CN104407280A - 一种led灯热阻测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED灯热阻测量方法，首先，将LED灯置于恒温箱中，采用恒定的电压为LED灯供电；其次，测量不同温度下LED灯的压降，计算温度系数K；然后，测量在输入电功率加热状态下的LED灯的压降；最后计算热阻。该方法不需要增加额外的设备，只需要现有的设备即可进行操作，操作过程简单，节约了人力资源，测量精度高，提高了热阻测量的准确性。
Description
技术领域
本发明属于电子产品应用领域，具体涉及一种LED灯热阻测量方法。
背景技术
随着LED 超高亮度的出现及LED 色彩的丰富，LED 的应用也由最初的指示扩展到交通、大屏显示、汽车刹车灯、转向灯、工程建筑装饰灯、特种照明领域并正在向普通照明积极推进。阻碍这一发展的最大敌害是LED 的热量管理，因此从事热阻、结温、热参数匹配等问题的研究和改进具有深远的意义。如何降低大功率LED 的热阻、结温，使PN结产生的热量能尽快的散发出去，不仅可提高产品的发光效率，提高产品的饱和电流，同时也提高了产品的可靠和寿命。据有关资料分析，大约70％的故障来自LED 的温度过高，并且在负载为额定功率的一半的情况下温度每升高200C 故障就上升一倍。为了降低产品的热阻，首先封装材料的选择显得尤为重要，包括晶片、金线，硅胶、热沉、粘结胶等,各材料的热阻要低即要求导热性能好；其次结构设计要合理，各材料间的导热性能和膨胀系数要连续匹配。避免导热通道中产生散热瓶颈或因封装物质的膨胀或收缩产生的形变应力，使欧姆接触、固晶界面的位移增大，造成LED 开路和突然失效。
目前测量半导体器件工作温度及热阻的主要方法有：红外微象仪法，电压参数法，还有光谱法，光热阻扫描法及光功率法。其中电压法测量LED 热阻最常用。
热阻(thermal resistance)，是物体对热量传导的阻碍效果。热阻的单位为℃/W，即物体持续传热功率为1W时，导热路径两端的温差。LED的热阻是指LED点亮后，热量传导稳定时，芯片表面每1W耗散，PN结点的温外与连线的支加或散热基板之间的温度差就是LED的热阻Rth。热阻值一般常用θ或是R表示，其中Tj为接面位置的温度，Tx为热传到某点位置的温度，P为汇入的发热功率。热阻大表示热不容易传递，因此套件所产生的温度就比对高，由热阻可以判断及预测套件的发热状况。℃/W数值越低，表示芯片中的热量向外界传导越快。因此，降低了芯片中PN结的温度有利于LED寿命的延长。
影响LED组件热阻的主要因素有以下几点：
1、LED芯片架构与原物料也是影响LED热阻大小的因素之一，减少LED本身的热阻是先期条件；
2、不同导热系数的热沉材料，如铜、铝等对于LED热阻大小的影响也很大，因此选取合适的热沉材料也是降低LED组件热阻的方法之一。
3、即使用相同的热沉材料，也和散热面积的大小有直接关系，二次散热设计好，面积大，也就相应地降低了热阻，这对LED的发光效率和寿命的延长有很大作用。
4、LED芯片用导热胶还是与金属直接相连，包括导热胶和金属的不同种料都会影响LED热阻的大小。要尽量减少LED与二次散热机构装载界面之间的热阻。
5、LED组件的工作环境温度过高也会影响LED组件的热阻大小，尽量降低环境温度。
6、选用一定的材料与控制额定汇入功率等技术细节，以提高LED发光效率和延长LED寿命为前提，处理好LED的散热问题。
因此，在LED设计时考虑到以下几点：
1、降低芯片的热阻。
2、最佳化热通道。
3、强化电通道的导/散热功能。
4、选用导/散热效能更高的出光通道材料。
现有技术中测量热阻，一般使用一个大于LED灯工作电流和工作电压的可调恒流源（或者内阻很高的可调电源来等效可调恒流源），一个电流表测量实际电流，一个电压表测量LED两端的电压降。将LED放入电烘箱，确定好需要记录的温度间隔譬如10度。先在室温条件下，调整电路电流从0.5mA－20mA，记录下此温度的LED电压降曲线；将温度升高10°，再记录一次该温度下的电流从0.5mA－20mA的电压降曲线；这样就可以得到不同温度下的Led的性能曲线，就可以看出其温漂了。这种方法只能靠观察，测量不准确。
综上所述，在LED灯设计时，热阻的测量是至关重要的，现有技术中急需一种操作简单方便的热阻测量装置或测量方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种LED灯热阻测量方法，有效解决了现有技术中热阻测量方法复杂、计算量大的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种LED灯热阻测量方法，包括如下步骤：
步骤1、将LED灯置于恒温箱中，采用恒定的电压为LED灯供电；
步骤2、测量不同温度下LED灯的压降，计算温度系数K；
步骤3、测量在输入电功率加热状态下的LED灯的压降；
步骤4、根据步骤2、步骤3的结果计算热阻。
所述步骤2包括如下步骤：
步骤2-1、将LED灯置于温度为T的恒温箱中，至LED灯的温度Tj1=T；
步骤2-2、将LED灯通过10mA的电流，点测LED灯的第一压降Vf1；
