一种非接触大功率白光LED结温测量方法

《一种非接触大功率白光LED结温测量方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第15卷第1期电路与系统学报Vol.15No.12010年2月JOURNALOFCIRCUITSANDSYSTEMSFebruary，2010文章编号：1007-0249(2010)01-0125-04*一种非接触大功率白光LED结温测量方法12赵光华，陈海燕（1.中国科学院广州电子技术研究所，广东广州510070；2.中山大学，广东广州510275）摘要：本文以不同色温类型的1W大功率白光LED为研究对象，通过改变工作电流和环境温度，对LED的结温和光谱之间的关系进行了研究。研究结果表明，无论对冷白光LED还是对暖白光LED，无论是电流还是环境温

2、度引起的结温的变化，LED管光谱中白光光谱积分与蓝光光谱积分比值（R=W/B）都随结温呈现线性变化。因此，可以利用LED的辐射光谱进行结温的非接触快速测量是可行的，其最大的优点是不需要破坏器件的封装或LED灯具的整体性，是一种理想的结温测量方法。关键词：LED；结温；测量；光谱中图分类号：TN31218；O482131文献标识码：A1引言LED由于其亮度高、寿命长、可靠性高、易驱动等特点，在“半导体照明工程”中渐露头角。目前，大功率LED在大部分的照明应用中已取代传统小功率LED，成为主流的半导体照明器件。但是，大功率LED的热稳定性检测和散热是一

3、个突出的问题，如在实际应用中，散热结构无法保持其结温在允许范围内，LED将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。因此，大功率白光LED的结温测量是一个业界极其关心的问题。目前，大功率白光LED的生产通常是采用蓝光芯片外涂荧光粉组合的方式，对于这种大功率白光[1][2][3]LED结温的测量，除了可以用红外热像仪测量法和电学参数测量法以外，Narendran等人提出了一种新方法—光谱法。本文研究了大功率白光LED结温的非接触光谱测量方法和实现技术，利用白光LED光谱功率分布曲线中蓝光与白光部分积分比值来测量结温，可以避免破坏器件的整体性，并避免由

4、于电学器件接入而带来的系统误差。以不同类型的1W大功率白光LED为研究对象，改变电流大小和环境温度，对白光LED的结温和光谱之间的关系进行研究，发现不同类型的白光LED，其白光光谱积分与蓝光光谱积分比值与结温都存在线性关系，但其线性关系式不同。电流和环境温度对此线性关系式的影响并不完全相同。对于同一LED，不同的电流区域，其线性关系式也不相同，小电流区域对应的关系式斜率的绝对值较大。显然这些差别对于采用LED光谱蓝白比确定结温具有参考价值。2测量原理、方法和实验2.1原理与方法由于GaN基半导体材料的禁带宽度与温度的依赖关系，随着结温升高，LED芯

5、片除了电学输运性质发生变化而导致正向电压降低，LED发光光谱功率分布的峰值波长亦发生红移，导致进行白光转换的荧光粉有效激发效率降低。另外，随着温度的升高，荧光粉的黄光转化效率也在减小，由此导致的发光减弱比蓝光红移更显著。显然，大功率白光LED发光光谱功率分布中黄光部分与蓝光部分的积分比值R是结温的函数。因此，对白光LED，可以利用其发光光谱分布的改变来测量结温的变化。定义W为白光LED辐射光谱中整个白光功率谱积分，B为蓝光部分的功率谱积分，那么蓝白光[4]比值R=W/B应该是结温的函数。在以往的文献报道中，比值R与结温具有较好的线性关系。而且对*收

6、稿日期：2009-12-31修订日期：2010-01-21基金项目：广东省自然科学基金资助项目（7333663）126电路与系统学报第15卷于不同蓝光峰值波长的同一批白光LED，虽然线性关系直线的截距不同，但是直线的斜率是在误差范围内是常数。由于蓝白比R与结温有较好的线性关系，可通过测量光谱算得R值，然后换算得到结温：R−R0T=T+（1）j0Kr式中：T为参考结温；T是要测量的结温；R和R分别是结温为T和T时的白蓝比；K是比例系数。0j00jr为了确定结温和光谱白蓝比偶的线性关系，本文在光谱测量的同时，通过正向电压法实时监测LED的管脚的温度，并

7、采用常规方法进行了结温间接测量。在LED工作稳定的条件下，结温和环境[5,6]温度有下面的关系：T=T+R*P=T+(R+R+R+R)*P（2）jaθj−p热aθJ−RθR−DθD−sθs−B热其中，T,T分别是结温和环境温度，R是PN结到环境的热阻系数，P是LED热功率，设LED的jaθj−a热发光效率为η，P=P(1−η)。功率P等于输入电流和正向压降的乘积。热如果探测的是LED表面引脚的温度，结温还可以表示为T=T+R*P（3）jpθj−p热其中，T,T分别是结温和管脚温度，R是热阻系数，P是LED热功率，设LED的发光效率为η，jpθj−p

8、热P=P(1−η)。功率P等于输入电流和正向压降的乘积。热LED伏安特性满足普通二极管方程，可以写为⎡⎛qVf⎞⎤If=I