【正文】 ：加速（短期）壽命測試 ................................................................... 4 方案論證 4 3 單元模塊設(shè)計 ...........................................5 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計 5 熱阻 ( Rθ ) 的測量 ..................................................................................... 5 結(jié)溫測量 ......................................................................................................... 5 光通量的測量 .................................................................................................. 7 串口電路的設(shè)計 ............................................................................................. 7 溫度控制和報警電路設(shè)計 ............................................................................ 8 過零觸發(fā)電路設(shè)計 ....................................................................................... 8 電路參數(shù)的計算及元器件 9 LED 燈常用電路參數(shù) .................................................................................... 9 電學(xué)特性 ......................................................................................................... 9 特殊器件的介紹 12 ADM3251E ........................................................................................................ 12 ADUC848 ........................................................................................................ 13 555 芯片 ....................................................................................................... 14 各單元模塊的聯(lián)接 16 4 軟件設(shè)計 ..............................................17 PROTEL99 SE 簡介 17 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)及功能 17 5 系統(tǒng)調(diào)試 ..............................................18 6 系統(tǒng)功能及指標參數(shù) .....................................19 說明系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能 19 系統(tǒng)指標參數(shù)測試及測試方 法說明 19 失效時間和失效數(shù)的確定 .......................................................................... 19 數(shù)據(jù)處理方法 ................................................................................................ 21 21 7 結(jié)論 .................................................22 8 總結(jié)與體會 ............................................23 9 參考文獻 ..............................................24 附錄 1：相關(guān)設(shè)計圖 ........................................25 附錄 2：元器件清單表 ......................................26 附錄 3：相關(guān)設(shè)計軟件 ......................................27 第 2 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 1 前言（緒論） 1986 年，在藍寶石基底上沉 積高品質(zhì) GaN 晶體獲得成功，并且在 1993 年開發(fā)出了高亮度藍光發(fā)光二極管 ( LEDs) 。 作為電子元器件，發(fā)光二極管（ Light Emitting DiodeLED）已出現(xiàn) 40 多年，但長久以來，受到發(fā)光效率和亮度的限制，僅為指示燈所采用，直到上世紀末突破了技術(shù)瓶頸，生產(chǎn)出高亮度高效率的 LED 和蘭光 LED，使其應(yīng)用范圍擴展到信號燈、城市夜景工程、全彩屏等，提供了作為照明光源的可能性。最早 LED 只是被用來替換小型白熾燈充當(dāng)指示器。要想獲得高光通量就需要有高密度基底和大的工作電流。采用科學(xué)的試驗線路和連接方式，使壽命試驗臺不但操作簡便、安全，而且試驗容量大。直接影響 LED 壽命的關(guān)鍵因素有兩個：一是驅(qū)動電流的變化 —— 達到某個閾值以后，啟動 LED 的電流越高，發(fā)光發(fā)熱就越多；二是工作環(huán)境溫度 —— 溫度越高，出光就越少。 50%就是 LED 的半衰期，例如，φ 5LED 在室溫情況下，在 20 mA 電流驅(qū)動下的壽命為 10 萬小時，也就是說 10 萬小時后，其光通量還保持在原來的一半。