步骤2-3、将LED灯置于温度为T’的恒温箱中，至LED灯的温度Tj2=T’；
步骤2-4、重复步骤2-2，测得LED灯的第二压降Vf2；
步骤2-5、根据如下公式计算温度系数K：
K＝(Vf2-Vf1)/(Tj2-Tj1)＝(Vf2-Vf1)/(T’- T)。
其中，T’>T。
所述步骤3包括如下步骤：
步骤3-1、将LED灯置于温度为T的恒温箱中，给LED灯输入额定电流If，使LED灯产生自加热；
步骤3-2、维持恒定电流If至LED灯压降Vf稳定，记录额定电流If及压降Vf的值；
步骤3-3、测量LED灯热沉最高点温度Ts；
步骤3-4、切断LED灯的输入电流，10ms后，测量LED灯的第三压降Vf3。
所述步骤4采用如下公式计算LED灯的热阻Rthjs：
Rthjs=( Vf3- Vf1)*( T’- T)/ 0.65 *If*Vf*(Vf2-Vf1)-( Ts- T)/ 0.65 *If*Vf。
所述LED灯的供电电压为5V～7.5V。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、该方法不需要增加额外的设备，只需要现有的设备即可进行操作，操作过程简单，节约了人力资源，测量精度高，提高了热阻测量的准确性。
2、该方法测量速度快，结果准确，有效提高了工作效率。
具体实施方式
下面本发明的结构及工作过程作进一步说明。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
一种LED灯热阻测量方法，包括如下步骤：
步骤1、将LED灯置于恒温箱中，采用恒定的电压为LED灯供电；
步骤2、测量不同温度下LED灯的压降，计算温度系数K，具体包括如下步骤：
步骤2-1、将LED灯置于温度为T的恒温箱中，至LED灯的温度Tj1=T；
步骤2-2、将LED灯通过10mA的电流，点测LED灯的第一压降Vf1；
步骤2-3、将LED灯置于温度为T’的恒温箱中，至LED灯的温度Tj2=T’；
步骤2-4、重复步骤2-2，测得LED灯的第二压降Vf2；
步骤2-5、根据如下公式计算温度系数K：
K＝(Vf2-Vf1)/(Tj2-Tj1)＝(Vf2-Vf1)/(T’- T)。
其中，T’>T。
步骤3、测量在输入电功率加热状态下的LED灯的压降，具体过程如下：
步骤3-1、将LED灯置于温度为T的恒温箱中，给LED灯输入额定电流If，使LED灯产生自加热；
步骤3-2、维持恒定电流If至LED灯压降Vf稳定，记录额定电流If及压降Vf的值；
步骤3-3、测量LED灯热沉最高点温度Ts；
步骤3-4、切断LED灯的输入电流，10ms后，测量LED灯的第三压降Vf3。
步骤4、根据步骤2、步骤3的结果计算热阻，具体的计算LED灯热阻Rthjs的公式如下：
Rthjs=( Vf3- Vf1)*( T’- T)/ 0.65 *If*Vf*(Vf2-Vf1)-( Ts- T)/ 0.65 *If*Vf。
所述LED灯的供电电压为5V～7.5V。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种LED灯热阻测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、将LED灯置于恒温箱中，采用恒定的电压为LED灯供电；
步骤2、测量不同温度下LED灯的压降，计算温度系数K；
步骤3、测量在输入电功率加热状态下的LED灯的压降；
步骤4、根据步骤2、步骤3的结果计算热阻。
2.根据权利要求1所述的LED灯热阻测量方法，其特征在于：所述步骤2包括如下步骤：
步骤2-1、将LED灯置于温度为T的恒温箱中，至LED灯的温度Tj1=T；
步骤2-2、将LED灯通过10mA的电流，点测LED灯的第一压降Vf1；
步骤2-3、将LED灯置于温度为T’的恒温箱中，至LED灯的温度Tj2=T’；
步骤2-4、重复步骤2-2，测得LED灯的第二压降Vf2；
步骤2-5、根据如下公式计算温度系数K：
K＝(Vf2-Vf1)/(Tj2-Tj1)＝(Vf2-Vf1)/(T’- T)。
3.根据权利要求2所述的LED灯热阻测量方法，其特征在于：T’>T。
4.根据权利要求2所述的LED灯热阻测量方法，其特征在于：所述步骤3包括如下步骤：
步骤3-1、将LED灯置于温度为T的恒温箱中，给LED灯输入额定电流If，使LED灯产生自加热；
步骤3-2、维持恒定电流If至LED灯压降Vf稳定，记录额定电流If及压降Vf的值；
步骤3-3、测量LED灯热沉最高点温度Ts；
步骤3-4、切断LED灯的输入电流，10ms后，测量LED灯的第三压降Vf3。
5.根据权利要求4所述的LED灯热阻测量方法，其特征在于：所述步骤4采用如下公式计算LED灯的热阻Rthjs：
Rthjs=( Vf3- Vf1)*( T’- T)/ 0.65 *If*Vf*(Vf2-Vf1)-( Ts- T)/ 0.65 *If*Vf。
6.根据权利要求1所述的LED灯热阻测量方法，其特征在于：所述LED灯的供电电压为5V～7.5V。
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