CN107015134A - 一种led光电热特性的测试系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED光电热特性的测试系统及其应用。所述LED光电热特性测试系统，包括计算机、电源模块、电热测试模块和光学测试模块；计算机分别用与电源模块、电热测试模块和光学测试模块连接；所述电源模块还分别与电热测试模块和光学测试模块连接。本发明所述LED光电热特性的测试系统，对电压法进行了改进，对多个温度及同一温度下不同电流进行测量，从而得出更精确的温度/电压关系，提高了测试的准确性。

Description

一种LED光电热特性的测试系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种LED光电热特性的测试系统及其应用，属于LED性能测试的技术领域。

背景技术

与传统光源相比，LED具有诸多优势，目前已成为最具前景的固体光源，并被广泛应用于生产生活的各个领域。如何快速、准确的测试LED在不同电热条件下的光特性对LED产业的飞速发展起着重要的作用，而对LED结温的测量，又是测试LED光电热特性的重要一环。

目前LED结温的测试方法主要包括管脚温度法、红外成像法、发光光谱峰位移法和电压法。管脚温度法需要测量管脚温度和芯片耗散功率跟热阻系数，因芯片耗散功率跟热阻系数的不准确，测量精度比较低；红外成像法只能测试未封装的芯片，无法实现LED器件的无损坏测量，同时红外成像技术受被测LED器件的光发射率、环境湿度等因素的影响，测试误差较大；发光光谱峰位移法对光谱仪分辨精度要求较高，发光峰位的精度测定难度较大，测量精度和重复性都比较低；电压法是在特定电流下，设定恒定的环境温度，使LED结温等于环境温度，根据LED的正向压降与LED芯片温度成线性关系，测量两个温度间隔大于50度的点的正向电压，从而确定该LED电压与温度的关系，电压法可以实现对LED器件结温的非破坏性测试，但是其测量精确度有待进一步提高。

另外，现有技术中LED测试系统的光学参数测量需要手动调节电流、电压、温度等各种参数，而且对LED光学特性跟热学特性的测量系统是分开的，各部分需要单独测量，测量过程复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种LED光电热特性的测试系统

本发明还提供一种利用上述测试系统进行LED光电热特性测试的方法。

发明概述：

本发明对LED光学特性跟热学特性的测量进行了整合，并利用计算机软件对测试系统控制，在对LED进行光电热特性测量后，得到不同温度下对应的LED驱动电流、正向电压关系，根据温度与I/V曲线的关系，得出LED光谱随电流、电压、温度的变化关系并建立光电热特性的整合模型。

本发明的技术方案为：

一种LED光电热特性的测试系统，包括计算机、电源模块、电热测试模块和光学测试模块；计算机分别用与电源模块、电热测试模块和光学测试模块连接；所述电源模块还分别与电热测试模块和光学测试模块连接。

根据本发明优选的，所述电源模块包括电源电表和电源供应器；所述电热测试模块包括恒温腔、加热装置和温度控制器，恒温腔内设置有LED；所述光学测试模块包括积分球和光谱仪；所述电源电表分别与计算机和LED连接，计算机通过电源供应器与加热装置连接；所述温度控制器分别与加热装置和计算机连接；所述积分球分别与光谱仪和LED连接，所述光谱仪与计算机连接。在测量I/V与温度的关系时，电源电表供给LED脉冲电流，测量光谱时，电源电表供给LED直流电流，并将测得的电流电压数据发送给计算机；所述电源供应器与计算机连接，用于供给恒温腔加热装置电源。恒温腔用于保持LED环境温度的稳定，使LED发光温度与环境温度相同；加热装置与温度控制器相连，用于加热恒温腔中的温度；温度控制器与计算机、加热装置相连，用于设定加热温度，并向计算机发送恒温腔的温度数据。光谱仪用于测试LED光谱及光功率，并向计算机发送光谱、光功率数据，供计算机做进一步的处理。

所述计算机用于发送和接收数据，设置温度控制器的温度及不同的LED发光电压、电流，并对接收到的数据进行处理，得出LED在不同温度下的I/V曲线，进而得出LED的发光光谱图随LED顺向电压、电流、温度的变化关系并建立LED光电热特性模型；所述电源模块用于供给LED及其他测试模块电源，并将不同的电流、电压数据发送给计算机；所述的电热测试模块用于测量LED在不同温度下的I/V曲线关系，对LED的发光温度进行监控测量，使LED发光受温度的影响控制在设定范围之内，并将收集到的数据发送到计算机处理；所述光学测试模块用于测试LED在不同I/V下的光谱，并将光谱数据发送到计算机处理。

