Měření teploty spojení pro LED žárovky

Abstraktní
Vylepšení a rozšíření LED žárovek vyžaduje spolehlivé a přesné metody a nástroje pro měření teploty spojení. Na základě metod dopředného napětí je představen proces měření a vybavení LED žárovek. A diskutuje se závislost teploty spojení na různých faktorech.

obecně
Ačkoli technologie LED žárovek byla pro aplikace v posledních letech vyspělá, stále čelí určitým potížím v tepelném řízení, které povedou k rychlé degradaci světla a nízkému výkonu lampy a omezí zkoumání aplikací a výdaje na trh.

Teplota přechodu Tj LED je klíčem k určení výkonu svítidla, zejména světelné údržby a životnosti. Spolehlivé a přesné metody a nástroje měření Tj jsou vyžadovány pro LED žárovky, a to nejen k objektivnímu vyhodnocení racionality tepelného návrhu, ale také ke zlepšení návrhu systému a výrobě technických údajů v zájmu vyšší produktivity a prodloužené jmenovité životnosti .

Vlákna LED jsou uzavřena ve skleněné baňce naplněné plyny, přičemž pouze dva vodiče polarity zůstávají venku pro připojení k ovladači. Vzhledem k tomu, že je těžké injektovat termočlánky do zapečetěné baňky nebo zajistit, aby infračervené světlo propouštělo sklo, nelze u žárovek použít teplotu kolíku a termografické metody. Metoda dopředného napětí je správná volba.

Metoda dopředného napětí pro měření teploty spojení
Metodu napětí použitou pro měření Tj polovodičů vydala Společná rada pro elektronická zařízení (JEDEC). Tj je odvozeno z přechodného dopředného napětí LED diod při určitém zkušebním proudu při provozu, na základě teplotní charakteristiky přechodu PN.

Při konstantním proudu udržuje spojovací napětí pro většinu polovodičů přibližný lineární vztah k teplotě, což znamená, že napětí se zvýšenou teplotou monochromaticky snižuje. Z tohoto důvodu je spojovací napětí VF nejprve testováno při více nastavovacích teplotách při malém kalibračním proudu IM, aby se vypočítal koeficient K, který představuje vztah mezi napětím a teplotou v jednotce [mV /℃]. Během kalibrace se testovaná LED vloží do zásobníku termostatu, aby udržovala konstantní teplotu. Poté je LED udržována na jmenovitém proudu IF, aby byl zajištěn stabilní provoz. Rychlé přepínání se provádí ze jmenovitého proudu IF na kalibrační hodnotu IM a přechodné napětí VF se měří ve stavu tepelné rovnováhy. V důsledku toho lze Tj LED odvodit pomocí křivky napětí-teplota pomocí PC programu.

Vzhledem k tomu, že LED svítidlo představuje systémovou integraci zahrnující polovodiče, mechanické součásti, optické prvky i ovladače, mohou mít tepelné vlastnosti každé části vliv na celkový výkon výrobku. Zejména u integrovaného svítidla vede kompaktní design k tepelným interakcím mezi LED a budičem v závislosti na tepelném návrhu a formě instalace. Proto by měl být Tj LED svítidla vyhodnocován celým systémem namísto jednoduchých LED čipů.

Vlákno se skládá z více LED čipů v sérii, vzájemně propojených buď sériově nebo paralelně. Všechna vlákna jsou utěsněna v baňce lampy, takže je třeba je měřit jako celek. U standardního produktu by měly být LED žárovka a ovladač odděleny a ponechat dva páry polaritních vodičů pro připojení LISUN TRS-1000 Tepelný odporový spektroradiometrický systém pro LED. Plně vyhovuje LM-80 Standard. Je také připojen termočlánek, který přilne k libovolné poloze na povrchu žárovky.

Žárovka LED se vloží do nádoby termostatu a poté může být kalibrována křivka napětí-teplota, když teplota postupně stoupá, jak je znázorněno na obrázku 1. Pro každý krok teploty Tn se kalibruje odpovídající napětí VFn, dokud teplota v zásobník stoupne na nastavenou hodnotu a mezitím vlákno LED dosáhne tepelné rovnováhy. Stabilní období se navrhuje automaticky určit podle LISUN TRS-1000. Kalibrační proud IM se nastavuje podle parametrů zkušební lampy a udržuje se konstantní pro různé Tn. Proto může být přizpůsobena křivka VT, jak je znázorněno na obrázku 2. Po kalibraci byla zkušební baňka vyjmuta z nádoby a obnovena do původní struktury pomocí dvou párů vodičů připojených, jak je uvedeno výše. VF se zaznamenává v pravidelných intervalech od zážehu do rovnováhy, což se používá k odvození sekvenční křivky Tj. LED svítidlo by mělo být umístěno na čelním skle nebo v prostředí bez proudění vzduchu.

Křivka Tj příkladu je znázorněna na obrázku 3. Měření bylo prováděno při teplotě okolí 29 ° C bez vnitřního větru. Po zapnutí žárovky se LED Tj zvýšila a během první fáze dosáhla stabilní hodnoty 121.3 °. Poté ve druhé fázi byl výfuk ručně poškozen, aby došlo k výměně vzduchu mezi baňkou a atmosférou. Tj se postupně zvyšovala až do nové rovnováhy na 159.5 °. Referenční teplota testovaná termočlánkem na povrchu baňky byla udržována na 40.8 ° za normálního provozu a zvýšena na 46.3 ° v netěsném stavu. Velký nárůst Tj po úniku vzduchu představuje významné účinky naplněných plynů na odvod tepla. A změna teploty povrchu baňky nemá žádný vztah k Tj LED vláken.
Výstup ovladače má také přímý vliv na Tj, jak je znázorněno na obrázku 4. Při okolní teplotě 28.3 ° C bylo vstupní napětí LED žárovky upraveno v rozsahu 220 ± 10 °, aby simulovalo kolísání síťového napětí. Tj jsou 106.6 ℃, 121.7 ℃ a 137.9 ℃ samostatně při napětí 198 V, 220 V a 242 V.

Odkaz:
[1] JEDEC Standard EIA / JESD51-1. Metoda tepelného měření integrovaných obvodů - Elektrická zkušební metoda (jedno polovodičové zařízení) [S], 1995.
[2] Xi Y, Schubert E F. Měření teploty spojení v GaN ultrafialových diodách emitujících světlo metodou diodového dopředného napětí [J]. Applied Physics Letters, 2004, 85 (12): 2163-2165.
[3] CALT 001-2014, Metoda měření teploty přechodu pro LED ve svítidle [S].
[4] Chen XY, Zhang XG, Yang YL a kol. Měření teploty spojení pomocí metody dopředného napětí pro LED svítidlo [C] // Sborník 2015 China LED Lighting Forum. Šanghaj, 2015. 238−241

Tagy:T5