专利名称：一种led灯具热阻构成测试装置和方法
技术领域：
该技术属于半导体LED照明和显示可靠性设计和考核技术领域。该发明主要应用于快速、非破坏性确定LED灯具热阻构成的方法和装置。
背景技术：
半导体LED照明灯具或显示面板使用一定数量的功率LED器件作为光源，其工作时会产生大量的热，致使半导体PN结处的温度升高，性能下降。一般采用散热板或增加散热装置等，将热量由LED芯片集中区域导出至外部环境，保证结温低于安全温度，确保整个灯具的品质。但是，现有技术中只能测量单个LED芯片的热阻，而无法测量组成灯具后的热阻，常用的方法只是通过LED灯具表面的测温探头测量其表面处的温度。这对实际LED灯具设计和应用极不便利。本发明利用采集LED芯片瞬态温升过程曲线技术，可以便捷、无损地获取LED灯具热阻构成的信息，为优化设计LED灯具散热装置，改善散热性能，具有明显的先进性。
发明内容
本发明的主要发明点在于在实际LED灯具中，选取、隔离部分LED作为测温元件，设计了控制外部灯具电源的同步开关方式和装置，利用瞬态温升过程曲线的采集线路和方法，在线测量实际LED灯具的热阻构成。LED灯具热阻构成测试仪装置，其特征在于该装置包括具有可测量LED芯片温升和热阻的测试仪100、受测试仪100控制的被测LED灯具工作电源开关200、LED灯具电源201、测温LED单元组件301以及被测LED灯具 300 ；测试仪100包含计算机101、采集卡102、测温LED单元测试电流源103、计算机控制的测温LED单元组件工作电源开关104、测温LED单元组件工作电源105和测温LED单元工作电压电流采集单元106 ；其中测温LED单元组件301以及被测LED灯具300的关系如下；灯具中LED连接方式先是一定数量LED串联，然后多个串联的LED再并联接入电源；从多路并联LED中，隔离出一路测温LED单元组件301，其余的LED为被测LED灯具300 ;隔离出的一路测温LED单元组件301上的热阻，其周围温度分布情况与实际LED灯具工作上一致，就代表了整个灯具热阻；将测温LED单元组件301分别连接到测试仪100中的LED芯片工作电流源104、测温LED单元测试电流源103、采集卡102和工作电压电流采集单元106，将被测LED灯具300连接到被测LED灯具工作电源开关200，灯具电源201连接200，将被测LED芯片供电电源105连接104，被测LED灯具工作电源开关200和LED芯片工作电流源104连接到计算机101 ;计算机101连接采集卡102/测温LED单元测试电流源103和工作电压电流采集单元106。应用上述装置进行LED灯具热阻的测试方法，其特征在于:测量时，将LED灯具隔离出的测温LED单元组件301分别接入到测试仪100中的测温LED单元组件工作电源开关104、测温LED单元测试电流源103、采集卡102和工作电压电流采集单元106，将被测LED灯具300接入被测LED灯具工作电源开关200，并联入LED灯具电源201，将测温LED单元组件工作电源105接入测温LED单元组件工作电源开关104，LED灯具电源开关200和测温LED单元组件工作电源开关104接入计算机101，同步受计算机控制；启动测量程序后，计算机101发出指令将测温LED单元测试电流源103—直加载到测温LED单元组件301，经采集卡102，采集到此时未施加工作电流下的测温LED单元组件301两端电压V0 ；然后，计算机发出指令将测温LED单元组件工作电源105经测温LED单元组件工作电源开关104加载到测温LED单元组件301，同时将LED灯具电源201经被测LED灯具工作电源开关200加载到被测LED灯具300 ;计算机发指令工作电压电流采集单元106采集到测温LED单元组件301的工作电压和电流，并计算出采集测温LED单元组件301的工作功率P=VI ；待被测LED灯具300温度不再变化达到稳态，计算机101发出指令，同时关断测温LED单元组件工作电源105和灯具电源201，并触发采集卡102采集被测LED单元组件301上的电压随时间变化V (t)；测温LED单元组件301的温度系数为a，LED单元组件301温升随时间变化Λ T (t) = [V(t)-VJ/α，测温LED单元组件301工作时加载的功率P=VI,测试仪对AT(t)曲线进行计算，得出LED单 元组件301的热阻也就是被测LED灯具300的热阻构成。对图2温升与加热时间的过程曲线采用结构函数法处理，如美国设备热阻测试仪Phase 11中的算法处理，得到热阻与灯具结构对应示意图，见图3。LED灯具一般主要包含封装LED和散热器，二者之间紧密连接。灯具的热源为LED芯片，即PN结处产生热量。大气环境中主要散热途径是热量经过焊料、管壳传递到封装LED外部，通过管壳与散热器表面的接触缝隙后传递给散热器，最终传递到大气外部环境。图3中所示，LED灯具散热途径的物理结构与微分结构函数图反映出的空间热阻构成可一一对应。结构函数图中第一峰值横坐标为LED芯片到管壳热阻值，第二峰值横坐标为芯片到散热器表面热阻值，两峰值之差为管壳到散热器表面之间的接触热阻值，第三峰值横坐标为芯片到大气等外部环境的热阻值，第二、三峰值之差为散热器热阻值。图中y轴表示电容的微分作用，其峰值对应的X轴上值代表不同材料的热阻值，最右侧的曲线表示LED灯具总的热阻，最左边的峰值对应的X轴上的值表示芯片的热阻，其余峰值之间的差值表示不同位置的热阻；主要发明点:1、设计了由实际LED灯具引出测温LED单元组件作为测温元件的电路；2、设计并实现与测温LED单元组件的LED灯具同步开关电路，保证测量实际LED灯具的热阻构成；3、扩展了 LED单个芯片热阻测量功能。
图1是LED灯具热阻构成测试装置示意图。其中一101 :计算机；102 :采集卡；103 :测温LED单元测试电流源；104 :测温LED单元组件工作电源开关；105 :测温LED单元组件工作电源；106 :测温LED单元工作电压电流采集单元；200 :被测LED灯具工作电源开关；201 =LED灯具电源；301 :测温LED单元组件；300 :被测LED灯具。图2是温升与加热时间的过程曲线图。图3是热阻与灯具结构对应示意图。图4是具体实施方式
中热阻与灯具结构对应示意图。
具体实施例方式选用珠海晟源同泰电子有限公司生产的LED筒灯，使用本专利测试其LED芯片到散热器的热阻构成。该灯具结构为若干大功率LED芯片先串联后并联，LED芯片管壳直接黏结在散热器表面，散热方式为热管导热。测试前，先将被测灯具300悬空固定在一密闭空间内，选定并分离其中一组测温LED单元组件301作为被测温器件单独与测温LED单元组件工作电源开关104接口相连，通过测量测温LED单元组件301到散热器的热阻构成，达到获取散热器热阻大小的目的，其余LED相连并与被测LED灯具工作电源开关200连接。测试时，首先由控制计算机101发出指令，测温LED单元测试电流源103接口将小电流接通测温LED单元组件301，采集卡102采集未加工作电流下测温LED单元组件301的结电压\。然后101发出指令，通过测温LED单元组件工作电源105和测温LED单元组件工作电源开关104，接入测温LED单元组件301，并同步控制200接通LED灯具电源201，使灯具300处于照明工作状态，测温LED单元工作电压电流采集单元106采集测温LED单元组件301的电压V和电流I，得到功率P=VI ；当温度达到稳态，计算机101发出指令，同时关断测温LED单元组件301测温LED单元组件工作电源105和被测LED灯具300的LED灯具电源201，启动采集卡102，采集测温LED单元组件301上小测试电流下，结电压Vj (t)随时间的降温过程曲线，直至'(t)不再变化，达到新的稳态。此时(V (O-VtlVa就是LED灯具温度随时间变化过程曲线；再除以功率P，即为热阻Rth= (Va)-Vtl)/ a P，由此可以得到测温LED单元组件301的冷却响应曲线，对其曲线实施热阻测试仪中的结构函数处理功能，即得到从热源LED芯片至灯具外部环境的热阻构成曲线。测量结果如附图3所示。从图中可以看出R1=O. 8K/W为被测灯具测温LED单元组件301上LED结到壳热阻，R2=2. 3K/W为结到散热器表面热阻，R1与R2之差1. 5K/W为LED壳到散热器表面之间的接触热阻，R3=4. 97K/W为结到大气热阻，R2与R3之差2. 67K/W为散热器热阻，该型号灯具为热管散热方式，因此散热器热阻值较小。此外若环境温度为Ttl，该灯具工作在稳态时LED结温为R3*P+ T00当LED灯具实用不同的散热器，或散热器与LED器件接触不良，其各部分的热阻就不同，通过测量不同设计和装备下的热阻构成，可以优化LED灯具的散热设计，降低灯具的最高结温，保证LED灯具使用寿命和品质。
