【正文】 溫度等因素的變化，否則 LED的光輸出將隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素的變化而變化。 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。在環(huán)境溫度升高時(shí)， FU 將下降。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(shí)測(cè)得的。 正向工作區(qū)：工作電流 IF 與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系： ? ?1/ ?? KTqUSF FeII (31) 式中 SI 為反向飽和電流。 圖 IU 特性曲線 第 10 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 正向死區(qū)： a 點(diǎn)電壓值 U0 為開啟電壓，當(dāng) UU。 電學(xué)特性 1． IU 特性是表征 LED 芯片 PN 結(jié)性能的主要參數(shù)。 6．截止時(shí)間 t CT。 5．導(dǎo)通時(shí)間 tON。實(shí)際上它是 PN 結(jié)電容與管殼、引腳電容之和。反向漏電流是處于反偏置時(shí)的漏電流。 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。一般指在一定的正向工作電流條件下的正向壓降。正常的 IF 一般不超過(guò) IFM的 60％。由于正向工作電壓的變化不大，所以正向工作電流變化時(shí)，一方面會(huì)引起耗散功率的變化，另一方面會(huì)引起我們最關(guān)心的發(fā)光強(qiáng)度的變化。同時(shí)因?yàn)楣饩€經(jīng)過(guò)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(gè)光強(qiáng)衰減器，輸出強(qiáng)度與輸入強(qiáng)度比大約約為：光輸出孔面積 /積分球內(nèi)部的表面積。 積分球的基本工作原理：光線由輸入孔入射后，光線在球內(nèi)部被均勻的反射及漫射，在球面上形成均勻的光強(qiáng)分布，因此輸出孔所得到的光線為非常均勻的漫射光束。變角光度計(jì)法是測(cè)試光通量最精確地的方法，但是由于其耗時(shí)較長(zhǎng)，所以一般采用積分球法測(cè)試光通量，如圖 所示。系數(shù) K可以通過(guò)測(cè)量?jī)山M不同的參考溫度和電壓得到 K = (V1 V0 ) / ( T1 T0 ) ,也可以通過(guò)測(cè)量多組參考溫度和電壓作線性擬合得到。 Tj 和 Vt 分別是穩(wěn)定時(shí)的電壓。 在恒定電流 ( 20 mA ) 改變環(huán)境溫度 ( 35 ～ 100 ℃ ) 測(cè)量的情況下 ,可以測(cè)得初始電壓與初始結(jié)溫符合很強(qiáng)的線性關(guān)系。另一只萬(wàn)用表 ( 6 )( VC 9802 A ) 用來(lái)測(cè)量 LED 的正向電壓。熱電阻被焊接在 LED 的陽(yáng)極管腳上 , 它的電阻值由萬(wàn)用 ( 4 ) ( VC 9802 A )來(lái)測(cè)量。恒溫箱 ( 1 ) ( WG 243 型電熱鼓風(fēng)干燥箱 )被用來(lái)控制 LED 的環(huán)境溫度 ,誤差小于 1 ℃。因此 , 我們假定其熱阻為 100 ℃ /W。 在計(jì)算中 , 我們定義熱阻為 5塊 LED 芯片平均溫度的平均值。因此 , 我們證實(shí)用兩種方法測(cè)得的數(shù)據(jù)可靠、準(zhǔn)確。其數(shù)值與由常規(guī)測(cè)量方法獲得的數(shù)值相同。這說(shuō)明 Tj 的測(cè)量與 是否去除了硅樹脂無(wú)關(guān)。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。因此我們用平均值作為最終測(cè)量結(jié)果。再對(duì)連接在一起的 5 個(gè)芯片逐一進(jìn)行測(cè)量。 可 以對(duì)結(jié) 溫 Tj 進(jìn)行了常規(guī)測(cè)量。熱沉通過(guò) Peltier 設(shè)備來(lái)控制溫度。電路板的形成特別設(shè)計(jì)成開放式的 , 因此其外殼直接用銅和焊料焊 接。一種是常見的電壓梯度法 , 另一種是利用熱像儀。且結(jié)溫 Tj 通過(guò) Rθ (在 pn結(jié)與銅板之間 ) 進(jìn)行計(jì)算。 第 5 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 3 單元模塊設(shè)計(jì) 熱阻 ( Rθ ) 的測(cè)量 本實(shí)驗(yàn)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。 能夠在本次設(shè)計(jì)所給時(shí)間中，較為準(zhǔn)確的得到試驗(yàn)的結(jié) 果。 方案二中 在加大應(yīng)力（電功率或溫度）下進(jìn)行試驗(yàn)，這里要討論的是采用溫度應(yīng)力的辦法，測(cè)量計(jì)算出來(lái)的壽命是 LED 平均壽命，即失效前的平均工作時(shí)間 。主要是引用“亞瑪卡西”（ yamakoshi）的發(fā)光管光功率緩慢退化公式，通過(guò)退化系數(shù)得到不同加速應(yīng)力溫度下 LED 的壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再用“阿倫尼斯”（ Arrhenius）方程的數(shù)值解析法得到正常應(yīng)力（室溫）下的 LED 的平均壽命，簡(jiǎn)稱“退化系數(shù)解析法” ,該方法采用三個(gè)不同應(yīng)力溫度即 165℃、 175℃和 185℃下， 測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算出室溫下平均壽命的一致性。 方案二：加速（短期）壽命測(cè)試 方案二敘述：電 子器件加速壽命試驗(yàn)可以在加大應(yīng)力（電功率或溫度）下進(jìn)行試驗(yàn)，這里要討論的是采用溫度應(yīng)力的辦法，測(cè)量計(jì)算出來(lái)的壽命是 LED 平均壽命，即失效前的平均工作時(shí)間。之后加額定電流 3000 小時(shí)，測(cè)量光通量（或光功率）衰減要小于 4%,再加電流 3000小時(shí)，光通量衰減要小于 8%,再通電 4000 小時(shí)，共 1 萬(wàn)小時(shí)，測(cè)得光通量衰減要小 于14%,即光通量達(dá)到初始值的 86%以上。從目前的制造技術(shù)來(lái)看，要做到燈具整體達(dá)到 50 000 h 的壽命是很困難的。 LED燈的使用壽命還取決于每天工作多少小時(shí)如圖表 所示。一般情況下， LED光源的使用壽命是 50 000 h 或者更長(zhǎng)。 不管如何測(cè)量，半導(dǎo)體照明光源的壽命通常是比較長(zhǎng)的，這對(duì) LED 產(chǎn)品應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)很有意義的因素。 