具有内建温度检测的led组件的热测试方法及测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于LED芯片的测试领域，特别涉及一种具有内建温度检测的LED组件的 热测试方法及测试系统。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（LightEmittingDiode，LED)是一种极有竞争力的新型节能固态光 源。LED从诞生至今，已经实现了全彩化和高亮度化，并在蓝色LED和紫色LED的基础上产 生了白光LED，从而实现了人类照明史上的一次飞跃。与白炽灯和荧光灯相比，LED具有较 多的特点与优势，具有高效，节能，环保、寿命长、体积小等优点，已经在背光源、汽车照明、 特种工作照明、通用照明等领域得到广泛应用。LED是目前所知光源中最符合节能环保的优 质光源，随着LED的进一步发展，将可能挑战白炽灯、荧光灯、卤素灯等的主导地位。
[0003] LED的光子释放来自于电子在能带间的跃迀。对LED而言，所输入的电能大约只 有10%至30%转化为光能，而其余的能量则转化为热能，因此在一个非常小的LED芯片面 积上将会产生较高的热流密度，例如产生高达l〇6W/m2的热流密度。如果热量不能散发到环 境中，LED芯片的结温将会升高。随着结温的升高，芯片的光输出将不断降低。
[0004] 特别是近几年来，LED和其他电子器件一样，不断地向小型化和高功率的方向发 展，高热流密度成为必然，若不能及时散热，则器件温度过高，将严重影响LED的整体性能， 使发光效率与使用寿命降低，甚至会造成对芯片的连接界面和机械应力等的损伤，从而对 芯片的内部结构产生破坏。因此，在对LED进行设计时不仅需要考虑光的输出性能，而且需 要考虑芯片的结温以及散热。LED的可靠性及其性能在很大的程度上取决于是否具有良好 的热设计以及是否采取了良好的散热措施。
[0005] 对LED的使用，在一般的照明方面，人们需要大功率的LED光源特别是LED白光光 源。大功率白光LED的实现方法主要有如下两种：一是直接封装单个大功率LED芯片，例如 在市场上已有的1W、3W甚至5W的大功率白光LED;二是通过封装多个小功率LED组成更大 功率的LED多芯片组件。因此，一个LED多芯片组件是由多个LED芯片所组成，它是把两个 或更多的LED芯片连接于一个共用电路基板上，并实现各个芯片间的连接。这里对其中的 LED芯片，通过采用不同的串并联组合，可以实现各种不同的额定电压和电流，提高整体发 光效能，降低成本。在实际中为了简化在处理上的复杂性，往往假定一个LED多芯片组件中 所包含的每个LED芯片的功率是相同的。本发明针对的是一般结构的LED多芯片组件，它 是由一些具有不同功率的LED芯片所组成，其中的每个LED芯片的功率可以相同，也可以不 同。为简洁起见，在后面将LED多芯片组件简称为LED组件。
[0006] 对单个的LED芯片，随着工作电流的增加会产生一定的热量，将引起LED芯片结温 的变化，并对LED的性能产生影响，例如造成正向压降改变、色温变化、波长偏移、光电转换 的效率变低等。类似地，对由多个LED芯片所组成的LED组件，随着工作电流的增加仍将产 生大量的热量，并对LED组件的性能例如发光強度与发光效率等产生影响。
[0007] 因此，亟需一种有效的LED组件的热测试方法及测试系统。
【发明内容】
[0008] 本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有内建温度检测 的LED组件的热测试方法。本发明针对的LED组件即是LED多芯片组件。
[0009] 本发明的另一目的在于提供所述实现上述具有内建温度检测的LED组件的热测 试方法的测试系统。
[0010] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种具有内建温度检测的LED组件的热测 试方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0011] (l)LED组件的布局优化：对一种给定初始结构的LED组件，通过建立各节点的热 平衡方程，并使用一种改进的遗传算法对每个芯片在LED组件上所处的位置进行优化，找 出合适的布局，以降低LED组件的最大温度；
[0012] (2)内建热传感器的设计：对经过步骤（1)布局优化后的LED组件进行计算，计算 LED组件每个节点位置的瞬态温度，得到瞬态温度较高的节点；在LED组件中设计若干个热 传感器，并把它们分别放置在LED组件中瞬态温度较高的节点区域，以检测LED组件内部的 温度变化情况；
