大功率LED灯芯温度特性测试技术研究(3)
电压法测量LED结温的主要思想是：特定电流下LED的正向压降Vf与LED芯片的温度成线性关系,所以只要测试到两个以上温度点的Vf值,就可以确定该LED电压与温度的关系斜率,即电压温度系数K值,单位是mV/℃。K值可由公式 求得。K值有了,就可以通过测量实时的Vf值,计算出芯片的温度(结温)Tj。为了减小电压测量带来的误差,>标准规定测量系数K时,两个温度点温差应该大于等于50℃。对于用电压法测量结温的仪器有几个基本的要求：
（1）电压法测量结温的基础是特定的测试电流下的Vf测量,而LED芯片由于温度变化带来的电压变化是毫伏级的,所以要求测试仪器对电压测量的稳定度必须足够高,连续测量的波动幅度应小于1mV。
（2）这个测试电流必须足够小,以免在测试过程中引起芯片温度变化;但是太小时会引起电压测量不稳定,有些LED存在匝流体效应会影响Vf测试的稳定性,所以要求测试电流不小于IV曲线的拐点位置的电流值。
（3）由于测试LED结温是在工作条件下进行的,从工作电流(或加热电流)降到测试电流的过程必须足够快和稳定,Vf测试的时间也必须足够短,才能保证测试过程不会引起结温下降。
针对LED照明灯具，国内外许多科研机构及有实力的厂商从基础理论到应用技术开展了全方位的研究，并取得了诸多的成果[10][11]。但LED灯的封装散热问题仍然是其应用技术上的一个瓶颈。
1．3 研究内容和要求
本课题采用热电偶接触测量法，对大功率LED灯芯的温度分布状况进行测试研究。主要工作包括：热电偶温度传感器制作及测温探头结构的设计、信号处理的硬件电路设计及搭建、实验平台的搭建等等
除此之外，要对设计的电路进行相关的调试工作，对所设计的测温系统进行符合应用需要的系统标定，最后通过搭建的实验平台对1个LED灯芯的温度特性进行测试实验，对结果进行适当的分析处理。
相应的主要技术指标有：
（1）为保证对测试对象（LED灯芯）的温度场扰动尽可能小，测温头直径宜不大于1mm；
（2）温度测量的标准不确定度不大于1℃。
1．4 论文结构
1．绪论：阐述课题研究的背景、意义、国内外发展研究现状。
2．总体方案及原理：介绍系统的总体方案及采用的数学处理方法。
3．传感器设计：内容包括热电偶材料、型号的选取，探头的制作流程及制作方法。
4．硬件电路设计：论述各硬件电路模块实现的依据及选用各芯片功能。
5.系统标定：对所设计的测量系统进行标定工作，测试所做系统的测量性能。
6．实验调试：介绍硬件电路的调试、传感器的性能测试、LED灯芯温度特性测试。
2 总体方案及原理
2．1系统总体方案
本课题主要通过热电偶接触测量法来实现对LED灯芯温度的获取，即通过设计一个热电偶温度传感器实现对温度的测量。由各种热电偶分度表来看，热电偶在温度T时与所产生的热电势U只是呈现一个大致的线性曲线，如果简单地把两者的关系看成是线性关系，通过滤波、放大等一系列操作获取最终的信号，在小范围内可能满足实验的精度需要，但在测量温度较高或者是测量温度范围很宽的情况下，其必将会产生不可忽略的误差，使实验数据的精度达不到要求。针对上面的情况，我们采用非线性拟合的方法，由分度表数据求得其不同热电偶在温度T时与所产生热电势U之间精确的多项式函数关系式。然后根据所求取的函数关系式和实验精度的要求，取到函数式适当的次方项，由模拟硬件电路实现对非线性拟合函数式的计算工作，使系统输出信号与被测温度呈线较为精确的线性比例关系。此外，系统还考虑了热电偶的冷端自动补偿以及对噪声的滤波处理，总体结构方案框架如图2-1所示：