CN104807552A - 一种低成本、高精度led结点温度测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED结点温度测量仪器，其包括一个正向压降检测单元、一个数据获取装置、一个水银开关和一个LED驱动，其中该LED驱动为恒定电流源，其中该数据获取装置可通电地与该压降检测单元相连接；其中该水银开关在测量过程中能够将待测LED结点自LED驱动切换至一个等效负荷，和在完成测量后将该LED结点自该等效负荷切换至该LED驱动。

Description

一种低成本、高精度LED结点温度测量仪器

技术领域

本发明涉及一种LED结点温度测量仪器，特别是涉及一种低成本，高精确度的LED结点温度测量仪器。 

背景技术

专利号为8,278,831；7,758,240；7,052,180；5,401,099的美国专利分别描述了测量半导体结点温度的不同方式，所有这些仪器也可以用于测量LED结点温度。但是，所有这些测量仪器都存在一个弊端就是，其只能适用于实验室环境以及简单的结点温度测量。在这些专利中，被测量的均为简单，小巧的装置，这些被测量装置之间的连接及测量仪器都是简短的，因此，具有很小的寄生电容，漏电感和较小噪音。然而，在实际测试LED的结点温度时，被测量的装置可能会非常复杂和庞大，其在系统中具有大的多的寄生电容，漏电感，另外，工厂的噪音也将比实验室大得多。鉴于此，上述专利中所描述的方法不适于LED结点温度测试的实际操作，以及工厂环境。 

发明内容

本发明的一个目的是提供一种LED结点温度测量仪器，其可以被使用于噪音很大的工厂环境。 

本发明的另一个目的是提供一种LED结点温度测量仪器，其可以测量单一LED或多LED（COB）或具有固定装置的LED。 

本发明的另一个目的是提供一种LED结点温度测量仪器，其可以自我校验。 

本发明的另一个目的是提供一种LED结点温度测量仪器，其可以在非常短暂的等待时间（<10s）后重复测量。 

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。 

依本发明，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明LED结点温度测量仪器包括： 

一个电力供应装置， 

一个具有高精度和高稳定性的恒定电流源，可连接于该电力供应装置和 该被测LED，该恒定电流源的恒定电流小于该被测LED工作电流的10%，其中，该恒定电流具有一个从几伏到几百伏的变量钳位电压， 

一个等效负荷，在测量期间，连接于该恒定电流， 

一个水银开关30（SW），该开关（SW）可将该恒定电流在LED和等效负荷之间切换，切换时间小于20ms， 

一个用于接收数据的数据获取装置， 

一个数据传输接口，该数据传输接口可接入一个计算机以控制和处理该数据处理装置获取到的数据。 

本发明进一步提供一种LED结点温度测量仪器，包括： 

一正向压降检测单元； 

一数据获取装置； 

一水银开关；和 

一LED驱动，其中该LED驱动为恒定电流源，其中该数据获取装置可通电地与该压降检测单元相连接；其中该水银开关在测量过程中能够将待测LED结点自LED驱动切换至一个等效负荷，和在完成测量后将该LED结点自该等效负荷切换至该LED驱动。 

本发明进一步提供一种LED结点温度测量方法，包括以下步骤： 

(A)连接一LED驱动至一待测LED结点，其中该LED驱动为恒定电流源； 

(B)等待至该LED驱动的电流输出稳定，启动一个数据获取装置和通过一个水银开关将待测LED结点自LED驱动切换至一个等效负荷； 

(C)数据获取结束后，通过该水银开关将待测LED结点自LED驱动切换至该等效负荷。 

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。 

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。 

附图说明

图1为依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器的电路示意图，其中该图为LED节点温度分析仪的一简化框图和该图阐释了该LED结点温度 测量仪器用于一组LED结组成的LED组的结点温度测量。 

图2为依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器的电路示意图，该图阐释了该LED结点温度测量仪器用于LED设备或COB节点温度测量。 

