IES LM-85 — стандарт обобщения характеристик светодиодов высокой мощности. Измерение их характеристик

SSL промышленность борется с отсутствием стандартизированных методов для оценки характеристик производительности светодиодов.

В твердотельных осветительных устройствах (SSL) применяются светодиоды, требующие теплоотвода в нормальных условиях эксплуатации. Они классифицируются как светодиоды высокой мощности. Фотометрические характеристики светодиодов высокой мощности — такие как световой поток, цветность, находятся в зависимости от температуры и рабочего тока. Это критические параметры, которые требуют последовательных и надежных методов измерения и проверки.  В стандарте IES LM-85 определяет порядок измерения и методология определения характеристик, включая учет реальных температур, при которых компоненты работают в осветительных устройствах SSL.

Часть проблем с характеристиками светодиодов объясняется высокой чувствительностью этих компонентов к нагреву. Измерять их фотометрические характеристики раньше было трудно. Несмотря на то, что светодиоды высокой мощности были доступны давно, промышленности по-прежнему не хватает стандартов, которые могли бы быть использованы производителями для получения воспроизводимой повторяемости характеристик. Часто производители светодиодов публикуют фотометрические информацию о светодиоде высокой мощности в техническом описании продукта. Но при сравнении с результатами собственных измерений у потребителя могут возникнуть несоответствия.

В современной практике при выполнении фотометрии, производители обычно используют импульсный режим работы светодиодов высокой мощности без радиатора. Использование импульсного режима предполагает, что температура np перехода светодиода не поднимается выше температуры окружающей среды, как правило, 25 ° С.

 Импульсный и режим постоянного тока

В практическом применении, мощные светодиоды, как правило, работают в режиме постоянного тока, а температура перехода светодиодов может быть значительно выше, чем 25 ° C. Из-за теплового зависимости световой поток снижается при повышении температуры. Для того, чтобы помочь потребителям, производители светодиодов обычно публикуют тепловые характеристики светодиодов.  

Тем не менее, сортировки светодиодов по вариациям цвета (бинирование светодиодов по фотометрическим характеристикам) производится при 25 ° С , а изменение характеристик при более высоких температурах подчас не описывается в справочных данных, из-за отсутствия стандартизированных методов измерения при высоких температурах.

Для светодиодов высокой мощности не было никаких процедур тестирования (TPC), пока несколько лет назад Комитет IES, не сформировал рабочую группу, приступившую к разработке стандарта для решения этой отраслевой проблемы.

В 2008 году Национальный институт стандартов и технологий (NIST) опубликовал исследование о фотометрии светодиодов высокой мощности с использованием постоянного тока. В докладе NIST была предложена процедура тестирования светодиодов, а также методика сравнения измеренных параметров с результатами измерения импульсным током.

На основе исследования NIST и текущей практики SSL отрасли (производства светодиодных источников света), рабочая группа разработала проект стандарта IES LM-85, получивший название «Метод электрических и фотометрических измерений параметров светодиодов высокой мощности». В стандарте LM-85 записано: "В этом документе описываются следующие процедуры при проведении точных измерений:

 общего светового потока;

 полного лучистого потока (оптической мощности) и полного потока фотонов;

 электрических характеристик;

 светоотдачи;

 цветовых величин и характеристик длины волны.

 Документ не распространяется на светодиодные матрицы или модули, светодиодные системы, светодиодные лампы и светодиодные светильники.

Так же методики не распространяются на светодиоды питаемые переменным током, на контроль в процессе производства и на относительные измерения светодиодных тепловых характеристик".

 Тепловое рассмотрение

Хорошо известно, что оптические характеристики светодиодов существенно зависят от температуры их перехода. Таким образом, установка заданной температуры перехода является основой для получения воспроизводимых результатов универсальной для всех типов светодиодов. Определенная методикой температура позволяет установить эквивалентность между результатами испытаний методом импульсного режима производителями светодиодов, и производимых потребителями испытаний в режиме постоянного тока.

Стандарт LM-85 описывает использование в качестве базовой температуры перехода температуру 25 ° C, или любой заданной повышенной температуры. LM-85 содержит подробные процедуры для тестирования светодиодов с использованием режима постоянного тока и импульсного режима с целью получения абсолютных значений фотометрических параметров светодиодов. Для импульсного режима тестирования стандарт описывает два варианта, испытание одним импульсом или непрерывной последовательностью импульсов.

LM-85 конкретно указывает и температуру окружающей среды и требования к термостабильности при измерении фотометрических характеристик. Это имеет важное значение для точности измерений. Температура окружающей среды должна поддерживаться в узком диапазоне допусков. Если температура окружающей среды не находится в требуемом диапазоне, корректировка должны быть произведена исходя из температурной зависимости характеристик светодиодов.

