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功大率led结温的非接触测量技术研究--大学毕设论文

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大功率LED结温的非接触测量技术研究- I -大功率LED结温的非接触测量技术研究摘要大功率LED凭借着其优良的性能在照明领域中应用的越为广泛，尤其是近年来国家对半导体照明行业的扶持，使得大功率LED迎来了飞速发展时期。

于此同时，市场和社会对于LED功率的需求日渐增大，但伴随着功率增加其出现的散热问题也愈加严重，LED产品的性能和寿命受到严峻考验，其电热特性检测和LED结温测量成为了一个急需解决的难题。

本课题就是以解决大功率LED结温的非接触测量问题入手研究，通过分析和研究大功率LED灯具的电热特性，了解了大功率LED灯具的内部结构和散热途径。

并针对非接触式红外测温技术进行研究分析，在分析研究已存在的诸多测量大功率LED结温的方法，为后续结温测量模型的建立奠定了理论基础。

本文就目前现有测量LED结温方案，对于封装完好的大功率LED灯具不能直接测量其内部结温，提出了一种基于非接触的LED结温的测量模型。

该测结温模型主要包含两部分：LED结温与外表面温度对应关系的数学描述和红外测温校正算法。

首先，研究分析了不同类型的大功率LED芯片的热阻、热辐射和温度场数学模型，并给出了对LED灯具组件温度场的有限元解法。

同时利用ANSYS对LED进行了建模仿真，通过分析其温度场的变化规律，给出了LED结温与外表面温度对应关系数学描述。

其次，分别利用正向电压法和红外热成像法对大功率LED灯珠和大功率集成LED灯具组件进行了温度采集实验，通过对大量实验数据的分析，给出了一种利用红外热成像法更为准确测温的校正算法。

