功率型led熱阻的測試裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種功率型LED的熱阻測試裝置，包括功率型LED、加熱冷卻單元、電源/測量單元、溫度控制單元、光學參數測量單元和計算機；計算機用于控制電源/測量單元向功率型LED輸出不同電流并測量對應的電功率；計算機通過控制溫度控制單元控制加熱冷卻單元產生不同的溫度值；光學參數測試單元用于采集功率型LED光學參數，并將該光學參數傳輸給計算機由計算機完成分析計算；電源/測量單元與加熱冷卻單元連接，用于配合計算機控制加熱冷卻單元產生不同的溫度值。本發明采用一種新的測試功率型LED熱阻方法，該方法通過獲取效率-結溫系數ke，熱功率與電功率轉換系數kh，以及LED外部散熱器熱阻Rhs來得到LED的熱阻值，降低了測試成本，操作簡單。
【專利說明】功率型LED熱阻的測試裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光電測試【技術領域】，具體涉及一種測試功率型LED熱阻的測試方法。【背景技術】
[0002]功率型LED是半導體照明領域的核心器件，然而在LED正常工作中，有70%以上的電能轉化為熱能，使得LED芯片結溫顯著升高，嚴重影響LED的光電性能，造成光輸出衰減、壽命減少、可靠性降低等。因此需要對功率型LED熱阻等熱特性參數進行準確快速的測試，為LED封裝和熱沉設計提供設計參數并進行有效的熱管理。
[0003]目前國內外測量LED熱學特性的方法主要有紅外熱成像法、光譜法、光功率法、管腳溫度法和電學參數法。電學參數法是基于LED兩端正向壓降與結溫呈線性關系，通過快速切換測量電流與加熱電流時測量端電壓的變化得到結溫，進一步計算得到LED熱阻。該方法不需要破壞LED封裝結構，且測量精度高、速度快，是目前國際上通用的標準方法。但主要缺點是電流轉換過程中熱量損失造成熱阻測試誤差較大，另外檢測PN結上正向電壓的變化需要非常高精度的數據采集儀器，難以降低研發成本。
【發明內容】
[0004]鑒于此，本發明的目的是提供一種新的測試功率型LED熱阻的方法及裝置，采用該方法和裝置能有效降低功率型LED熱阻測試的系統成本，且操作簡單，具有一定的工程應用價值。
[0005]本發明的目的之一是通過這樣的技術方案實現的，功率型LED的熱阻測試裝置，包括功率型LED、加熱冷卻單元、電源/測量單元、溫度控制單元、光學參數測量單元和計算機；
[0006]所述計算機用于控制電源/測量單元向功率型LED輸出不同的電流并測量對應的電功率；
[0007]所述計算機通過控制溫度控制單元控制加熱冷卻單元產生不同的溫度值；
[0008]所述光學參數測試單元用于采集功率型LED的光學參數，并將該光學參數傳輸給計算機由計算機完成分析計算；
[0009]所述電源/測量單元與加熱冷卻單元連接，用于配合計算機控制加熱冷卻單元產生不同的溫度值。
[0010]進一步，所述加熱冷卻單元包括依次連接的熱沉、半導體熱電制冷片和散熱器；所述功率型LED設置在熱沉上，所述半導體熱電制冷片與溫度控制單元連接。
[0011]進一步，所述光學參數測試單元為集光型參數測試單元，所述集光型光學參數測試單元包括集光裝置和光探裝置，所述功率型LED設置在集光裝置的入光口處，所述光探測裝置設置在集光裝置的收光口處；所述集光裝置為積分球，所述光探測裝置為光度探頭或輻射探頭。
[0012]進一步,所述光學參數測試單元為非集光型參數測試單元,所述非集光型參數測試單元包括光探測裝置，所述光探測裝置設置在功率型LED光軸上；所述光探測裝置為光度探頭或輻射探頭。
[0013]功率型LED的熱阻測試方法，測量功率型LED光學參數對電功率變化關系，其中光學參數為總光通量、部分光通量、光照度、光功率、軸向光功率、軸向光照度、相對福射強度等參數中的任何一個，并對光學參數-電功率曲線進行最小二乘非線性擬合，得到光學參數極值處的電功率；功率型LED熱阻與極值處電功率的函數關系式為式(1)，進一步得到ke> kh和Rhs三個參數的值，即可得到功率型LED熱阻Rj.。；
