CN103759847B - 发光二极管结温检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管结温检测装置，包括：驱动模块，用以向发光二极管提供正常工作时所需的工作电流；测试恒流源模块，用以向所述发光二极管提供测试电流I和I+ΔI；微处理器模块，用以控制所述驱动模块与所述测试恒流源模块分时向所述发光二极管提供电流；压降检测模块，用以检测所述发光二极管在测试电流为I和I+ΔI时的电压降；以及一数据处理模块，根据所述压降检测模块检测得到的测试电流为I和I+ΔI时的电压降的差值计算得到发光二极管的结温。本发明涉及采用这种发光二极管结温检测装置检测发光二极管结温的方法。

Description

发光二极管结温检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管检测装置，尤其涉及一种发光二极管结温检测装置及其检测方法。

背景技术

发光二极管（Light-emitting Diode）固体光源具有效率高、寿命长等优点，目前已广泛应用于照明领域。在发光二极管所消耗的电能中，多数被转化成了热能，并导致芯片温度明显升高。而发光二极管PN结温度（以下简称结温）的变化直接影响到发光二极管产品的性能及其使用寿命。因此如何精确地测量发光二极管结温从而控制其升温范围对提高发光二极管产品的性能稳定和使用寿命具有极其重要的作用。

通常的发光二极管检测装置，在不考虑发光二极管自身发热影响（将发光二极管的内阻视为0）的前提下，利用特定电流下发光二极管的正向电压降与发光二极管结温近似成线性关系的原理进行测量。

然而，上述方法中，为了保证电压测量的稳定，通常需要较大的电流流过发光二极管，而上述方法忽略了该较大的测试电流通过发光二极管（内阻）时不可避免的自发热现象对发光二极管结温的影响，从而导致测量结果出现偏差。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种精度较高的发光二极管结温检测装置及其检测方法。

一种发光二极管结温检测装置，包括：驱动模块，用以向发光二极管提供工作电流；测试恒流源模块，用以向所述发光二极管提供测试电流I和I+ΔI；微处理器模块，用以控制所述驱动模块与所述测试恒流源模块分时向所述发光二极管提供电流；压降检测模块，用以检测所述发光二极管在测试电流为I和I+ΔI时的电压降；以及数据处理模块，用以根据所述压降检测模块检测得到的测试电流为I和I+ΔI时的电压降的差值得到发光二极管的结温。

一种采用发光二极管结温检测装置检测发光二极管结温的方法，所述发光二极管结温检测装置包括驱动模块、测试恒流源模块、微处理器模块、压降检测模块以及数据处理模块，该方法包括：

所述微处理器模块控制所述驱动模块向一发光二极管提供工作电流以使得所述发光二极管工作在稳定状态；

所述微处理器模块快速切断驱动模块供给在发光二极管上的工作电流，并控制测试恒流源模块向所述发光二极管供给测试电流I；

所述微处理器模块发出脉冲宽度调制信号以控制所述测试恒流源模块向所述发光二极管提供测试电流I+ΔI；

所述压降检测模块检测在测试电流I和I+ΔI通过发光二极管时发光二极管两端的电压降；

所述数据处理模块依据压降检测模块检测到的测试电流I和I+ΔI通过发光二极管时发光二极管两端的电压降的差值得到发光二极管的结温。

与现有技术相比，本发明的发光二极管结温检测装置及其检测方法中，考虑了发光二极管自身的发热现象对其结温的影响，通过检测得到的测试电流I和I+ΔI下的发光二极管两端的电压降差值来确定发光二极管的结温，减小了发光二极管在较大的测试电流下发热现象对结温测试的影响，提高了测试的精度。

附图说明

图1是本发明一实施例中的发光二极管结温检测装置的电路方框图。

图2为本发明另一实施例中的发光二极管结温检测装置的电路方框图。

图3为图1所述的发光二极管检测装置中的测试恒流源模块与微处理器模块、发光二极管以及压降检测模块之间的电路连接示意图。

主要元件符号说明

发光二极管	10
		发光二极管结温检测装置	20
驱动模块	21
		测试恒流源模块	22
微处理器模块	23
		压降检测模块	24
数据处理模块	25
		切换开关模块	230
第一晶体管	T1
		第二晶体管	T2
第三晶体管	T3
		第一电阻	R21
第二电阻	R22
		第三电阻	R23

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参见图1，由半导体物理知识可知，图1中的发光二极管10的反向饱和电流I₀与结温T之间的的关系为：

(1)

式中，A为与发光二极管10的PN结的类型、掺杂浓度、几何尺寸以及构成PN结的材料等有关的系数，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数，q为电子电荷，T为温度，E_G(T)是温度T时的PN结的能带宽度，取其一阶近似为：

(2)

式中，β是温度系数。

当不考虑测试电流I在发光二极管10内阻R上的发热影响时，正向电流I与正向电压降V的关系为：

(3)

考虑到，上式可写成，

(4)