一般情況下， LED光源的使用壽命是 50 000 h 或者更長。從目前的制造技術(shù)來看，要做到燈具整體達到 50 000 h 的壽命是很困難的。 方案二：加速（短期）壽命測試 方案二敘述：電 子器件加速壽命試驗可以在加大應(yīng)力（電功率或溫度）下進行試驗，這里要討論的是采用溫度應(yīng)力的辦法，測量計算出來的壽命是 LED 平均壽命，即失效前的平均工作時間。 方案二中 在加大應(yīng)力（電功率或溫度）下進行試驗，這里要討論的是采用溫度應(yīng)力的辦法，測量計算出來的壽命是 LED 平均壽命，即失效前的平均工作時間 。 第 5 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 3 單元模塊設(shè)計 熱阻 ( Rθ ) 的測量 本實驗的目的在于得知工作條件與設(shè)備使用壽命之間的關(guān)系。一種是常見的電壓梯度法 , 另一種是利用熱像儀。熱沉通過 Peltier 設(shè)備來控制溫度。再對連接在一起的 5 個芯片逐一進行測量。因此 , 原則上我們必須關(guān)注 Tj 在去除硅樹脂后可能出現(xiàn)的變化。其數(shù)值與由常規(guī)測量方法獲得的數(shù)值相同。 在計算中 , 我們定義熱阻為 5塊 LED 芯片平均溫度的平均值。恒溫箱 ( 1 ) ( WG 243 型電熱鼓風(fēng)干燥箱 )被用來控制 LED 的環(huán)境溫度 ,誤差小于 1 ℃。另一只萬用表 ( 6 )( VC 9802 A ) 用來測量 LED 的正向電壓。 Tj 和 Vt 分別是穩(wěn)定時的電壓。變角光度計法是測試光通量最精確地的方法，但是由于其耗時較長，所以一般采用積分球法測試光通量，如圖 所示。同時因為光線經(jīng)過積分球內(nèi)部的均勻分布后才射出，因此積分球也可當(dāng)作一個光強衰減器，輸出強度與輸入強度比大約約為：光輸出孔面積 /積分球內(nèi)部的表面積。正常的 IF 一般不超過 IFM的 60％。 UF值視 LED所用半導(dǎo)體材料的不同而不同，一般在 1． 43V 之間。實際上它是 PN 結(jié)電容與管殼、引腳電容之和。 6．截止時間 t CT。 圖 IU 特性曲線 第 10 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 正向死區(qū)： a 點電壓值 U0 為開啟電壓，當(dāng) UU。正向工作電壓 FU 是在給定正向電 流下得到的，一般是在 FI =20mA 時測得的。 LED的伏安特性與一般二 極管基本相似，只是開始導(dǎo)通的正向電壓比較大，在 — 之間，視不同的半導(dǎo)體材料而定，如圖 所示。 反向死區(qū)： U0時， PN結(jié)加反向偏壓； U=UR 時，反向漏電流為 IR， U=5V 時，GaP 為 0V， GaN 為 10A? 。 2． CU特性 ,LED的芯片有 9mil 9mil(228? m 228? m)、 10mil 10mil(254? m 254? m)、 11mil 1lmil(280? m 280? m)、 12mil 12 mil (300? m 300? m)幾種規(guī)格，故 PN 結(jié)的面積大小不一，使其結(jié)電容 (零偏壓 )C≈ n+pF。當(dāng) LED 工作時，若外加偏壓、偏流一定，則會促使 PN結(jié)內(nèi)的部分載流子復(fù)合發(fā)光，還有一部分變?yōu)闊崮?，使結(jié)溫升高。 LED 第 12 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 的上升時間隨著電流的增大近似地按指數(shù)規(guī)律衰減。只是在反向特性測試時，應(yīng)該特別注意，反向電壓不允許加大到擊穿值。 Rin 和 Tout 引腳帶有177。由于磁隔離在設(shè)計上取消了光電耦合器中影響效率的 光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此它的功耗僅為光電耦合器的1/61/10，具有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時序精度和瞬態(tài)共模抑制能力。ADM3251E 引腳圖如下。同時可提供 62k 字節(jié)的閃速 /電擦除程序存儲器， 4k 字節(jié)閃速 /電擦除數(shù)據(jù)存儲器和 2304 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM。該 MCU 在保持與 8051 指令系統(tǒng)兼容的同時，具有 的性能。該芯片具有 52引腳塑料四方扁平封裝（ MQFP）和 56引腳芯片級封裝（ CSP）。它由三個阻值為 5k?的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器 C1和 C基本 RS觸發(fā)器、放電晶體管 T、與非門和反相器組成。當(dāng) DR? =0 時，基本 RS 觸發(fā)器被置 0，晶體管 T 導(dǎo)通，輸出端 u0為低電平。 第 15 頁 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計 報告 圖 555 時基電路引腳 555定時器產(chǎn)品有 TTL 型和 CMOS型兩類。特點： 555定時器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。 Protel99 SE共分 5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、 PCB設(shè)計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、 PLD設(shè)計。 Protel 99 設(shè)計平臺軟硬件配置要求： ntium II 233MHZ 內(nèi)存－ 32M硬盤－300M顯示器－ SVGA， 15〃顯示分辯率－ 800 600。 及功能 并聯(lián)連接形式：即將多個 LED 的正極與正極、負極與負極并聯(lián)連接，其特點是每個 LED 的工作電壓一樣，總電流為 ΣIFn ，為了實現(xiàn)每個 LED 的工作電流 If 一致，要求每個 LED 的正向電 壓也要一致。我們認為壽命試驗的 LED，以恒流驅(qū)動和串聯(lián)連接的工作方式為佳。 在硬件調(diào)試方面， ADuC848 可通過一個片內(nèi)鎖存環(huán) PLL 產(chǎn)生一個 的高頻時鐘，以使之運行于 32kHz 外部晶振。該芯片的兩個獨立的 ADC（主 ADC 和輔助 ADC）由一個輸入多路復(fù)用器，一個溫度傳感器和一個可直接測量低幅度信號的可編程增益放大器 PGA組成。