CN106199371B - 利用交流脉冲测量ac-led热阻和结温的方法及装置 - Google Patents

利用交流脉冲测量ac-led热阻和结温的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106199371B
CN106199371B CN201610884239.9A CN201610884239A CN106199371B CN 106199371 B CN106199371 B CN 106199371B CN 201610884239 A CN201610884239 A CN 201610884239A CN 106199371 B CN106199371 B CN 106199371B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
led
voltage
junction temperature
thermal resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610884239.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106199371A (zh
Inventor
吕毅军
朱洪辉
肖瑶
高玉琳
朱丽虹
陈国龙
郭自泉
林岳
陈忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN201610884239.9A priority Critical patent/CN106199371B/zh
Publication of CN106199371A publication Critical patent/CN106199371A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106199371B publication Critical patent/CN106199371B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2632—Circuits therefor for testing diodes
    • G01R31/2635—Testing light-emitting diodes, laser diodes or photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

利用交流脉冲测量AC‑LED热阻和结温的方法及装置，涉及交流发光二极管热阻和结温测试。利用交流脉冲测量AC‑LED热阻和结温的装置设有信号发生器、电压/电流放大器、示波器、控温台、电流/电压探头、积分球、光谱仪；信号发生器的输出端接电压/电流放大器的输入端，电压/电流放大器的输出端接待测AC‑LED，待测AC‑LED固定在控温台上，电流/电压探头接控温台，电流/电压探头的信号输出端接示波器，积分球与待测AC‑LED连接，积分球的光功率输出端接光谱仪。利用正负窄脉冲对结温几乎不影响，对比相同幅值的方波信号，调整热沉温度使两者幅值相等，确定热沉与PN结温差及热阻。