将式（1）代入上式得到：

(5)

从而得到发光二极管10正向电压降V与结温T的关系为：

(6)

本发明中，为了更加精确地反映发光二极管10结温与其正向电压降V之间的关系，引入电流I在发光二极管10内阻R上的发热影响，上式可改写为：

(7)

相同测试条件下，让（ΔI远小于I）的测试电流通过发光二极管，并测量发光二极管10相应的正向电压降：

(8)

优选地，所述ΔI的取值范围在0.05I-0.1I之间。

将式（8）减去式（7）,由于ΔI远小于I，可以认为，并可忽略（即由ΔI引起的发热影响），得到：

(9)

由式（9）可知，在I和I+ΔI为定值的情况下，ΔV与之间是线性的关系，针对每一确定的发光二极管10，n, k, q为常量。

因此，基于式（9），采用测试电流I和I+ΔI分别驱动发光二极管10，并测量电流I和I+ΔI流经发光二极管10后引起的电压降差值ΔV，即可得到在考虑测试电流I在发光二极管10内阻上产生发热影响的情况下，发光二极管10正向电压降差值ΔV与其结温的关系，并可根据该关系得出在考虑测试电流I在发光二极管10内阻上产生发热影响的情况下的发光二极管10的结温。

本发明的发光二极管检测装置20包括一驱动模块21、一测试恒流源模块22、一微处理器模块23、一压降检测模块24以及一数据处理模块25。

所述驱动模块21用以驱动发光二极管10发光，以使之工作在正常的工作状态。本实施例中，所述驱动模块21为一恒流源。当然，所述驱动模块21可以为任何一种可驱动所述发光二极管10工作在正常状态下的装置或电路。

所述测试恒流源模块22可分别为发光二极管10供给测试电流I和I+ΔI。I的量级在毫安级，ΔI取值在0.05I至0.1I之间。

所述微处理器模块23控制所述驱动模块21与测试恒流源模块22分时向发光二极管10供给电流。所述微处理器模块23可通过其不同的输出端口直接控制驱动模块21以及测试恒流源模块22分时向所述发光二极管10供给电流。 本实施例中的驱动模块21和测试恒流源模块22分时向所述发光二极管10供电，是指驱动模块21和测试恒流源模块22在微处理器模块23的控制下分别单独向所述发光二极管10供电。

当然，所述微处理器模块23也可通过切换开关模块230控制所述驱动模块21及测试恒流源模块22分时向发光二极管10供给电流。本实施例中，所述切换开关模块230可为一P型金属氧化物场效应管。

所述压降检测模块24，用以检测发光二极管10分别在测试电流I和I+ΔI的驱动下两端的电压降。

所述数据处理模块25根据所述压降检测模块24检测得到的测试电流I和I+ΔI的驱动下两端的电压降，计算得到与测试电流I和I+ΔI相对应的发光二极管10电压降之间的差值ΔV，并根据式（9）得到发光二极管10的结温。

如图2所示，在另一实施例中，也可直接将发光二极管10两端的在不同测试电流I和I+ΔI下的发光二极管10两端的电压降直接输出至微处理器模块23相应的端口，并通过所述微处理器模块23计算得到发光二极管10的结温。

本案中的发光二极管检测装置100在考虑了测试电流I在发光二极管10自身发热影响的情况下，通过检测测试电流I和I+ΔI下的电压降差值ΔV，可计算得到发光二极管10的结温。相较于传统的发光二极管检测装置中直接检测两端的正向电压降，并利用近似的发光二极管结温与其两端的电压降的线性关系来计算得到的结温更加精确。

请参见图3，所述测试恒流源模块22由第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第一电阻R21、第二电阻R22以及第三电阻R23组成。

所述第一晶体管T1为一PNP型三极管。所述第一晶体管T1的基极连接其集电极，所述第一晶体管T1的发射极连接电源VCC，所述第一晶体管T1的集电极连接所述第一电阻R21的一端。

所述第一电阻R21的另一端连接所述第二电阻R22的一端。所述第二电阻R22的另一端连接接地端。

所述第二晶体管T2的基极连接所述第一晶体管T1的基极，所述第二晶体管T2的发射极连接所述第一晶体管T1的发射极，并与所述电源VCC连接。

所述第二晶体管T2的集电极连接所述发光二极管10的正极。所述发光二极管10的负极连接接地端。

所述第三晶体管T3的基极连接第三电阻R23的一端，所述第三晶体管T3的集电极连接所述第一电阻R21及第二电阻R22之间的公共端，所述第三晶体管T3的发射极连接接地端。

所述测试恒流源模块22中，流过发光二极管10的电流受电阻R21、R22以及第三晶体管T3的调节。

所述微处理器模块23的一输出端连接所述恒流源模块22的输入端。本实施例中，所述微处理器模块23的一输出端连接所述第三电阻R23的另外一端。

所述微处理器模块23自所述一输出端输出控制信号控制第三晶体管T3的开启/截止，以相应地改变第一晶体管T1的集电极电阻值，配合调整R21/R22的值，即可得到流过发光二极管10的测试电流I和I+ΔI。所述微处理器模块23输出的控制信号可为脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）信号。

