CN102193053A - 一种灯具内led正向电压与结温的关系曲线的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法，本发明在设定的测量电流下单位测量时间内正向电压降的下降量，利用该单位测量时间内正向电压降的下降量和实际测量时间来修正被测LED的正向电压降，从而提高被测LED的正向电压降和对应结温的测量准确度；当LED灯具连续工作温度值达到热平衡时，测量被测LED的正向电压降并计算出被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降，用这一方法能有效地消除因为断开被测LED的工作电流，LED的结温会迅速下降从而造成所测量的LED结温值明显偏离正确值的情况。本发明的优点在于使用方便，测量准确度高，解决了目前灯具中LED实际工作结温和热阻不能准确测量的难题。

Description

一种灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法

技术领域

本实用新型涉及照明灯具领域，具体涉及一种灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法。

背景技术

LED应用到照明灯具中时，因为LED的使用寿命普遍很长，约几万小时，所以要测量采用LED的照明灯具的光衰减和寿命，按照美国DOE的LM80要求往往要化300天以上的时间(6000h)，但是如果能准确测量出灯具内LED的PN结结温和PN结到散热器某一指定点的热阻这两个定量的指标，就不仅能衡量采用LED的灯具散热特性的优劣，还能定性地知道各种采用LED的同类灯具的使用寿命，另外还能得知LED灯具的光效和其他光参数的测量值是在什么结温条件下测得的，并且能得出灯具中功率型LED热沉上的某一点(参考温度点)与结温之间的函数关系，从而指导企业正确标出热沉参考点的温度限值。但是由于LED安装入灯具中后，用传统的接触法和热辐射法是无法测量其PN结结温的。如果不能准确地测量出灯具内LED的PN结的结温，按R_AB＝[(T_A-T_B)/P_AB]公式也不能计算出灯具内LED的PN结到热沉散热器或外壳上任一指定点的热阻。

发明内容：

本发明提供一种生成灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法，利用该关系曲线可以比较正确地测量灯具内LED实际工作结温和热阻。

为了实现这一目的，本发明的方案如下：一种灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法，包括以下步骤：A、将灯具内LED矩阵中间的某一串联LED组中处于中间部位的一颗LED作为被测LED，在该LED的热沉处设置热电隅，在某一测量电流下生成被测LED的正向电压降与测量时间的关系曲线，得到单位测量时间内正向电压降的下降量；B、把LED灯具放入加热箱内，对LED灯具实施阶梯式升温，在不同的阶梯温度下测量被测LED的正向电压降，根据LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值，在每一不同的温度阶梯的保温段即将结束时，测量被测LED的正向电压降，并利用上述步骤A中单位测量时间内正向电压降的下降量和实际测量时间修正每一不同的温度阶梯被测LED的正向电压降数值，从而生成被测LED正向电压与结温的关系曲线即Vf-TJ关系曲线。本方法还包括步骤C、完成上述被测LED正向电压与结温的关系曲线的标定后，把LED灯具从加热箱内取出，放入防风罩内进行热试验，当LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值达到热平衡，即每小时内温度变化小于1℃时，计算出被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降，并根据被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降和利用上述正向电压降与结温的关系曲线查出被测LED的结温值；步骤D、按热阻R_AB＝(T_fR-T_B)/P公式计算出被测LED的热阻值，其中T_fR为断开工作电流瞬间的被测LED的结温值，T_B为这一时刻热沉上热电偶的实际测量温度值或者LED灯具中散热器或灯具外壳的实际测量温度值，P为测热阻时被测LED的加热功率。

根据本发明的一个实施例，将灯具内LED矩阵中的某一串联LED组中处于中间部位的一颗LED断开作为被测LED，该被测LED通过切换开关分别与上述串联LED组中断开处或者恒流源连接，当被测LED与上述串联LED组中断开处连接时为工作位置，当被测LED与恒流源连接时为测量位置，并在被测LED的热沉上设置一个热电偶。

步骤A中，使灯具在25℃±2℃的环境下放置6～8小时，把切换开关调到测量位置，给该被测LED通上测量电流，测量电流根据被测LED体积的大小，在1mA～50mA范围中选择，通电测量时间为0.01S～0.5S，连续在这时间段测量该被测LED的正向电压降可得出正向电压下降量和测量时间的关系曲线；B、把LED灯具放入加热箱内，根据LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值，对灯具进行阶梯式加温和恒温来测量不同温度下的正向电压降，每次升温一段时间后，保持一段恒温时间，在每一个恒温时间结束前测量被测LED的正向电压降，当被测LED正向电压降趋向稳定时，LED的结温也趋向稳定，给该被测LED输入一个测量电流，测量出被测LED在这一设定温度下的正向电压降，并利用上述步骤A中单位测量时间内正向电压降的下降量和实际测量时间的关系曲线来修正被测LED的正向电压降；完成上述所有设定点温度条件下被测LED正向电压降的测量、修正和设定点温度的测量后，然后生成被测LED正向电压与结温的关系曲线。