图3为依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器的电路示意图，该图阐释了该LED结点温度测量仪器用于单个LED结的结点温度测量，其中该图所示的是单一LED节点温度测量。 

图4为机械继电器和电子继电器的切换性能示意图，其中该图所示的是常规开关切断性能。 

图5为依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器的水银开关的切换性能示意图。 

图6为一示意图，展示了没有等效负荷时的LED电流，其阐明了无一等效负荷时的打开性能。 

图7为一示意图，展示了具有一等效负荷时的LED电流，其阐明了有一等效负荷时的打开性能。 

图8为一示意图，展示了开关与电流源之间的时间设置。 

图9为一示意图，展示了如何在没有快速数据获取装置时提高数据精确度。其中该图阐明了数据计算方法。 

具体实施方式

下述描述被揭露以使本领域技术人员可制造和使用本发明。下述描述中提供的较佳实施例仅作为对本领域技术人员显而易见的示例和修改，其并不构成对本发明范围的限制。下述描述中所定义的一般原理可不背离本发明精神和发明范围地应用于其它实施例、可选替代、修改、等同实施和应用。 

参考本发明附图之图1至图9，依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器被阐明，其中该LED结点温度测量仪器包括一个正向压降检测单元10、一数据获取装置20、一水银开关30和一LED驱动60，其中该LED驱动60为恒定电流源，其中该数据获取装置20可通电地与该压降检测单元10相连接；其中该水银开关30在测量过程中能够将待测LED结点（或一组LED结点组成的LED结点组或LED设备或COB）自LED驱动60切换至一个等效负荷50，和在完成测量后将该LED结点自该等效负荷50切换至该LED驱动60。优选地，该水银开关20的切换时间小于20ms。 

如附图之图1之图3所示，依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器能够提供一个等效负荷50，其中该等效负荷50在测量期间连接于该LED驱动60。 

如附图之图1之图3所示，依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器进一步包括一个电力供应装置40，其中该电力供应装置40可通电地分别与该水银开关30和该数据获取装置20相连接，并能够为该水银开关30和该数据获取装置20提供电能。 

如附图之图1之图3所示，依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器进一步包括一个数据传输接口70，其中该数据传输接口70与该数据获取装置20可通电地相连接，且该数据获取装置20中的数据可通过该数据传输接口70被下载 

依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器进一步包括一个热耦合温度计用于测量室温，且该热耦合温度计可通电地分别与该数据获取装置20和该电力供应装置40相连接。 

值得注意的是，该LED驱动60仅有两个端口可通电地连接于该正向压降检测单元10，且其它端口被继电器物理性地与该LED驱动60断开，或被光电耦合器阻断。 

本发明还进一步提供一种LED结点温度测量方法，其包括以下步骤： 

(A)连接一LED驱动至一待测LED结点，其中该LED驱动为恒定电流源； 

(B)等待至该LED驱动的电流输出稳定，启动一个数据获取装置和通过一个水银开关将待测LED结点自LED驱动切换至一个等效负荷； 

(C)数据获取结束后，通过该水银开关将待测LED结点自LED驱动切换至该等效负荷。 

优选地，该LED结点温度测量方法进一步包括一个自检验步骤，其中该自检验步骤在上述步骤（A）之前和包括下述步骤： 

1）在室温下，连接待测LED结点至一个LED结点温度测量仪器； 

2）在环境温度稳定后，打开数据获取装置以测量具有内部恒定电流源的第一数据点； 

3）移动被测LED结点至一个烤箱内，调整该烤箱的温度至高于室温50℃； 

4）按照步骤2以获得第二数据点； 

5）使用第一数据和第二数据点以制得一自检验K线图。 

优选地，该LED结点温度测量方法进一步包括一个自检验步骤，其中该自检验步骤在上述步骤（A）之前和包括下述步骤： 

1）在室温下，将LED结点至一个LED结点温度测量仪器； 

2）温度稳定之后，打开数据获取装置以获取第一数据点； 

3）移动该LED结点至一个烤箱内，调整该烤箱的温度至高于室温50℃； 

4）按照步骤2获得第二LED正向电压； 

5）使用第一数据和第二数据点以制得一自检验K线图。如附图之图1所示，依本发明较佳实施例的LED结点温度测量仪器能够用于多个LED结点组成的LED结点组的测量其中该LED结点温度测量仪器具有一个高精度、高稳定性的恒定电流源作为LED驱动60，该恒定电流源与电源线和控制线完全断开，一个无泄露，无波动且能快速切换的水银开关30（SW）30，一个数据获取装置20，一个等效负荷50，一个热耦合温度计（可选，没有显示在框图中），一个数据传输接口70，和一个电力供应装置40作为动力源。据图所示，还包括一个数据处理装置80，如一个适用于数据处理的计算机被用于控制和数据处理。 

其中，该高精度、高稳定性的恒定电流源仅具有两个导线在测量期间连接于测量仪器。在测量期间，其它导线通过继电器被物理性的与电流源隔断，或者通过光电耦合器阻断。该恒定电流源具有一个从几伏到几百伏的变量钳位电压，且其恒定电流需要小于LED工作电流的10%。该恒定电流源可被一直连接于LED（被测试的）或仅在测量过程中连接于该被测LED。 

该无泄漏，无波动且能快速切换的水银开关30（SW）在整个钳位电压范围内具有零漏电流，在切换期间具有零电流或电压波动。其中，该水银开关30（SW）在测量过程中可将LED驱动60电流从LED切换至等效负荷50，在完成测量后将LED驱动10电流从等效负荷50切换至LED，并且切换时间小于20ms。 

该数据获取装置20的数据转换时间需等于或快于10，000读数/秒（100us或更好）。当关闭该被测试LED的驱动电流时，该LED驱动将被连接于一等效负荷50。 

图2和图3分别展示了一LED设备或COB（载芯片板）结点温度的测量，和一单LED结点温度的测量。 

图4展示了机械继电器和电子继电器的切换性能。其中，电子继电器在高电伏时具有一漏电流，机械继电器具有一波动期间，并且两种继电器的切换时间均为毫秒级。因此，当LED结点温度测量仪器使用这种继电器时，测量的准确性将会大大降低。 

图5展示了一水银开关30的切换性能。可以看出本发明的LED结点温度测量仪器所使用的水银开关没有波动期间，没有漏电流，且具有微秒级的快速切换时间。因此，本发明的LED结点温度测量仪器具有高测量精确度。 

图6展示了不具有一等效负荷时的LED电流。该LED由一恒定电流源驱动，对于一些驱动装置，在没有负荷时，其输出电压将会非常高。在测量期间，该LED驱动需要与LED断开并变为无负荷阶段，当将驱动装置切换回LED时，LED上的高电压将会在LED内产生一电流火花，这会损坏该LED并造成温度波动。对于一些驱动装置，其具有一保护电路，当没有负荷时，驱动装置会关闭输出电流，在测量期间，该LED驱动60需要切断LED并变为无负荷阶段，此时该驱动装置将切断输出电流，当切换该驱动装置回到LED时，该驱动装置需要被再次重置为驱动该LED，这样会产生一个没有驱动电流的期间。因此，这将造成更多的温度波动。由此可以看出，如果没有该等效负荷，将会很难连续的测量该LED的结点温度。 

图7展示了具有一等效负荷时的LED电流。在测量期间，该LED驱动60切换至该等效负荷，因此，该驱动装置不会具有一个高输出电压或处于保护模式。当切换该驱动装置回到LED时，也不会产生电流火花。另外，也没有一个非驱动电流期间。所以，在具有一等效负荷时，该发明的LED结点温度测量仪器能连续测量一LED的结点温度而不会有温度波动或引入一个附加错误。 

该LED为一半导体设备，而一个半导体就是一个温度计，该半导体结点电压（正向电压）与该LED结点温度直接相关，该LED结点电压也与该LED结点温度直接相关。因此，结点电压测量可以被用于LED结点温度的测量。 

