本發(fā)明涉及交流發(fā)光二極管(AC-LED)熱阻和結(jié)溫測試方法，尤其是涉及利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的方法及裝置。

背景技術(shù)：

LED作為第四代綠色光源，具有諸多優(yōu)點，如可靠性高、壽命長、環(huán)保節(jié)能、體積小等。LED如今在諸多領(lǐng)域如顯示、裝飾、照明等應(yīng)用廣泛。交流發(fā)光二極管(AC-LED)無須經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換，可以直接在220V(或110V)交流電使用。AC-LED在照明產(chǎn)品上的應(yīng)用,比傳統(tǒng)LED和一般燈泡都更加節(jié)能,而且在使用上也更為便利。然而AC-LED的散熱是一個突出的問題，如何保持AC-LED結(jié)溫在一個允許的范圍內(nèi)，保持AC-LED良好的光效和穩(wěn)定的壽命，一直是急需解決的問題。

目前對結(jié)溫的測試沒有統(tǒng)一的標準，現(xiàn)有文獻提出了多種結(jié)溫測量方法，如正向電壓法、管腳法、紅外熱像法、脈沖電流法等[Han-Youl Ryu,Kyoung-Ho Ha,et.al.Measurement of junction temperature in GaN-based laser diodes using voltage-temperature characteristics[J].Appl.Phys.Lett.,2005,87:093506.],[H.Ishikawa,T.Fujiwara,K.Fukiwara,et.al.Accelerated aging test of Ga_l-xAl_xAs DH lasers[J].APP.Phys.Lett.,1999,50:2518.][溫懷疆,牟同升,脈沖法測量LED結(jié)溫、熱容的研究,光電工程,2010,7,53-59.]。其中紅外熱像法測量結(jié)溫是比較方便的一個方法，但較易受到封裝結(jié)構(gòu)的影響，測量的誤差比較大，響應(yīng)速度相對電學法較慢，且器件必須處于未開封的狀態(tài)。正向電壓法是目前運用比較普遍的一種測量結(jié)溫的方法，正向電壓法具有非破壞性等優(yōu)點。但是由于結(jié)溫是在小電流狀態(tài)下測量的，測量時需從大電流的加熱狀態(tài)迅速切換到小電流的測試狀態(tài)，對設(shè)備響應(yīng)速度要求較高，影響了測試精度。

以上方法主要針對直流LED，對AC-LED基本不適用，目前對AC-LED的結(jié)溫研究還比較欠缺，有基于峰值波長測結(jié)溫[基于峰值波長交流發(fā)光二極管結(jié)溫檢測方法，中國發(fā)明專利，專利號：ZL201310091219.2]，但對不同材料的AC-LED，其峰值波長位移不一定是線性的，該方法并不具備通用性。有利用脈沖電流法測結(jié)溫[一種測量交流AC-LED結(jié)溫的測試系統(tǒng)及測試方法，發(fā)明專利，公布號：CN103424678A],但此方法在交流波形中加入單脈沖信號，不僅干擾了正常的工作狀態(tài)，而且單脈沖信號易受交流工作時產(chǎn)生的熱量影響，影響了測試的準確度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的裝置。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的方法。

所述利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的裝置設(shè)有信號發(fā)生器、電壓/電流放大器、示波器、控溫臺、電流/電壓探頭、積分球、光譜儀；

所述信號發(fā)生器的輸出端接電壓/電流放大器的輸入端，電壓/電流放大器的輸出端接待測AC-LED，待測AC-LED固定在控溫臺上，電流/電壓探頭接控溫臺，電流/電壓探頭的信號輸出端接示波器，積分球與待測AC-LED連接，積分球的光功率輸出端接光譜儀。

所述利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的方法，包括以下步驟：

1)對待測AC-LED施加正負窄脈沖，調(diào)整熱沉溫度，熱沉溫度即為AC-LED結(jié)溫，測出對應(yīng)結(jié)溫下AC-LED的電流或電壓幅值，得到結(jié)溫和電流或電壓的關(guān)系，并擬合出線性公式；

2)換成與脈沖相同幅值和相同頻率的方波信號，測量出此時的熱沉溫度T_H和電流I或電壓V幅值，電功率P_e＝IV，通過步驟1)得到的線性公式得出對應(yīng)相同電流或電壓脈沖驅(qū)動時的結(jié)溫T_J，并計算結(jié)與熱沉的溫差，用積分球和光譜儀測量該方波下的光功率P_o，代入熱阻公式計算出熱阻

3)測量工作于交流電時AC-LED的光功率P_o、電功率P_e(P_e＝IVcosΦ)，計算出該工作狀態(tài)下的結(jié)溫T_J＝T_H+R_th(Pe-Po)。