所述压降检测模块24的输入端连接至所述发光二极管10的正极与接地端之间，以检测测试电流I/I+ΔI 分别流经发光二极管10时的电压降。

测试时，所述微处理器模块23控制所述驱动器模块21驱动所述发光二极管10工作在正常状态下。接着，所述微处理器模块21快速切断所述驱动模块21供给给发光二极管10的电流，并控制所述测试恒流源模块22向所述发光二极管供给测试电流I。所述压降检测模块24检测测试电流I下的发光二极管10的电压降V1。所述微处理器模块23发出控制信号（PWM信号）控制所述第三晶体管T3的导通/截止。由于所述微处理器模块23发出的控制信号为具有高、低电平的PWM信号，因此，当所述第三晶体管T3接收到高电平时，第三晶体管T3导通。第三晶体管T3导通后，所述第二电阻R22被短路，所述测试恒流源模块22的输出电流增大为I+ΔI。所述压降检测模块24测试到流经电流为I+ΔI时的发光二极管10的两端的电压降V2。所述数据处理模块25依据该电压降V1和V2以及式（9）即可得到发光二极管10的结温。

本案中的发光二极管检测装置100中，由于ΔI远小于I，因此，可忽略该ΔI引起的发光二极管10自身发热的影响。而且，本案发光二极管检测装置20中通过测试电压降差值的方法，减小了较大电流带来的发光二极管10发热对发光二极管结温测试的影响，提高了测量的精度。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管结温检测装置，包括：

驱动模块，用以向发光二极管提供工作电流；

测试恒流源模块，用以向所述发光二极管提供测试电流I和I+ΔI；

微处理器模块，用以控制所述驱动模块与所述测试恒流源模块分时向所述发光二极管提供电流；

压降检测模块，用以检测所述发光二极管在测试电流为I和I+ΔI时的电压降；以及

数据处理模块，用以根据所述压降检测模块检测得到的测试电流为I和I+ΔI时的电压降的差值得到发光二极管的结温。

2.如权利要求1所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：所述数据处理模块依据得到发光二极管的结温，其中，ΔV为测试电流为I和I+ΔI时的发光二极管两端的电压降差值，n为理想因子，k为玻尔兹曼常量，q为电子电量，T为温度。

3.如权利要求1所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：所述ΔI的取值范围在0.05I-0.1I之间。

4.如权利要求1所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：还包括切换开关模块，所述微处理器模块通过所述切换开关模块控制所述驱动模块与所述测试恒流源模块分时向所述发光二极管提供电流。

5.如权利要求4所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：所述切换开关模块为金属氧化物场效应管。

6.如权利要求1所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：所述测试恒流源由第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电阻、第二电阻以及第三电阻组成，所述第一晶体管为一PNP型三极管，所述第一晶体管的基极连接其集电极，所述第一晶体管的发射极连接电源，所述第一晶体管的集电极连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接接地端，所述第二晶体管的基极连接所述第一晶体管的基极，所述第二晶体管的发射极连接所述第一晶体管的发射极，并与所述电源连接，所述第二晶体管的集电极连接所述发光二极管的正极，所述第三晶体管的基极连接第三电阻的一端，所述第三晶体管的集电极连接所述第一电阻及第二电阻之间的公共端，所述第三晶体管的发射极连接接地端。

7.如权利要求6所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：所述微处理器的一输出端连接所述第三电阻的另一端，以控制所述测试恒流源的输出至发光二极管的测试电流。

8.如权利要求7所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：所述微处理器的所述一输出端输出脉冲宽度调制信号以控制第三晶体管的导通或截止，进而控制所述测试恒流源输出至所述发光二极管的测试电流。

9.如权利要求1所述的发光二极管结温检测装置，其特征在于：所述驱动模块为恒流源，所述数据处理模块为微处理器。

10.一种采用发光二极管结温检测装置检测发光二极管结温的方法，所述发光二极管结温检测装置包括驱动模块、测试恒流源模块、微处理器模块、压降检测模块以及数据处理模块，该方法包括：

所述微处理器模块控制所述驱动模块向一发光二极管提供工作电流以使得所述发光二极管工作在稳定状态；

所述微处理器模块快速切断驱动模块供给在发光二极管上的电流，并控制测试恒流源模块向所述发光二极管供给电流I；

所述微处理器模块发出脉冲宽度调制信号以控制所述测试恒流源模块向所述发光二极管提供电流I+ΔI；

所述压降检测模块检测在测试电流I和I+ΔI通过发光二极管时发光二极管两端的电压降；

所述数据处理模块依据压降检测模块检测到的测试电流I和I+ΔI通过发光二极管时发光二极管两端的电压降的差值得到发光二极管的结温。