步骤C具体为：完成上述被测LED正向电压与结温的关系曲线的标定后，把LED灯具从专用加热箱内取出，把切换开关调到工作位置，放入GB7000.1附录D的防风罩内，按GB7000.1标准中12.4热试验的要求进行热试验，此时LED灯具处于正常工作状态，观察LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值，当温度值达到热平衡(每小时内温度变化小于1℃)时，把切换开关调到测量位置，连续4～6次，每次间隔1～80毫秒，测量被测LED的正向电压降，计算出被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降，并根据上述正向电压降与结温的关系曲线查出LED灯具中被测LED的结温值。

本发明先得到在设定的测量电流下单位测量时间内正向电压降的下降量，再利用该单位测量时间内正向电压降的下降量和实际测量时间来修正被测LED的正向电压降，从而提高被测LED的正向电压降和对应结温的测量准确度；当LED灯具连续工作温度值达到热平衡时，把三个2刀2掷转换继电器调到测量位置，连续5次，每次间隔数毫秒至数十毫秒测量被测LED的正向电压降，通过电脑和专用函数计算软件，计算出被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降，用这一方法能有效地消除因为断开被测LED的工作电流，LED的结温会迅速下降从而造成所测量的LED结温值明显偏离正确值的情况；并且被测LED通过三个2刀2掷转换继电器分别与上述串联组中LED断开处及测量用恒流源连接，测量的电流回路和电压回路分别走各自的通路，完全避免了转换继电器触点电阻引起的测量误差；测量时只需控制转换继电器就可以使被测LED在测量和工作两个状态之间进行切换，便于测量灯具内LED的实际工作结温和热阻。本发明的优点在于使用方便，测量准确度高，解决了目前灯具中LED实际工作结温和热阻不能准确测量的难题。

附图说明

图1a为LED的灯具中LED矩阵某一串LED组。

图1b为本发明的电路连接图。

图2为在单位的测量时间内通过测量电流时，被测LED正向电压降与测量时间的关系曲线。

图3为阶梯式加温和控温的曲线。

图4为正向电压与结温的关系曲线。

具体实施方式

把采用LED的灯具中LED矩阵(见图1a)中间的某一串联LED组中处于或者接近中间部位的一颗被测LED，即图中的LED-2的两根连接线切断，通过三个2刀2掷转换继电器连接成图1b，使得该被测LED通过这三个2刀2掷转换继电器分别与上述串联LED组中断开处或者恒流源连接，当被测LED与上述串联LED组中断开处连接时为工作位置，当被测LED与恒流源连接时为测量位置，先把三个2刀2掷转换继电器调到测量位置。在该LED的热沉处(LED附带小的散热器)，粘一个热电隅，并把热电隅连接到测温仪上。图1b中1为恒流源仪表，2为恒流源接口，3为上述三个2刀2掷转换继电器的控制电路，4为LED矩阵的驱动电路。

使灯具在25℃±2℃的环境下放置6～8小时(视所测灯具的体积大小确定放置时间)，然后给图1中的被测LED通上一支测量电流I_f，I_f视被测LED的功率大小可在1mA～50mA范围选定。通电测量时间为0.01S～0.5S，在此期间连续测量被测LED的正向电压降V_f可得出如图2所示曲线。从该曲线上可得出该灯具内被测LED在通过某一恒定的测量电流时，在单位的测量时间Δt内V_f下降的数值ΔV_f。该数值留作下述检测过程作为测量电流引起的V_f变化的修正量。

