Mjerenje temperature spoja za LED žarulje sa žarnom niti

Sažetak
Poboljšanje i širenje LED žarulja sa žarnom niti zahtijeva pouzdane i točne metode i instrumente za mjerenje temperature spoja. Na temelju metoda napona prema naprijed, predstavljen je postupak mjerenja i oprema LED žarulja sa žarnom niti. I raspravlja se o ovisnosti temperature spoja o raznim čimbenicima.

Osnovne informacije
Iako je tehnologija LED žarulja sa žarnom niti zrela za primjene posljednjih godina, još uvijek se suočava s određenim poteškoćama u upravljanju toplinom što će dovesti do brze degradacije svjetlosti i male snage žarulje, te ograničiti istraživanje aplikacije i širenje tržišta.

Temperatura spoja Tj LED dioda ključna je za određivanje performansi svjetiljke, posebno za održavanje i vijek trajanja svjetiljke. Pouzdane i točne metode i instrumenti za mjerenje Tj potrebni su za LED žarulje sa žarnom niti, ne samo radi objektivne procjene racionalnosti toplinskog dizajna, već i radi poboljšanja dizajna sustava i tehničkih karakteristika proizvodnje radi povećane produktivnosti i produženog trajnog vijeka trajanja .

LED žarnice su zapečaćene u staklenu žarulju napunjenu plinovima, ostavljajući samo dva polarna vodiča vani da se povežu s vozačem. Budući da je teško ubrizgati termoelemente u zapečaćenu žarulju ili natjerati infracrvenu svjetlost da propušta staklo, za žarulje sa žarnom niti ne mogu se primijeniti metode temperature igle i termografija. Metoda napona naprijed pravi je izbor.

Metoda naprijednog napona za mjerenje temperature spoja
Naponsku metodu koja se koristi za mjerenje Tj poluvodiča izdalo je Zajedničko vijeće za inženjering elektronskih uređaja (JEDEC). Tj je izveden iz prijelaznog napona LED dioda pri određenoj ispitnoj struji tijekom rada, na temelju temperaturnih karakteristika PN spoja.

Pri konstantnoj struji, napon spoja zadržava približni linearni odnos prema temperaturi za većinu poluvodiča, što znači da napon monokromatski opada s povišenom temperaturom. Iz tog razloga, napon spoja VF prvo se ispituje pri višestrukim temperaturama podešavanja pri maloj kalibracijskoj struji IM, kako bi se izračunao koeficijent K koji predstavlja odnos između napona i temperature u jedinici [mV /℃]. Tijekom kalibracije testirana LED dioda stavlja se u spremnik termostata kako bi se održala konstantna temperatura. Tada se LED vodi na nazivnu struju IF da bi se održao stabilan rad. Brzi prekidač provodi se od nazivne struje IF do kalibracijske vrijednosti IM, a privremeni napon VF mjeri se na stanju toplinske ravnoteže. Prema tome, Tj LED-a može se izvesti putem krivulje napona i temperature pomoću PC programa.

Uzimajući u obzir da je LED svjetiljka integracija sustava koja uključuje poluvodiče, mehaničke komponente, optičke elemente kao i pokretače, toplinski karakter svakog dijela može utjecati na ukupne performanse proizvoda. Posebno za integralnu svjetiljku, kompaktni dizajn rezultira toplinskim interakcijama između LED-a i pokretača ovisno o toplinskom dizajnu i obliku ugradnje. Stoga Tj LED svjetiljke treba procijeniti cijeli sustav umjesto jednostavnih LED čipova.

Žarna nit se sastoji od više LED čipova u seriji, međusobno povezanih serijski ili paralelno. Sve su niti zapečaćene u žarulji žarulje, tako da se moraju mjeriti kao cjelina. Za standardni proizvod, LED žarulja i pogon trebaju biti odvojeni, ostavljajući dva para vodiča polariteta za spajanje na LISUN TRS-1000 Spektroradiometrijski sustav toplinske otpornosti za LED. U potpunosti ispunjava LM-80 standard. Također je spojen termoelement koji se drži bilo kojeg položaja na površini žarulje.

LED žarulja sa žarnom niti stavlja se u spremnik termostata, a zatim se krivulja napon-temperatura može kalibrirati kada temperatura raste korak po korak, kao što je prikazano na slici 1. Za svaku temperaturu koraka Tn, odgovarajući napon VFn se kalibrira dok temperatura u spremnik se podiže na zadanu vrijednost, a u međuvremenu LED žarna nit postiže toplinsku ravnotežu. Predlaže se da se stabilno razdoblje automatski odredi LISUN TRS-1000. Kalibracijska struja IM se postavlja prema parametrima ispitne žarulje i ostaje konstantna za različite Tn. Stoga se VT krivulja može prilagoditi, kao što je prikazano na slici 2. Nakon kalibracije, ispitna žarulja je uklonjena iz spremnika i vraćena u izvornu strukturu s dva para vodova spojenih kako je gore navedeno. VF se bilježi u pravilnim intervalima od paljenja do ravnoteže, što se koristi za izvođenje sekvencijalne krivulje Tj. LED svjetiljku treba držati na vjetrobranskom staklu ili u okruženju bez konvekcije zraka.

Tj krivulja primjera prikazana je na slici 3. Mjerenje je provedeno na sobnoj temperaturi 29 ℃ bez vjetra u zatvorenom. Nakon uključivanja žarulje, LED Tj se povećao i postigao stabilnu vrijednost od 121.3 ℃ tijekom prve faze. Tada je u drugoj fazi ispuh ručno oštećen kako bi se stvorila izmjena zraka između žarulje i atmosfere. Tj se postupno povećavao do nove ravnoteže na 159.5 ℃. Referentna temperatura ispitivana termoelementom na površini žarulje održavana je na 40.8 ℃ u normalnom radu i povišena na 46.3 ℃ u stanju propuštanja. Veliki porast Tj nakon curenja zraka predstavlja značajne učinke ispunjenih plinova na odvođenje topline. A promjena temperature površine žarulje nema nikakve veze s Tj LED niti.
Izlaz pogona također ima izravan učinak na Tj, kao što je prikazano na slici 4. Pri sobnoj temperaturi od 28.3 ℃, ulazni napon LED žarulje sa žarnom niti podešen je u rasponu od 220 ± 10 ％ da simulira fluktuaciju mrežnog napona. Tj su odvojeno 106.6 ℃, 121.7 ℃ i 137.9 ℃ pri naponu od 198 V, 220 V i 242 V.

Upućivanje:
[1] JEDEC standard EIA / JESD51-1. Termička mjerna metoda integriranih krugova - Električna metoda ispitivanja (pojedinačni poluvodički uređaj) [S], 1995.
[2] Xi Y, Schubert E F. Mjerenje temperature spoja i temperature u GaN ultraljubičastim diodama koje emitiraju svjetlost metodom napona dioda unaprijed [J]. Pisma primijenjene fizike, 2004., 85 (12): 2163-2165.
[3] CALT 001-2014, Metoda mjerenja temperature spoja za LED u svjetiljci [S].
[4] Chen XY, Zhang XG, Yang YL i sur. Mjerenje temperature spoja metodom naprijednog napona za LED svjetiljku [C] // Zbornik radova iz 2015. Kineskog foruma za rasvjetu. Šangaj, 2015. 238−241

Oznake:T5