Đo nhiệt độ mối nối cho đèn dây tóc LED

Tóm tắt
Sự cải tiến và lan rộng của đèn dây tóc LED đòi hỏi các phương pháp và dụng cụ đáng tin cậy và chính xác để đo nhiệt độ đường giao nhau. Dựa trên các phương pháp điện áp thuận, quy trình đo và thiết bị của đèn dây tóc LED được giới thiệu. Và sự phụ thuộc của nhiệt độ đường giao nhau vào các yếu tố khác nhau được thảo luận.

Tổng Quát
Mặc dù công nghệ đèn dây tóc LED đã được hoàn thiện trong các ứng dụng trong những năm gần đây, nó vẫn gặp một số khó khăn trong việc quản lý nhiệt sẽ dẫn đến sự suy giảm ánh sáng nhanh chóng và công suất đèn thấp, hạn chế việc khám phá ứng dụng và mở rộng thị trường.

Nhiệt độ tiếp giáp Tj của đèn LED là chìa khóa để xác định hiệu suất của đèn điện, đặc biệt là khả năng duy trì phát sáng và tuổi thọ. Các phương pháp và công cụ đo Tj đáng tin cậy và chính xác được yêu cầu đối với đèn dây tóc LED, không chỉ để đánh giá khách quan tính hợp lý của thiết kế nhiệt, mà còn để cải thiện thiết kế hệ thống và kỹ thuật sản xuất nhằm nâng cao năng suất cũng như kéo dài tuổi thọ danh định .

Các dây tóc LED được đặt kín trong bóng đèn thủy tinh chứa đầy khí, chỉ để lại hai dây dẫn phân cực bên ngoài để kết nối với trình điều khiển. Vì khó có thể đưa cặp nhiệt điện vào bóng đèn kín hoặc làm cho ánh sáng hồng ngoại truyền qua thủy tinh nên không thể áp dụng các phương pháp đo nhiệt độ và nhiệt độ chốt cho đèn dây tóc. Phương pháp điện áp chuyển tiếp là lựa chọn phù hợp.

Phương pháp điện áp chuyển tiếp để đo nhiệt độ đường giao nhau
Phương pháp điện áp được sử dụng để đo Tj của chất bán dẫn, được ban hành bởi Hội đồng kỹ thuật thiết bị điện tử chung (JEDEC). Tj được lấy từ điện áp chuyển tiếp thoáng qua của đèn LED ở dòng điện thử nghiệm nhất định khi hoạt động, dựa trên đặc tính nhiệt độ của điểm nối PN.

Ở dòng điện không đổi, điện áp tiếp giáp giữ quan hệ tuyến tính gần đúng với nhiệt độ đối với hầu hết các chất bán dẫn, biểu thị rằng điện áp giảm đơn sắc khi nhiệt độ tăng. Vì lý do này, trước hết điện áp mối nối VF được thử nghiệm dưới nhiều nhiệt độ cài đặt ở dòng điện hiệu chuẩn nhỏ IM, để tính toán hệ số K biểu thị mối quan hệ giữa điện áp và nhiệt độ theo đơn vị [mV /℃]. Trong quá trình hiệu chuẩn, đèn LED đã thử nghiệm được đưa vào hộp chứa bộ điều nhiệt để giữ nhiệt độ không đổi. Sau đó, đèn LED được điều khiển ở dòng điện định mức IF để giữ hoạt động ổn định. Việc chuyển đổi nhanh chóng được thực hiện từ dòng điện định mức IF sang giá trị hiệu chuẩn IM, và điện áp quá độ VF được đo ở trạng thái cân bằng nhiệt. Do đó, Tj của đèn LED có thể được suy ra thông qua đường cong điện áp-nhiệt độ bằng chương trình PC.

Xem xét rằng đèn điện LED là sự tích hợp hệ thống bao gồm chất bán dẫn, linh kiện cơ học, phần tử quang học cũng như trình điều khiển, các ký tự nhiệt của mỗi bộ phận có thể có ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của sản phẩm. Đặc biệt đối với đèn điện tích hợp, thiết kế nhỏ gọn dẫn đến tương tác nhiệt giữa đèn LED và trình điều khiển phụ thuộc vào thiết kế nhiệt và hình thức lắp đặt. Do đó, Tj của bộ đèn LED nên được đánh giá bằng toàn bộ hệ thống thay vì các chip LED đơn giản.

