專利名稱：半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明燈具檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)
及其測試方法。
背景技術(shù)：
白光LED(Light Emitting Diode)，白光發(fā)光二極管，簡稱白光LED,是一種能夠 將電能轉(zhuǎn)化為白光的半導(dǎo)體器件。白光LED光源的特點(diǎn)是LED使用低壓電源，供電電壓 為6-24v，即可獲得足夠高的亮度；LED消耗的能量較同光效的白熾燈減少80%，發(fā)光相應(yīng) 速度快，高頻特性好，能顯示脈沖信息；體積小，發(fā)光面形狀分為圓形、長方形等，并且有多 種規(guī)格，所以可以制成各種形狀的器件；防震動及抗沖擊性能好，功耗低，發(fā)熱量少，耗電量 小，壽命長。由于LED的PN結(jié)工作在正向?qū)顟B(tài)，本身功耗低，只要加以必要的限流措施，
即可長期使用；對環(huán)境污染小，無有害金屬汞。 從上個世紀(jì)60年代LED誕生以來，LED從紅光LED、綠光LED, —路開發(fā)到藍(lán)光、白 光LED。憑借著有省電、長壽命、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，以LED為光源的半導(dǎo)體照明技術(shù)廣泛應(yīng) 用于各個領(lǐng)域。它是本世紀(jì)最具有發(fā)展前景的新興高技術(shù)領(lǐng)域之一。作為新型高效固態(tài)光 源，半導(dǎo)體照明光源具有節(jié)能、安全、綠色環(huán)保、長壽命、色彩豐富和微型化等顯著的優(yōu)點(diǎn)， 這將成為繼白熾燈、熒光燈之后的又一次標(biāo)志性的飛躍，是世界照明工業(yè)的新的革命。
半導(dǎo)體照明主要指led的光色照明(景觀照明和裝飾照明)、專用普通照明、安全
照明、特種照明和普通照明光源以及應(yīng)用太陽能的LED照明產(chǎn)品，其市場潛力巨大。 半導(dǎo)體照明與傳統(tǒng)意義上的白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈等在原理上、結(jié)構(gòu)上、組合
上具有根本性的區(qū)別，因此，在半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)制定的問題上要充分考慮半導(dǎo)
體照明產(chǎn)品的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、封裝形式、散熱方式、可靠性等特點(diǎn)，通過制定或修訂標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品
設(shè)計和工程方案進(jìn)行規(guī)范，從而引導(dǎo)半導(dǎo)體照明產(chǎn)品有序、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)入市場。 半導(dǎo)體照明燈具的一個重要特性是熱特性，而結(jié)溫是半導(dǎo)體照明燈具熱特性中最
重要的參數(shù)，結(jié)溫能夠直接體現(xiàn)半導(dǎo)體照明燈具的工作狀態(tài)，在燈具設(shè)計的合理性、評價燈
具的產(chǎn)品質(zhì)量、燈具壽命評估、燈具失效分析以及標(biāo)準(zhǔn)化體系建立等方面起重要作用，因此
結(jié)溫是半導(dǎo)體照明燈具發(fā)展的關(guān)鍵要素之一。 面對以上問題，當(dāng)前并沒有系統(tǒng)、規(guī)范、公認(rèn)的檢測方法。目前，國內(nèi)外沒有針對 半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫的檢測標(biāo)準(zhǔn)及檢測裝置，僅有少數(shù)針對半導(dǎo)體器件的檢測方法及其專 利。國內(nèi)在半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試的專利幾乎為零。以上是目前半導(dǎo)體照明燈具結(jié) 溫分析測試的現(xiàn)狀，通過目前的方法和專利并不能得到有效的結(jié)溫參數(shù)值，嚴(yán)重限制了半 導(dǎo)體照明燈具的研發(fā)、制造和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系 統(tǒng)，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是所提出的測試系統(tǒng)能夠在半導(dǎo)體照明燈具正常工作狀態(tài)切不破壞燈具結(jié)構(gòu)的條件下有效測試出燈具的結(jié)溫分布。本發(fā)明的構(gòu)成思路是以半導(dǎo)體照明燈具整體 為研究對象，以光源模組的適當(dāng)部位為測試基點(diǎn)，采用物理測試與數(shù)值模型、物理模型和計 算機(jī)熱模擬相結(jié)合的方法分析半導(dǎo)體照明燈具的結(jié)溫。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)， 包括輻射功率測試儀、電參數(shù)發(fā)生及測量儀、溫度探測器、變環(huán)境燈具測試積分球、測試基 點(diǎn)與LED光源模組溫度分布計算模塊、LED光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊、多工作點(diǎn)優(yōu) 化分析模塊及中央監(jiān)控及處理計算機(jī)； 輻射功率測試儀用于采集半導(dǎo)體照明燈具的輻射量數(shù)據(jù)； 電參數(shù)發(fā)生及測量儀用于向半導(dǎo)體照明燈具提供所需的電功率，同時測量半導(dǎo)體
