一種脈沖式功率型led電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置制造方法
【專利摘要】一種脈沖式功率型LED電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置，涉及發(fā)光二極管特性測試裝置。設(shè)有夾具、溫度控制模塊、脈沖電流源、數(shù)字控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、精密取樣電阻和計(jì)算機(jī)；待測LED安裝在夾具上，所述溫度控制模塊與數(shù)字控制模塊相連用于設(shè)置溫度和反饋溫度，溫度控制模塊與夾具相連用于加熱或制冷和監(jiān)控溫度，所述脈沖電流源與數(shù)字控制模塊相連用于設(shè)置脈沖參數(shù)，脈沖電流源與精密取樣電阻一端相連，所述精密取樣電阻另一端與待測LED相連；所述精密取樣電阻兩端和待測LED均與數(shù)據(jù)采集模塊相連用于采集流經(jīng)待測LED的電流和端電壓；數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)字控制模塊相連用于數(shù)據(jù)反饋，數(shù)字控制模塊與計(jì)算機(jī)通過USB相連。
【專利說明】—種脈沖式功率型LED電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管特性測試裝置，尤其是涉及一種脈沖式功率型LED電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode, LED)是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的器件。由于當(dāng)前的材料、封裝和工藝等技術(shù)水平所限，LED器件的散熱問題突出，其工作電壓、電流和結(jié)溫特性嚴(yán)重影響了 LED的性能(包括光度、色度和電氣參數(shù)等)，也是決定LED光電特性和壽命的重要參數(shù)。
[0003]目前，LED的電壓-電流-結(jié)溫特性檢測方法有紅外熱像儀法(馮士維，謝學(xué)松，呂長志.半導(dǎo)體器件熱特性的電學(xué)法測量與分析[J]，半導(dǎo)體學(xué)報(bào)，1999，20(5):358-364)、顯微拉曼光譜法(Link A, Bitzer K, Limmer ff, et al.Temperature dependence of the E2andAl(L0)phonons in GaN and A1N[J], J Appl Phys.1999，86 (11):6256-6260)、電致和光致發(fā)光法(Xi Y, Xi J Q, Gessmann Τ, et al.Junction and carrier temperature measurementsin deep-ultraviolet light-emitting diodes using three different methods[J], ApplPhys Lett, 2005，86 (3): 031907.1-031907.3)、電學(xué)參數(shù)法(Kirkus L, Kalceff ff, MccredieG.System for measuring the junction temperature of a light emitting diode immersedin liquid nitrogen [J], Rev Sci Instrum, 2006, 77 (4):046107-046110)等。
[0004]在傳統(tǒng)的電學(xué)測試方法中，為了減小測試電流產(chǎn)生自熱效應(yīng)，測試電流應(yīng)盡可能小，然而過小的測試電流會(huì)影響到測試信號(hào)的信噪比。而且，實(shí)際上任何數(shù)量級(jí)的測試電流都將產(chǎn)生熱效應(yīng)，引入測量誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的LED的電壓-電流-結(jié)溫特性檢測方法存在的缺點(diǎn)，提供采用脈沖電流注入，測試其正向電壓，可獲得更準(zhǔn)確的LED結(jié)溫參數(shù)，可用于LED器件的熱學(xué)性能表征測試，不會(huì)造成大的熱積累或大的溫升，極大提高測量的精度的一種脈沖式功率型LED電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置。
[0006]本發(fā)明設(shè)有夾具、溫度控制模塊、脈沖電流源、數(shù)字控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、精密取樣電阻和計(jì)算機(jī)；
[0007]待測LED安裝在夾具上，所述溫度控制模塊與數(shù)字控制模塊相連用于設(shè)置溫度和反饋溫度，所述溫度控制模塊與夾具相連用于加熱或制冷和監(jiān)控溫度，所述脈沖電流源與數(shù)字控制模塊相連用于設(shè)置脈沖參數(shù)，所述脈沖電流源與精密取樣電阻一端相連，所述精密取樣電阻另一端與待測LED相連；所述精密取樣電阻兩端和待測LED均與數(shù)據(jù)采集模塊相連用于采集流經(jīng)待測LED的電流和端電壓；數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)字控制模塊相連用于數(shù)據(jù)反饋，數(shù)字控制模塊與計(jì)算機(jī)通過USB相連。
