专利名称：Led结温测试方法
技术领域：
本发明属于LED设计与应用技术领域，特别涉及一种基于电阻温度系数的LED结 温测试方法。
背景技术：
LED (Light Emitting Diode)，又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发 光材料，通过电流注入，利用电子与空穴的复合将能量以光的形式释放出来。LED照明具有 环境友好、节能以及长寿命等优点，因此被认为是21世纪照明技术的革命。LED，特别是高 功率和高效LED可望广泛应用于平板显示背光、路灯、全色显示民用照明以及车灯等诸多 领域。通常LED在工作状态下，由于自加热可引起结温(Junction Temperature)的显著提 高，为确保LED长期高效工作，通过热设计来控制结温在适当范围内是LED应用的关键问 题。结温作为衡量一个LED器件使用性能优劣的重要参数，是LED器件工程应用中可靠性 测量的核心要素，也是LED产品检测中的主要考察对象。因此，准确测量LED的结温具有重 要的实际意义。目前，测量LED结温的方法主要有热电压法[EIA/JEDEC MandardJESD51_l]，液 晶阵列热成像法[Phys Stat Sol (c) 1 Q004)对四]，微拉曼谱法[Phys. Matus Solidi, A 202 0005)824.]，发光光谱法[App 1. Phys. Lett. 89(2006) 101114]等，然而这些方法仍存 在诸多不足，如热电压法通过标定LED工作电流下的电压随温度变化的关系，进而测量不 同工作状态和散热条件下的结温，而如果工作电流发生改变，又需要重新标定；液晶阵列热 成像法、微拉曼谱法、发光光谱法等对测试仪器的精度要求高，相关的设备昂贵。

发明内容
本发明提出一种基于电阻温度系数的LED结温测试方法，其目的在于克服现有测 试方法的技术局限，使用成本较低的普通测试装置简单高效地取得LED结温。本发明提供测试LED结温的方法，基于LED电阻温度系数在宽的工作电流范围内 维持稳定的实验发现，通过标定单个设定电流下的电阻温度系数，实现任意工作电流(该 工作电流应处于电阻温度系数维持稳定的电流范围内)作用下LED结温的测试。不同电 流下所测得的电阻和温度的关系如图2所示，结果表明在同一工作电流作用下，电阻和温 度成很好的线性关系，测试的其他工作电流OmA、5mA、10mA、20mA、35mA、50mA、70mA、90mA、 115mA、140mA、170mA、230mA、290mA、350mA)下，电阻和温度同样成很好的线性关系(未附 图)。不同电流下所测得的电阻温度系数β如图3所示，结果表明当通入电流较小时，β 随通入电流I的增加而增加，当I达到115mA后，进一步增大I，β维持稳定，在该稳定范围 内，β在士 2.3%内波动，因此β在该稳定范围内的平均值^可作为测试结温的依据。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，LED结温测试方法，首先在设定工作状态下对LED进行电阻温度系数标定，取得电 阻温度系数平均值g，然后利用所得的电阻温度系数在实际工作状态下对LED进行结温测试，随时间变化的LED结温Tu根据STw =1； +(Rw -R、)^计算得到，其中Ttl为初始环境 温度，为随工作时间变化的LED电阻，Rlj0为通入工作电流瞬间的LED电阻。对LED电阻温度系数标定包括以下步骤，1)将恒流电源、LED和标准电阻连接成闭合回路，标准电阻和LED两端分别连接有 万用表，恒流电源、万用表均连接至计算机，封装好的LED直接置于温度可控的恒温浴中， 恒温浴的温度由粘接在LED上的热电偶测量，恒温浴的变温范围为-10 110°C，控温精度 士 0. rc ；2)设定恒温浴温度，计算机控制恒流电源通入设定电流，并通过万用表实时采集 标准电阻上的电压Vs和LED上的电压\ ；3)根据串联电路特征，计算LED电阻Rl,即Rl = (VlRs)As ；4)维持恒温浴温度，改变设定电流，重复步骤2)、3)；5)改变恒温浴温度，重复步骤2)、3)、4)，其中设定电流仍采用步骤2)、3)、4)中的 设定电流值。