CN106990368A - 一种led灯具的结温测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED灯具的结温测量方法。该LED灯具的结温测量方法包括：在LED光源加载电流脉冲；采集LED瞬间结电压响应；测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V‑t标定；测量LED灯具实际工作中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。本发明提供的LED灯具的结温测量方法能够测量LED灯具的结温，避免了加工工艺的不同、整体封装的差异、实际工作环境以及内部驱动电路输出的变化等对结温产生的影响。

Description

一种LED灯具的结温测量方法
技术领域
本发明涉及LED照明领域，具体涉及一种LED灯具的结温测量方法以。
背景技术
LED作为第四代新型能源，以其长寿命，高效节能等诸多优势被广泛应用于各大照明领域。LED照明产品因其绿色、节能、寿命长等优势正逐步取代传统照明产品。在LED可靠性方面很关键的问题之一在于解决LED器件PN结的热学问题，因此测量LED实际工作状态下的结温及热阻，对其可靠性评估以及散热设计方面具有重要意义。然而,目前的结温测量方法主要是针对单颗LED或LED模组，而LED灯具由于加工工艺的不同、整体封装的差异、实际工作环境以及内部驱动电路输出的变化都会对结温产生影响，单颗LED或LED模组结温测量很难反映出实际工况下LED灯具的结温。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种LED灯具的结温测量方法。所述LED灯具的结温测量方法包括：一种LED灯具的结温测量方法，包括：在LED光源加载电流脉冲；采集LED瞬间结电压响应；测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定；测量LED灯具实际工作中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。
在一些实施例中，在所述步骤在LED光源加载电流脉冲之前还包括：将LED灯具放入恒温箱中，待其达到热平衡时LED灯具的结温与恒温箱温度一致。在一些实施例中，所述电流脉冲的脉冲幅值为LED光源额定电流。
在一些实施例中，所述测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定具体为分别在四个电流下并每间隔相同温度对LED光源进行V-t标定。
在一些实施例中，所述四个电流分别为：128mA、130mA、132mA、134mA。
在一些实施例中，所述间隔相同温度为间隔5℃。
在一些实施例中，所述步骤测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定之后还包括引入电流修正因子来补偿电流的变化。
在一些实施例中，所述电流修正因子的计算公式为：
Rs、I0分别为LED的内阻(Ω)、反向饱和电流(A),IR为电流实际测量值，W为温度电压当量。
在一些实施例中，所述测量LED灯具实际工作中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温具体为：测量LED灯具在220V AC中的LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。
在一些实施例中，所述采集LED瞬间结电压响应是通过高频数据采集卡采集得到。
本发明的技术效果：本发明提供的LED灯具的结温测量方法能够测量LED灯具的结温，避免了加工工艺的不同、整体封装的差异、实际工作环境以及内部驱动电路输出的变化等对结温产生的影响。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的LED灯具的结温测量方法的流程示意图；
图2为根据本发明一个实施例的LED灯具的结温测量方法的原理示意图；
图3为本发明一个实施例的LED灯具在不同电流下V-t标定结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
参考图1所示，是本发明提供的一种LED灯具的结温测量方法。所述LED灯具的结温测量方法包括：
S1，在LED光源加载电流脉冲；
S2，采集LED瞬间结电压响应；
S3，测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定；
S4，测量LED灯具实际工作中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。
在一些实施例中，在所述步骤S1在LED光源加载电流脉冲之前还包括：将LED灯具放入恒温箱中，待其达到热平衡时LED灯具的结温与恒温箱温度一致。
在一些实施例中，所述电流脉冲的脉冲幅值为LED光源额定电流。
在一些实施例中，所述测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定具体为分别在四个电流下并每间隔相同温度对LED光源进行V-t标定。
在一些实施例中，所述四个电流分别为：128mA、130mA、132mA、134mA。
在一些实施例中，所述间隔相同温度为间隔5℃。
在一些实施例中，所述步骤测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定之后还包括引入电流修正因子来补偿电流的变化。
在一些实施例中，所述电流修正因子的计算公式为：
Rs、I0分别为LED的内阻(Ω)、反向饱和电流(A),IR为电流实际测量值，W为温度电压当量。
在一些实施例中，所述测量LED灯具实际工作中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温具体为：测量LED灯具在220V AC中的LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。
在一些实施例中，所述采集LED瞬间结电压响应是通过高频数据采集卡采集得到。
本发明基于脉冲电流法提出了一种LED灯具结温的测量方法。该方法在V-t理论模型中引入电流修正因子，能够有效减小LED灯具内驱动电路输出电流(DC)的变化对结温测量所引入的误差,获得LED灯具的结温。
本发明的测试方法如下：
脉冲法测量结温是通过对LED灯具加载瞬时电流脉冲，忽略短时间内LED自加热升温(Self-heating)的影响，测量LED瞬间结电压响应(V)并以环境温度作为LED的结温(t)进行V-t标定，然后测量LED实际工作中的结电压值来计算LED结温。
根据二极管方程，同时考虑欧姆作用的影响，LED伏安特性可以写为：
VF＝(nKT/q)×ln(IF/I0)+RsIF (1)
其中，VF、IF、Rs、I0分别为LED的正向电压(V)、电流(A)、内阻(Ω)、反向饱和电流(A)；n为理想因子；K为玻尔兹曼常数8.617×10-5eV/K；T为温度(K)；q为电荷量1.6×10-19C。
反向饱和电流I0与温度t关系遵循指数分布规律：
I0＝aexp(bt) (2)
其中，a、b为常数、T(K)＝t(℃)+273.15，将(2)式带入(1)中有：
因此，在恒定电流IF下，(3)式可化简为：
VF＝A×(-t2)+B×t+C+RsIF (4)
其中A、B、C为常量。
通常LED结温范围在20～120℃左右，大量实验研究表明该范围内LEDV-t曲线近似线性变化,LED内阻受温度影响小，Rs视为常量。
结温在20～120℃范围内(4)式可化简为：
VF＝-A1×t+B1 (6)
其中，A1、B1为常数、B1＝C+RsIF
若电流IF不是恒定的，在V-t中考虑电流IF的变化，(3)式对IF求导有：
式中为温度电压当量，(7)式简化为：
联立(6)、(8)式，变化电流IF下的V-t关系可以写成：
其中，A1、B1是在恒定电流I0下V-t标定的结果，VR、IR为电压、电流实际测量值，为电流修正因子,t即为所测LED灯具的结温。
如图2所示为结温测量的原理图，首先将LED灯具放入恒温箱中，待其达到热平衡时LED灯具的结温与恒温箱温度一致，此时在LED光源引脚两端加载电流脉冲(脉冲幅值为LED光源额定电流)，用高频数据采集卡采集LED瞬间结电压响应(V)。然后改变恒温箱温度(t)，测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定。最后测量LED灯具实际工作(220V AC)中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。
分别在128mA、130mA(额定电流)、132mA、134mA四个电流下并每间隔5℃对LED光源进行V-t标定。如图3所示其拟合后线性度均在99％以上，斜率A变化为(-20.08)～(-20.10)mV/℃。
由于V-t是在恒流条件下标定的，电流的变化会引入测量误差，因而在LED灯具V-t标定中引入电流修正因子来补偿电流的变化。
研究中选取LED灯具在环境温度25℃、60℃、80℃下稳定后驱动电路的输出电流133.82mA、130.15mA、128.6mA进行V-t标定，并测量对应温度下的结电压值计算LED灯具结温，以该值作为结温的准确值Tj0；利用额定电流130mA下的V-t标定结果，计算所测量结电压值对应的LED灯具结温Tj1；在额定电流130mA下的V-t标定结果中引入电流修正因子，计算所测量电流、结电压值对应的LED灯具结温Tj2。
LED灯具在环境温度25℃、60℃、80℃下的响应数据如表1所示。
表1，LED灯具在不同环境温度下的响应数据
结果表明：仅用额定电流下的V-t标定结果计算LED灯具结温存在明显误差，电流相对额定电流变化越大，结温测量的误差越大，而电流修正因子的引入可以有效降低该测量误差，使误差小于1℃。
本发明的技术效果：本发明提供的LED灯具的结温测量方法能够测量LED灯具的结温，避免了加工工艺的不同、整体封装的差异、实际工作环境以及内部驱动电路输出的变化等对结温产生的影响。LED灯具的结温测量有利于反映LED灯具在工况条件下的真实结温。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种LED灯具的结温测量方法，其特征在于，包括：
在LED光源加载电流脉冲；
采集LED瞬间结电压响应；
测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定；
测量LED灯具实际工作中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。
2.根据权利要求1所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，在所述步骤在LED光源加载电流脉冲之前还包括：将LED灯具放入恒温箱中，待其达到热平衡时LED灯具的结温与恒温箱温度一致。
3.根据权利要求1所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述电流脉冲的脉冲幅值为LED光源额定电流。
4.根据权利要求1或2所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定具体为分别在四个电流下并每间隔相同温度对LED光源进行V-t标定。
5.根据权利要求4所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述四个电流分别为：128mA、130mA、132mA、134mA。
6.根据权利要求4或5所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述间隔相同温度为间隔5℃。
7.根据权利要求1或2所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述步骤测量不同温度下LED的结电压响应，完成对LED光源的V-t标定之后还包括引入电流修正因子来补偿电流的变化。
8.根据权利要求7所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述电流修正因子的计算公式为：
( I R - I 0 ) ( W I 0 + R s )
Rs、I0分别为LED的内阻(Ω)、反向饱和电流(A)，IR为电流实际测量值，W为温度电压当量。
9.根据权利要求1所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述测量LED灯具实际工作中LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温具体为：测量LED灯具在220V AC中的LED光源的电流、电压值计算LED灯具的结温。
10.根据权利要求1所述的LED灯具的结温测量方法，其特征在于，所述采集LED瞬间结电压响应是通过高频数据采集卡采集得到。
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