Прежде чем производить измерения при повышенной температуре, светодиоды должны достичь теплового равновесия при стабильной повышенной температуре в термокамере или на контролируемом теплоотводе. Для термокамеры стандарт LM-85 предлагает период времени термической стабильность в течении минимум 30 минут. Для регулируемого теплоотвода, в зависимости от тепловой мощности и размера светодиодов, время поддержания термической стабильности может быть меньше, всего лишь несколько минут.

 Характеристика на постоянном токе.

Методика измерения в режиме постоянного тока требует, чтобы измеряемый светодиод быть размещены на активном охлаждающем устройстве, таком как термоэлектрический охладитель (TEC) или на радиаторе с регулируемой температурой. Светодиод должен достигнуть состояния теплового равновесия, температура перехода должна сравняться с температурой подложки.  Когда такое тепловое равновесие достигнуто, напряжение постоянного тока в виде перепада или короткого импульса подается на светодиод. Измерение мгновенного прямого напряжения на светодиоде производится сразу после того, как светодиод электрически стабилизируется и до того, как произойдет разогрев его кристалла.

Когда светодиоды нагреваются, снижение мощности излучения можно заметить по истечении нескольких микросекунд. В свою очередь, по истечении этого интервала, прямое напряжение на светодиоде также изменяется. Процедура измерения по стандарту LM-85 при измерении на постоянном токе, поддерживает на светодиоде при постоянное прямое напряжении, за счет регулировки мгновенной мощности ТЭС.

При использовании радиатора с регулируемой температурой или TEC, температуру измерения можно установить более высокой. Таким образом, следуя процедуре тестирования источником постоянного тока, указанной в LM-85, может быть получено очень много фотометрической информации. Если прямой ток светодиода фиксируется для разных температур, это измерение может предоставить пользователям в виде прямых результатов измерения того, как параметры светодиодов изменяются относительно изменений температуры.

 Импульсный режим характеристики

В методике измерения одним импульсом, широко используемого производителями светодиодов, применяет одноразовый импульс тока, подаваемый на светодиод. Во время этого импульса быстро производят оптическое измерение. В этом режиме работы, в принципе, температура перехода светодиода принимается примерно равной температуре окружающей среды, в предположении, что импульс достаточно короткий. Тем не менее, оптические измерения требуют определенного времени. Если измерение занимает слишком много времени, значение температуры перехода может значительно увеличиться.

Стандарт LM-85 требует, чтобы оптическое измерение светодиодного излучения, проводилось в пределах длительности импульса. Таким образом, длительность импульса должна определяться фотометрической, спектрорадиометрической скоростью используемых приборов.

Температура перехода LED значительно возрастет в течение длительности импульса тока. Стандарт LM-85 рекомендует вносить поправки на увеличение температуры перехода и на уменьшение измеренного светодиодного светового потока. Процедуры измерения для импульсного метода сигнала, рекомендованные в LM-85 требуется несколько шагов:

 Стабилизировать температуру светодиода до нужной температуры перехода.

 Применить импульс тока сигнала к СИД и ждать время установки значений, рекомендованного производителем светодиода (обычно это время составляет 5 мс).

 Полной цикл оптических и электрических измерений необходимо завершить в течении рекомендованных производителями 20 мс.

Измерение в режиме непрерывной импульсной последовательности также практикуется в светодиодной индустрии . В этом методе, непрерывные импульсы тока с очень малым рабочим циклом при определенной частоте подаются на светодиод, а оптические измерения производятся для усредненного по времени сигнала, аналогично измерению постоянного тока. Поскольку рабочий цикл очень мал, оптические ошибки измерения из-за увеличения температуры перехода незначительны. Стандарт LM-85 рекомендует рабочий цикл 1% или меньше. Процедуры измерения для непрерывного импульсного метода, рекомендованные в LM-85 включают в себя следующие шаги:

 Стабилизировать температуру светодиода до нужной температуры перехода.

 Подать на светодиод непрерывную импульсную последовательность и ждать в течение определенного времени отстаивания, около 100 мс.

 Выполнение оптических и электрических измерений в течение определенного периода времени интегрирования или считывания усредненного по времени сигнала в стационарном состоянии.

Стандарт LM-85 гласит, что время интегрирования должно быть целым числом, кратным периоду импульсов, чтобы избежать ошибок из-за дискретов интегрирования.

Для обоих импульсных режимов измерения возможно использование термокамеры или управляемого теплоотвода. Определенные таким образом коэффициенты могут быть использован для комплектов светодиодов с очень высоким тепловым сопротивлением. В LM-85 приведены примеры тепловой модели светодиодов, для случая, когда тепловые характеристики светодиода известны, и с помощью которых могут быть вычислены соответствующие коэффициенты коррекции.

Источник

Читайте также: