CN103245923A

CN103245923A - 发光二极管led光色电性能快速批量测试装置

Info

Publication number: CN103245923A
Application number: CN201310146180XA
Authority: CN
Inventors: 张建华; 阙秀福; 刘臻
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明公开了一种发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，包括控制电路板、积分球、PC机、加热模块、恒压源模块和恒流源模块。控制电路板通过按键控制半导体LED器件的亮灭，同时通过对反馈的温度进行检测，实时调整加热驱动模块的输出电流，维持加热模块温度的恒定。本发明通过设计嵌入式控制系统，为每颗LED提供相同的测试温度，并对每颗LED进行单独的关断和点亮，大大提高了半导体功率LED器件的测试效率。本发明的测量装置在测量的方便性、快速性和准确性方面具有明显的优势，可以快速对大批量功率半导体LED的光学性能进行测试，从而方便，快速地进行筛选。

Description

发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置

技术领域

本发明涉及一种半导体电致发光器件的光电性能测试装置，特别是涉及一种发光二极管LED的光色电性能测试装置，应用于对大批量发光二极管LED的光色电性能的测试技术领域。

背景技术

大功率LED工作时会产生大量的热量，引起LED芯片PN结结温的显著变化，对LED的性能产生重要的影响，造成正向压降改变、色温变化、波长红移、光电转换效率变低等，影响其光度、色度和电气参数。LED的热阻是决定LED光电特性及寿命的重要参数，热阻过大会直接导致LED结温偏高，加速芯片老化。结温、热阻的大小是衡量LED热学特性的最重要指标。因此，快速、准确地测试LED的结温和热阻成为有效热管理的重要前提。现有的发光二极管LED光色电性能测试装置不适宜大批量的发光二极管LED的光色电性能快速测试，传统功率半导体LED光学性能测试效率低，耗时长。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，通过设计嵌入式控制系统，为每颗LED提供相同的测试温度，并对每颗LED进行单独的关断和点亮，大大提高了半导体功率LED器件的测试效率。本发明的测量装置在测量的方便性、快速性和准确性方面具有明显的优势，可以快速对大批量功率半导体LED的光学性能进行测试，从而方便，快速地进行筛选。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，包括控制电路板、积分球、PC机、加热模块、恒压源模块和恒流源模块，恒压源模块为驱动控制电路板供电，待测半导体LED器件由恒流源模块供电，积分球对待测半导体LED器件的光学性能进行测试，并将测试结果传输至PC机，PC机对积分球传输的数据进行处理后显示结果，加热模块与控制电路板信号连接，批量的待测半导体LED器件分别固定安装在加热模块上，加热模块直接对批量的待测半导体LED器件进行加热，并通过加热模块的传感器将温度信号反馈给控制电路板，对不同的待测半导体LED器件的温度进行检测，通过实时调整加热模块的输出电流，维持加热模块温度的恒定，实现通过控制为批量的待测半导体LED器件提供相同的测试温度，控制线路板对使用者输入的按键信号进行处理，通过由控制线路板向继电器发送指令信号，从而对批量的待测半导体LED器件分别进行通断，即的控制电路板通过按键控制待测半导体LED器件的亮灭，完成批量测试。

作为本发明优选的技术方案，控制线路板包括核心控制模块、按键输入模块、大小电流转换模块、加热驱动模块、AD转换模块和数码显示模块，核心控制模块对使用者通过按键输入模块输入的按键信号进行计数，通过计数值确定当前所要关断的待测半导体LED器件件数后，核心控制模块再向大小电流转换模块输出相应的控制信号，大小电流转换模块运用继电器实现小电流和大电流的隔离，实现运用小电流控制大电流，大小电流转换模块的输出触点根据核心控制模块的输出信号作相应变化，对继电器进行控制，从而对各个待测半导体LED器件分别进行通断操作，实现分别控制各个待测半导体LED器件的亮灭，核心控制模块同时将计数器值发送至数码管显示模块，数码管显示模块显示当前关断的待测半导体LED器件的数目，AD转换模块将加热模块反馈的温度信号转换为数字信号，传输至核心控制模块进行后续处理，将该时刻的温度信号和上一时刻的温度信号进行对比，得出差值后运用PID算法求得该时刻的输出信号，并以脉宽调制信号的形式传输至加热驱动模块，加热驱动模块将核心控制模块输出的脉宽调制信号转换成电流信号，从而控制加热模块的发热体直接对批量的待测半导体LED器件进行加热。