把采用LED的灯具放入一个可编程控制的加热箱内。该加热箱与电脑连接设定成阶梯式加温和恒温方式对箱体内LED灯具进行加热。阶梯式加温的控温曲线见图3。图3中控温曲线每一阶梯的水平线段为恒温时间段，控温曲线每一阶梯中除水平线段外的线段为升温时间段，恒温时间段和升温时间段的时间可分别设定，均可设定在1分钟～30分钟范围中的任一值。每个升温时间段的升温幅度可以在5～30℃范围内任意设定。恒温时间段的设定是根据采用LED的灯具的体积，当体积较大时恒温时间段时间就设得长，当LED灯具的体积小时，恒温时间段时间就设得短。恒温时间段的设定是根据这一温度阶梯中，按图1电路测量被测LED的正向电压降达到稳定时，说明灯具内LED已达到这一温度阶梯设定点温度的热平衡(在设定时间的后30％段，温度变量在±0.5K内，认为达到热平衡)。当每一个恒温时间段即将结束前0.01S～0.5S，开始测量被测LED的正向电压降V_f，。

根据实际测量的时间Δt，从图2中得出修正是ΔV_f。把测得的V_f值再加上ΔV_f，得出被测LED在该温度下不受测量电流影响的V_f1′，即V_f1′＝V_f1+ΔV_f，把这一V_f1′和用热电隅测的温度T₁导入到设定的电脑数据库中。

当完成恒温时间段的V_f1测量后，加热箱按编程的指令进入升温时间段。当升温时间段结束后，加热箱温度也达到新的设定点，加热箱按编程的指令进入下一个恒温时间段。当下一个恒温时间即将结束，灯具内的被测LED达到新的热平衡点时，又开始重复上述的测量步骤。按此反复，直到完成所有设定点的测量。

完成上述所有设定点温度时被测LED正向电压的测量(V_f1；V_f2；V_f3--V_fn)和设定点温度测量(T₁；T₂；T₃；----Tn)并把这一组数据导入到电脑程序设定的数据库后，电脑根据测试软件将自动生成一个被测LED在20℃～120℃范围内的正向电压V_f与结温T的关系曲线。即V_f-T_j关系曲线，见图4。以后只要得到被测LED的一个V_f值，就可从图4中读出对应的结温T_j的值。图4中显示了2个被测LED的2条V_f-T_j(正向电压降与结温)的实际测量曲线。

把上述在加热箱内已完成V_f-T_j关系曲线标定的灯具冷却后取出。按如下步骤进行灯具中LED实际工作时的结温和热阻的测量。

完成上述灯具中被测LED正向电压与结温的关系曲线的标定后，把LED灯具从专用加热箱内取出，把三个2刀2掷转换继电器调到工作位置，放入GB7000.1附录D的防风罩内，按GB7000.1标准中12.4热试验的要求(本条试验可以和灯具的热试验同时进行)，使LED灯具处于正常工作状态，通过灯具内的LED控制装置把灯具中的LED矩阵点亮，连续加热6小时左右，观察LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值，当温度值达到热平衡时，按图1所示，把三个2刀2掷转换继电器调到测量位置。连续5次，每次间隔数毫秒至数十毫秒测量被测LED的正向电压降，即V_1f、V_2f、V_3f、V_4f、V_5f，利用测量的5个V_f值计算出断电瞬间D₁的正向电压降值V_0f。(因为对LED矩阵断电时，被测LED的PN结会快速地冷却，其正向电压降V_f值也会不断地上升，所以采用函数推导法通过多次测量来计算出断电瞬间被测LED的正向电压降值V_0f)。再根据V_0f值从上述V_f-T_j曲线中找出V_0f对应的温度值即为被测LED在灯具连续工作至热平衡时的结温值。

把该灯具仍旧放在GB 7000.1标准附录D规定的防风罩内，按正常的热试验位置布置好灯具，除了原来已经粘接在被测LED上的热电隅外，还可根据检测委托方要求，在灯具内LED的散热器的某些指定点甚至灯具外壳上某些点上粘接热电隅，(可以是单个或多个热电隅)。把每一热电隅连接到测温仪上，使灯具在25℃±1℃条件下放置8小时。

根据灯具内LED控制装置输出给被测LED的实测工作电流值，设定测试恒流源电流，按图1电路给被测LED通上一个实测工作电流，加热1分钟～30分钟，其间每隔1分钟用原来标定的测量电流对被测LED进行一次V_f的测量，并按V_f-T_J曲线查出对应的理论结温值，同时监视热电隅的测量温度即该点的实际温度。当测量的V_f查得的理论结温与热电隅所测实际温度达到最大差值时，记录下此时的理论结温V_fR值和热电隅的测量的某一点实际温度值T_B。把V_fR值通过V_f-T_J曲线，得到该被测LED即时的结温值T_fR。按热阻R_AB＝(T_fR-T_B)/P公式计算出被测LED的PN结到热沉或散热器甚至外壳的热阻值。式中：T_FR——是被测LED的PN结结温与热电隅的测量值差达到最大值时被测LED的正向电压降V_fa值，再根据V_f-T_J曲线查得的该时刻的被测LED结温值。T_B——是当测量的V_f查得的结温与热电隅所测温度达到最大差值时，热电隅测得的该时刻的参考点的测度值(该参考点可以是热沉，也可以是散热器上的某一点，亦可以是灯具外壳散热器上的某一点)。P——测被测LED热阻时的加热功率，是被测LED的实测工作电流与结温测量过程被测LED正向电压降的平均值的乘积。

