قياس درجة حرارة الوصلة لمصابيح الفتيل LED

ملخص
يتطلب تحسين ونشر مصابيح LED ذات الفتيل طرقًا وأدوات موثوقة ودقيقة لقياس درجة حرارة الوصلة. بناءً على طرق الجهد الأمامي ، يتم تقديم عملية القياس ومعدات مصابيح LED ذات الفتيل. كما تمت مناقشة اعتماد درجة حرارة الوصلة على عوامل مختلفة.

العلاجات العامة
على الرغم من أن تقنية مصباح الشعيرة LED أصبحت ناضجة للتطبيقات في السنوات الأخيرة ، إلا أنها لا تزال تواجه بعض الصعوبات في الإدارة الحرارية التي ستؤدي إلى تدهور سريع للضوء وانخفاض طاقة المصباح ، وتحد من استكشاف التطبيقات وإنفاق السوق.

تعد درجة حرارة الوصلة Tj لمصابيح LED هي المفتاح لتحديد أداء الإنارة وخاصة صيانة الإضاءة وعمرها. الأساليب والأدوات الموثوقة والدقيقة لقياس Tj مطلوبة لمصابيح الفتيل LED ، ليس فقط لتقييم عقلانية التصميم الحراري بشكل موضوعي ، ولكن أيضًا لتحسين تصميم النظام وتصنيع التقنيات من أجل تعزيز الإنتاجية بالإضافة إلى تمديد العمر الافتراضي .

يتم إغلاق خيوط LED في المصباح الزجاجي المملوء بالغازات ، ولا يترك سوى قطبين خارجيين للاتصال بالسائق. نظرًا لأنه من الصعب حقن مزدوجات حرارية في المصباح المحكم أو جعل ضوء الأشعة تحت الحمراء ينقل الزجاج ، فلا يمكن تطبيق طرق درجة حرارة الدبوس والتصوير الحراري للمصابيح الفتيلية. طريقة الجهد الأمامي هي الاختيار الصحيح.

طريقة الجهد الأمامي لقياس درجة حرارة الوصلة
تم إصدار طريقة الجهد المستخدمة لقياس Tj لأشباه الموصلات من قبل المجلس المشترك لهندسة الأجهزة الإلكترونية (JEDEC). يُشتق Tj من الجهد الأمامي العابر لمصابيح LED عند تيار اختبار معين عند التشغيل ، بناءً على خاصية درجة الحرارة لتقاطع PN.

عند التيار الثابت ، يحافظ جهد الوصلة على العلاقة الخطية التقريبية لدرجة الحرارة لمعظم أشباه الموصلات ، مما يمثل أن الجهد ينخفض ​​بشكل أحادي اللون مع زيادة درجة الحرارة. لهذا السبب ، يتم اختبار جهد الوصلة VF أولاً تحت درجات حرارة ضبط متعددة عند تيار المعايرة الصغير IM ، وذلك لحساب المعامل K الذي يمثل العلاقة بين الجهد ودرجة الحرارة في الوحدة [mV /℃]. أثناء المعايرة ، يتم وضع مؤشر LED المختبَر في حاوية منظم الحرارة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة. ثم يتم تشغيل LED عند التصنيف الحالي IF للحفاظ على التشغيل المستقر. يتم إجراء التبديل السريع من IF الحالي المقنن إلى قيمة المعايرة IM ، ويتم قياس الجهد العابر VF في حالة التوازن الحراري. وبالتالي ، يمكن اشتقاق Tj من LED من خلال منحنى درجة حرارة الجهد بواسطة برنامج الكمبيوتر.

بالنظر إلى أن مصباح LED هو تكامل النظام بما في ذلك أشباه الموصلات والمكونات الميكانيكية والعناصر البصرية وكذلك السائقين ، فقد يكون للحروف الحرارية لكل جزء تأثير على الأداء العام للمنتج. خاصة بالنسبة لمصابيح الإنارة المتكاملة ، ينتج عن التصميم المدمج تفاعلات حرارية بين LED والسائق تعتمد على التصميم الحراري وشكل التركيب. لذلك ، يجب تقييم Tj of LED luminaire بواسطة النظام بأكمله بدلاً من شرائح LED البسيطة.