作为本发明上述技术方案的优化技术方案，加热驱动模块基于运算放大电路搭建，其由积分模块、电压跟随模块、二阶滤波模块和比较电压输出模块串联形成驱动电路，积分模块用于将脉宽调制信号转换为锯齿信号，电压跟随模块实现电压缓冲，二阶滤波模块再滤去锯齿信号的毛刺，最后比较电压输出模块将锯齿信号和参考电压进行对比后输出对应的控制信号，并将此控制信号加在场效应管的门级，从而实现对输出电流的调整，最终控制加热模块的发热体直接对批量的待测半导体LED器件进行加热。

在本发明上述技术方案中，批量的待测半导体LED器件优选采用串联的连接方式保证通过每颗待测半导体LED器件的电流相同，一次性能实现2颗～100颗的待测半导体LED器件的批量测试。

在本发明上述技术方案中，加热模块优选采用半导体加热制冷片。

在本发明上述技术方案中，恒压源模块优选采用5V、1A的电源适配器为继电器供电，并优选通过线性稳压输出3.3V电平为核心控制模块供电。

在本发明上述技术方案中，核心控制模块优选采用现场可编程门阵列芯片来实现。

在本发明上述技术方案中，AD转换模块优选采用多路模拟通道，实现多路温度的采集和信号传输。

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显著优点：

1. 本发明针对于批量功率半导体LED光学性能的测试，为每颗LED提供相同的工作温度的同时实现了对每颗LED的单独关断及点亮，极大程度的提高了测试的效率，有效解决传统功率半导体LED光学性能测试效率低，耗时长的问题。

2. 本发明发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置采用通过设计嵌入式控制系统，结合运算放大电路，简化模块驱动控制电路结构，集成度高，在测量的方便性、快速性和准确性方面具有明显的优势。

附图说明

图1为本发明实施例一发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一的控制线路板的电路模块结构示意图。

图3为本发明实施例二的加热驱动模块的电路模块结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1，一种发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，包括控制电路板100、积分球300、PC机400、加热模块500、恒压源模块600和恒流源模块700，恒压源模块600采用350mA恒流源为驱动控制电路板100供电，待测半导体LED器件200由恒流源模块700供电，积分球300对待测半导体LED器件200的光学性能进行测试，并将测试结果传输至PC机400，积分球300采用远方光电的HAAS-2000型积分球，PC机400对积分球300传输的数据进行处理后显示结果，加热模块500与控制电路板100信号连接，批量的待测半导体LED器件200分别固定安装在加热模块500上，加热模块500直接对批量的待测半导体LED器件200进行加热，提供相同的温度，保证相同的测试环境，并通过加热模块500的传感器将温度信号反馈给控制电路板100，对不同的待测半导体LED器件200的温度进行检测，通过实时调整加热模块500的输出电流，维持加热模块500温度的恒定，实现通过控制为批量的待测半导体LED器件200提供相同的测试温度，控制线路板100对使用者输入的按键信号进行处理，通过由控制线路板100向继电器发送指令信号，从而对批量的待测半导体LED器件200分别进行通断，即的控制电路板100通过按键控制待测半导体LED器件200的亮灭，完成批量测试。本实施例发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置有效解决了传统功率半导体LED光学性能测试效率低，耗时长的问题，实现批量的对半导体LED光学性能进行测试，提高测试效率。

