、灯具寿命评估、灯具失效分析以及标准化体系建立等方面起重要作用，因此结温是半导体照明灯具发展的关键要素之一。
面对以上问题，当前并没有系统、规范、公认的检测方法。目前，国内外没有针对半导体照明灯具结温的检测标准及检测装置，仅有少数针对半导体器件的检测方法及其专利。国内在半导体照明灯具结温分析测试的专利几乎为零。以上是目前半导体照明灯具结温分析测试的现状，通过目前的方法和专利并不能得到有效的结温参数值，严重限制了半导体照明灯具的研发、制造和产业化发展。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种半导体照明灯具结温分析测试系统，本发明的创新点是所提出的测试系统能够在半导体照明灯具正常工作状态切不破坏灯具结构的条件下有效测试出灯具的结温分布。本发明的构成思路是以半导体照明灯具整体为研究对象，以光源模组的适当部位为测试基点，采用物理测试与数值模型、物理模型和计算机热模拟相结合的方法分析半导体照明灯具的结温。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种半导体照明灯具结温分析测试系统，包括辐射功率测试仪、电参数发生及测量仪、温度探测器、变环境灯具测试积分球、测试基点与LED光源模组温度分布计算模块、LED光源模组热阻分布与结温计算模块、多工作点优化分析模块及中央监控及处理计算机；
辐射功率测试仪用于采集半导体照明灯具的辐射量数据；
电参数发生及测量仪用于向半导体照明灯具提供所需的电功率，同时测量半导体照明灯具的工作过程中的交流及直流电参数；
温度探测器用于探测半导体照明灯具测试基点的温度；
变环境测试积分球为半导体照明灯具提供工作时所需的温度、湿度环境，以模拟半导体照明灯具正常工作环境；
测试基点与光源模组温度分布计算模块，用于计算、推导测试基点与光源模组各面的热分布关系，建立光源模组温度分布计算物理模型，以实现测试基点温度与光源模组温度分布的转换；
光源模组热阻分布与结温计算模块，对光源模组物理模型进行数值计算，推算出光源模组中每个器件PN结与其正下方基板底面间的的热阻；根据辐射功率测试仪测试的辐射功率值与电参数发生及测量仪测试的电功率值计算出光源模组产生的耗散功率值，再通过热阻计算公式求解出光源模组中每个的结温值；
多工作点优化分析模块，在不同工作状态下测试分析半导体照明灯具的结温分布，绘制出不同功率条件下结温分布曲线、不同温、湿度条件下结温分布曲线；
中央监控及处理计算机，用于对上述各个器件及模块的控制。
该光源模组为LED光源模组。
辐射功率测试仪通过光纤与变环境灯具测试积分球相连接，在每个工作状态下采集一次辐射功率值，同时将测试数据传送中央监控及处理计算机。
电参数发生及测量仪包括输入功率发生模块，输入输出电压、电流、功率反馈值回读模块两个部分，电参数发生及测量仪与半导体照明灯具及中央监控及处理计算机相连接，实时产生半导体照明灯具所需电能并将回读电参数值传送中央监控及处理计算机。
温度探测器通过专用夹具与半导体照明灯具测试基点相连实时读取测试基点温度值传送中央监控及处理计算机。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明弥补了半导体照明灯具热性能检测技术的不足，对不同结构半导体照明灯具结温的检测提出了一套完整的解决方案。本发明以半导体照明灯具整体为研究对象，以光源模组的适当部位为测试基点，采用物理测试与数值模型、物理模型和计算机热模拟相结合的方法测试分析半导体照明灯具的结温。本发明提出的测试系统能够不受照明产品结构、参数差异的影响，在不改变照明灯具结构及使用环境的情况下进行结温测试。
