LED标准源稳定性的分析.doc

LED标准源稳定性的分析与研究 摘要：介绍多组大功率LED级联做为标准源时存在的主要问题，指出温度是影响LED光通量稳定性的主要原因，采用正相电压法测量结温并通过单片机温控系统将结温稳定在一定范围内。实验表明，结温对LED光辐射功率有直接影响,若保持结温恒定,光辐射功率将随电流增大线性增加。 1 引言 　 与白炽灯、荧光灯等传统光源相比,大功率白光LED 固体光源具有节能和环保等优点[1] 。随着LED 功率的提高,LED 芯片到热沉的热流密度也在增加，如果散热解决不好,芯片内部热量聚集,结温不断升高,就会引起发光波长漂移、出光效率下降、荧光粉加速老化和使用寿命缩短等一系列问题[2]。对于标准光源稳定性是标准源的关键参数之一。由于LED器件对环境温度、供电电源及电压波动十分敏感，特别是在高光通量输出条件下，结温会导致LED出射光的峰值波长偏移、光效变化、寿命和可靠性变化。实验研究表明，LED散热能力越弱，结温越容易升高，因此会间接影响LED的光电性能。[2] 本论文将针对多个大功率LED级联方式下的工作状态为主要研究内容，重点以研究高光通量LED标准源为前提，从影响LED光通量稳定性为出发点，指出多个大功率LED级联时，温度是影响LED光通量稳定性的主要原因，并提出相应的解决办法。 2 测量原理与装置 作为高光通量的标准光源，光通量输出必须稳定。而在提高LED光通量的情况下，LED电流的增大引发了热耗散功率的剧增，已经严重影响了大功率LED的发展，因此如何确保大功率进行良好的散热以降低热耗散功率对于光学电学参数的影响变得越来越重要。对结温的研究以便大功率LED热学对于其他参数的影响减小[4-8]。。下图1为LED相对光输出与结温度的关系图 图1 LED相对光输出与结温关系图 由图1可知，结温越高，器件的光输出衰减越快，器件半衰期是指器件输出的光通量从初始值衰减到初始值的一半时所经历的时间，因此结温测量对大功率LED的应用有至关重要的作用。目前结温测量有多种方法，微电偶接触测量法，红外成像法，正向电压法。[2,3] 测量装置 本装置是测量多个大功率LED级联稳定性，在设计LED标准源时，只有合理的配合设计才能保证LED正常工作，才能保证LED高的光通量，以及光通量的稳定性。LED负载的连接形式直接关系到其可靠性和使用寿命，而温度对光源的稳定性起着至关重要的作用。LED的光输出特性在高温下除会发生可恢复性的变化外,还将随时间产生一种不可恢复的永久性的衰变。这种衰变是影响LED寿命的根本原因。光效、色温、寿命，这些参数都是在LED照明应用中非常重要的指标，下图为大功率LED标准光源特性测试总体原理图： 2.3 实验 首先，按图1所示搭建光通量测试平台，本实验中用到的LED是爱迪生公司生产的大功率白光LED，其功率为1W，工作电压在3.7~4.2V之间，工作电流在350~500mA，光通量达到70~80lm，带有铝基散热片选取四个LED级联在一起进行实验，LED的连接方式如图3所示 图3 LED的连接方式 用标准恒流源对LED供电，由于所用LED数量较少，将其放置在恒温箱中，测量在不同电流下所对应的光通量，实验中把光通量的测量转化为照度的测量，通过公式 ，计算出光通量。 式中： ——总照度 ——被测总光通量 ——积分球内壁总反射比 r——积分球内半径 表1 温度不变时，不同电流下的照度值 I1/mA E1/lux I2/mA E2/lux I3/mA E3/lux 200 1890 400 3160 600 4691 200 1901 400 3165 600 4690 200 1900 400 3250 600 4690 200 1892 400 3248 600 4700 200 1899 400 3248 600 4698 200 1889 400 3250 600 4695 200 1895 400 3247 600 4687 可见，当驱动电流从300 mA 增加到600 mA 的过程中,改变外部散热条件从而保持结温恒定在某一温度，光通量基本保持不变。 由实验可知，结温是影响LED 光效的直接因素，随着结温的上升，大功率LED光效逐渐下降，当保持结温不变时,LED 驱动电流增大其光效基本保持不变。 3 结论 　介绍了基于大功率LED做为标准源时存在的主要问题并介绍了结温测量的原理，指出结温是影响LED光效的直接因素,当保持结温不变时,LED 驱动电流增大其光效基本保持不变，但随结温上升,LED 非辐射跃迁增加,