对于毫安级的小驱动电流LED，一个一直连接的恒定电流源可能会引入一些错误。因此本发明的LED结点温度测量仪器使用了一个根据时间控制的恒定电流源以减少测量错误。 

图8展示了该发明的测量时间图表。顺序如下： 

1）连接该恒定电流至该被测试的LED， 

2）等至稳定， 

3）当该恒定电流（电压）稳定时，在通过将开关（SW）调至等效负荷而关闭LED驱动60电流之前开始接收数据， 

4）当数据获取完成后，将该LED驱动60电流从该等效负荷切换至LED， 

5）将恒定电流从被测试的LED断开。 

如果该LED工作电流比该恒定电流大50倍，由恒定电流而造成的测量错误最小。因此，该恒定电流源可被一直连接于该系统或被测试的LED而不需控制。 

测量电流源一直连接的LED结点温度的方法是： 

1）打开数据获取装置并接收数据（结点正向电压）， 

2）通过将开关（SW）从LED切换至等效负荷而关闭该LED驱动60电流， 

3）当该数据获取完成时，将LED驱动电流从等效负荷切换至LED。 

图9展示了在没有一个非常快的数据接收装置时如何提高数据精确度。根据图9中所示，从开关启动时到第一数据点具有一个时间滞后。在最差的情况下，该时间滞后为切换时间加上数据获取时间。一个低成本数据获取装置的数据获取时间在100us左右。如果该切换时间为20us左右，则整个时间滞后为120us左右。因此，由于该时间滞后将会引起一个测量错误。如图所示，应该至少接收3个数据点，从这些数据点，可以发现温度下降线。计算的温度数据为温度下降线和开关启动线（竖直）的交叉点。当使用快速数据接收装置时，该温度下降线相同，因此，该交叉点也相同。 

为了得到一个精确的测量，比如频率为50Hz或60Hz的背景噪音经常造成问题，因此零交叉检测和数据平均法通常被使用，但这种方法实施困难且造价高。在本发明中，在数据获取期间，该恒定电流源仅有两导线连接至测量系统，其它的所有导线在数据获得期间均物理上与恒定电流源断开。该控制线被光电耦合器（不是常规的光耦合器）阻断。在此测量仪器的数据中没有50Hz或60Hz的噪音。 

为了校验，既不能保持电流源一直连接也不能由计算机控制电流源。 

保持电流源一直连接时的自我校验及其K线： 

1）在室温（由热电偶测量）下，根据图1至图3所示将LED或者多LED（COB），或者LED设备至该仪器，但不连接LED驱动60。 

2）温度稳定后，打开数据获取装置以测量具有内部恒定电流源的第一数据（结点正向电压）点。 

3）移动LED或多LED或LED设备至一个烤箱内，调整该烤箱的温度至高于室温50℃（最好高于工作温度）。 

4）按照步骤2以获得第二数据点。 

5）使用第一数据（电压/温度）和第二数据点（电压/温度）以创造一K线图，该K线图是温度与被测试LED正向电压之间的关系。 

具有时间控制恒定电流源自我校验及其K线： 

1）在室温（由热电偶测量）下，根据图1至图3所示将LED或者多LED（COB），或者LED设备至该仪器，但不连接LED驱动60。 

2）温度稳定之后，根据图8的流程获取第一数据（结点正向电压）点。 

3）移动LED或多LED或LED设备至一个烤箱内，调整该烤箱的温度至高于室温50℃（最好高于工作温度）。 

4）按照步骤2获得第二LED正向电压。 

5）使用第一数据（电压/温度）和第二数据点（电压/温度）以创造一K线图，该K线图是温度与被测试LED正向电压之间的关系。 

本领域技术人员会明白附图中所示的和以上所描述的本发明实施例仅是对本发明的示例而不是限制。 

由此可以看到本发明目的可被充分有效完成。用于解释本发明功能和结构原理的该实施例已被充分说明和描述，且本发明不受基于这些实施例原理基础上的改变的限制。因此，本发明包括涵盖在附属权利要求书要求范围和精神之内的所有修改。 