本发明与现有技术相比能够有效体现半导体照明灯具结温分布，利于研发、质量管理、商品采购、公共检测等工作的开展，因而体现其先进性。通过权利要求书的介绍，本装置的各个组成部分都有明确的结构和关系特征，因此本装置具有可行性。
附图说明
图1为本发明的半导体照明灯具结温分析测试系统示意图；
上图中，1为中央监控及处理计算机，2为变环境灯具测试积分球，3为辐射功率测试仪，4为电参数发生及测量仪，5为温度探测器，6为测试基点与LED光源模组温度分布计算模块，7为LED光源模组热阻分布与结温计算模块，8为多工作点优化分析模块。
图2为本发明的半导体照明灯具结温分析测试系统流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供了一种半导体照明灯具结温分析测试系统：包括辐射功率测试仪3、电参数发生及测量仪4、温度探测器5、变环境灯具测试积分球2、测试基点与LED光源模组温度分布计算模块6、光源模组热阻分布与结温计算模块7、多工作点优化分析模块8及中央监控及处理计算机1；
辐射功率测试仪3用于采集半导体照明灯具的辐射量数据；
电参数发生及测量仪4用于向半导体照明灯具提供所需的电功率，同时测量半导体照明灯具的工作过程中的交流及直流电参数；
温度探测器用于探测半导体照明灯具测试基点的温度；
变环境测试积分球2为半导体照明灯具提供工作时所需的温度、湿度环境，以模拟半导体照明灯具正常工作环境；
测试基点与光源模组温度分布计算模块6，用于计算、推导测试基点与光源模组各面的热分布关系，建立光源模组温度分布计算物理模型，以实现测试基点温度与光源模组温度分布的转换；
光源模组热阻分布与结温计算模块7，对光源模组物理模型进行数值计算，推算出光源模组中每个器件PN结与其正下方基板底面间的的热阻；根据辐射功率测试仪测试的辐射功率值与电参数发生及测量仪测试的电功率值计算出光源模组产生的耗散功率值，再通过热阻计算公式求解出光源模组中每个的结温值；
多工作点优化分析模块，在不同工作状态下测试分析半导体照明灯具的结温分布，绘制出不同功率条件下结温分布曲线、不同温、湿度条件下结温分布曲线；
中央监控及处理计算机，用于对上述各个器件及模块的控制。
该光源模组为LED光源模组。
辐射功率测试仪通过光纤与变环境灯具测试积分球相连接，在每个工作状态下采集一次辐射功率值，同时将测试数据传送中央监控及处理计算机。
电参数发生及测量仪包括输入功率发生模块，输入输出电压、电流、功率反馈值回读模块两个部分，电参数发生及测量仪与半导体照明灯具及中央监控及处理计算机相连接，实时产生半导体照明灯具所需电能并将回读电参数值传送中央监控及处理计算机。
温度探测器通过专用夹具与半导体照明灯具测试基点相连实时读取测试基点温度值传送中央监控及处理计算机。
本发明采用物理测试与数值模型、物理模型和计算机热模拟相结合的方法测试分析半导体照明灯具的结温，其具体测试分析过程包括如下步骤：如图2所示，
步骤1.将灯具样品打开，在温度测试基点处通过辅助夹具贴装专用温度探测器。
步骤2.在灯具电源接口处连接电参数发生及测量仪，然后闭合灯具。
步骤3.在指定光源模组测试点贴装专用温度探测器。
步骤4.将灯具放入变环境灯具测试积分球中，在测试前放置一段时间保证灯具内外环境稳定。
步骤5.通过中央监控及处理计算机将灯具的电输入输出特性、光输出特性、物理参数特性及环境特性参数输入至测试基点与LED光源模组温度分布计算模块中。
步骤6.通过中央监控及处理计算机控制，执行多工作状态下的测试点测试。
步骤7.重复步骤4～5，在不同电输入参数、不同环境参数条件下极限范围内的多组测试数据。
步骤8.利用测试基点与LED光源模组温度分布计算模型分析出模组的温度分布。
步骤9.进一步利用LED光源模组热阻分布结温计算模块分析出LED模组的结温分布。