最后，结合LED结温与外表面温度对应关系的公式和红外测温红外校正算法，构成了一种基于非接触的LED结温测量模型。

将模型应用在1WLED 灯珠和100W的葵花型散热器LED，验证分析该模型的可行性和可靠性。

并对测结温模型进行误差分析，其误差率不超过3%，相比于峰值波长法和蓝白比法，适用性更强，精度更高。

关键词LED结温；有限元仿真；红外热成像法；非接触测结温模型- II -Research on Non-contact Measurement Technology of High Power LED Junction TemperatureAbstractHigh power LED is used more and more because of its excellent performance in the field of lighting more. Especially in recent years, the semiconductor lighting industry is supported by the country, which makes the high power LED usher in a period of rapid development. At the same time, market and social demand for LED power increases with each passing day, but the heat problems have become more serious with the power increases. The performance and service life of the LED products is facing to a severe test. LED junction temperature measurement and electric characteristic detection become a urgent problem.This subject is to solve the problem of non-contact measurement of high power LED junction temperature. Finish the analysis and research on the electric characteristics of power LED lamps, and understand the internal structure and the heat dissipation way of high power LED lamps. According to the analysis and research of non-contact infrared temperature measurement technology, we have finish the analysis and research on many methods of measuring the junction temperature of high power LED, which has laid a theoretical foundation for building the subsequent junction temperature measurement model.In this paper, the current measurements can’t directly measure the internal junction temperature of LED by packaging. So we propose a non-contact measurement model of LED junction temperature. The junction temperature model mainly includes two parts: the mathematical description of the relationship of between LED junction temperature and the temperature of the outer surface, and the correction algorithm of infrared temperature measurement. For the establishment of the former, we study the mathematical models of high power LED chips’ thermal resistance, thermal radiation and temperature field. And then we give a finite element method of the LED lamp. At the same time, we finish the- III -modeling and simulation for LED by ANSYS. And we give the mathematical description of the relationship of between LED junction temperature and the temperature of the outer surface.Secondly, we finish making experiments of collecting data by forward voltage method and infrared thermal imaging temperature. Through the analysis of a large amount of experimental data, we give a more accurate temperature measurement correction algorithm based on infrared thermal.Finally, combined with the both, and the application of 1W lamp and 100W sunflower radiator LED verify the feasibility and reliability of the model. And we give the error analysis for measurement junction temperature model. The error rate is less than 3%.Compared to the peak wavelength method and the ratio method of blue and white, it has a stronger applicability and higher precision.Keywords The LED junction temperature; Finite element simulation; Infrared thermography; Model of non-contact measuring junction temperature- IV -目录摘要 (II)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1 本课题的研究背景和意义 (1)1.1.1 本课题研究背景 (1)1.1.2 本课题研究的目的和意义 (2)1.2 大功率LED结温测试技术国内外发展现状 (3)1.2.1 结温测试技术研究现状 (3)1.2.2 热辐射测温技术研究现状 (4)1.3 本论文的主要内容 (5)第2章大功率LED基本特性以及红外测温技术 (7)2.1 大功率LED的电气特性 (7)2.1.1 大功率LED 的发光原理 (7)2.1.2 大功率LED 光源电气特性 (8)2.2 大功率LED的热学特性 (9)2.2.1 大功率LED发热问题 (9)2.2.2 大功率LED结温影响因素 (10)2.3 热辐射理论和测温技术 (12)2.3.1黑体辐射 (12)2.3.2热辐射定律 (13)2.3.3全辐射定律 (14)2.3.4红外热辐射测温方法 (16)2.4 红外热探测技术 (16)2.4.1 红外热成像系统的构成和工作原理 (16)2.4.2 红外热像测温模型 (17)2.5 本章小结 (19)第3章大功率LED非接触测结温方法设计及仿真 (20)3.1 非接触测结温方法分析和结温测量模型提出 (20)3.1.1 非接触结温方法分析 (20)- V -3.1.2 测量LED结温模型 (21)3.2 LED热阻模型的数学描述和温度场有限元解法 (21)3.2.1 LED热阻模型的数学描述 (21)3.2.2 集成LED组件的热辐射数学模型 (23)3.2.3 建立LED组件温度场数学模型 (24)3.2.4 温度场的有限元解法 (25)3.3 LED灯具组件有限元仿真分析 (28)3.3.1 仿真假设条件 (28)3.3.2 LED组件仿真初始参数设定 (28)3.3.3 LED灯珠和集成LED灯具组件建模 (29)3.3.4 施加载荷求解温度场 (30)3.3.5 LED灯珠仿真结果 (31)3.3.6 集成LED灯具组件仿真结果 (32)3.4 LED灯具组件结温与外表面温度对应关系数学描述 (34)3.5 本章小结 (36)第4章LED产品测试实验和结果分析 (37)4.1 LED实验产品和方法介绍 (37)4.1.1 LED实验产品 (37)4.1.2 正向电压法测LED灯珠测试结温准备 (37)4.1.3 红外热成像法测集成LED结温测试准备 (39)4.2 HV-DC1W灯珠和KP -LA100W灯具测量实验和分析 (40)4.2.1 HV-DC1W灯珠结温数据采集和处理 (40)4.2.2 KP -LA100W阵列式灯具温场数据采集和处理 (42)4.3 非接触结温测量模型建立和分析 (47)4.3.1 建立非接触结温测量模型 (47)4.3.2 模型的可靠性和可行性分析 (48)4.4 结温测试模型的误差分析 (52)4.5 本章小结 (53)结论 (54)参考文献 (55)- VI -第1章绪论1.1本课题的研究背景和意义1.1.1本课题研究背景自古以来，人类对于光明的追求一直不曾懈怠。

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LED结温及热阻的测量

LED结温及热阻的测量

LED结温及热阻的测量LED的PN结结温是影响LED光通量和寿命的主要因素，本文用电压法对直插LED，食人鱼LED和大功率LED的结温和热阻进行了实验研究。

在测量LED结温的同时，研究它的光谱变化，色光LED峰值波长的偏移与其结温存在线性关系，白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）的变化与结温也存在线性的关系。