【權利要求】
1.功率型LED的熱阻測試裝置，其特征在于:包括功率型LED、加熱冷卻單元、電源/測量單元、溫度控制單元、光學參數測量單元和計算機； 所述計算機用于控制電源/測量單元向功率型LED輸出不同的電流并測量對應的電功率； 所述計算機通過控制溫度控制單元控制加熱冷卻單元產生不同的溫度值； 所述光學參數測試單元用于采集功率型LED的光學參數，并將該光學參數傳輸給計算機由計算機完成分析計算； 所述電源/測量單元與加熱冷卻單元連接，用于配合計算機控制加熱冷卻單元產生不同的溫度值。
2.根據權利要求1所述的功率型LED的熱阻測試裝置，其特征在于:所述加熱冷卻單元包括依次連接的熱沉、半導體熱電制冷片和散熱器；所述功率型LED設置在熱沉上，所述半導體熱電制冷片與溫度控制單元連接。
3.根據權利要求1所述的功率型LED熱阻測試裝置，其特征在于:所述光學參數測試單元為集光型參數測試單元，所述集光型光學參數測試單元包括集光裝置和光探裝置，所述功率型LED設置在集光裝置的入光口處，所述光探測裝置設置在集光裝置的收光口處；所述集光裝置為積分球， 所述光探測裝置為光度探頭或輻射探頭。
4.根據權利要求1所述的功率型LED熱阻測試裝置，其特征在于:所述光學參數測試單元為非集光型參數測試單元，所述非集光型參數測試單元包括光探測裝置，所述光探測裝置設置在功率型LED光軸上；所述光探測裝置為光度探頭或輻射探頭。
5.功率型LED的熱阻測試方法，其特征在于:測量功率型LED光學參數對電功率變化關系，其中光學參數為總光通量、部分光通量、光照度、光功率、軸向光功率、軸向光照度、相對輻射強度等參數中的任何一個，并對光學參數-電功率曲線進行最小二乘非線性擬合，得到光學參數極值處的電功率；功率型LED熱阻與極值處電功率的函數關系式為式(1)，進一步得到ke、kh和Rhs三個參數的值，即可得到功率型LED熱阻Rje ；
6.根據權利要求6所述的功率型LED的熱阻測試方法，其特征在于:獲得Pdfflax的方法包括以下子步驟: 561:計算機控制電源/測量單元向功率型LED輸出不同的電流，利用電源/測量單元測得不同注入電流下電功率Pd;同時利用光學參數測量單元測得光學參數匕，得到兩者之間的關系曲線PtrPd ； 562:光學參數P。與電功率Pd符合式(2)關系:
Po 一 Ep0 [Pd+kekh (RJC+Rhs) Pd ] (2) 當光學參數Ptj極值時，電功率Pdmax可表述為式(3):
7.根據權利要求6所述的功率型LED的熱阻測試方法，其特征在于:獲得kh的方法包括以下子步驟: S71:計算機控制電源/測量單元向功率型LED輸出額定工作電流，利用電源/測量單元測得額定電流下電功率Pd ;利用光學參數測量單元測得光功率，利用公式(4)得到熱功率與電功率的轉換系數kh;
8.根據權利要求6所述的功率型LED的熱阻測試方法，其特征在于:獲取的方法包括以下子步驟: 581:計算機控制電源/測量單元向功率型LED輸出合適的工作電流，使得LED能點亮但是不產生明顯的熱效應；利用溫度控制單元控制加熱冷卻單元產生不同的溫度值；利用電源/測量單元測量不同溫度下電功率Pd ；同時利用光學參數測量單元測得光學參數值匕，計算得到光參數-電功率效率E與結溫L的關系曲線E-Tj ； 582:采用最小二乘原理對E-Tj曲線數據進行線性擬合，得到效率與結溫的系數值ke ；
E = Ep0 [ I+ke (TrT0)] (5)其中E為光參數-電功率效率，Ep0為環境溫度為Ttl時的光參數-電功率效率。
【文檔編號】G01R31/44GK103926517SQ201410171198
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】劉顯明, 賴偉, 陳偉民, 程星福 申請人:重慶大學