LEDフィラメントランプの接合部温度測定

抽象
LEDフィラメントランプの改良と普及には、接合部温度測定のための信頼性が高く正確な方法と機器が必要です。 順方向電圧法に基づいて、LEDフィラメントランプの測定プロセスと機器を紹介します。 そして、接合部温度のさまざまな要因への依存性について説明します。

LEDフィラメントランプ技術は、近年のアプリケーション向けに成熟していますが、熱管理において依然としていくつかの困難に直面しており、急速な光劣化と低ランプ電力につながり、アプリケーションの探索と市場への支出を制限します。

LEDの接合部温度Tjは、照明器具の性能、特に発光の維持と寿命を決定するための鍵です。 LEDフィラメントランプには、熱設計の合理性を客観的に評価するだけでなく、生産性の向上と定格寿命の延長のためにシステム設計と製造技術を改善するために、信頼性が高く正確なTj測定の方法と機器が必要です。 。

LEDフィラメントはガスで満たされたガラス電球に密封されており、ドライバーに接続するためにXNUMXつの極性のリード線だけを外側に残しています。 密閉された電球に熱電対を注入したり、赤外光でガラスを透過させたりするのは難しいため、フィラメントランプにはピン温度やサーモグラフィの方法を適用できません。 順方向電圧方式が正しい選択です。

接合部温度測定のための順方向電圧法
半導体のTj測定に使用される電圧法は、Joint Electron Device Engineering Council（JEDEC）によって発行されました。 Tjは、PN接合の温度特性に基づいて、動作時の特定のテスト電流でのLEDの過渡順方向電圧から導出されます。

定電流では、接合電圧はほとんどの半導体の温度に対してほぼ線形の関係を保ちます。これは、温度が上昇すると電圧が単色で減少することを表しています。 このため、接合電圧VFは、最初に小さな校正電流IMで複数の設定温度でテストされ、電圧と温度の関係を単位[mV /]で表す係数Kが計算されます。℃]。 校正中、テストされたLEDは一定の温度を保つためにサーモスタット容器に入れられます。 次に、LEDは定格電流IFで駆動され、安定した動作を維持します。 定格電流IFから校正値IMへの高速切り替えを行い、熱平衡状態で過渡電圧VFを測定します。 したがって、LEDのTjは、PCプログラムによる電圧-温度曲線から導き出すことができます。

LEDランプは、半導体、機械部品、光学素子、およびドライバーを含むシステム統合であることを考慮すると、各部品の熱特性が製品の全体的なパフォーマンスに影響を与える可能性があります。 特に一体型ランプの場合、コンパクトな設計により、熱設計と設置形態に応じて、LEDとドライバー間の熱相互作用が発生します。 したがって、LEDランプのTjは、単純なLEDチップではなく、システム全体で評価する必要があります。

フィラメントは、直列または並列に接続された複数の LED チップで構成されています。 すべてのフィラメントは電球内に密封されているため、全体として測定する必要があります。 標準製品の場合、LED バルブとドライバーを分離し、極性リード線を XNUMX 対残して接続する必要があります。 LISUN TRS-1000 熱抵抗分光放射測定システム LED用。それは完全に満たしています LM-80 標準。熱電対も接続されており、バルブ表面の任意の位置に貼り付けられます。

フィラメント LED 電球をサーモスタット容器に入れると、図 1 に示すように、温度が段階的に上昇するときに電圧と温度の曲線を校正できます。各ステップ温度 Tn に対して、対応する電圧 VFn が温度が上昇するまで校正されます。容器が設定値まで上昇し、その間に LED フィラメントが熱平衡に達します。 安定期は次のように自動的に決定されることが示唆されています。 LISUN TRS-1000。 校正電流 IM はテストランプのパラメータに従って設定され、さまざまな Tn に対して一定に保たれます。 したがって、図 2 に示すように、VT 曲線を当てはめることができます。校正後、テスト電球を容器から取り出し、前述のように XNUMX 対のリードが接続された元の構造に戻しました。 VF は点火から平衡状態まで一定の間隔で記録され、Tj の逐次曲線を導き出すために使用されます。 LED 照明器具はフロントガラス内、または空気の対流のない環境に保管する必要があります。

例のTj曲線を図3に示します。測定は周囲温度29℃で、室内に風がない状態で行われました。 電球をオンにした後、LED Tjは増加し、最初の段階で121.3℃で安定しました。 次に、第159.5段階で、バルブと大気の間の空気交換を行うために、排気が手動で損傷されました。 Tjは、40.8℃で新しい平衡状態になるまで徐々に増加しました。 バルブ表面の熱電対でテストした基準温度は、通常の操作では46.3℃に保たれ、リーク状態ではXNUMX℃に上昇しました。 空気漏れ後のTjの大幅な増加は、熱放散に対する充填ガスの重要な影響を表しています。 また、電球の表面温度の変化は、LEDフィラメントのTjとは関係ありません。
図4に示すように、ドライバ出力もTjに直接影響します。周囲温度28.3℃で、LEDフィラメントランプの入力電圧を220±10％の範囲に調整して、主電源電圧の変動をシミュレートしました。 Tjは、106.6 V、121.7 V、および137.9 Vの電圧で、それぞれ198℃、220℃、および242℃です。

参照:
[1] JEDEC規格EIA / JESD51-1。 集積回路の熱測定法—電気試験法（単一半導体デバイス）[S]、1995年。
[2] Xi Y、Schubert EF。ダイオード順方向電圧法を使用したGaN紫外線発光ダイオードの接合部温度測定[J]。 Applied Physics Letters、2004、85（12）：2163-2165。
[3] CALT 001-2014、ランプのLEDの接合部温度の測定方法[S]。
[4] Chen XY、Zhang XG、Yang YL、他。 LEDランプの順方向電圧法による接合部温度測定[C] // 2015年中国LED照明フォーラムの議事録。 上海、2015年。238−241

タグ：T5