Claims (15)

1.一种LED结点温度测量仪器，其特征在于，包括： 

一正向压降检测单元； 

一数据获取装置； 

一水银开关；和 

一LED驱动，其中所述LED驱动为恒定电流源，其中所述数据获取装置可通电地与所述压降检测单元相连接；其中所述水银开关在测量过程中能够将待测LED结点自LED驱动切换至一个等效负荷，和在完成测量后将所述LED结点自所述等效负荷切换至所述LED驱动。 

2.根据权利要求1所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，所述水银开关的切换时间小于20ms。 

3.根据权利要求1所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，所述LED结点温度测量仪器能够提供一个等效负荷，其中所述等效负荷在测量期间连接于所述LED驱动。 

4.根据权利要求2所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，所述LED结点温度测量仪器能够提供一个等效负荷，其中所述等效负荷在测量期间连接于所述LED驱动。 

5.根据权利要求1所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，进一步包括一个电力供应装置，其中所述电力供应装置可通电地分别与所述水银开关和所述数据获取装置相连接，并能够为所述水银开关和所述数据获取装置提供电能。 

6.根据权利要求4所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，进一步包括一个电力供应装置，其中所述电力供应装置可通电地分别与所述水银开关和所述数据获取装置相连接，并能够为所述水银开关和所述数据获取装置提供电能。 

7.根据权利要求1所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，进一步包括一个数据传输接口，其中所述数据传输接口与所述数据获取装置可通电地相连接，且所述数据获取装置中的数据可通过所述数据传输接口被下载。 

8.根据权利要求6所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，进一步包括一个数据传输接口，其中所述数据传输接口与所述数据获取装置可通电地相连接，且所述数据获取装置中的数据可通过所述数据传输接口被下载。 

9.根据权利要求1所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，进一步包括一个热耦合温度计用于测量室温。 

10.根据权利要求8所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，进一步包括一个热耦合温度计用于测量室温。 

11.根据权利要求1所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，其中在测量期间，所述LED驱动仅有两个端口可通电地连接于所述正向压降检测单元，且其它端口被继电器物理性地与所述LED驱动断开，或被光电耦合器阻断。 

12.根据权利要求10所述的LED结点温度测量仪器，其特征在于，其中在测量期间，所述LED驱动仅有两个端口可通电地连接于所述正向压降检测单元，且其它端口被继电器物理性地与所述LED驱动断开，或被光电耦合器阻断。 

13.一种LED结点温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 

(A)连接一LED驱动至一待测LED结点，其中所述LED驱动为恒定电流源； 

(B)等待至所述LED驱动的电流输出稳定，启动一个数据获取装置和通过一个水银开关将待测LED结点自LED驱动切换至一个等效负荷； 

(C)数据获取结束后，通过所述水银开关将待测LED结点自LED驱动切换至所述等效负荷。 

14.根据权利要求13所述的LED结点温度测量方法，其特征在于，进一步包括一个自检验步骤，其中所述自检验步骤在上述步骤(A)之前和包括下述步骤： 

1)在室温下，连接待测LED结点至一个LED结点温度测量仪器； 

2)在环境温度稳定后，打开数据获取装置以测量具有内部恒定电流源的第一数据点； 

3)移动被测LED结点至一个烤箱内，调整该烤箱的温度至高于室温50℃； 

4)按照步骤2以获得第二数据点； 

5)使用第一数据和第二数据点以制得一自检验K线图。 

15.根据权利要求13所述的LED结点温度测量方法，其特征在于，进一步包括一个自检验步骤，其中所述自检验步骤在上述步骤(A)之前和包括下述步骤： 

1)在室温下，将LED结点至一个LED结点温度测量仪器； 

2)温度稳定之后，打开数据获取装置以获取第一数据点； 

3)移动所述LED结点至一个烤箱内，调整该烤箱的温度至高于室温50℃； 

4)按照步骤2获得第二LED正向电压； 

5)使用第一数据和第二数据点以制得一自检验K线图。