Description

利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的方法及装置
技术领域
本发明涉及交流发光二极管(AC-LED)热阻和结温测试方法，尤其是涉及利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的方法及装置。
背景技术
LED作为第四代绿色光源，具有诸多优点，如可靠性高、寿命长、环保节能、体积小等。LED如今在诸多领域如显示、装饰、照明等应用广泛。交流发光二极管(AC-LED)无须经过AC/DC转换，可以直接在220V(或110V)交流电使用。AC-LED在照明产品上的应用,比传统LED和一般灯泡都更加节能,而且在使用上也更为便利。然而AC-LED的散热是一个突出的问题，如何保持AC-LED结温在一个允许的范围内，保持AC-LED良好的光效和稳定的寿命，一直是急需解决的问题。
目前对结温的测试没有统一的标准，现有文献提出了多种结温测量方法，如正向电压法、管脚法、红外热像法、脉冲电流法等[Han-Youl Ryu,Kyoung-Ho Ha,et.al.Measurement of junction temperature in GaN-based laser diodes usingvoltage-temperature characteristics[J].Appl.Phys.Lett.,2005,87:093506.],[H.Ishikawa,T.Fujiwara,K.Fukiwara,et.al.Accelerated aging test of Gal-xAlxAsDH lasers[J].APP.Phys.Lett.,1999,50:2518.][温怀疆,牟同升,脉冲法测量LED结温、热容的研究,光电工程,2010,7,53-59.]。其中红外热像法测量结温是比较方便的一个方法，但较易受到封装结构的影响，测量的误差比较大，响应速度相对电学法较慢，且器件必须处于未开封的状态。正向电压法是目前运用比较普遍的一种测量结温的方法，正向电压法具有非破坏性等优点。但是由于结温是在小电流状态下测量的，测量时需从大电流的加热状态迅速切换到小电流的测试状态，对设备响应速度要求较高，影响了测试精度。
以上方法主要针对直流LED，对AC-LED基本不适用，目前对AC-LED的结温研究还比较欠缺，有基于峰值波长测结温[基于峰值波长交流发光二极管结温检测方法，中国发明专利，专利号：ZL201310091219.2]，但对不同材料的AC-LED，其峰值波长位移不一定是线性的，该方法并不具备通用性。有利用脉冲电流法测结温[一种测量交流AC-LED结温的测试系统及测试方法，发明专利，公布号：CN103424678A],但此方法在交流波形中加入单脉冲信号，不仅干扰了正常的工作状态，而且单脉冲信号易受交流工作时产生的热量影响，影响了测试的准确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的装置。
本发明的另一目的在于提供一种利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的方法。
所述利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的装置设有信号发生器、电压/电流放大器、示波器、控温台、电流/电压探头、积分球、光谱仪；
所述信号发生器的输出端接电压/电流放大器的输入端，电压/电流放大器的输出端接待测AC-LED，待测AC-LED固定在控温台上，电流/电压探头接控温台，电流/电压探头的信号输出端接示波器，积分球与待测AC-LED连接，积分球的光功率输出端接光谱仪。
所述利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的方法，包括以下步骤：
1)对待测AC-LED施加正负窄脉冲，调整热沉温度，热沉温度即为AC-LED结温，测出对应结温下AC-LED的电流或电压幅值，得到结温和电流或电压的关系，并拟合出线性公式；
2)换成与脉冲相同幅值和相同频率的方波信号，测量出此时的热沉温度TH和电流I或电压V幅值，电功率Pe＝IV，通过步骤1)得到的线性公式得出对应相同电流或电压脉冲驱动时的结温TJ，并计算结与热沉的温差，用积分球和光谱仪测量该方波下的光功率Po，代入热阻公式计算出热阻
3)测量工作于交流电时AC-LED的光功率Po、电功率Pe(Pe＝IVcosΦ)，计算出该工作状态下的结温TJ＝TH+Rth(Pe-Po)。
在步骤1)中，所述正负窄脉冲可为电压或电流脉冲，幅值为对应正常在交流电工作下的有效值；所述测出对应结温下AC-LED的电流或电压幅值，电压脉冲下测电流幅值，电流脉冲下测电压幅值。
本发明采用交流脉冲测AC-LED结温是利用正负窄脉冲对结温几乎不影响，对比相同幅值的方波信号，调整热沉温度使两者幅值相等，从而确定热沉与PN结温差及热阻。在实际交流信号下工作的AC-LED结温可方便地通过热阻公式得到。
本发明的主要优点如下：
1)窄脉冲下加热效应小，结温与电流/电压幅值有良好的线性关系,能快速确定窄脉冲与方波下相同电流/电压幅值时的结温大小。
2)通过正负周期各加一个脉冲使得AC-LED全周期发光，在同等条件下与方波信号作用时的电流/电压幅值比较。热阻计算更为可靠。
3)热阻与结温测试分开，较为稳定的状态下测试的热阻避免了信号波动的影响，精度更高，更可靠。根据热阻计算实际工作状态下的结温响应速度快。
附图说明
图1为本发明利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的方法流程图。
图2为本发明所述利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的装置实施例的结构组成框图。
图3为本发明实施例AC-LED结温-电流幅值关系曲线。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明提供了一种交流脉冲的方法测量AC-LED热阻和结温，交流脉冲信号如图1所示(以电压脉冲为例)，正负周期都分别都加一个脉冲是为了让AC-LED全周期发光。
所述利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的装置设有信号发生器1、电压/电流放大器2、示波器4、控温台5、电流/电压探头6，积分球7，光谱仪8；
所述信号发生器1的输出端接电压/电流放大器2的输入端，电压/电流放大器2的输出端接待测AC-LED 3，待测AC-LED 3固定在控温台5上，电流/电压探头6接控温台5，电流/电压探头6的信号输出端接示波器4，积分球7与待测AC-LED 3连接，积分球7的光功率输出端接光谱仪8。
本发明为了得到最佳实验结果，尽可能选择脉宽较小的脉冲，此处以一工作电压为100V的AC-LED裸片样品，施加脉宽为12μs的脉冲(实验发现，脉宽在200μs以内均可得到较为一致的实验结果)。为了验证本发明的可行性，用热电偶直接测试比对。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细的说明(参见图2)：
1)将AC-LED样品3固定于控温台5，用幅值为100V、脉宽为12μs的50Hz交流脉冲电压点亮样品，在30～95℃范围内调整热沉温度，分别记录不同温度下对应AC-LED的电流幅值。在本实施例中记录了热沉温度在29.6、34.4、43.5、53.3、61.1、71、76.5、92.7℃时AC-LED的电流幅值(见表1)。
表1
2)拟合脉冲电流幅值与结温线性关系式(见图3)：TJ＝4.2881I-15.028。
3)在相应热沉温度TH下(29.6℃)，以相同幅值(100V)，相同频率(50Hz)的方波驱动AC-LED，记录下此时的电流幅值大小Is，电功率Pe＝IsV。用积分球7和光谱仪8测量该方波下的光功率Po。
4)根据步骤2)得到的关系式，由电流幅值Is计算该条件下的结温TJ。则结与热沉温差ΔT＝TJ-TH。
5)根据热阻公式计算出热阻Rth＝24.9℃/W。
6)以50Hz正弦交流信号驱动样品(热沉温度设置为29.6℃)，通过热阻可推算出交流信号驱动下的结温，并与热电偶直接测试的结果相比较(结果见表2)。
表2
结果表明，二者测试结果相对误差在1.2％之内，本发明得到的结温结果可靠。