照明燈具的工作過程中的交流及直流電參數(shù)； 溫度探測器用于探測半導(dǎo)體照明燈具測試基點(diǎn)的溫度； 變環(huán)境測試積分球為半導(dǎo)體照明燈具提供工作時所需的溫度、濕度環(huán)境，以模擬 半導(dǎo)體照明燈具正常工作環(huán)境； 測試基點(diǎn)與光源模組溫度分布計算模塊，用于計算、推導(dǎo)測試基點(diǎn)與光源模組各 面的熱分布關(guān)系，建立光源模組溫度分布計算物理模型，以實(shí)現(xiàn)測試基點(diǎn)溫度與光源模組 溫度分布的轉(zhuǎn)換； 光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊，對光源模組物理模型進(jìn)行數(shù)值計算，推算出 光源模組中每個器件PN結(jié)與其正下方基板底面間的的熱阻；根據(jù)輻射功率測試儀測試的 輻射功率值與電參數(shù)發(fā)生及測量儀測試的電功率值計算出光源模組產(chǎn)生的耗散功率值，再 通過熱阻計算公式求解出光源模組中每個的結(jié)溫值； 多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊，在不同工作狀態(tài)下測試分析半導(dǎo)體照明燈具的結(jié)溫分 布，繪制出不同功率條件下結(jié)溫分布曲線、不同溫、濕度條件下結(jié)溫分布曲線；
中央監(jiān)控及處理計算機(jī)，用于對上述各個器件及模塊的控制。
該光源模組為LED光源模組。 輻射功率測試儀通過光纖與變環(huán)境燈具測試積分球相連接，在每個工作狀態(tài)下采 集一次輻射功率值，同時將測試數(shù)據(jù)傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。 電參數(shù)發(fā)生及測量儀包括輸入功率發(fā)生模塊，輸入輸出電壓、電流、功率反饋值回
讀模塊兩個部分，電參數(shù)發(fā)生及測量儀與半導(dǎo)體照明燈具及中央監(jiān)控及處理計算機(jī)相連
接，實(shí)時產(chǎn)生半導(dǎo)體照明燈具所需電能并將回讀電參數(shù)值傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。 溫度探測器通過專用夾具與半導(dǎo)體照明燈具測試基點(diǎn)相連實(shí)時讀取測試基點(diǎn)溫
度值傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢 本發(fā)明彌補(bǔ)了半導(dǎo)體照明燈具熱性能檢測技術(shù)的不足，對不同結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體照明燈
具結(jié)溫的檢測提出了一套完整的解決方案。本發(fā)明以半導(dǎo)體照明燈具整體為研究對象，以
光源模組的適當(dāng)部位為測試基點(diǎn)，采用物理測試與數(shù)值模型、物理模型和計算機(jī)熱模擬相
結(jié)合的方法測試分析半導(dǎo)體照明燈具的結(jié)溫。本發(fā)明提出的測試系統(tǒng)能夠不受照明產(chǎn)品結(jié)
構(gòu)、參數(shù)差異的影響，在不改變照明燈具結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境的情況下進(jìn)行結(jié)溫測試。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效體現(xiàn)半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分布，利于研發(fā)、質(zhì)量
管理、商品采購、公共檢測等工作的開展，因而體現(xiàn)其先進(jìn)性。通過權(quán)利要求書的介紹，本裝置的各個組成部分都有明確的結(jié)構(gòu)和關(guān)系特征，因此本裝置具有可行性。


圖1為本發(fā)明的半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)示意圖； 上圖中，1為中央監(jiān)控及處理計算機(jī)，2為變環(huán)境燈具測試積分球，3為輻射功率測 試儀，4為電參數(shù)發(fā)生及測量儀，5為溫度探測器，6為測試基點(diǎn)與LED光源模組溫度分布計 算模塊，7為LED光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊，8為多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊。
圖2為本發(fā)明的半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)包括輻射功 率測試儀3、電參數(shù)發(fā)生及測量儀4、溫度探測器5、變環(huán)境燈具測試積分球2、測試基點(diǎn)與 LED光源模組溫度分布計算模塊6、光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊7、多工作點(diǎn)優(yōu)化分 析模塊8及中央監(jiān)控及處理計算機(jī)1 ; 輻射功率測試儀3用于采集半導(dǎo)體照明燈具的輻射量數(shù)據(jù)； 電參數(shù)發(fā)生及測量儀4用于向半導(dǎo)體照明燈具提供所需的電功率，同時測量半導(dǎo)