步骤10.利用多工作点优化分析模块分析，输出测试数据，曲线及综合分析报告。
通过以上步骤可以对半导体照明灯具进行结温分析测试，为半导体照明灯具的热特性研究提供有效测试手段。
以上对本发明所提供的一种半导体照明灯具结温测试分析系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种半导体照明灯具结温分析测试系统，其特征在于：包括辐射功率测试仪、电参数发生及测量仪、温度探测器、变环境灯具测试积分球、测试基点与光源模组温度分布计算模块、光源模组热阻分布与结温计算模块、多工作点优化分析模块及中央监控及处理计算机；
辐射功率测试仪用于采集半导体照明灯具的辐射量数据；
电参数发生及测量仪用于向半导体照明灯具提供所需的电功率，同时测量半导体照明灯具的工作过程中的交流及直流电参数；
温度探测器用于探测半导体照明灯具测试基点的温度；
变环境测试积分球为半导体照明灯具提供工作时所需的温度、湿度环境，以模拟半导体照明灯具正常工作环境；
测试基点与光源模组温度分布计算模块，用于计算、推导测试基点与光源模组各面的热分布关系，建立光源模组温度分布计算物理模型，以实现测试基点温度与光源模组温度分布的转换；
光源模组热阻分布与结温计算模块，对光源模组物理模型进行数值计算，推算出光源模组中每个器件PN结与其正下方基板底面间的的热阻；根据辐射功率测试仪测试的辐射功率值与电参数发生及测量仪测试的电功率值计算出光源模组产生的耗散功率值，再通过热阻计算公式求解出光源模组中每个的结温值；
多工作点优化分析模块，在不同工作状态下测试分析半导体照明灯具的结温分布，绘制出不同功率条件下结温分布曲线、不同温、湿度条件下结温分布曲线；
中央监控及处理计算机，用于对上述各个器件及模块的控制。
2.根据权利要求1所述的半导体照明灯具结温分析测试系统，其特征在于：该光源模组为LED光源模组。
3.根据权利要求2所述的半导体照明灯具结温分析测试系统，其特征在于：辐射功率测试仪通过光纤与变环境灯具测试积分球相连接，在每个工作状态下采集一次辐射功率值，同时将测试数据传送中央监控及处理计算机。
4.根据权利要求3所述的半导体照明灯具结温分析测试系统，其特征在于：电参数发生及测量仪包括输入功率发生模块，输入输出电压、电流、功率反馈值回读模块两个部分，电参数发生及测量仪与半导体照明灯具及中央监控及处理计算机相连接，实时产生半导体照明灯具所需电能并将回读电参数值传送中央监控及处理计算机。
5.一种半导体照明灯具结温测试方法，包括以下步骤：
(1)将灯具样品打开，在温度测试基点处通过辅助夹具贴装专用温度探测器；
(2)在灯具电源接口处连接电参数发生及测量仪，然后闭合灯具；
(3)在指定光源模组测试点贴装专用温度探测器；
(4)将灯具放入变环境灯具测试积分球中，在测试前放置一段时间保证灯具内外环境稳定；
(5)通过中央监控及处理计算机将灯具的电输入输出特性、光输出特性、物理参数特性及环境特性参数输入至测试基点与LED光源模组温度分布计算模块中；
(6)通过中央监控及处理计算机控制，执行多工作状态下的测试点测试；
(7)重复步骤4～5，在不同的电输入参数、不同环境参数条件下测出极限范围内的多组测试数据；
(8)利用测试基点与LED光源模组温度分布计算模块分析出模组的温度分布；
(9)进一步利用LED光源模组热阻分与结温计算模块分析出LED模组的结温分布；
(10)利用多工作点优化分析模块分析，输出测试数据，曲线及综合分析报告。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20110112 Termination date: 20151106 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |