一种LED暂态峰值电压测量装置及测量方法与流程

本发明涉及led暂态峰值电压测量技术领域，特别涉及一种led暂态峰值电压测量装置及测量方法。

背景技术：

led的主要材料是pn结面，而闸流体（thyristor）是电子电力常用的控制元件，当它的厚度不均匀的时候就会有pn层面交错的情形发生，此时的电压差就会有很大的差异，这就是“闸流体效应”。而若电压差太大的话就显示此产品的品质不太好，因此可通过用该电压差值来衡量led的品质。当led产生闸流体效应时其两端电压的变化如图1所示。led在上电后其两端电压往往会有一个过冲现象，如何在短时间内捕捉该电压信号变化，并将该电压差准确测量出来是一个比较重要的难题。

对led暂态峰值电压vfd（即峰值电压与稳态电压的差值）的测试目前有多种测试方式，其中一种便是采用示波器进行测量。示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。由于示波器的用途非常广泛，使得其价格也非常昂贵，如果仅为了测量led的暂态峰值电压vfd而专门配备一台示波器，成本较高，而且也会造成示波器的资源浪费。故急需设计一种专门对led的暂态峰值电压vfd进行测量的设备。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种led暂态峰值电压测量装置及测量方法，主要目的在于使其能够对led的暂态峰值电压进行测量。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种led暂态峰值电压测量装置，包括：

测量模块，用于根据所述led第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号,对所述第一电压信号和所述第二电压信号进行处理,生成所述led的第一端与第二端之间的电压差值信号;

数据采集模块，用于根据所述电压差值信号,采集所述led的第一端与第二端之间的电压差值。

上述提供的技术方案解决了现有技术中只能通过示波器对led的暂态峰值电压进行测量的不足,为用户提供了更多的选择。另外，本发明led暂态峰值电压测量装置仅通过上电模块、测量模块以及数据采集模块的配合即可实现对led暂态峰值电压的测量，其结构相对较简单，成本较低。

本发明进一步设置为：所述数据采集模块的采集速率满足：所述led发生闸流体效应时，根据所述数据采集模块采集的数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

通过上述的设置，使数据采集模块的采集速率能够满足测量的需求，防止采集速率过低导致测量误差较大，无法满足用户需求。

本发明进一步设置为：所述数据采集模块的采集速率大于或等于250kb/s，以使根据所述数据采集模块采集的数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

通过上述的设置，使数据采集模块的采集速率能够满足测量的需求，防止采集速率过低导致测量误差较大，无法满足用户需求。

本发明进一步设置为：所述测量模块包括仪表放大器电路，以通过所述仪表放大器电路对所述第一电压信号和所述第二电压信号进行处理,输出所述led的第一端与第二端之间的电压差值信号。

通过采用上述技术方案，仪表放大器电路具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差以及低失调漂移等特点。仪表放大器电路是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，能够差分输入和相对参考端的单端输出，其测量精确性和稳定性均较佳。

本发明进一步设置为：所述仪表放大器电路包括第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；

所述第一运算放大器的同相输入端与所述led的阴极端连接，第一运算放大器的反相输入端通过第一电阻与其输出端连接，第一运算放大器的输出端通过第二电阻与第三运算放大器的反相输入端连接，第三运算放大器的输出端通过第三电阻与其反相输入端连接，所述仪表放大器电路通过所述第三运算放大器的输出端与数据采集模块的输入端连接；

所述第二运算放大器的同相输入端与所述led的阳极端连接，第二运算放大器的反相输入端通过第四电阻与其输出端连接，所述第二运算放大器的输出端通过第五电阻与第三运算放大器的同相输入端连接，所述第五电阻的与第三运算放大器相连的一端还通过第六电阻接地。

通过采用上述技术方案，第一运算放大器、第二运算放大器以及第三运算放大器三者相互配合，可以实现对led第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号的处理，并输出led的第一端与第二端之间的电压差值信号,其结构相对较简单,实施起来较方便。

本发明进一步设置为：所述数据采集模块包括存储器，以通过所述存储器采集所述led的第一端与第二端之间的电压差值。

通过采用上述技术方案，其中，存储器为市购件，可以根据需要在市场上购买，实施起来相对较方便。

本发明进一步设置为：本发明led暂态峰值电压测量装置还包括处理模块和显示模块；

所述处理模块用于根据所述数据采集模块采集的电压差值数据，对所述电压差值数据进行处理，并生成相应的显示信号；

所述显示模块用于根据所述显示信号，进行相应的显示。

在上述示例中，通过设置的处理模块和显示模块，可以自动对led的暂态峰值电压vfd进行计算，并将计算结果进行显示，现对于人工计算，本发明通过处理模块进行操作的效率更高，实施起来更加方便。

