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28 Oct, 2020 1141 Vues Auteur : LISUN

Mesure de la température de jonction pour les lampes à incandescence LED

Abstrait
L'amélioration et la diffusion des lampes à filaments LED nécessitent des méthodes et des instruments fiables et précis pour la mesure de la température de jonction. Sur la base des méthodes de tension directe, le processus de mesure et l'équipement des lampes à filaments LED sont introduits. Et la dépendance de la température de jonction sur divers facteurs est discutée.

Générale
Bien que la technologie des lampes à incandescence LED soit arrivée à maturité pour des applications ces dernières années, elle rencontre encore des difficultés de gestion thermique qui entraîneront une dégradation rapide de la lumière et une faible puissance de la lampe, et limiteront l'exploration des applications et l'expansion du marché.

La température de jonction Tj des LED est la clé pour déterminer les performances du luminaire en particulier le maintien et la durée de vie lumineux. Les méthodes et instruments fiables et précis de mesure Tj sont nécessaires pour les lampes à incandescence LED, non seulement pour évaluer objectivement la rationalité de la conception thermique, mais aussi pour améliorer la conception du système et fabriquer des techniques dans un souci de productivité accrue ainsi que de durée de vie nominale prolongée. .

Les filaments de LED sont scellés dans l'ampoule en verre remplie de gaz, ne laissant que deux fils de polarité à l'extérieur pour se connecter au pilote. Comme il est difficile d'injecter des thermocouples dans l'ampoule scellée ou de faire en sorte que la lumière infrarouge transmette le verre, les méthodes de température et de thermographie de la broche ne peuvent pas être appliquées aux lampes à incandescence. La méthode de tension directe est le bon choix.

Méthode de tension directe pour la mesure de la température de jonction
La méthode de tension utilisée pour la mesure Tj des semi-conducteurs a été publiée par le Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC). Le Tj est dérivé de la tension transitoire directe des LED au certain courant de test lors du fonctionnement, sur la base de la caractéristique de température de la jonction PN.

À courant constant, la tension de jonction conserve la relation linéaire approximative avec la température pour la plupart des semi-conducteurs, ce qui signifie que la tension diminue de manière monochromatique avec l'augmentation de la température. Pour cette raison, la tension de jonction VF est d'abord testée sous de multiples températures de réglage au petit courant d'étalonnage IM, de manière à calculer le coefficient K qui représente la relation entre tension et température en unité [mV /]. Pendant l'étalonnage, la LED testée est placée dans le récipient du thermostat pour maintenir une température constante. Ensuite, la LED est alimentée au courant nominal IF pour maintenir un fonctionnement stable. La commutation rapide est conduite du courant nominal IF à la valeur d'étalonnage IM, et la tension transitoire VF est mesurée à l'état d'équilibre thermique. Par conséquent, le Tj de la LED peut être dérivé par la courbe tension-température par programme PC.

Étant donné que le luminaire LED est l'intégration du système comprenant des semi-conducteurs, des composants mécaniques, des éléments optiques ainsi que des pilotes, les caractères thermiques de chaque pièce peuvent avoir une influence sur les performances globales du produit. Surtout pour les luminaires intégraux, la conception compacte entraîne des interactions thermiques entre la LED et le conducteur en fonction de la conception thermique et de la forme d'installation. Par conséquent, le Tj du luminaire LED doit être évalué par l'ensemble du système au lieu des simples puces LED.

Le filament est composé de plusieurs puces LED en série, connectées les unes aux autres en série ou en parallèle. Tous les filaments sont scellés dans l'ampoule de la lampe, de sorte qu'ils doivent être mesurés dans leur ensemble. Pour le produit standard, l'ampoule LED et le driver doivent être séparés, laissant deux couples de cordons de polarité pour se connecter à LISUN Système spectroradiométrique à résistance thermique TRS-1000 pour LED. Il répond pleinement à la norme LM-80. Un thermocouple est également connecté, adhérant à n'importe quelle position sur la surface de l'ampoule.

L'ampoule LED à filament est placée dans le récipient du thermostat, puis la courbe tension-température peut être étalonnée lorsque la température augmente pas à pas, comme le montre la figure 1.Pour chaque étape de température Tn, la tension correspondante VFn est étalonnée jusqu'à ce que la température en le conteneur monte à la valeur de réglage et pendant ce temps le filament LED atteint l'équilibre thermique. Il est suggéré que la période stable soit déterminée automatiquement par LISUN TRS-1000. Le courant d'étalonnage IM est établi en fonction des paramètres de la lampe de test et reste constant pour différentes Tn. Par conséquent, la courbe VT peut être ajustée, comme illustré sur la figure 2. Après l'étalonnage, l'ampoule de test a été retirée du conteneur et récupérée dans la structure d'origine avec deux couples de fils connectés comme mentionné ci-dessus. La VF est enregistrée à intervalles réguliers de l'allumage à l'équilibre, qui est utilisée pour dériver la courbe séquentielle du Tj. Le luminaire LED doit être maintenu dans le pare-brise ou dans l'environnement sans convection d'air.

La courbe Tj d'un exemple est illustrée à la figure 3. La mesure a été réalisée à une température ambiante de 29 ℃ sans vent à l'intérieur. Une fois l'ampoule allumée, la LED Tj a augmenté et est devenue stable à 121.3 ℃ au cours de la première étape. Puis à la deuxième étape, l'échappement a été endommagé manuellement pour effectuer l'échange d'air entre l'ampoule et l'atmosphère. Le Tj a augmenté progressivement jusqu'au nouvel équilibre à 159.5 ℃. La température de référence testée par thermocouple sur la surface de l'ampoule a été maintenue à 40.8 ℃ en fonctionnement normal, et élevée à 46.3 ℃ en état de fuite. La forte augmentation de Tj après une fuite d'air représente les effets significatifs des gaz chargés sur la dissipation thermique. Et le changement de température de surface de l'ampoule n'a aucun rapport avec le Tj des filaments LED.
La sortie du pilote a également un effet direct sur le Tj, comme illustré à la figure 4. À une température ambiante de 28.3 ℃, la tension d'entrée de la lampe à incandescence LED a été ajustée dans la plage de 220 ± 10 % pour simuler la fluctuation de la tension secteur. Les Tj sont 106.6 ℃, 121.7 ℃ et 137.9 ℃ séparément à une tension de 198 V, 220 V et 242 V.

Une référence:
[1] Norme JEDEC EIA / JESD51-1. Méthode de mesure thermique des circuits intégrés - Méthode d'essai électrique (dispositif à un seul semi-conducteur) [S], 1995.
[2] Xi Y, Schubert E F. Mesure de la température de jonction dans des diodes électroluminescentes ultraviolettes GaN en utilisant la méthode de tension directe de diode [J]. Applied Physics Letters, 2004, 85 (12): 2163-2165.
[3] CALT 001-2014, Méthode de mesure de la température de jonction pour LED dans le luminaire [S].
[4] Chen XY, Zhang XG, Yang YL et al. Mesure de la température de jonction avec la méthode de tension directe pour luminaire LED [C] // Le compte rendu du Forum chinois de l'éclairage LED 2015. Shanghai, 2015. 238−241

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