进一步优选的，所述积分球上设置有LED灯座。

根据本发明优选的，计算机通过信号线分别用与电源模块、电热测试模块和光学测试模块连接。

一种利用上述测试系统进行LED光电热特性测试的方法，包括步骤如下：

1、将标准光源放置于积分球的LED灯座，接通标准光源的电源，对积分球进行校准；标准光源是指具有固定已知色温的光源，用来校准积分球；

2、将LED放入恒温腔中，接通电源点亮LED，测量LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱数据关系；

A1、设置恒温腔温度，待LED发光温度与恒温腔温度平衡后，所述电源电表供给LED脉冲电流，测量电源电表发送的LED正向电压；依次增加脉冲电流的电流值，测量同一恒温腔温度下，不同脉冲电流对应的LED正向电压；设置下一个恒温腔温度；脉冲电流的条件下，LED自身产生的发光温度是可以忽略的。

A2、重复步骤A1直至达到恒温腔温度的上限，得到恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系；

A3、所述电源电表供给LED恒定电流，LED发出的光谱投入积分球内，光谱仪对不同时间点的LED光谱数据进行测量，得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；LED发光会自身产生温度，根据步骤A2中的电流、电压、温度关系，进行光学测试时，不需要恒温腔的温度，利用LED发光产生的温度，即可建立光电热的模型。

A4、将步骤A3得到的LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系与步骤A2测得的恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系进行比对，以“LED正向电压/恒定电流”与“LED正向电压/脉冲电流”相等为桥梁，得到同一恒定电流下，不同LED发光温度对应的LED光谱；

LED发光温度对应所述恒温腔温度，供给LED恒定电流时，恒温腔温度的温度值是LED的发光温度，LED发光温度是通过步骤A2中恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据确定的，即不同的温度会有一个对应的电流/电压；由于电压法测温度的时候是用的脉冲电流，所以LED自发热忽略；

A5、待LED发光温度降回室温，增加供给LED的恒定电流，恒定电流的增量为50mA；

A6、重复步骤A3-A5，直至LED的恒定电流增加至700mA，根据步骤A4中得出的同一恒定电流下不同LED发光温度对应的LED光谱，得到LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱的关系；

经过上述步骤后，得到LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱的关系，通过计算机软件给定不同的电流、电压值，即可得到对应的光谱。

根据本发明优选的，所述步骤A3中，所述光谱仪分别对LED点亮后第5秒、第10秒、第15秒、第20秒、第25秒、第30秒、第35秒、第40秒、第45秒、第50秒、第60秒、第120秒、第180秒、第240秒、第300秒、第1800秒的LED光谱数据进行测量。

根据本发明优选的，所述恒温腔温度是指恒温腔中用于测试LED的温度，恒温腔温度的温度范围为30℃～120℃。

根据本发明优选的，所述步骤A1中，依次增加脉冲电流值至150mA、200mA、250mA、300mA、350mA、400mA、450mA、500mA、550mA、600mA、650mA、700mA。

根据本发明优选的，所述步骤A1中，通过计算机设置恒温腔温度；下一个恒温腔温度比当前的恒温腔温度高20℃；通过计算机测量电源电表发送的LED正向电压；通过计算机测量同一恒温腔温度下，不同脉冲电流对应的LED正向电压。

根据本发明优选的，所述步骤A3中，计算机控制所述电源电表供给LED恒定电流；计算机处理得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；光谱仪对不同时间点的LED光谱数据进行测量，并将LED光谱数据发送给计算机进行处理，得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；所述步骤A4中，计算机将步骤A3得到的LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系与步骤A2测得的恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系进行比对。

根据本发明优选的，所述步骤A5中，静置10分钟待LED发光温度降回室温。

根据本发明优选的，所述步骤A1中，每次增加脉冲电流的电流值后静置10分钟，使LED发光温度与恒温腔温度平衡。

根据本发明优选的，所述步骤2中，测量LED正向电压-电流-LED发光温度-LED光谱的关系通过自动测试模式实现：

B1、通过计算机设置恒温腔温度、待测LED电属性的电流最大值；

B2、计算机根据设置的恒温腔温度，待测LED电属性的电流最大值和电热测试模块、光学测试模块返回的数据自动测量并记录LED电热特性和光学特性；电热模块返回的数据包括，电热模块返回的通过LED的电流、LED的正向电压和恒温腔的温度，所述光学测试模块返回的数据包括，光学测试模块返回的通过LED的电流、LED的发光光谱数据；电热测试模块测量结束且计算机做记录后才测光学测试模块，因此，电热模块返回的通过LED的电流与光学测试模块返回的通过LED的电流是两个阶段内通过LED的电流。

B3、对LED电热特性和光学特性进行整合得到LED正向电压-电流-LED发光温度-LED光谱的关系。

进一步优选的，所述步骤B1中恒温腔温度为30℃～120℃，待测LED电属性的电流最大值为700mA。根据待测LED所能承受电流最大值，设置LED的电流最大值。

本发明的有益效果为：

1.本发明所述LED光电热特性的测试系统，通过计算机控制的电压法准确测试LED结温的光电热集成特性，能在不同的电流及电压条件下，得出LED的光电热整合模型；仅提供驱动电流或者正向压降，即可完整描述LED的光电热特性，得到LED的光谱数据，实现对LED器件光电热特性的集成测试及不同光电热条件下的LED光谱预测；测试过程简单、测量准确。

2.本发明所述LED光电热特性的测试系统，对电压法进行了改进，对多个温度及同一温度下不同电流进行测量，从而得出更精确的温度/电压关系，提高了测试的准确性。

附图说明

图1为实施例1所述LED光电热特性的测试系统的结构示意图；

图2为实施例2所述LED光电热特性的测试系统的结构示意图；

图3为LED光电热特性测试的方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

如图1所示。

一种LED光电热特性的测试系统，包括计算机、电源模块、电热测试模块和光学测试模块；计算机分别用与电源模块、电热测试模块和光学测试模块连接；所述电源模块还分别与电热测试模块和光学测试模块连接。

实施例2

如图2所示。

如实施例1所述的LED光电热特性的测试系统，所不同的是，所述电源模块包括电源电表和电源供应器；所述电热测试模块包括恒温腔、加热装置和温度控制器，恒温腔内设置有LED；所述光学测试模块包括积分球和光谱仪；所述电源电表分别与计算机和LED连接，计算机通过电源供应器与加热装置连接；所述温度控制器分别与加热装置和计算机连接；所述积分球分别与光谱仪和LED连接，所述光谱仪与计算机连接。在测量I/V与温度的关系时，电源电表供给LED脉冲电流，测量光谱时，电源电表供给LED直流电流，并将测得的电流电压数据发送给计算机；所述电源供应器与计算机连接，用于供给恒温腔加热装置电源。恒温腔用于保持LED环境温度的稳定，使LED发光温度与环境温度相同；加热装置与温度控制器相连，用于加热恒温腔中的温度；温度控制器与计算机、加热装置相连，用于设定加热温度，并向计算机发送恒温腔的温度数据。光谱仪用于测试LED光谱及光功率，并向计算机发送光谱、光功率数据，供计算机做进一步的处理。

所述计算机用于发送和接收数据，设置温度控制器的温度及不同的LED发光电压、电流，并对接收到的数据进行处理，得出LED在不同温度下的I/V曲线，进而得出LED的发光光谱图随LED顺向电压、电流、温度的变化关系并建立LED光电热特性模型；所述电源模块用于供给LED及其他测试模块电源，并将不同的电流、电压数据发送给计算机；所述的电热测试模块用于测量LED在不同温度下的I/V曲线关系，对LED的发光温度进行监控测量，使LED发光受温度的影响控制在设定范围之内，并将收集到的数据发送到计算机处理；所述光学测试模块用于测试LED在不同I/V下的光谱，并将光谱数据发送到计算机处理。

实施例3

如实施例2所述的LED光电热特性的测试系统，所不同的是，所述积分球上设置有LED灯座。

实施例4

如实施例1所述的LED光电热特性的测试系统，所不同的是，计算机通过信号线分别用与电源模块、电热测试模块和光学测试模块连接。

实施例5

如图3所示。

一种利用实施例1-4任意一项所述测试系统进行LED光电热特性测试的方法，包括步骤如下：

1、将标准光源放置于积分球的LED灯座，接通标准光源的电源，对积分球进行校准；标准光源是指具有固定已知色温的光源，用来校准积分球；

2、将LED放入恒温腔中，接通电源点亮LED，测量LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱数据关系；

A1、设置恒温腔温度，待LED发光温度与恒温腔温度平衡后，所述电源电表供给LED脉冲电流，测量电源电表发送的LED正向电压；依次增加脉冲电流的电流值，测量同一恒温腔温度下，不同脉冲电流对应的LED正向电压；设置下一个恒温腔温度；脉冲电流的条件下，LED自身产生的发光温度是可以忽略的。