在步驟1)中，所述正負窄脈沖可為電壓或電流脈沖，幅值為對應(yīng)正常在交流電工作下的有效值；所述測出對應(yīng)結(jié)溫下AC-LED的電流或電壓幅值，電壓脈沖下測電流幅值，電流脈沖下測電壓幅值。

本發(fā)明采用交流脈沖測AC-LED結(jié)溫是利用正負窄脈沖對結(jié)溫幾乎不影響，對比相同幅值的方波信號，調(diào)整熱沉溫度使兩者幅值相等，從而確定熱沉與PN結(jié)溫差及熱阻。在實際交流信號下工作的AC-LED結(jié)溫可方便地通過熱阻公式得到。

本發(fā)明的主要優(yōu)點如下：

1)窄脈沖下加熱效應(yīng)小，結(jié)溫與電流/電壓幅值有良好的線性關(guān)系,能快速確定窄脈沖與方波下相同電流/電壓幅值時的結(jié)溫大小。

2)通過正負周期各加一個脈沖使得AC-LED全周期發(fā)光，在同等條件下與方波信號作用時的電流/電壓幅值比較。熱阻計算更為可靠。

3)熱阻與結(jié)溫測試分開，較為穩(wěn)定的狀態(tài)下測試的熱阻避免了信號波動的影響，精度更高，更可靠。根據(jù)熱阻計算實際工作狀態(tài)下的結(jié)溫響應(yīng)速度快。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的方法流程圖。

圖2為本發(fā)明所述利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的裝置實施例的結(jié)構(gòu)組成框圖。

圖3為本發(fā)明實施例AC-LED結(jié)溫-電流幅值關(guān)系曲線。

具體實施方式

以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

本發(fā)明提供了一種交流脈沖的方法測量AC-LED熱阻和結(jié)溫，交流脈沖信號如圖1所示(以電壓脈沖為例)，正負周期都分別都加一個脈沖是為了讓AC-LED全周期發(fā)光。

所述利用交流脈沖測量AC-LED熱阻和結(jié)溫的裝置設(shè)有信號發(fā)生器1、電壓/電流放大器2、示波器4、控溫臺5、電流/電壓探頭6，積分球7，光譜儀8；

所述信號發(fā)生器1的輸出端接電壓/電流放大器2的輸入端，電壓/電流放大器2的輸出端接待測AC-LED 3，待測AC-LED 3固定在控溫臺5上，電流/電壓探頭6接控溫臺5，電流/電壓探頭6的信號輸出端接示波器4，積分球7與待測AC-LED 3連接，積分球7的光功率輸出端接光譜儀8。

本發(fā)明為了得到最佳實驗結(jié)果，盡可能選擇脈寬較小的脈沖，此處以一工作電壓為100V的AC-LED裸片樣品，施加脈寬為12μs的脈沖(實驗發(fā)現(xiàn)，脈寬在200μs以內(nèi)均可得到較為一致的實驗結(jié)果)。為了驗證本發(fā)明的可行性，用熱電偶直接測試比對。

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進行詳細的說明(參見圖2)：

1)將AC-LED樣品3固定于控溫臺5，用幅值為100V、脈寬為12μs的50Hz交流脈沖電壓點亮樣品，在30～95℃范圍內(nèi)調(diào)整熱沉溫度，分別記錄不同溫度下對應(yīng)AC-LED的電流幅值。在本實施例中記錄了熱沉溫度在29.6、34.4、43.5、53.3、61.1、71、76.5、92.7℃時AC-LED的電流幅值(見表1)。

表1

2)擬合脈沖電流幅值與結(jié)溫線性關(guān)系式(見圖3)：T_J＝4.2881I-15.028。

3)在相應(yīng)熱沉溫度T_H下(29.6℃)，以相同幅值(100V)，相同頻率(50Hz)的方波驅(qū)動AC-LED，記錄下此時的電流幅值大小I_s，電功率Pe＝I_sV。用積分球7和光譜儀8測量該方波下的光功率Po。

4)根據(jù)步驟2)得到的關(guān)系式，由電流幅值I_s計算該條件下的結(jié)溫T_J。則結(jié)與熱沉溫差ΔT＝T_J-T_H。

5)根據(jù)熱阻公式計算出熱阻R_th＝24.9℃/W。

6)以50Hz正弦交流信號驅(qū)動樣品(熱沉溫度設(shè)置為29.6℃)，通過熱阻可推算出交流信號驅(qū)動下的結(jié)溫，并與熱電偶直接測試的結(jié)果相比較(結(jié)果見表2)。

表2

結(jié)果表明，二者測試結(jié)果相對誤差在1.2％之內(nèi)，本發(fā)明得到的結(jié)溫結(jié)果可靠。