[0008]所述脈沖電流源可由恒流源、脈沖發(fā)生器和耦合輸出接口組成，輸出的最小脈沖覽度達(dá)I y s。
[0009]本發(fā)明采用脈沖電流(窄脈沖和小占空比的脈沖)注入測試，此時(shí)LED器件PN結(jié)區(qū)處于發(fā)熱與散熱的交替過程，不會(huì)造成大的熱積累或大的溫升，極大提高測量的精度。
[0010]本發(fā)明可以測試在不同結(jié)溫(PN結(jié)溫度)下LED工作電流與正向電壓的關(guān)系，以表征功率型LED的熱學(xué)特性。本發(fā)明的工作原理是通過產(chǎn)生可控的窄脈沖電流來驅(qū)動(dòng)LED，對(duì)其峰值時(shí)的電壓電流進(jìn)行采樣，同時(shí)控制和采集LED的熱沉溫度，從而獲得不同結(jié)溫下LED的電壓-電流-結(jié)溫特性曲線。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
[0012](I)本發(fā)明針對(duì)功率型LED器件電壓-電流-結(jié)溫特性檢測的需要，提出了采用窄脈沖注入式檢測的方法，實(shí)現(xiàn)了功率型LED電壓、電流和結(jié)溫的同步測試，為功率型LED熱學(xué)特性表征提供了數(shù)據(jù)支持。在窄脈沖注入下，功率型LED處于發(fā)熱和散熱交替的工作狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生大的熱量積累，極大減小了注入電流引起的自熱效應(yīng)。
[0013](2)本發(fā)明構(gòu)建了高穩(wěn)定度、窄脈沖驅(qū)動(dòng)電流源，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的幅值穩(wěn)定性由恒流源保證，而脈沖寬度和脈沖周期的調(diào)整由FPGA器件建立的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，脈沖上升時(shí)間和下降時(shí)間由耦合輸出接口來保證，最終實(shí)現(xiàn)了較為理想的窄脈沖驅(qū)動(dòng)電流。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的基本時(shí)序圖。
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)某功率型LED器件在不同結(jié)溫下的電壓-電流特性的測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0018]參見圖1?3，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有夾具2、溫度控制模塊3、脈沖電流源4、數(shù)字控制模塊5、數(shù)據(jù)采集模塊6、精密取樣電阻7、計(jì)算機(jī)8。
[0019]待測LEDl安裝在夾具2上，所述溫度控制模塊3與數(shù)字控制模塊5相連用于設(shè)置溫度和反饋溫度，所述溫度控制模塊3與夾具2相連用于加熱或制冷和監(jiān)控溫度，所述脈沖電流源4與數(shù)字控制模塊5相連用于設(shè)置脈沖參數(shù)，所述脈沖電流源4與精密取樣電阻7一端相連，所述精密取樣電阻7另一端與待測LEDl相連；所述精密取樣電阻7兩端和待測LEDl均與數(shù)據(jù)采集模塊6相連用于采集流經(jīng)待測LEDl的電流和端電壓；數(shù)據(jù)采集模塊6與數(shù)字控制模塊5相連用于數(shù)據(jù)反饋，數(shù)字控制模塊5與計(jì)算機(jī)8通過USB相連。
[0020]以下給出本發(fā)明的工作原理:
[0021 ] 1、將被測LED放于可控恒溫測試夾具中，系統(tǒng)既可以設(shè)置和保持LED熱沉的溫度，使其在某特定溫度下工作，也可以通過緊貼的溫度傳感器讀取任意時(shí)刻LED的結(jié)溫。
[0022]2、脈沖電流源采用ARM+FPGA主從CPU結(jié)構(gòu)，控制峰值大小可調(diào)的恒定電流、同時(shí)由FPGA器件產(chǎn)生脈沖寬度和占空比可調(diào)的窄脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)和電流經(jīng)過調(diào)制電路耦合后產(chǎn)生脈沖電流來驅(qū)動(dòng)LED。
[0023]3、數(shù)據(jù)采集模塊可以實(shí)時(shí)讀取任意電流下LED兩端的正向電壓和驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)對(duì)電流進(jìn)行校正。
[0024]4、整個(gè)系統(tǒng)通過USB接口由計(jì)算機(jī)的測量軟件進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。