Claims (2)

1.利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的方法，其特征在于采用利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的装置，所述利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的装置设有信号发生器、电压/电流放大器、示波器、控温台、电流/电压探头、积分球、光谱仪；
所述信号发生器的输出端接电压/电流放大器的输入端，电压/电流放大器的输出端接待测AC-LED，待测AC-LED固定在控温台上，电流/电压探头接控温台，电流/电压探头的信号输出端接示波器，积分球与待测AC-LED连接，积分球的光功率输出端接光谱仪；
所述方法包括以下步骤：
1)对待测AC-LED施加正负周期窄脉冲，热沉温度即为AC-LED结温，调整热沉温度，测出对应结温下AC-LED的电流或电压幅值，得到结温和电流或电压的关系，并拟合出线性公式；
2)换成与电压或电流窄脉冲相同幅值和相同频率的具有正反向的周期方波信号，测量出此时AC-LED的热沉温度TH和电流I或电压V幅值，电功率Pe＝IV，通过步骤1)得到的线性公式得出对应相同电流或电压窄脉冲驱动时的结温TJ，并计算AC-LED结与热沉的温差， 最后用积分球和光谱仪测量该方波下的光功率P0，代入热阻公式计算出热阻
3)测量工作于交流电时AC-LED的光功率P0、电功率Pe，Pe＝IVcosΦ，计算出该工作状态下的结温TJ＝TH+Rth(Pe-Po)，cosΦ为功率因数，为工作时所用交流信号源的电压与电流之间的相位差，Rth为步骤2)所计算得到的热阻。
2.如权利要求1所述利用交流脉冲测量AC-LED热阻和结温的方法，其特征在于在步骤1)中，所述正负窄脉冲为电压或电流脉冲，电压或电流脉冲幅值为对应正常在交流电工作下的电压或电流有效值；所述测出对应结温下AC-LED的电流或电压幅值是指在电压脉冲驱动下测通过AC-LED电流幅值，或在电流脉冲驱动下测通过AC-LED电压幅值。
CN201610884239.9A 2016-10-11 2016-10-11 利用交流脉冲测量ac-led热阻和结温的方法及装置 Expired - Fee Related CN106199371B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610884239.9A CN106199371B (zh) 2016-10-11 2016-10-11 利用交流脉冲测量ac-led热阻和结温的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610884239.9A CN106199371B (zh) 2016-10-11 2016-10-11 利用交流脉冲测量ac-led热阻和结温的方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106199371A CN106199371A (zh) 2016-12-07
CN106199371B true CN106199371B (zh) 2019-07-26

