4 光度测量揭示LED的真实颜色

　　先前所有的努力使照明设备达到投放到市场的端口。然而，此时必须回答一个重要的问题：当照明设备工作在它规定的温度范围内，它预期发出多少光?在产品批量生产之前，必须提供样机完整的光度和辐射特性。在现在自动化工具的帮助下，热和光测量可以被同时进行。

　　为了同时进行测量，之前已经解释了热测试必须与一个子系统相结合，这个子系统是满足CIE1要求(参见备注)的条件下，用于测试LED光输出。这个子系统包含了一个恒温器(类似冷板)和探测器。两个器件由特定的软件进行控制。一个完全整合的热/辐射/光度测试系统可以描述照明设备的热阻和光输出特性，包括了辐射热流(也就是输出光功率)，光通量和染色性。这些值可以在不同的参考温度和前向电流条件下，同时得到测量。

　　重要的是，对于普通循环光度测试增加热瞬态测试不会明显增加测试时间。这是因为贴附到冷板的功率LED结温通常在30~60S之内达到稳定。LED热阻测试之前的加热过程，是一个相类似的过程。因此，加上热测试的测试时间与仅仅光输出测试的时间是一样的;所有的这些特性必须在LED热稳定的条件下测量。

　　5 温度：参考，周围的，环境…

　　热管理解决方案的结点至环境的热阻很容易受到环境温度的影响，从而使测试结果失真。因此当预测照明设备热性能时，测试环境温度也就是参考温度必须注明。但热和光度/辐射测量被同时完成时，参考温度就是冷板的温度。

　　正如之前的解释，LED特性的工业标准化工作还在进行，这也意味着供应商在描述它们产品和提供相关数据时有很大的自由度。通常环境方面的信息不会得到重视。关于产品性能的数据可能是照明设备处于最佳照明时得到的，可以说忽略了真实工作条件下的一些影响。例如，通常供应商提供的LED数据是在25oC的环境温度条件下，即便LED安装在灯具中之后其安装面的温度为50oC，甚至80oC。在工作状态下，实际的LED结温可能处于80~100oC的范围，从而引起光通量的急剧下降。

　　在图7a中显示了两个同一厂商的两个白色LED光通量和参考温度的关系，这两个LED具有不同的散热方式。散热方式1使用了一块金属的PCB板，而散热方式2使用了传统的FR4板。此外，两个LED样品的PCB板和散热器之间使用了不同的导热界面材料。

　　得到光通量和参考温度的测试方法非常简单。测试时冷板直接影响LED的结温。因此，通过改变冷板的温度，可以观察结温变化对于光通量的影响。

　　图7a中的两个LED曲线并不完全平行。因为测试是基于同一类型的LED，所以人们可能希望两个LED的性能是一致的。然而，请注意光通量和参考温度的曲线图。采用的导热界面材料有着不同的温度影响，从而对LED结温产生不同的影响。不同冷板温度下的结构函数可以进一步揭示这些影响的程度和产生位置。

　　很多的测试工作都是关于确定加热功耗和每一个参考温度下的热阻值。如果具有这些信息，就可以计算相应的LED结温值。如果没有进一步的测试要求。工程师可以使用之前的信息，重新绘制LED结温与光通量之间的关系。

　　基于真实的LED结温，重新绘制曲线将消除光通量曲线斜率的偏差。图7b描述了一组光通量和结温的曲线，并且这里的真实结温通过真实的加热功率和真实的热阻进行计算得到。现在对于同一供应商的所有LED样品，由前向电流值获得的特性斜率是一致的。

　　图7a 使用两种热管理方案得出的10瓦白光LED的被测光通量vs.参考温度云图对比

　　图7b 被测光通量vs.结温

　　6 静态测量，光度测量和累计球

　　描述偏色等重要参数不仅仅要求电流和热测试，而且需要一个完全可控的小型“黑腔”。非常明显，不让外部的光影响敏感的波长读数是非常重要的。

　　最简单的LED热阻抗测量方式是使用四线“Kelvin”测试装置的静态测试方法。首先是LED处于稳态状态下，设定产生需要加热电流(IH)等级的前向电流(IF)，恒定的加热电流是LED温度达到一个稳定值，从而产生恒定的光通量。

　　在JEDECJESD51-1标准定义的静态测试条件下，一旦LED处于热的状态，它的前向电流突然降低到一个非常低的测量电流水平，IM(表格1中第2步)。事实上LED被关闭，产生了一个负的功率。在这个阶段，测量相应的电压(表格1第3步)。从LED的前向电压改变推算LED结温的改变。

　　注意，当PN结前向电流突然被停止(在测试过程中)，不可避免的发生电瞬态现象。这个瞬态现象会持续很短的一段时间，在这段时间内前向电压的改变无法描述LED芯片的温度的改变。因此，在进行测量时必须给电瞬态现象消失留有一个时间上的延迟。

　　图8归纳了变量之间的相互影响。

　　图8 一个热循环提供高电流，马上提供一个冷却循环，只提供很小的测试电流

　　当TERALED以单机模式使用时，它可以完成光度测量。当结合T3Ster系统时可以进行热和光度测量。图9是TERALED和T3Ster系统一起使用的简图。

　　图9 使用JEDECJSD51-1规则，T3Ster热测试系统与TERALED系统能同时测试LED的热特性和光特性

　　7 结论：热，光和成本的平衡

　　每一个成功的LED照明设备背后都蕴藏着设计师在功率LED温度和热损耗要求方面做出的很多努力。这些重要的因素影响产品的寿命和它的发光特性。一个工作温度低，且发出满足要求光的照明设备可以在终端用户那里更长时间的工作。

　　MicREDT3Ster自动热测试系统可以快速完成热阻测量和预测照明设备内热量传递的路径。并且T3Ster和TERALED结合的热和辐射/光度测量系统可以得到照明设备工作温度，光性能和成本之间的完美平衡。