體照明燈具的工作過程中的交流及直流電參數(shù)； 溫度探測器用于探測半導(dǎo)體照明燈具測試基點(diǎn)的溫度； 變環(huán)境測試積分球2為半導(dǎo)體照明燈具提供工作時所需的溫度、濕度環(huán)境，以模 擬半導(dǎo)體照明燈具正常工作環(huán)境； 測試基點(diǎn)與光源模組溫度分布計算模塊6，用于計算、推導(dǎo)測試基點(diǎn)與光源模組各 面的熱分布關(guān)系，建立光源模組溫度分布計算物理模型，以實(shí)現(xiàn)測試基點(diǎn)溫度與光源模組 溫度分布的轉(zhuǎn)換； 光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊7，對光源模組物理模型進(jìn)行數(shù)值計算，推算出 光源模組中每個器件PN結(jié)與其正下方基板底面間的的熱阻；根據(jù)輻射功率測試儀測試的 輻射功率值與電參數(shù)發(fā)生及測量儀測試的電功率值計算出光源模組產(chǎn)生的耗散功率值，再 通過熱阻計算公式求解出光源模組中每個的結(jié)溫值； 多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊，在不同工作狀態(tài)下測試分析半導(dǎo)體照明燈具的結(jié)溫分 布，繪制出不同功率條件下結(jié)溫分布曲線、不同溫、濕度條件下結(jié)溫分布曲線；
中央監(jiān)控及處理計算機(jī)，用于對上述各個器件及模塊的控制。
該光源模組為LED光源模組。 輻射功率測試儀通過光纖與變環(huán)境燈具測試積分球相連接，在每個工作狀態(tài)下采 集一次輻射功率值，同時將測試數(shù)據(jù)傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。 電參數(shù)發(fā)生及測量儀包括輸入功率發(fā)生模塊，輸入輸出電壓、電流、功率反饋值回 讀模塊兩個部分，電參數(shù)發(fā)生及測量儀與半導(dǎo)體照明燈具及中央監(jiān)控及處理計算機(jī)相連 接，實(shí)時產(chǎn)生半導(dǎo)體照明燈具所需電能并將回讀電參數(shù)值傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。
溫度探測器通過專用夾具與半導(dǎo)體照明燈具測試基點(diǎn)相連實(shí)時讀取測試基點(diǎn)溫 度值傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。
本發(fā)明采用物理測試與數(shù)值模型、物理模型和計算機(jī)熱模擬相結(jié)合的方法測試分
析半導(dǎo)體照明燈具的結(jié)溫，其具體測試分析過程包括如下步驟如圖2所示， 步驟1.將燈具樣品打開，在溫度測試基點(diǎn)處通過輔助夾具貼裝專用溫度探測器。 步驟2.在燈具電源接口處連接電參數(shù)發(fā)生及測量儀，然后閉合燈具。 步驟3.在指定光源模組測試點(diǎn)貼裝專用溫度探測器。 步驟4.將燈具放入變環(huán)境燈具測試積分球中，在測試前放置一段時間保證燈具 內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)定。 步驟5.通過中央監(jiān)控及處理計算機(jī)將燈具的電輸入輸出特性、光輸出特性、物理 參數(shù)特性及環(huán)境特性參數(shù)輸入至測試基點(diǎn)與LED光源模組溫度分布計算模塊中。
步驟6.通過中央監(jiān)控及處理計算機(jī)控制，執(zhí)行多工作狀態(tài)下的測試點(diǎn)測試。
步驟7.重復(fù)步驟4 5，在不同電輸入?yún)?shù)、不同環(huán)境參數(shù)條件下極限范圍內(nèi)的多 組測試數(shù)據(jù)。 步驟8.利用測試基點(diǎn)與LED光源模組溫度分布計算模型分析出模組的溫度分布。
步驟9.進(jìn)一步利用LED光源模組熱阻分布結(jié)溫計算模塊分析出LED模組的結(jié)溫 分布。 步驟10.利用多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊分析，輸出測試數(shù)據(jù)，曲線及綜合分析報告。
通過以上步驟可以對半導(dǎo)體照明燈具進(jìn)行結(jié)溫分析測試，為半導(dǎo)體照明燈具的熱 特性研究提供有效測試手段。 以上對本發(fā)明所提供的一種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫測試分析系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹， 對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均 