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(dòng)下的壽命為 10 萬(wàn)小時(shí)，也就是說(shuō) 10 萬(wàn)小時(shí)后，其光通量還保持在原來(lái)的一半。 LED 芯片對(duì)溫度異常敏感，這也是半導(dǎo)體的共性。直接影響 LED 壽命的關(guān)鍵因素有兩個(gè)：一是驅(qū)動(dòng)電流的變化 —— 達(dá)到某個(gè)閾值以后，啟動(dòng) 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。由此可見， LED 主要靠載流子的不斷移動(dòng)而發(fā)光的，不存在老化和燒斷的現(xiàn)象，其特殊的發(fā)光機(jī)理決定了它的發(fā)光壽命長(zhǎng)達(dá) 5 10 萬(wàn)個(gè)小時(shí)。采用科學(xué)的試驗(yàn)線路和連接方式，使壽命試驗(yàn)臺(tái)不但操作簡(jiǎn)便、安全，而且試驗(yàn)容量大。 隨著 LED 生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，產(chǎn)品的壽命和可靠性大為改觀， LED 的理論壽命為10 萬(wàn)小時(shí)，如果仍采用常規(guī)的正常額定應(yīng)力下的壽命試驗(yàn)，很難對(duì)產(chǎn)品的壽命和可靠性做出較為客觀的評(píng)價(jià)，而我們?cè)囼?yàn)的主要目的是，通過(guò)壽命試驗(yàn)掌握 LED 芯片光輸出衰減狀況，進(jìn)而推斷其壽命。要想獲得高光通量就需要有高密度基底和大的工作電流。隨著其光效和總光通量的進(jìn)一步改善， LED 開始被應(yīng)用于日常照明領(lǐng)域。最早 LED 只是被用來(lái)替換小型白熾燈充當(dāng)指示器。 LED 具有高可靠性和長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中，需要通過(guò)壽命試驗(yàn)對(duì) LED 芯片的可靠性水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)質(zhì)量反饋來(lái)提高 LED芯片的可靠性水平，以保證 LED 芯片質(zhì)量，為此我司在實(shí)現(xiàn)全色系 LED產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，開發(fā)了 LED 芯片壽命試驗(yàn)的條件、方法、手段和裝置等，以提高壽命試驗(yàn)的科學(xué)性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。 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(zhǎng)久以來(lái)，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(jì)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(kuò)展到信號(hào)燈、城市夜景工程、全彩屏等，提供了作為照明光源的可能性。在 1996 年，開發(fā)出了采用藍(lán)光 LED 與黃色熒光粉相結(jié)合發(fā)出白光的 LED 產(chǎn)品并將其商業(yè)化 [1]。 第 1 頁(yè) 西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院 智能化電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 報(bào)告 目錄 1 前言（緒論） ...........................................2 2 總體方案設(shè)計(jì) ...........................................3 方案比較 4 方案一：長(zhǎng)期壽命測(cè)試 ................................................................................... 4 方案二：加速（短期）壽命測(cè)試 ................................................................... 4 方案論證 4 3 單元模塊設(shè)計(jì) ...........................................5 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 5 熱阻 ( Rθ ) 的測(cè)量 ..................................................................................... 5 結(jié)溫測(cè)量 ......................................................................................................... 5 光通量的測(cè)量 .................................................................................................. 7 串口電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................. 7 溫度控制和報(bào)警電路設(shè)計(jì) ............................................................................ 8 過(guò)零觸發(fā)電路設(shè)計(jì) ....................................................................................... 8 電路參數(shù)的計(jì)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(jì) ..............................................17 PROTEL99 SE 簡(jiǎn)介 17 軟件設(shè)計(jì)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(biāo)參數(shù) .....................................19 說(shuō)明系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能 19 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試及測(cè)試方 法說(shuō)明 19 失效時(shí)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(huì) ............................................23 9 參考文獻(xiàn) .....