Family

ID=57521096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610884239.9A Expired - Fee Related CN106199371B (zh) 2016-10-11 2016-10-11 利用交流脉冲测量ac-led热阻和结温的方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106199371B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107015134B (zh) * 2017-05-23 2019-08-09 山东大学 一种led光电热特性的测试系统及其应用
CN108303628B (zh) * 2018-01-09 2020-06-23 厦门大学 一种利用矩形波信号驱动半导体器件进行结温测试的方法
CN109212399B (zh) * 2018-08-10 2021-01-01 全球能源互联网研究院有限公司 一种半导体器件高温电特性测试装置及方法
CN109297687A (zh) * 2018-11-27 2019-02-01 上海应用技术大学 Led光电性能检测系统及检测方法
CN111781480B (zh) * 2020-05-28 2022-05-20 南方电网科学研究院有限责任公司 一种igbt的结温监测方法、装置和系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103196576A (zh) * 2013-03-20 2013-07-10 上海理工大学 基于峰值电流交流发光二极管结温检测方法
CN103424678A (zh) * 2012-06-06 2013-12-04 上海理工大学 一种测量交流ac-led结温的测试系统及测试方法
CN104020405A (zh) * 2014-06-26 2014-09-03 厦门大学 一种脉冲式功率型led电压-电流-结温特性测试装置
CN104848961A (zh) * 2015-05-14 2015-08-19 哈尔滨工业大学 基于饱和导通压降测量igbt结温的温度定标平台及实现igbt结温测量的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI404923B (zh) * 2008-07-07 2013-08-11 Ind Tech Res Inst Standard Test Method for PN Joint Temperature of Light Emitting Diodes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103424678A (zh) * 2012-06-06 2013-12-04 上海理工大学 一种测量交流ac-led结温的测试系统及测试方法
CN103196576A (zh) * 2013-03-20 2013-07-10 上海理工大学 基于峰值电流交流发光二极管结温检测方法
CN104020405A (zh) * 2014-06-26 2014-09-03 厦门大学 一种脉冲式功率型led电压-电流-结温特性测试装置
CN104848961A (zh) * 2015-05-14 2015-08-19 哈尔滨工业大学 基于饱和导通压降测量igbt结温的温度定标平台及实现igbt结温测量的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"交流发光二极管特性研究及热学仿真";陈莹亮;《中国学位论文全文数据库》;20130918;第32、48页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106199371A (zh) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106199371B (zh) 利用交流脉冲测量ac-led热阻和结温的方法及装置
CN101701854B (zh) 一种检测led灯具芯片结温的方法
CN103162856B (zh) 一种非接触式大功率led结温测试方法
CN102829890B (zh) 一种led结温的测量装置及方法
CN103234656B (zh) 一种发光二极管结温的测量方法
CN103267588B (zh) 基于led相对光谱随温度变化的结温测试方法
CN104020405A (zh) 一种脉冲式功率型led电压-电流-结温特性测试装置
CN203225042U (zh) 一种用于高校光电专业教学应用的led特性测试装置
CN110057466B (zh) 一种基于led荧光发射光谱的表面温度测量方法
Cai et al. A hybrid prediction method on luminous flux maintenance of high-power LED lamps
CN104019908A (zh) 一种led结温或led阵列平均结温的测量方法
CN102565654A (zh) 一种led降额曲线的测量系统和测量方法
Tsai et al. Thermal resistance and reliability of high-power LED packages under WHTOL and thermal shock tests
Zhu et al. A bipolar-pulse voltage method for junction temperature measurement of alternating current light-emitting diodes
CN103926517A (zh) 功率型led热阻的测试装置及方法
CN203376143U (zh) Led灯温度特性检测装置
CN103605085A (zh) 一种基于结构函数的led热特性测试方法
CN202533567U (zh) 一种太阳电池漏电检测系统
CN112098786B (zh) 适用于光通信发光器件的在线综合测试系统及方法
CN201955458U (zh) Led日光灯光电参数测量系统
CN105353289A (zh) Led芯片结温测试方法
Chen et al. A design for in-situ measurement of optical degradation of high power light-emitting diodes under accelerated life test
CN102478641A (zh) Led路灯光电综合测试系统
CN104729742A (zh) 一种非接触式led整灯结温测量系统
CN105352620B (zh) 一种发光二极管的结温测量方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190726

Termination date: 20211011