在本实施例中，参见图1和图2，上述控制线路板100包括核心控制模块120、按键输入模块110、大小电流转换模块130、加热驱动模块140、AD转换模块150和数码显示模块160，核心控制模块120采用Altera的Max II系列的EPM240T100C5芯片，对使用者通过按键输入模块110输入的按键信号进行计数，通过计数值确定当前所要关断的待测半导体LED器件200件数后，核心控制模块120再向大小电流转换模块130输出相应的控制信号，大小电流转换模块130运用汇科公司的HK4100F-DC5V继电器实现小电流和大电流的隔离，同时实现运用小电流控制大电流的功能，大小电流转换模块130的输出触点根据核心控制模块120的输出信号作相应变化，对继电器进行控制，从而对各个待测半导体LED器件200分别进行通断操作，实现分别控制各个待测半导体LED器件200的亮灭，核心控制模块120同时将计数器值发送至数码管显示模块160，数码管显示模块160显示当前关断的待测半导体LED器件200的数目，AD转换模块150采用Philips的PCF8591芯片将加热模块500反馈的温度信号转换为数字信号，传输至核心控制模块120进行后续处理，将该时刻的温度信号和上一时刻的温度信号进行对比，得出差值后运用PID算法求得该时刻的输出信号，并以脉宽调制信号(PWM)的形式传输至加热驱动模块140，加热驱动模块140将核心控制模块120输出的脉宽调制信号转换成电流信号，从而控制加热模块500的发热体直接对批量的待测半导体LED器件200进行加热。本实施例发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置采用通过设计嵌入式控制系统，简化模块驱动控制电路结构，集成度高。

在本实施例中，采用30颗待测半导体LED器件200串联的连接方式保证通过每颗待测半导体LED器件200的电流相同，即一次性能够批量测试30颗待测半导体LED器件200，本实施例针对于30颗功率半导体LED光学性能的测试时，能为每颗半导体LED器件提供相同的工作温度的，同时实现了对每颗LED的单独关断及点亮，极大程度的提高了测试的效率，在测量的方便性、快速性和准确性方面具有明显的优势。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图3，加热驱动模块140基于运算放大电路搭建，其由积分模块142、电压跟随模块144、二阶滤波模块146和比较电压输出模块148串联形成驱动电路，积分模块142用于将脉宽调制信号转换为锯齿信号，电压跟随模块144实现电压缓冲，二阶滤波模块146再滤去锯齿信号的毛刺，最后比较电压输出模块148将锯齿信号和参考电压进行对比后输出对应的控制信号，并将此控制信号加在场效应管(MOSFET)的门级，从而实现对输出电流的调整，最终控制加热模块500的发热体直接对批量的待测半导体LED器件200进行加热，可以实现对温度场的精确控制，有效维持加热模块温度的恒定，保证相同的测试环境。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，加热模块500采用半导体加热制冷片，可采用半导体加热制冷片TEC1-12706，制冷效率高，易于实现数字信号控制。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，恒压源模块600采用5V、1A的电源适配器为继电器供电，并通过AMS1117-3.3V芯片的电平转换输出3.3V电平为核心控制模块120供电，电源工作稳定，满足试验测试需要。

实施例五：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，核心控制模块120采用现场可编程门阵列(FPGA)芯片来实现，FPGA芯片采用Altera的Max II系列的EPM230T100C5芯片，该芯片逻辑单元灵活，集成度高，使用范围宽，其兼容了可编程逻辑器件PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程灵活。与传统的ASIC专用集成电路相比，FPGA具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。

实施例六：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，AD转换模块150采用多路模拟通道，实现多路温度的采集和信号传输，节省信道，使电路系统更加稳定和简化。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims

1. 一种发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，包括控制电路板（100）、积分球（300）、PC机（400）、加热模块（500）、恒压源模块（600）和恒流源模块（700），所述恒压源模块（600）为驱动所述控制电路板（100）供电，待测半导体LED器件（200）由所述恒流源模块（700）供电，所述积分球（300）对待测半导体LED器件（200）的光学性能进行测试，并将测试结果传输至所述PC机（400），所述PC机（400）对所述积分球（300）传输的数据进行处理后显示结果，其特征在于：加热模块（500）与所述控制电路板（100）信号连接，批量的待测半导体LED器件（200）分别固定安装在所述加热模块（500）上，所述加热模块（500）直接对批量的待测半导体LED器件（200）进行加热，并通过所述加热模块（500）的传感器将温度信号反馈给所述控制电路板（100），对不同的待测半导体LED器件（200）的温度进行检测，通过实时调整所述加热模块（500）的输出电流，维持所述加热模块（500）温度的恒定，实现通过控制为批量的待测半导体LED器件（200）提供相同的测试温度，所述控制线路板（100）对使用者输入的按键信号进行处理，通过由所述控制线路板（100）向继电器发送指令信号，从而对批量的待测半导体LED器件（200）分别进行通断，即所述的控制电路板（100）通过按键控制待测半导体LED器件（200）的亮灭，完成批量测试。

2. 根据权利要求1所述的发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，其特征在于：所述控制线路板（100）包括核心控制模块（120）、按键输入模块（110）、大小电流转换模块（130）、加热驱动模块（140）、AD转换模块（150）和数码显示模块（160），所述核心控制模块（120）对使用者通过按键输入模块（110）输入的按键信号进行计数，通过计数值确定当前所要关断的待测半导体LED器件（200）件数后，所述核心控制模块（120）再向所述大小电流转换模块（130）输出相应的控制信号，所述大小电流转换模块（130）运用继电器实现小电流和大电流的隔离，实现运用小电流控制大电流，所述大小电流转换模块（130）的输出触点根据所述核心控制模块（120）的输出信号作相应变化，对所述继电器进行控制，从而对各个待测半导体LED器件（200）分别进行通断操作，实现分别控制各个待测半导体LED器件（200）的亮灭，所述核心控制模块（120）同时将计数器值发送至所述数码管显示模块（160），所述数码管显示模块（160）显示当前关断的待测半导体LED器件（200）的数目，所述AD转换模块（150）将加热模块（500）反馈的温度信号转换为数字信号，传输至所述核心控制模块（120）进行后续处理，将该时刻的温度信号和上一时刻的温度信号进行对比，得出差值后运用PID算法求得该时刻的输出信号，并以脉宽调制信号的形式传输至所述加热驱动模块（140），所述加热驱动模块（140）将所述核心控制模块（120）输出的脉宽调制信号转换成电流信号，从而控制所述加热模块（500）的发热体直接对批量的待测半导体LED器件（200）进行加热。

3. 根据权利要求2所述的发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，其特征在于：所述加热驱动模块（140）基于运算放大电路搭建，其由积分模块（142）、电压跟随模块（144）、二阶滤波模块（146）和比较电压输出模块（148）串联形成驱动电路，所述积分模块（142）用于将脉宽调制信号转换为锯齿信号，所述电压跟随模块（144）实现电压缓冲，所述二阶滤波模块（146）再滤去锯齿信号的毛刺，最后所述比较电压输出模块（148）将锯齿信号和参考电压进行对比后输出对应的控制信号，并将此控制信号加在场效应管的门级，从而实现对输出电流的调整，最终控制所述加热模块（500）的发热体直接对批量的待测半导体LED器件（200）进行加热。

4. 根据权利要求1～3中任意一项所述的发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，其特征在于：批量的待测半导体LED器件（200）采用串联的连接方式保证通过每颗待测半导体LED器件（200）的电流相同，一次性实现2颗～100颗的待测半导体LED器件（200）的批量测试。

5. 根据权利要求1～3中任意一项所述的发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，其特征在于：所述加热模块（500）采用半导体加热制冷片。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，其特征在于：所述恒压源模块（600）采用5V、1A的电源适配器为继电器供电，并通过线性稳压器输出3.3V电平为所述核心控制模块（120）供电。

7. 根据权利要求1～3中任意一项所述的发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，其特征在于：所述核心控制模块（120）采用现场可编程门阵列芯片来实现。

8.根据权利要求1～3中任意一项所述的发光二极管LED光色电性能快速批量测试装置，其特征在于：所述AD转换模块（150）采用多路模拟通道，实现多路温度的采集和信号传输。