[0025]本發(fā)明的脈沖電流源對(duì)脈沖電流的輸出寬度可以穩(wěn)定地控制在I μ S，從而很好地控制LED器件的發(fā)熱時(shí)間。而本發(fā)明的溫度控制模塊，同時(shí)采用了恒溫箱和熱沉雙級(jí)溫度控制，借助負(fù)反饋控制，對(duì)LED器件PN結(jié)溫度的控制和采樣精度可以達(dá)到0.5°C。
[0026]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，圖2給出了在預(yù)先設(shè)定的脈沖占空比和步幅的電流注入下，LED兩端電壓、輸出光脈沖和結(jié)溫變化時(shí)序圖，為了準(zhǔn)確獲得單脈沖注入下的電流和電壓值，還需要專門的取樣脈沖信號(hào)，用于控制脈沖電流和電壓的同步取樣。從圖2中可以看出，電流脈沖寬度越窄，脈沖間隔時(shí)間越長，LED結(jié)溫?zé)岱e累越小。若采用傳統(tǒng)的連續(xù)注入方式，結(jié)溫脈沖將持續(xù)上升，嚴(yán)重影響測試精度。
[0027]圖1給出了本發(fā)明的脈沖式LED電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置結(jié)構(gòu)組成圖。利用窄脈沖電流注入下LED在某設(shè)定溫度工作時(shí)的正向電壓來獲得表征LED特性的參數(shù)。
[0028]以下給出本發(fā)明實(shí)施例的使用方法，包括如下步驟:
[0029]I)將待測LEDl安裝在夾具2上；
[0030]2)啟動(dòng)溫度控制模塊3，計(jì)算機(jī)8將設(shè)定溫度數(shù)值通過USB接口傳輸給數(shù)字控制模塊5，等待溫度控制模塊3達(dá)到設(shè)定溫度；
[0031]3)計(jì)算機(jī)8設(shè)定脈沖驅(qū)動(dòng)條件，包括脈沖幅值范圍、脈沖幅值限定值、步長、脈沖寬度和脈沖周期，同時(shí)設(shè)定采樣門寬度，將這些數(shù)值傳輸給數(shù)字控制模塊5，脈沖電流源4根據(jù)這些設(shè)定數(shù)值產(chǎn)生相應(yīng)波形的窄脈沖電流；
[0032]4)窄脈沖電流按照設(shè)定的步長逐步增大的同時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊6在采樣門信號(hào)控制下，同步采集精密取樣電阻7兩端的電壓值，每一步長采樣一組數(shù)據(jù)；
[0033]5)數(shù)字控制模塊5將測試數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8接收、保存測試數(shù)據(jù)，獲得待測LEDl的電壓-電流曲線；
[0034]6)重復(fù)步驟2)?5)，可以得到待測LEDl在不同工作溫度時(shí)的電壓-電流曲線。
[0035]所述脈沖電流源4由恒流源、脈沖發(fā)生器和耦合輸出接口組成，輸出的最小脈沖覽度達(dá)I P s。
[0036]圖3給出本發(fā)明裝置對(duì)某LED器件的測試結(jié)果，在不同的PN結(jié)溫度條件下，測試了該LED的電壓-電流。在圖3中，用不同形狀的圖標(biāo)表示不同PN結(jié)溫度下的電壓-電流數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)，并用直線將相同溫度的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖式功率型LED電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置，其特征在于設(shè)有夾具、溫度控制模塊、脈沖電流源、數(shù)字控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、精密取樣電阻和計(jì)算機(jī)； 待測LED安裝在夾具上，所述溫度控制模塊與數(shù)字控制模塊相連用于設(shè)置溫度和反饋溫度，所述溫度控制模塊與夾具相連用于加熱或制冷和監(jiān)控溫度，所述脈沖電流源與數(shù)字控制模塊相連用于設(shè)置脈沖參數(shù)，所述脈沖電流源與精密取樣電阻一端相連，所述精密取樣電阻另一端與待測LED相連；所述精密取樣電阻兩端和待測LED均與數(shù)據(jù)采集模塊相連用于采集流經(jīng)待測LED的電流和端電壓；數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)字控制模塊相連用于數(shù)據(jù)反饋，數(shù)字控制模塊與計(jì)算機(jī)通過USB相連。
2.如權(quán)利要求1所述一種脈沖式功率型LED電壓-電流-結(jié)溫特性測試裝置，其特征在于所述脈沖電流源由恒流源、脈沖發(fā)生器和耦合輸出接口組成，輸出的最小脈沖寬度達(dá)Iys 0
【文檔編號(hào)】G01R31/26GK104020405SQ201410292723
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】范賢光, 王昕 , 許英杰, 吳景林, 闕靖 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)