另一方面，本发明的实施例还提供一种led暂态峰值电压测量方法，其包括以下步骤：

步骤s1：对led上电；

步骤s2：根据所述led第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号,对所述第一电压信号和所述第二电压信号进行处理,输出所述led的第一端与第二端之间的电压差值信号；

步骤s3：根据所述电压差值信号,采集所述led的第一端与第二端之间的电压差值。

上述提供的技术方案解决了现有技术中只能通过示波器对led的暂态峰值电压进行测量的不足,为用户提供了更多的选择。

本发明进一步设置为：在步骤s3中，采集led的第一端与第二端之间电压差值的速率满足：所述led发生闸流体效应时，根据采集的电压差值数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

通过上述的设置，使数据采集的速率能够满足测量的需求，防止采集速率过低导致测量误差较大，无法满足用户需求。

本发明进一步设置为：在步骤s3中使用大于或等于250kb/s的采集速率对led的第一端与第二端之间电压差值进行采集，以使根据采集的电压差值数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

通过上述的设置，使数据采集的速率能够满足测量的需求，防止采集速率过低导致测量误差较大，无法满足用户需求。

借由上述技术方案，本发明led暂态峰值电压测量装置及测量方法至少具有以下有益效果：

1、通过上电模块对led上电,然后通过测量模块对led的第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号进行处理,并生成led的第一端与第二端之间的电压差值信号,然后通过数据采集模块采集led的第一端与第二端之间的电压差值,根据该电压差值即可测算出led发生闸流体效应时其暂态峰值电压,解决了现有技术中只能通过示波器对led的暂态峰值电压进行测量的不足,为用户提供了更多的选择。

2、本发明led暂态峰值电压测量装置仅通过测量模块以及数据采集模块的配合即可实现对led暂态峰值电压的测量，其结构相对较简单，成本较低。

3、本发明led暂态峰值电压测量装置通过在led与数据采集模块之间设置测量模块，可以防止led自身不稳定对数据采集模块产生破坏，如果led发生故障则只会破坏与其直接相连的测量模块，由于数据采集模块属于高成本精密器件，测量模块采用常规电路设计成本相对较低廉，从而提高了数据采集模块的安全性能，防止高成本的数据采集模块发生损坏。

4、测量模块与数据采集模块两者分工协作，可以减小数据采集模块的工作量，提高数据采集模块的工作效率，从而提高了本发明led暂态峰值电压测量装置的测量效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是led发生闸流体效应时其两端电压的变化波形图；

图2是本发明的一实施例提供的一种led暂态峰值电压测量装置的电路原理图；

图3是本发明的一实施例提供的一种led暂态峰值电压测量方法的流程框图；

图4是采用示波器测量的led两端的电压变化波形图；

图5是采用本发明的led暂态峰值电压测量装置测量的led两端的电压变化波形图。

附图标记：1、上电模块；2、测量模块；3、数据采集模块；4、处理模块；5、显示模块；100、led暂态峰值电压测量装置。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图2所示，本发明的一个实施例提出的一种led暂态峰值电压测量装置100，其包括测量模块2以及数据采集模块3。

测量模块2用于根据led第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号,对第一电压信号和第二电压信号进行处理,生成led的第一端与第二端之间的电压差值信号。该电压差值信号即为led两端的电压。

数据采集模块3用于根据测量模块2输出的电压差值信号,采集led的第一端与第二端之间的电压差值。

上述提供的技术方案解决了现有技术中只能通过示波器对led的暂态峰值电压进行测量的不足,为用户提供了更多的选择。

另外，本发明led暂态峰值电压测量装置100仅通过测量模块2以及数据采集模块3的配合即可实现对led暂态峰值电压的测量，其结构相对较简单，成本较低。

本发明的led暂态峰值电压测量装置100还可以包括上电模块1。上电模块1用于对led上电。

上述的上电模块1可以包括电流源，以通过该电流源给led上电。

进一步的，前述的数据采集模块3的采集速率满足：led发生闸流体效应时，根据数据采集模块3采集的数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

这里需要说明的是：当led上电时，其发生闸流体效应的时间很短，故数据采集模块3的采集速率非常重要，如果其采集速率过低，会导致采集到的闸流体效应期间的数据过少，从而根据这些数据得到的led暂态峰值电压的误差较大，其与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以外，无法满足正常的测试需求。

进一步的，前述数据采集模块3的采集速率大于或等于250kb/s，以使根据数据采集模块3采集的数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

通过上述的设置，使数据采集模块3的采集速率能够满足测量的需求，防止采集速率过低导致测量误差较大，无法满足用户需求。

进一步的，前述的实际led暂态峰值电压是使用示波器对led测量得到的。由于示波器的测量精度较高，以示波器的测量结果作为参考标准，更能反映led的实际暂态峰值电压。

进一步的，如图2所示，前述的测量模块2可以包括仪表放大器电路，以通过仪表放大器电路对第一电压信号和第二电压信号进行处理,输出led的第一端与第二端之间的电压差值信号。

仪表放大器电路具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差以及低失调漂移等特点。仪表放大器电路是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，能够差分输入和相对参考端的单端输出，其测量精确性和稳定性均较佳。

具体的，如图2所示，上述的仪表放大器电路可以包括第一运算放大器a1、第二运算放大器a2和第三运算放大器a3。第一运算放大器a1的同相输入端与led的阴极端连接，第一运算放大器a1的反相输入端通过第一电阻r1与其输出端连接。第一运算放大器a1的输出端通过第二电阻r2与第三运算放大器a3的反相输入端连接，第三运算放大器a3的输出端通过第三电阻r3与其反相输入端连接。仪表放大器电路通过第三运算放大器a3的输出端与数据采集模块3的输入端连接。

第二运算放大器a2的同相输入端与led的阳极端连接，第二运算放大器a2的反相输入端通过第四电阻r4与其输出端连接，第二运算放大器a2的输出端通过第五电阻r5与第三运算放大器a3的同相输入端连接，第五电阻r5的与第三运算放大器a3相连的一端还通过第六电阻r6接地。

在上述示例中，前述的第一运算放大器a1和第二运算放大器a2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，第三运算放大器a3组成第二级差分放大电路。led阴极端的第一电压信号vin1加到第一运算放大器a1的同相输入端，led阳极端的第二电压信号vin2加到第二运算放大器a2的同相输入端，在第一运算放大器a1和第二运算放大器a2的两输入端形成虚短和虚断。通过电路转换后，最终第三运算放大器a3的输出电压vout为vin1与vin2的电压差值，即vout=vin1-vin2，该电压值vout为led的正向vf电压值。将该vout结果输入至数据采集模块3的输入端。

优选的，上述第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5以及第六电阻r6的阻值相等，且均为10k欧姆。

在上述示例中，第一运算放大器a1、第二运算放大器a2以及第三运算放大器a3三者相互配合，可以实现对led第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号的处理，并输出led的第一端与第二端之间的电压差值信号，其结构相对较简单,实施起来较方便。

进一步的，前述的数据采集模块3可以包括存储器，以通过存储器采集led的第一端与第二端之间的电压差值。其中，存储器为市购件，可以根据需要在市场上购买，实施起来相对较方便。

这里需要说明的是：前述仪表放大器电路输出的是模拟信号，而存储器只能接收数字信号，故在仪表放大器电路的输出端与存储器的输入端之间还设置有模数转换器，以将仪表放大器电路输出的模拟信号转化为存储器能够接收的数字信号。

进一步的，如图2所示，本发明的led暂态峰值电压测量装置100还可以包括处理模块4和显示模块5。处理模块4用于根据数据采集模块3采集的电压差值数据，对电压差值数据进行处理，并生成相应的显示信号。显示模块5用于根据处理模块4输出的显示信号，进行相应的显示，比如可以以波形的方式进行显示，或直接显示数值等等。

上述的处理模块4可以为单片机或微处理器等。

显示模块5可以为显示器等。处理模块4可以对电压差值数据进行处理，将测量的电压差值数据通过测试机软件在显示器上进行实时数值和波形图显示。处理模块4还根据采集的电压差值数据，按照暂态峰值电压vfd=峰值电压vfp-稳态电压vf方式进行暂态峰值电压vfd的计算，并将计算的结果在显示器进行显示。

在上述示例中，通过设置的处理模块4和显示模块5，可以自动对led的暂态峰值电压vfd进行计算，并将计算结果进行显示，现对于人工计算，本发明通过处理模块4进行操作的效率更高，实施起来更加方便。

如图3所示，本发明还提供一种led暂态峰值电压测量方法，其包括以下步骤：

步骤s1：对led上电。在该步骤中，具体可以采用电流源对led上电。

步骤s2：根据led第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号,对第一电压信号和第二电压信号进行处理,生成led的第一端与第二端之间的电压差值信号。该电压差值信号即为led两端的电压。