會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)，其特征在于包括輻射功率測試儀、電參數(shù)發(fā)生及測量儀、溫度探測器、變環(huán)境燈具測試積分球、測試基點(diǎn)與光源模組溫度分布計算模塊、光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊、多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊及中央監(jiān)控及處理計算機(jī)；輻射功率測試儀用于采集半導(dǎo)體照明燈具的輻射量數(shù)據(jù)；電參數(shù)發(fā)生及測量儀用于向半導(dǎo)體照明燈具提供所需的電功率，同時測量半導(dǎo)體照明燈具的工作過程中的交流及直流電參數(shù)；溫度探測器用于探測半導(dǎo)體照明燈具測試基點(diǎn)的溫度；變環(huán)境測試積分球為半導(dǎo)體照明燈具提供工作時所需的溫度、濕度環(huán)境，以模擬半導(dǎo)體照明燈具正常工作環(huán)境；測試基點(diǎn)與光源模組溫度分布計算模塊，用于計算、推導(dǎo)測試基點(diǎn)與光源模組各面的熱分布關(guān)系，建立光源模組溫度分布計算物理模型，以實(shí)現(xiàn)測試基點(diǎn)溫度與光源模組溫度分布的轉(zhuǎn)換；光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊，對光源模組物理模型進(jìn)行數(shù)值計算，推算出光源模組中每個器件PN結(jié)與其正下方基板底面間的的熱阻；根據(jù)輻射功率測試儀測試的輻射功率值與電參數(shù)發(fā)生及測量儀測試的電功率值計算出光源模組產(chǎn)生的耗散功率值，再通過熱阻計算公式求解出光源模組中每個的結(jié)溫值；多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊，在不同工作狀態(tài)下測試分析半導(dǎo)體照明燈具的結(jié)溫分布，繪制出不同功率條件下結(jié)溫分布曲線、不同溫、濕度條件下結(jié)溫分布曲線；中央監(jiān)控及處理計算機(jī)，用于對上述各個器件及模塊的控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)，其特征在于該光源模 組為LED光源模組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)，其特征在于輻射功率 測試儀通過光纖與變環(huán)境燈具測試積分球相連接，在每個工作狀態(tài)下采集一次輻射功率 值，同時將測試數(shù)據(jù)傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)，其特征在于電參數(shù)發(fā) 生及測量儀包括輸入功率發(fā)生模塊，輸入輸出電壓、電流、功率反饋值回讀模塊兩個部分， 電參數(shù)發(fā)生及測量儀與半導(dǎo)體照明燈具及中央監(jiān)控及處理計算機(jī)相連接，實(shí)時產(chǎn)生半導(dǎo)體 照明燈具所需電能并將回讀電參數(shù)值傳送中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。
5. —種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫測試方法，包括以下步驟(1) 將燈具樣品打開，在溫度測試基點(diǎn)處通過輔助夾具貼裝專用溫度探測器；(2) 在燈具電源接口處連接電參數(shù)發(fā)生及測量儀，然后閉合燈具；(3) 在指定光源模組測試點(diǎn)貼裝專用溫度探測器；(4) 將燈具放入變環(huán)境燈具測試積分球中，在測試前放置一段時間保證燈具內(nèi)外環(huán)境 禾急^ ;(5) 通過中央監(jiān)控及處理計算機(jī)將燈具的電輸入輸出特性、光輸出特性、物理參數(shù)特性 及環(huán)境特性參數(shù)輸入至測試基點(diǎn)與LED光源模組溫度分布計算模塊中；(6) 通過中央監(jiān)控及處理計算機(jī)控制，執(zhí)行多工作狀態(tài)下的測試點(diǎn)測試；(7) 重復(fù)步驟4 5，在不同電輸入?yún)?shù)、不同環(huán)境參數(shù)條件下極限范圍內(nèi)的多組測試數(shù)據(jù)；(8) 利用測試基點(diǎn)與LED光源模組溫度分布計算模型分析出模組的溫度分布；(9) 進(jìn)一步利用LED光源模組熱阻分布結(jié)溫計算模塊分析出LED模組的結(jié)溫分布；(10) 利用多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊分析，輸出測試數(shù)據(jù)，曲線及綜合分析報告。
全文摘要
本發(fā)明公開一種半導(dǎo)體照明燈具結(jié)溫分析測試系統(tǒng)及其測試方法，該系統(tǒng)包括輻射功率測試儀、電參數(shù)發(fā)生及測量儀、溫度探測器、變環(huán)境燈具測試積分球、測試基點(diǎn)與光源模組溫度分布計算模塊、光源模組熱阻分布與結(jié)溫計算模塊、多工作點(diǎn)優(yōu)化分析模塊及中央監(jiān)控及處理計算機(jī)。本發(fā)明所提出的測試系統(tǒng)能夠在半導(dǎo)體照明燈具正常工作狀態(tài)切不破壞燈具結(jié)構(gòu)的條件下有效測試出燈具的結(jié)溫分布。本發(fā)明的構(gòu)成思路是以半導(dǎo)體照明燈具整體為研究對象，以光源模組的適當(dāng)部位為測試基點(diǎn)，采用物理測試與數(shù)值模型、物理模型和計算機(jī)熱模擬相結(jié)合的方法分析半導(dǎo)體照明燈具的結(jié)溫。
文檔編號G01K7/00GK101699235SQ20091019371
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者吳昊, 王力, 王鋼, 賈維卿 申請人:中山大學(xué)