يتكون الفتيل من شرائح LED متعددة متصلة ببعضها البعض إما على التوالي أو على التوازي. جميع الخيوط محكمة الغلق في لمبة المصباح ، بحيث يجب قياسها ككل. بالنسبة للمنتج القياسي ، يجب فصل مصباح LED والسائق ، وترك اثنين من الأزواج من القطبية التي يتم الاتصال بها LISUN TRS-1000 نظام قياس الطيف الترددي للمقاومة الحرارية للصمام. انها تلبي كامل LM-80 معيار. يتم أيضًا توصيل المزدوجة الحرارية، والتي تلتصق بأي موضع على سطح المصباح.

يتم وضع مصباح LED الفتيل في حاوية منظم الحرارة ومن ثم يمكن معايرة منحنى درجة حرارة الجهد عند ارتفاع درجة الحرارة خطوة بخطوة ، كما هو موضح في الشكل 1 ، لكل درجة حرارة خطوة Tn ، يتم معايرة الجهد المقابل VFn حتى درجة الحرارة في ترتفع الحاوية إلى قيمة الإعداد وفي الوقت نفسه يصل فتيل LED إلى التوازن الحراري. يُقترح تحديد الفترة المستقرة تلقائيًا بواسطة LISUN TRS-1000. تتم تسوية تيار المعايرة IM وفقًا لمعلمات مصباح الاختبار، ويظل ثابتًا لمختلف Tn. وبالتالي يمكن تركيب منحنى VT، كما هو موضح في الشكل 2. بعد المعايرة، تمت إزالة لمبة الاختبار من الحاوية واستعادتها إلى الهيكل الأصلي مع اثنين من أزواج الخيوط المتصلة كما هو مذكور أعلاه. يتم تسجيل VF على فترات منتظمة من الإشعال إلى التوازن، والذي يستخدم لاشتقاق المنحنى المتسلسل لـ Tj. يجب أن تبقى وحدة الإنارة LED في الزجاج الأمامي أو في البيئة دون الحمل الحراري للهواء.

يوضح الشكل 3. منحنى Tj لأحد الأمثلة. تم إجراء القياس عند درجة حرارة محيطة 29 ℃ بدون رياح داخلية. بعد تشغيل المصباح ، زاد مؤشر LED Tj ووصل إلى مستقر عند 121.3 ℃ خلال المرحلة الأولى. ثم في المرحلة الثانية ، تم إتلاف العادم يدويًا لإجراء تبادل الهواء بين المصباح والجو. ازداد Tj تدريجياً حتى التوازن الجديد عند 159.5 ℃. تم الإبقاء على درجة الحرارة المرجعية التي تم اختبارها بواسطة المزدوجة الحرارية على سطح المصباح عند 40.8 درجة مئوية تحت التشغيل العادي ، وتم رفعها إلى 46.3 درجة مئوية في حالة التسرب. تمثل الزيادة الكبيرة في Tj بعد تسرب الهواء التأثيرات الهامة للغازات المملوءة على تبديد الحرارة. وتغيير درجة حرارة سطح المصباح لا علاقة له بـ Tj لخيوط LED.
ناتج المحرك له أيضًا تأثير مباشر على Tj ، كما هو معروض في الشكل 4. عند درجة حرارة محيطة تبلغ 28.3 ℃ ، تم تعديل جهد الدخل لمصباح فتيل LED في نطاق 220 ± 10 لمحاكاة تذبذب جهد التيار الكهربائي. Tj هي 106.6 ℃ و 121.7 ℃ و 137.9 ℃ بشكل منفصل بجهد 198 فولت و 220 فولت و 242 فولت.

الرقم المرجعي:
[1] معيار JEDEC EIA / JESD51-1. طريقة القياس الحراري للدوائر المتكاملة ـ طريقة الاختبار الكهربائي (جهاز أحادي الموصل) [S] ، 1995.
[2] Xi Y، Schubert E F. قياس درجة حرارة التقاطع في الصمامات الثنائية الباعثة للضوء فوق البنفسجي GaN باستخدام طريقة الجهد الأمامي للديود [J]. رسائل الفيزياء التطبيقية ، 2004 ، 85 (12): 2163-2165.
[3] CALT 001-2014 ، طريقة قياس درجة حرارة الوصلة لمصابيح LED في الإنارة [S].
[4] Chen XY و Zhang XG و Yang YL et al. قياس درجة حرارة التقاطع باستخدام طريقة الجهد الأمامي لمصباح LED [C] // وقائع منتدى الإضاءة الصيني LED لعام 2015. شنغهاي ، 2015. 238-241

العلامات:T5