Pengukuran suhu persimpangan untuk lampu filamen LED

Abstrak
Peningkatan dan penyebaran lampu filamen LED membutuhkan metode dan instrumen yang andal dan akurat untuk pengukuran suhu persimpangan. Berdasarkan metode tegangan maju, proses pengukuran dan peralatan lampu filamen LED diperkenalkan. Dan ketergantungan suhu persimpangan pada berbagai faktor dibahas.

Umum
Meskipun teknologi lampu filamen LED telah matang untuk aplikasi dalam beberapa tahun terakhir, masih menghadapi beberapa kesulitan dalam manajemen termal yang akan menyebabkan degradasi cahaya yang cepat dan daya lampu yang rendah, dan membatasi penjelajahan aplikasi dan pengeluaran pasar.

Suhu persimpangan Tj dari LED adalah kunci untuk menentukan kinerja luminer, terutama pemeliharaan cahaya dan masa pakai. Metode dan instrumen pengukuran Tj yang andal dan akurat diperlukan untuk lampu filamen LED, tidak hanya untuk mengevaluasi secara objektif rasionalitas desain termal, tetapi juga untuk meningkatkan desain sistem dan teknis pembuatan demi peningkatan produktivitas serta umur pengenal yang diperpanjang .

Filamen LED disegel dalam bohlam kaca yang diisi dengan gas, hanya menyisakan dua kabel polaritas di luar untuk terhubung ke pengemudi. Karena sulit untuk menyuntikkan termokopel ke dalam bohlam bersegel atau membuat cahaya infra merah mentransmisikan kaca, suhu pin dan metode termografi tidak dapat diterapkan untuk lampu filamen. Metode tegangan maju adalah pilihan yang tepat.

Metode tegangan maju untuk pengukuran suhu persimpangan
Metode tegangan yang digunakan untuk pengukuran Tj semikonduktor, dikeluarkan oleh Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC). Tj diturunkan dari tegangan maju transien LED pada arus uji tertentu saat beroperasi, berdasarkan karakteristik suhu sambungan PN.

Pada arus konstan, tegangan persimpangan menjaga perkiraan hubungan linier terhadap suhu untuk sebagian besar semikonduktor, yang menyatakan bahwa tegangan menurun secara monokromatis dengan peningkatan suhu. Untuk alasan ini, tegangan persimpangan VF pertama-tama diuji di bawah beberapa pengaturan suhu pada IM arus kalibrasi kecil, sehingga dapat dihitung koefisien K yang mewakili hubungan antara tegangan dan suhu dalam satuan [mV /℃]. Selama kalibrasi, LED yang diuji dimasukkan ke dalam wadah termostat untuk menjaga suhu tetap konstan. Kemudian LED digerakkan pada arus pengenal IF untuk menjaga operasi tetap stabil. Sakelar cepat dilakukan dari arus pengenal IF ke nilai kalibrasi IM, dan tegangan transien VF diukur pada keadaan kesetimbangan termal. Akibatnya, Tj dari LED dapat diturunkan melalui kurva temperatur-tegangan oleh program PC.

Mengingat luminer LED adalah integrasi sistem termasuk semikonduktor, komponen mekanis, elemen optik, serta driver, karakter termal dari setiap bagian dapat mempengaruhi kinerja produk secara keseluruhan. Khusus untuk luminer integral, desain yang ringkas menghasilkan interaksi termal antara LED dan driver yang bergantung pada desain termal dan bentuk pemasangan. Oleh karena itu, Tj luminer LED harus dievaluasi oleh seluruh sistem daripada chip LED sederhana.

Filamen terdiri dari beberapa chip LED secara seri, terhubung satu sama lain baik secara seri maupun paralel. Semua filamen disegel dalam bola lampu, sehingga harus diukur secara keseluruhan. Untuk produk standar, bola lampu LED dan driver harus dipisahkan, menyisakan dua pasang kabel polaritas untuk disambungkan LISUN TRS-1000 Sistem Spektroradiometer Resistansi Termal untuk LED. Itu penuh memenuhi LM-80 standar. Termokopel juga dihubungkan, mengikuti posisi mana pun pada permukaan bohlam.

Bola lampu LED filamen dimasukkan ke dalam wadah termostat dan kemudian kurva tegangan-suhu dapat dikalibrasi ketika suhu naik selangkah demi selangkah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Untuk setiap suhu langkah Tn, tegangan VFn yang sesuai dikalibrasi hingga suhu di wadah naik ke nilai pengaturan dan sementara itu filamen LED mencapai kesetimbangan termal. Periode stabil disarankan untuk ditentukan secara otomatis oleh LISUN TRS-1000. Arus kalibrasi IM ditetapkan sesuai dengan parameter lampu uji, dan dijaga konstan untuk berbagai Tn. Oleh karena itu kurva VT dapat dipasang, seperti yang ditampilkan pada Gambar 2. Setelah kalibrasi, bola uji dikeluarkan dari wadah dan dikembalikan ke struktur aslinya dengan dua pasang kabel dihubungkan seperti disebutkan di atas. VF dicatat secara berkala dari penyalaan hingga kesetimbangan, yang digunakan untuk menurunkan kurva sekuensial Tj. Luminer LED harus disimpan di kaca depan atau di lingkungan tanpa konveksi udara.

Contoh kurva Tj diilustrasikan pada Gambar 3. Pengukuran dilakukan pada suhu sekitar 29 ℃ tanpa angin dalam ruangan. Setelah bohlam dinyalakan, LED Tj meningkat dan mencapai stabil di 121.3 ℃ selama tahap pertama. Kemudian pada tahap kedua, knalpot dirusak secara manual sehingga terjadi pertukaran udara antara bohlam dan atmosfer. Tj secara bertahap meningkat sampai ekuilibrium baru di 159.5 .40.8. Suhu referensi yang diuji dengan termokopel pada permukaan bulb dipertahankan pada 46.3 dalam operasi normal, dan dinaikkan menjadi XNUMX pada keadaan bocor. Kenaikan Tj yang besar setelah kebocoran udara menunjukkan efek signifikan dari gas yang terisi pada pembuangan panas. Dan perubahan suhu permukaan bohlam tidak ada hubungannya dengan Tj dari filamen LED.
Output driver juga memiliki efek langsung pada Tj, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Pada suhu sekitar 28.3 ℃, tegangan input lampu filamen LED diatur dalam kisaran 220 ± 10 ％ untuk mensimulasikan fluktuasi tegangan listrik. Tj adalah 106.6 ℃, 121.7 ℃ dan 137.9 ℃ secara terpisah pada tegangan 198 V, 220 V dan 242 V.

Referensi:
[1] Standar JEDEC EIA / JESD51-1. Metode Pengukuran Termal Sirkuit Terpadu-Metode Uji Listrik (Perangkat Semi-konduktor Tunggal) [S], 1995.
[2] Xi Y, Schubert E F. Persimpangan pengukuran suhu di dioda pemancar sinar ultraviolet GaN menggunakan metode tegangan maju dioda [J]. Fisika Terapan Letters, 2004, 85 (12): 2163−2165.
[3] CALT 001-2014, Metode pengukuran suhu sambungan untuk LED dalam luminer [S].
[4] Chen XY, Zhang XG, Yang YL, dkk. Pengukuran suhu persimpangan dengan metode tegangan maju untuk luminer LED [C] // Prosiding 2015 China LED Lighting Forum. Shanghai, 2015. 238−241

Tags:T5