Claims (5)

1.一种灯具内LED正向电压与结温的关系曲线的测量方法，包括以下步骤：A、将灯具内LED矩阵中间的某一串联LED组中处于中间部位的一颗LED作为被测LED，在该LED的热沉处设置热电隅，在某一测量电流下生成被测LED的正向电压降与测量时间的关系曲线，得到单位测量时间内正向电压降的下降量；B、把LED灯具放入加热箱内，对LED灯具实施阶梯式升温，在不同的阶梯温度下测量被测LED的正向电压降，根据LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值，在每一不同的温度阶梯的保温段即将结束时，测量被测LED的正向电压降，并利用上述步骤A中单位测量时间内正向电压降的下降量和实际测量时间修正每一不同的温度阶梯被测LED的正向电压降数值，从而生成被测LED正向电压与结温的关系曲线。

2.如权利要求1所述的正向电压与结温的关系曲线的测量方法，其特征在于本方法还包括步骤C、完成上述被测LED正向电压与结温的关系曲线的标定后，把LED灯具从加热箱内取出，放入防风罩内进行热试验，当LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值达到热平衡，即每小时内温度变化小于1℃时，计算出被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降，并根据被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降和利用上述正向电压降与结温的关系曲线查出被测LED的结温值；步骤D、按热阻R_AB＝(T_fR-T_B)/P公式计算出被测LED的热阻值，其中T_fR为断开工作电流瞬间的被测LED的结温值，T_B为这一时刻热沉上热电偶的实际测量温度值或者LED灯具中散热器或灯具外壳的实际测量温度值，P为测热阻时被测LED的加热功率。

3.如权利要求2所述的正向电压与结温的关系曲线的测量方法，其特征在于将灯具内LED矩阵中的某一串联LED组中处于中间部位的一颗LED断开作为被测LED，该被测LED通过切换开关分别与上述串联LED组中断开处或者恒流源连接，当被测LED与上述串联LED组中断开处连接时为工作位置，当被测LED与恒流源连接时为测量位置，并在被测LED的热沉上设置一个热电偶。

4.如权利要求3所述的正向电压与结温的关系曲线的测量方法，其特征在于步骤A中，使灯具在25℃±2℃的环境下放置6～8小时，给该被测LED通上测量电流，测量电流为1mA～50mA，通电测量时间为0.01S～0.5S，测量该被测LED的正向电压降可得出在设定的测量电流下正向电压降和测量时间的关系曲线；步骤B中，把灯具放入专用烘箱，该加热箱与电脑连接设定成阶梯式加温和恒温方式对灯具进行阶梯式加温来测量不同阶梯温度下被测LED的正向电压降，每次升温一段时间后，保持一段恒温时间，在每一个恒温时间结束前测量被测LED的正向电压降，当被测LED正向电压降趋向稳定时，给该被测LED输入一组测量电流，测量出被测LED在这一温度下的正向电压降，并利用上述在设定的测量电流下单位测量时间内正向电压降的下降量和根据测量时间修正被测LED的正向电压降；完成上述所有设定点温度时被测LED正向电压降的测量和设定点温度测量后，生成被测LED正向电压与结温即V_f-T_J的关系曲线。

5.如权利要求4所述的生成正向电压与结温的关系曲线的方法，其特征在于步骤C具体为：完成上述被测LED正向电压与结温的关系曲线的标定后，把LED灯具从专用加热箱内取出，把切换开关调到工作位置，放入GB7000.1附录D的防风罩内，按GB7000.1标准中12.4热试验的要求进行热试验，此时LED灯具处于正常工作状态，观察LED的热沉上粘上的热电偶反映的温度值，当温度值达到热平衡(每小时内温度变化小于1℃)时，把切换开关调到测量位置，连续4～6次，每次间隔1～80毫秒，测量被测LED的正向电压降，计算出被测LED在断开工作电流瞬间的正向电压降，并根据上述正向电压降与结温的关系曲线查出LED灯具中被测LED的结温值。

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