A2、重复步骤A1直至达到恒温腔温度的上限，得到恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系；

A3、所述电源电表供给LED恒定电流，LED发出的光谱投入积分球内，光谱仪对不同时间点的LED光谱数据进行测量，得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；LED发光会自身产生温度，根据步骤A2中的电流、电压、温度关系，进行光学测试时，不需要恒温腔的温度，利用LED发光产生的温度，即可建立光电热的模型。

A4、将步骤A3得到的LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系与步骤A2测得的恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系进行比对，以“LED正向电压/恒定电流”与“LED正向电压/脉冲电流”相等为桥梁，得到同一恒定电流下，不同LED发光温度对应的LED光谱；

LED发光温度对应所述恒温腔温度，供给LED恒定电流时，恒温腔温度的温度值是LED的发光温度，LED发光温度是通过步骤A2中恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据确定的，即不同的温度会有一个对应的电流/电压；由于电压法测温度的时候是用的脉冲电流，所以LED自发热忽略；

A5、待LED发光温度降回室温，增加供给LED的恒定电流，恒定电流的增量为50mA；

A6、重复步骤A3-A5，直至LED的恒定电流增加至700mA，根据步骤A4中得出的同一恒定电流下不同LED发光温度对应的LED光谱，得到LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱的关系；

经过上述步骤后，得到LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱的关系，通过计算机软件给定不同的电流、电压值，即可得到对应的光谱。

实施例6

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤A3中，所述光谱仪分别对LED点亮后第5秒、第10秒、第15秒、第20秒、第25秒、第30秒、第35秒、第40秒、第45秒、第50秒、第60秒、第120秒、第180秒、第240秒、第300秒、第1800秒的LED光谱数据进行测量。

实施例7

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述恒温腔温度是指恒温腔中用于测试LED的温度，恒温腔温度的温度范围为100℃。

实施例8

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤A1中，依次增加脉冲电流值至150mA、200mA、250mA、300mA、350mA、400mA、450mA、500mA、550mA、600mA、650mA、700mA。

实施例9

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤A1中，通过计算机设置恒温腔温度；下一个恒温腔温度比当前的恒温腔温度高20℃；通过计算机测量电源电表发送的LED正向电压；通过计算机测量同一恒温腔温度下，不同脉冲电流对应的LED正向电压。

实施例10

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤A3中，计算机控制所述电源电表供给LED恒定电流；计算机处理得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；光谱仪对不同时间点的LED光谱数据进行测量，并将LED光谱数据发送给计算机进行处理，得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；所述步骤A4中，计算机将步骤A3得到的LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系与步骤A2测得的恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系进行比对。

实施例11

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤A5中，静置10分钟待LED发光温度降回室温。

实施例12

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤A1中，每次增加脉冲电流的电流值后静置10分钟，使LED发光温度与恒温腔温度平衡。

实施例13

如实施例5所述LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤2中，测量LED正向电压-电流-LED发光温度-LED光谱的关系通过自动测试模式实现：

B1、通过计算机设置恒温腔温度、待测LED电属性的电流最大值；

B2、计算机根据设置的恒温腔温度，待测LED电属性的电流最大值和电热测试模块、光学测试模块返回的数据自动测量并记录LED电热特性和光学特性；电热模块返回的数据包括，电热模块返回的通过LED的电流、LED的正向电压和恒温腔的温度，所述光学测试模块返回的数据包括，光学测试模块返回的通过LED的电流、LED的发光光谱数据；电热测试模块测量结束且计算机做记录后才测光学测试模块，因此，电热模块返回的通过LED的电流与光学测试模块返回的通过LED的电流是两个阶段内通过LED的电流。

B3、对LED电热特性和光学特性进行整合得到LED正向电压-电流-LED发光温度-LED光谱的关系。

实施例14

如实施例13LED光电热特性测试的方法，所不同的是，所述步骤B1中恒温腔温度为100测LED电属性的电流最大值为700mA。根据待测LED所能承受电流最大值，设置LED的电流最大值。

Claims (10)

1.一种LED光电热特性的测试系统，其特征在于，包括计算机、电源模块、电热测试模块和光学测试模块；计算机分别用与电源模块、电热测试模块和光学测试模块连接；所述电源模块还分别与电热测试模块和光学测试模块连接。