Dây tóc bao gồm nhiều chip LED mắc nối tiếp, được kết nối với nhau theo chuỗi hoặc song song. Tất cả các dây tóc đều được bịt kín trong bóng đèn, do đó chúng phải được đo tổng thể. Đối với sản phẩm tiêu chuẩn, nên tách riêng bóng đèn LED và trình điều khiển, để lại hai cặp dây dẫn phân cực để kết nối với LISUN TRS-1000 Hệ thống đo quang phổ kháng nhiệt cho đèn LED. Nó đáp ứng đầy đủ LM-80 tiêu chuẩn. Một cặp nhiệt điện cũng được kết nối, bám chặt vào bất kỳ vị trí nào trên bề mặt bóng đèn.

Bóng đèn LED dây tóc được đưa vào bộ điều nhiệt và sau đó có thể hiệu chỉnh đường cong điện áp-nhiệt độ khi nhiệt độ tăng từng bước, như thể hiện trong Hình 1. Đối với mỗi bước nhiệt độ Tn, điện áp tương ứng VFn được hiệu chỉnh cho đến khi nhiệt độ trong bình chứa tăng đến giá trị cài đặt và trong khi dây tóc LED đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt. Khoảng thời gian ổn định được đề xuất để được xác định tự động bởi LISUN TRS-1000. Dòng hiệu chuẩn IM được ổn định theo các thông số của đèn thử và giữ không đổi trong các Tn khác nhau. Do đó, đường cong VT có thể được điều chỉnh như trong Hình 2. Sau khi hiệu chuẩn, bóng đèn thử nghiệm được lấy ra khỏi thùng chứa và phục hồi về cấu trúc ban đầu với hai cặp dây dẫn được nối như đã đề cập ở trên. VF được ghi lại đều đặn từ khi đánh lửa đến trạng thái cân bằng, được sử dụng để rút ra đường cong tuần tự của Tj. Nên đặt đèn LED vào kính chắn gió hoặc trong môi trường không có đối lưu không khí.

Đường cong Tj của một ví dụ được minh họa trong Hình 3. Phép đo được tiến hành ở nhiệt độ môi trường 29 ℃ không có gió trong nhà. Sau khi bóng đèn được bật, Tj LED tăng lên và đạt ổn định ở 121.3 ℃ trong giai đoạn đầu tiên. Sau đó ở công đoạn thứ hai, bộ xả được làm hỏng thủ công để thực hiện sự trao đổi không khí giữa bóng đèn và khí quyển. Tj tăng dần cho đến khi cân bằng mới là 159.5 ℃. Nhiệt độ chuẩn được thử nghiệm bằng cặp nhiệt điện trên bề mặt bóng đèn được giữ ở 40.8 ℃ trong điều kiện hoạt động bình thường và tăng lên 46.3 ℃ ở trạng thái rò rỉ. Sự gia tăng lớn của Tj sau khi rò rỉ không khí thể hiện những tác động đáng kể của khí chứa đầy lên sự tản nhiệt. Và sự thay đổi của nhiệt độ bề mặt bóng đèn không liên quan đến Tj của dây tóc LED.
Đầu ra trình điều khiển cũng có ảnh hưởng trực tiếp đến Tj, như được hiển thị trong Hình 4. Ở nhiệt độ môi trường là 28.3 ℃, điện áp đầu vào của đèn dây tóc LED được điều chỉnh trong phạm vi 220 ± 10 ％ để mô phỏng dao động điện áp nguồn. Tj là 106.6 ℃, 121.7 ℃ và 137.9 ℃ riêng biệt ở điện áp 198 V, 220 V và 242 V.

Tài liệu tham khảo:
[1] Tiêu chuẩn JEDEC EIA / JESD51-1. Phương pháp đo nhiệt mạch tích hợp — Phương pháp thử điện (Thiết bị bán dẫn đơn) [S], 1995.
[2] Xi Y, Schubert E F. Phép đo nhiệt độ tiếp giáp trong điốt phát tia tử ngoại GaN sử dụng phương pháp điện áp thuận điốt [J]. Thư vật lý ứng dụng, 2004, 85 (12): 2163−2165.
[3] CALT 001-2014, Phương pháp đo nhiệt độ tiếp giáp cho đèn LED trong đèn điện [S].
[4] Chen XY, Zhang XG, Yang YL, et al. Đo nhiệt độ mối nối với phương pháp điện áp thuận cho đèn điện LED [C] // Kỷ yếu 2015 Diễn đàn chiếu sáng LED Trung Quốc. Thượng Hải, 2015. 238−241

Tags:T5