权利要求
1.LED灯具热阻构成测试仪装置，其特征在于: 该装置包括:具有可测量LED芯片温升和热阻的测试仪、受测试仪控制的被测LED灯具工作电源开关、LED灯具电源、测温LED单元组件以及被测LED灯具； 测试仪包含计算机、采集卡、测温LED单元测试电流源、计算机控制的测温LED单元组件工作电源开关、测温LED单元组件工作电源和测温LED单元工作电压电流采集单元； 其中测温LED单元组件以及被测LED灯具的关系如下；灯具中LED连接方式先是一定数量LED串联，然后多个串联的LED再并联接入电源；从多路并联LED中，隔离出一路测温LED单元组件，其余的LED为被测LED灯具；隔离出的一路测温LED单元组件上的热阻，其周围温度分布情况与实际LED灯具工作上一致，就代表了整个灯具热阻； 将测温LED单元组件分别连接到测试仪中的LED芯片工作电流源、测温LED单元测试电流源、采集卡和工作电压电流采集单元，将被测LED灯具连接到被测LED灯具工作电源开关，灯具电源连接，将被测LED芯片供电电源连接，被测LED灯具工作电源开关和LED芯片工作电流源连接到计算机；计算机连接采集卡/测温LED单元测试电流源和工作电压电流米集单兀。
2.应用权利要求1所述装置进行LED灯具热阻的测试方法，其特征在于: 测量时，将LED灯具隔离出的测温LED单元组件分别接入到测试仪中的测温LED单元组件工作电源开关、测温LED单元测试电流源、采集卡和工作电压电流采集单元，将被测LED灯具接入被测LED灯具工作电源开关，并联入LED灯具电源，将测温LED单元组件工作电源接入测温LED单元组件工作电源开关，LED灯具电源开关和测温LED单元组件工作电源开关接入计算机，同步受计算机控制； 启动测量程序后，计算机发出指令将测温LED单元测试电流源一直加载到测温LED单元组件，经采集卡，采集到此时未施加工作电流下的测温LED单元组件两端电压V。； 然后，计算机发出指令将测温LED单元组件工作电源经测温LED单元组件工作电源开关加载到测温LED单元组件，同时将LED灯具电源经被测LED灯具工作电源开关加载到被测LED灯具；计算机发指令工作电压电流采集单元采集到测温LED单元组件的工作电压和电流，并计算出采集测温LED单元组件的工作功率P=VI ； 待被测LED灯具温度不再变化达到稳态，计算机发出指令，同时关断测温LED单元组件工作电源和灯具电源，并触发采集卡采集被测LED单元组件上的电压随时间变化V(t)；测温LED单元组件的温度系数为α，LED单元组件温升随时间变化Λ T (t) = [V (t)-Vj /α，测温LED单元组件工作时加载的功率P=VI，测试仪对AT(t)曲线进行计算，得出LED单元组件的热阻也就是被测LED灯具的热阻构成。
全文摘要
一种LED灯具热阻构成测试装置和方法属于半导体LED照明和显示可靠性设计和考核技术领域。本发明的主要发明点在于在实际LED灯具中，选取、隔离部分LED作为测温元件，设计了控制外部灯具电源的同步开关方式和装置，利用瞬态温升过程曲线的采集线路和方法，在线测量实际LED灯具的热阻构成。当LED灯具实用不同的散热器，或散热器与LED器件接触不良，其各部分的热阻就不同，通过测量不同设计和装备下的热阻构成，可以优化LED灯具的散热设计，降低灯具的最高结温，保证LED灯具使用寿命和品质。该发明主要应用于快速、非破坏性确定LED灯具热阻构成的方法和装置。
文档编号G01N25/18GK103076551SQ20131000086
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月1日 优先权日2013年1月1日
发明者冯士维, 史冬, 邓兵, 郭春生, 朱慧 申请人:北京工业大学