[0013] (3)LED组件温度的自适应调节：设计具有热控制功能的LED组件的驱动电路，其 中，将步骤（2)中的热传感器与驱动电路连接；热传感器监测到的LED组件温度传送给驱动 电路，当LED组件的温度超过了所给定的最大值时，驱动电路就对LED组件调节供给电流， 即降低供给电流，使得每个芯片的结温减小，从而使整个LED组件的温度得到降低。
[0014] 所述的各节点的热平衡方程具体如下：对于内部节点，热平衡方程如式（A)所示； 对于直线边界节点，热平衡方程如式（B)所示；对具有90°的拐角边界节点，热平衡方程如 式（C)所示；
【主权项】
1. 一种具有内建温度检测的L邸组件的热测试方法，其特征在于包括如下步骤： (1) L邸组件的布局优化；对一种给定初始结构的L邸组件，通过建立各节点的热平衡 方程，并使用一种改进的遗传算法对每个巧片在L邸组件上所处的位置进行优化，找出合 适的布局，W降低L邸组件的最大温度； (2) 内建热传感器的设计：对经过步骤（1)布局优化后的L邸组件进行计算，计算LED 组件每个节点位置的瞬态温度，得到瞬态温度较高的节点；在L邸组件中设计若干个热传 感器，并把它们分别放置在L邸组件中瞬态温度较高的节点区域，W检测L邸组件内部的温 度变化情况； (3) L邸组件温度的自适应调节；设计具有热控制功能的L邸组件的驱动电路，其中，将 步骤（2)中的热传感器与驱动电路连接；热传感器监测到的L邸组件温度传送给驱动电路， 当L邸组件的温度超过了所给定的最大值时，驱动电路就对L邸组件调节供给电流，即降低 供给电流的大小，使得每个巧片的结温减小，从而使整个L邸组件的温度得到降低。
2. 根据权利要求1所述的具有内建温度检测的L邸组件的热测试方法，其特征在于： 步骤（1)中所述的遗传算法的交叉操作为选择一个交叉点、两个交叉点和=个交叉点中的 一种，同时对每一种交叉位置采用了各自的对个体分量值的选取与调整方式来产生新的个 体。
3. 根据权利要求1所述的具有内建温度检测的L邸组件的热测试方法，其特征在于： 步骤（2)中所述的热传感器的电路结构为；双极型晶体管、电阻、运算放大器和模数转 换器依次连接。
4. 根据权利要求3所述的具有内建温度检测的L邸组件的热测试方法，其特征在于： 步骤（3)中所述的驱动电路的结构如下；包括基准电压模块、调光模块、恒流源模块、 存储器模块和控制单元；控制单元分别与基准电压模块、调光模块、恒流源模块和存储器模 块连接，恒流源模块和存储器模块连接。
5. 根据权利要求4所述的具有内建温度检测的L邸组件的热测试方法，其特征在于： 所述的基准电压模块为X60008电压源，所述的存储器模块为SDRAM存储器，所述的控制单 元为单片机。
6. 实现权利要求1?5任一项所述的具有内建温度检测的L邸组件的热测试方法的测 试系统，其特征在于：包括热传感器和L邸组件的驱动电路；热传感器和L邸组件的驱动电 路连接。
7. 根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于：还包括确定L邸组件各节点温度的 模块和优化L邸组件布局的模块；确定L邸组件各节点温度的模块用于确定L邸组件初始 结构中各节点的温度W及L邸组件结构优化后的各节点的温度；在把L邸组件初始结构中 各节点的温度值输入到优化L邸组件布局的模块后，能对L邸组件布局进行优化；L邸组件 结构优化后的各节点的温度能确定热传感器的放置位置。
8. 根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于：所述的确定L邸组件中各节点温度 的模块是通过使用热平衡方程来对每个L邸巧片计算温度值。
9. 根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于：所述的优化LED组件布局的模块是 通过使用一种改进的遗传算法来得到具有较小最大温度的L邸组件中巧片的布局方案。
【专利摘要】本发明公开一种具有内建温度检测的LED组件的热测试方法及测试系统。本发明在对LED多芯片组件进行设计时，通过建立各节点的热平衡方程，并使用一种改进的遗传算法对每个芯片在组件上的位置进行优化，找出合适的布局，以降低组件的最大温度；同时在组件中设计多个热传感器，并把它们分别放置在组件中瞬态温度较高的区域，以检测组件内部的温度变化情况；设计与热传感器连接的具有热控制功能的LED组件的驱动电路，当组件的温度超过了所给定的最大值时，则对组件的供电进行调整，使得组件的温度得到降低。本发明能根据组件的温度情况来自适应地调节供给电流大小，使组件的温度维持在正常范围内，从而避免温度过高对LED的严重影响。
【IPC分类】G01K13-00, G01R31-26
【公开号】CN104535913
【申请号】CN201510014735
【发明人】潘中良, 陈翎
【申请人】华南师范大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月12日