6)对通入同一设定电流，在不同恒温浴温度下测得的LED电阻作温度-电阻图，利 用线性拟合得到该LED在0°C时的电阻Ru和电阻相对于温度变化的斜率α，计算出该电 流下的电阻温度系数β，即β = α/Χ,。；7)对其它通入设定电流重复步骤6)；8)对通入的不同设定电流下获得的电阻温度系数作电阻温度系数-电流图，确 定电阻温度系数达到稳定的区域，对该区域内所有测试电流下获得的电阻温度系数进行平 均，所得到的平均值0选为用于结温测温时的该LED工作状态下的电阻温度系数。实际工作状态下的LED结温测试包括以下步骤，1)将工作电源、LED和标准电阻连接成闭合回路，标准电阻和LED两端分别连接有 万用表，LED环境条件与实际工作状态相同，测量初始环境温度TO ；2)在电阻温度系数稳定的区域内任意选定工作电流，通入该电流点亮LED，计算 机实时采集标准电阻上的电压Vs和LED上的电压Vu ；3)根据串联电路特征，计算随工作时间变化的LED电阻，即I^t= (VL,tRs)/Vs ；4)随时间变化的LED的结温Tu根据式Tw =T0+(Rl, -R^/时算得到，其中t ο为通入工作电流瞬间的LED电阻。本发明的优点在于1.单次标定，即在宽的工作电流范围内，仅需任意选取某个 (或某几个)电流标定出电阻温度系数；2.操作简单易行，可采用类似于常规电阻温度传感 器的操作过程；3.仅需常规的电测试装置。


图1为本发明标定LED电阻温度系数和测试LED结温所采用的电路图；图2为不同电流下电阻和温度的关系示意图；图3为不同电流下所测得的电阻温度系数β。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合图示与具体实施方式
，进一步阐述本发明。本发明提供的LED结温测试方法包括对LED电阻温度系数标定和实际工作状态下 的LED结温测试，电路中包含一台数字恒流电源、两台高精度数字万用表、一台标准电阻。1.对LED电阻温度系数标定包括以下步骤，1)如图1所示，将恒流电源、LED和标准电阻连接成闭合回路，标准电阻和LED两 端分别连接有万用表，恒流电源、万用表均连接至计算机，封装好的LED直接置于温度可 控的恒温浴中，恒温浴的温度由粘接在LED上的热电偶测量，恒温浴的变温范围为-10 110°C，控温精度士0. rc ；2)设定恒温浴温度，计算机控制恒流电源通入设定电流，并通过万用表实时采集 标准电阻上的电压Vs和LED上的电压\ ；3)根据串联电路特征，计算LED电阻Rl,即Rl = (VlRs)As ；4)维持恒温浴温度，改变设定电流，重复步骤幻、3)；5)改变恒温浴温度，重复步骤2)、3)、4)，其中设定电流仍采用步骤2)、3)、4)中的 设定电流值。6)对通入同一设定电流，在不同恒温浴温度下测得的LED电阻作温度-电阻图，如 图2所示，利用线性拟合得到该LED在0°C时的电阻Ru和电阻相对于温度变化的斜率α， 计算出该电流下的电阻温度系数β，即β = α /Rl,0 ；7)对其它通入设定电流重复步骤6)；8)对通入的不同设定电流下获得的电阻温度系数作电阻温度系数-电流图，如图 3所示，确定电阻温度系数达到稳定的区域，对该区域内所有测试电流下获得的电阻温度系 数进行平均，所得到的平均值〖选为用于结温测温时的该LED工作状态下的电阻温度系数。2.实际工作状态下的LED结温测试包括以下步骤，1)将工作电源、LED和标准电阻连接成闭合回路，标准电阻和LED两端分别连接有 万用表，LED环境条件与实际工作状态相同，测量初始环境温度Ttl ；2)在电阻温度系数稳定的区域内任意选定工作电流，通入该电流点亮LED，计算 机实时采集标准电阻上的电压Vs和LED上的电压Vu ；3)根据串联电路特征，计算随工作时间变化的LED电阻，即I^t= (VL,tRs)/Vs ；4)随时间变化的LED结温 Υ, t根据式Tw = T0+(Rl, -R^。)/0计算得到，其中I^tl 为通入工作电流瞬间的LED电阻。本发明提供的测试方法仅需在宽的工作电流范围内任意选取某个(或某几个)电 流标定出电阻温度系数，仅需常规的电测试装置，采用类似于常规电阻温度传感器的操作 过程，操作简单易行。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
