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LED灯丝灯泡的结温测量

放大字体  缩小字体 照明中国网   发布日期:2015-07-06  来源:《照明》  作者:汪钢 赵正之  
  用LED灯丝做成的普泡形灯泡,不需加透镜既能实现360度全角度的光源,使人回归传统的白炽灯的感觉。LED灯丝灯具有多项应用优势,在市场上刮起了一股不小的旋风,正快速地被用户所接受。LED灯丝灯把传统钨丝球泡灯制造技术与LED新兴技术相结合,使用玻璃泡充气技术,把LED灯丝密闭在玻璃球泡内,并在内填充混合气体,使其起到散热作用,以达到降低LED结温,减少光衰,延长寿命的目的。
 
  工作状态下LED 灯丝的结温是影响各项性能指标的主要因素,这也是严重影响LED光衰和使用寿命的关键因素,而这些参数对普通照明而言都是极其重要的照明质量评价指标,这已经是在照明业界达成的共识。
 
  LED灯丝灯把LED灯丝密闭在充有混合气体的玻璃球泡内,仅有正负极两根导线引出密封玻壳外与驱动电源相连,用什么方法测试LED灯丝灯结温?测量常用有管脚测温法、红外成像法、电压法等。显然管脚法因为无法把热电偶粘接到密闭的玻璃球泡内的LED灯丝上而不能测温;红外成像法因无法透过玻璃外壳探测到LED灯丝表面的温度也不能使用;而电压法则可以解决测试的难题。最近笔者用以电压法为测试原理的LEDT-300B型整灯热管理系统,对某公司制造的一款LED灯丝灯泡进行了测量分析,得到多项有趣的数据,与大家分享。见下图:
13-001
图1
 
  测试原理:电压法,先对样品LED灯丝做K线定标,获取温度T与灯丝Vf值的对应关系;然后使用自带驱动器点亮被测样品灯为加热源,点亮灯泡后,实时连续测得结温相对时间的变化值,在计算机界面上用连续曲线绘制,同时绘制粘接在玻壳上一热电偶的参考点温度和环境温度曲线。
 
  从上图中我们看到灯泡点亮后(第一时段)灯泡内LED结温逐步升高,到达平稳时温度读数为122℃。我们把试验继续进行下去,此时人为地破坏封泡口,把在壳内混合气体放掉,内部回到大气压,图中可以看到结温曲线开始上升(第二时段),逐渐达到新的稳定平台,这时结温达到160℃,结温显然过高。从上图中可以看到,在整个实验过程中环境温度基本在26℃上下,而玻壳表面参考点温度在两种试验状态下基本保持在40℃左右。
 
  从这个实验中我们可以看到以下几方面的现象:
 
  1,在环境温度为26℃时,正常点亮后的结温为122℃,当环境温度上升到40℃甚至更高时,结温就可能高达140℃以上,这样的结温是高还是低?对光衰——寿命有什么样的影响?我们认为这可能取决于以下几方面,既LED灯丝所设计的产品允许结温;光衰——寿命试验(即寿试)所取得的数据。
 
  2,第二时段,抽(充)气管被破坏,壳内的混合气体被空气取代之后,结温上升到160℃,相对于第一时段,温度上升将近40℃,而此时玻壳表面参考点温度与第一阶段状态基本保持不变。
 
  数据证明在玻壳内充入一定压力的混合气体,利用气体分子形成LED灯丝与玻璃壳间热交换,其降低结温效果是非常有效、非常显著的;
 
  3,设置在玻璃壳表面的参考点温度变化不敏感,因为发热体与测量点间存在较大距离和第二阶段LED灯丝温度上升的影响。所以不能反映出结温悬殊变化的关系;也无法通过手感或其他方法测量玻璃壳温度来正确反映气体的散热效果。
 
  要使LED产品全面进入民用领域,成为老百姓普遍接受,买得起、用的放心的照明产品,真正取得高光效,低光衰,长寿命的最佳设计,最有效的方法就是在已知结温的状态下对灯泡的驱动性能,散热条件以及工艺过程,进行综合设计、全面考核。只有让LED工作在合理的温度状态下,才能做到——合理的成本、合理的寿命。
 
  灯具内LED在工作中的结温,是研发人员最为关心的问题,LEDT-300B整灯热管理系统,为我们提供了了解掌握LED灯丝灯泡结温的方法,能够直接测到LED的亮点结温Tj的最有效的手段。既,能够正确知道灯泡内最核心,最本质的LED灯丝的温度,能实时地看到灯泡灯丝Tj温度曲线的图形,我们就可以综合地评估产品的整体性能。仪器的结温曲线因为是实时的、连续的,这使我们立即联想到,可以利用整灯结温测量方法作为设计、工艺、制造、品质管控的辅助手段,例如:
 
  1,驱动器与其负载是否匹配?输出电流的高低直接影响灯泡结温的高低,用外接驱动电源调节供给LED灯丝的输入电流,增加或减少电流,观察计算机显示的对应曲线,最终达到设计所确定的合理的结温目标值。
 
  2,壳内混合气体对降低结温的贡献、混合气体的成分、配比、压力等对散热的效果的影响。通过玻壳排气管改变气体的压力和种类,测量中的结温曲线会立即变化反映出试验效果,这对新产品研发具有促进和帮助作用,可以在最短的时间内快速评估设计改变对改善降低结温的效果。
 
  3,选用何种LED灯丝对产品的光电效果最好,分析光衰与寿命的关系最为合理。
 
  4,改变LED灯丝灯泡的输入电压,例如上升或下降10%,模拟市电电压的波动,这时结温呈现的对应曲线,也反映了产品在电压的波动时的安全状态。(见图2)
13-002
图2
 
  5,用外力击碎玻壳,观察显示屏幕,又可以看到结温的快速变化,以致最终停止在热平衡线上。这样我们可以得知产品的特别情况下的安全状态。
 
  6,新工艺,新材料应用对LED结温影响与散热作用快速评估。
 
  7,在制造过程中的重要质量控制点,如充气是否正常、存在漏气否,等等,进行在线检测,保证工艺流程得到贯彻,提高流入装配线的半成品合格率。
 
  采用LEDT-300B可以测得上述产品在各种状态下结温。同样的方法,也可以对其他各种类型的整灯,进行各种各样的分析。我们对LED路灯、射灯、直管灯等等,都进行过结温分析。最近我们完成了LED模组(COB)综合性能(热-电-光-色)测量台的试验,如投入使用后,将提升灯具设计师对模组应用的准确性,并大大地提高研发效率,对最终产品的经济性,可靠性起关键的作用。
 
  由于篇幅限制,在以后的文章中再叙。
 
 
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