2.根据权利要求1所述的LED光电热特性的测试系统，其特征在于，所述电源模块包括电源电表和电源供应器；所述电热测试模块包括恒温腔、加热装置和温度控制器，恒温腔内设置有LED；所述光学测试模块包括积分球和光谱仪；所述电源电表分别与计算机和LED连接，计算机通过电源供应器与加热装置连接；所述温度控制器分别与加热装置和计算机连接；所述积分球分别与光谱仪和LED连接，所述光谱仪与计算机连接。

3.一种利用权利要求1-2任意一项所述测试系统进行LED光电热特性测试的方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)将标准光源放置于积分球的LED灯座，接通标准光源的电源，对积分球进行校准；

2)将LED放入恒温腔中，接通电源点亮LED，测量LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱数据关系；

A1、设置恒温腔温度，待LED发光温度与恒温腔温度平衡后，所述电源电表供给LED脉冲电流，测量电源电表发送的LED正向电压；依次增加脉冲电流的电流值，测量同一恒温腔温度下，不同脉冲电流对应的LED正向电压；设置下一个恒温腔温度；

A2、重复步骤A1直至达到恒温腔温度的上限，得到恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系；

A3、所述电源电表供给LED恒定电流，LED发出的光谱投入积分球内，光谱仪对不同时间点的LED光谱数据进行测量，得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；

A4、将步骤A3得到的LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系与步骤A2测得的恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系进行比对，以“LED正向电压/恒定电流”与“LED正向电压/脉冲电流”相等为桥梁，得到同一恒定电流下，不同LED发光温度对应的LED光谱；

A5、待LED发光温度降回室温，增加供给LED的恒定电流，恒定电流的增量为50mA；

A6、重复步骤A3-A5，直至LED的恒定电流增加至700mA，根据步骤A4中得出的同一恒定电流下不同LED发光温度对应的LED光谱，得到LED正向电压-脉冲电流-LED发光温度-LED光谱的关系。

4.根据权利要求3所述的LED光电热特性测试的方法，其特征在于，所述步骤A3中，所述光谱仪分别对LED点亮后第5秒、第10秒、第15秒、第20秒、第25秒、第30秒、第35秒、第40秒、第45秒、第50秒、第60秒、第120秒、第180秒、第240秒、第300秒、第1800秒的LED光谱数据进行测量。

5.根据权利要求3所述的LED光电热特性测试的方法，其特征在于，所述恒温腔温度是指恒温腔中用于测试LED的温度，恒温腔温度的温度范围为30℃～120℃。

6.根据权利要求3所述的LED光电热特性测试的方法，其特征在于，所述步骤A1中，依次增加脉冲电流值至150mA、200mA、250mA、300mA、350mA、400mA、450mA、500mA、550mA、600mA、650mA、700mA。

7.根据权利要求3所述的LED光电热特性测试的方法，其特征在于，所述步骤A1中，通过计算机设置恒温腔温度；下一个恒温腔温度比当前的恒温腔温度高20℃；通过计算机测量电源电表发送的LED正向电压；通过计算机测量同一恒温腔温度下，不同脉冲电流对应的LED正向电压。

8.根据权利要求3所述的LED光电热特性测试的方法，其特征在于，所述步骤A3中，计算机控制所述电源电表供给LED恒定电流；计算机处理得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；光谱仪对不同时间点的LED光谱数据进行测量，并将LED光谱数据发送给计算机进行处理，得到LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系；所述步骤A4中，计算机将步骤A3得到的LED光谱-LED正向电压/恒定电流的数据关系与步骤A2测得的恒温腔温度-LED正向电压/脉冲电流数据关系进行比对。

9.根据权利要求3所述的LED光电热特性测试的方法，其特征在于，所述步骤2中，测量LED正向电压-电流-LED发光温度-LED光谱的关系通过自动测试模式实现：

B1、通过计算机设置恒温腔温度、待测LED电属性的电流最大值；

B2、计算机根据设置的恒温腔温度，待测LED电属性的电流最大值和电热测试模块、光学测试模块返回的数据自动测量并记录LED电热特性和光学特性；电热模块返回的数据包括，电热模块返回的通过LED的电流、LED的正向电压和恒温腔的温度，所述光学测试模块返回的数据包括，光学测试模块返回的通过LED的电流、LED的发光光谱数据；

B3、对LED电热特性和光学特性进行整合得到LED正向电压-电流-LED发光温度-LED光谱的关系。

10.根据权利要求9所述的LED光电热特性测试的方法，其特征在于，所述步骤B1中恒温腔温度为30℃～120℃，待测LED电属性的电流最大值为700mA。