步骤s3：根据电压差值信号,采集led的第一端与第二端之间的电压差值。

在上述提供的技术方案中，通过对led上电,然后对led的第一端的第一电压信号和第二端的第二电压信号进行处理,并输出led的第一端与第二端之间的电压差值信号,然后采集led的第一端与第二端之间的电压差值,根据该电压差值即可测算出led发生闸流体效应时其暂态峰值电压,解决了现有技术中只能通过示波器对led的暂态峰值电压进行测量的不足,为用户提供了更多的选择。

其中，在步骤s3中，采集led的第一端与第二端之间电压差值的速率满足：led发生闸流体效应时，根据采集的电压差值数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

这里需要说明的是：当led上电时，其发生闸流体效应的时间很短，故数据采集模块3的采集速率非常重要，如果其采集速率过低，会导致采集到的闸流体效应期间的数据过少，从而根据这些数据得到的led暂态峰值电压的误差较大，其与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以外，无法满足正常的测试需求。

进一步的，在前述的步骤s3中，可以使用大于或等于250kb/s的采集速率对led的第一端与第二端之间电压差值进行采集，以使根据采集的电压差值数据得到的led暂态峰值电压与实际led暂态峰值电压之间的误差在±5mv以内。

通过上述的设置，使数据采集的速率能够满足测量的需求，防止采集速率过低导致测量误差较大，无法满足用户需求。

进一步的，如图3所示，本发明led暂态峰值电压测量方法还包括：

步骤s4：使用处理模块4对采集到的电压差值数据进行处理，并在显示模块5上进行相应的显示。

上述的处理模块4可以为单片机或微处理器等。

显示模块5可以为显示器等。处理模块4可以对电压差值数据进行处理，将测量的电压差值数据通过测试机软件在显示器上进行实时数值和波形图显示。处理模块4还根据采集的电压差值数据，按照暂态峰值电压vfd=vfp（峰值电压）-vf（稳态电压）方式进行暂态峰值电压vfd的计算，并将计算的结果在显示器进行显示。

在上述示例中，通过设置的处理模块4和显示模块5，可以自动对led的暂态峰值电压vfd进行计算，并将计算结果进行显示，现对于人工计算，本发明通过处理模块4进行操作的效率更高，实施起来更加方便。

下面介绍一下本发明的工作原理和优选实施例。

一、vfd定义及测试原理

vfd定义：暂态峰值电压（或闸流体效应），即峰值电压与稳态值电压之差。

vfd测试条件：测试电流5ma，测试时间5ms。

vfd计算方式：暂态峰值电压vfd=峰值电压vfp-稳态值电压vf。

二、vfd测量电路设计

为了进行准确采集，采用3个op07运算放大器（即前述的第一运算放大器a1、第二运算放大器a2和第三运算放大器a3）构成了一个仪表放大器电路。仪表放大器电路具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移等特点，使其在数据采集、传感器信号放大、高速信号调节、医疗仪器等方面备受青睐。仪表放大器电路是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，能够差分输入和相对参考端的单端输出。由图2可知，它是由第一运算放大器a1和第二运算放大器a2按同相输入接法组成第一级差分放大电路，第三运算放大器a3组成第二级差分放大电路。vin1、vin2分别加到第一运算放大器a1和第二运算放大器a2的同向端，在第一运算放大器a1和第二运算放大器a2的两输入端形成虚短和虚断。通过电路转换后，最终第三运算放大器a3输出电压vout为vin1与vin2电压差值，即vout=vin1-vin2，该电压值为led的正向vf电压值。将该vout结果输入至数据采集卡ai输入端，数据采集卡按1mb/s的采样速率对其进行采集测量，每毫秒采集1000个数据，可有效保证测试数据的准确性和可靠性。

三、vfd计算及软件测量结果对比

开启测试软件，输出电流条件为5ma，测试时间为5ms，进行led点亮测试。测量后的数据通过测试机软件进行实时数值和波形图显示，上位机将该时间段内各点的电压值进行记录，并按照vfd=vfp-vf方式进行vfd计算，vfd测试结果如图5所示。其中，图4为示波器测试机的测试结果。图4中光标a处对应led的峰值电压vfp值，b处对应led的稳态值电压vf值，δ=峰值电压vfp-稳态值电压vf，δ231.6mv即为led的暂态峰值电压vfd值。图5中测得的暂态峰值电压vfd=0.231v。通过与示波器测试机结果（如图4所示）对比可得，vfd实际测试结果与示波器测试值几乎一致，误差在±5mv以内，可满足正常测试需求。

这里需要说明的是：在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。