权利要求
1.LED结温测试方法，其特征在于，首先在设定工作状态下对LED进行电阻温度系数标 定，取得电阻温度系数平均值0，然后利用所得的电阻温度系数在实际工作状态下对LED进 行结温测试，随时间变化的LED结温Tu根据式Tw =T。+(Rw -R」/断算得到，其中Ttl为 初始环境温度，Rl,t为随工作时间变化的LED电阻，Rl,ο为通入工作电流瞬间的LED电阻。
2.根据权利要求1所述的LED结温测试方法，其特征在于，对LED电阻温度系数标定包 括以下步骤，1)将恒流电源、LED和标准电阻连接成闭合回路，标准电阻和LED两端分别连接有万用 表，封装好的LED直接置于温度可控的恒温浴中；2)设定恒温浴温度，控制恒流电源通入设定电流，采集标准电阻上的电压Vs和LED上 的电压3)根据串联电路特征，计算LED电阻&，即Rl= (VlRs)As ；4)维持恒温浴温度，改变设定电流，重复步骤幻、3)；5)改变恒温浴温度，重复步骤2)、3)、4)，其中设定电流仍采用步骤2)、3)、4)中的设定 电流值。6)对通入同一设定电流，在不同恒温浴温度下测得的LED电阻作温度-电阻图，利用线 性拟合得到该LED在0°C时的电阻Ru和电阻相对于温度变化的斜率α，计算出该电流下 的电阻温度系数β，SP β = α /RLj0 ；7)对其它通入设定电流重复步骤6)；8)对通入的不同设定电流下获得的电阻温度系数作电阻温度系数-电流图，确定电阻 温度系数达到稳定的区域，对该区域内所有测试电流下获得的电阻温度系数进行平均，所 得到的平均值0选为用于结温测温时的该LED工作状态下的电阻温度系数。
3.根据权利要求1所述的LED结温测试方法，其特征在于，实际工作状态下的LED结温 测试包括以下步骤，1)将工作电源、LED和标准电阻连接成闭合回路，标准电阻和LED两端分别连接有万用 表，LED环境条件与实际工作状态相同，测量初始环境温度Ttl ；2)在电阻温度系数稳定的区域内任意选定工作电流，通入该电流点亮LED，采集标准 电阻上的电压Vs和LED上的电压\’ t3)根据串联电路特征，计算随工作时间变化的LED电阻，即(VuRs)/Vs;4)随时间变化的LED的结温Tu根据式Tw= T0+(Rl, -R」/时算得到，其中‘为通 入工作电流瞬间的LED电阻。
4.根据权利要求2所述的LED结温测试方法，其特征在于，步骤1)中，恒温浴的温度由 粘接在LED上的热电偶测量，恒温浴的变温范围为-10 110°C，控温精度士0. 1°C。
5.根据权利要求2或3所述的LED结温测试方法，其特征在于，所述恒流电源、万用表 均连接至计算机。
全文摘要
LED结温测试方法，首先在设定工作状态下对LED进行电阻温度系数标定，取得电阻温度系数平均值然后利用所得的电阻温度系数在实际工作状态下对LED进行结温测试，随时间变化的LED结温TL，t根据式计算得到，其中T0为初始环境温度，RL，t为随工作时间变化的LED电阻，RL，0为通入工作电流瞬间的LED电阻。本发明提供的测试方法仅需在宽的工作电流范围内任意选取某个(或某几个)电流标定出电阻温度系数，仅需常规的电测试装置，采用类似于常规电阻温度传感器的操作过程，操作简单易行。
文档编号G01K7/16GK102072783SQ20101054842
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者谢华清, 黎阳 申请人:上海第二工业大学