因此，采用非接触式可间接测取LED的结温。

关键词:发光二极管、结温、热阻、峰值波长、能量比引言发光二极管（LED）由于其亮度高、功耗低、寿命长、可靠性高、易驱动、节能、环保等特点，已被广泛应用于交通、广告和仪器仪表的显示中，现已在特殊照明中获得应用[1][2]，并将成为普通照明中的主要光源[3]。

目前世界上生产和使用LED呈现急速上升的趋势，但是LED存在发热现象，随着LED的工作时间和工作电流的增加，其发光强度和光通量会下降，寿命降低，对白光还会导致激发效率的下降[4]，这主要是由于LED结温升高导致的。

2002年Hongetal.[5]研究结果表明，AlGaInP红色LED的峰值波长的偏移与结温的变化存在线性关系。

对于白光LED，随着结温的增加，LED发出黄光和蓝光的强度以不同的速率下降,白光LED的总能量和蓝光能量比率（W/B）与结温存在关系。

本文首先对LED的结温进行研究，由此可得到LED的热阻。

然后在测量结温的同时，测量LED光谱变化，可以得出LED的PN结结温与色光LED峰值波长或白光LED的白色/蓝色能量比（W/B）之间存在一定的关系。

因此可以采用非接触式方法来进行结温的测量。

测量原理LED的结温是影响发光二极管各项性能指标的一个重要因素，测量LED结温的方法可用通过测量在不同环境温度下LED的正向电压的大小来得到[6]。

实验原理如图1所示，被测LED置于积分球内，积分球放在恒温箱的中间，积分球内的光经石英光纤导入SSP3112快速光谱分析仪，可以快速测取LED的峰值波长或W/B比率。

LED结温测试方法研究

LED结温测试方法研究

致谢在即将完成两年半的硕士学业之际，在此首先要感谢导师牟同升老师对我的悉心指导。

在硕士论文期间的每一次进步，都凝聚着牟老师的心血帮助指导。

无论从学习、到工作，始终都得到导师的悉心指导和亲切关怀，使我受益颇多。

牟老师严谨的治学态度、高尚的师德、活跃的学术思想，牟老师一丝不苟的科研作风以及勇于创新的精神，都将成为我毕生学习的楷模。

在此，谨对导师两半年来的辛勤培养和无私的关怀表示由衷的敬意和深深的感谢。

在我硕士课程学习期间，我还得到了浙江大学信息工程学院光电系白剑、沈永行、何建军、李海峰、杨甬英、王晓萍、王秀萍等老师以及李莉、奚海燕、管信等同学还有浙大三色有限公司虞建栋、李俊凯等多位同事的无私帮助。

他们热情的指导、有益的启发，对我硕士期间学习有很大促进和帮助。

感谢两年半以来一直关心和帮助过我的学院各位领导、老师，还有其他的师兄师姐。

摘要发光二极管(LED)由于其节能效率高、寿命长、可靠性高等特点，十分符合当前低碳经济的要求，在许多领域特别是半导体照明领域中得到广泛应用。

然而LED器件的热特性检测和散热是一个突出的问题，如何保持LED的结温在允许范围内，使LED始终获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命，一直是一个当前急待解决的课题。

本文在充分调研大功率LED的结温测量方法基础上，重点研究了LED结温K系数测量方法降低测量噪声的措施以及产生的效果；同时还重点研究了脉冲电流法，该方法通过给被测LED器件注入方波电流脉冲，脉冲的电流幅度与实际额定工作电流相等，分别测量该LED器件在不同温度下的正向电压，获得正向电压与温度的敏感度系数S。

因此，在实际应用中，只要直接测量LED在额定工作电流下的正向结电压，利用温度敏感系数就可得到此时LED的结温。

文章重点研究了方波电流的脉宽对结温测量精度的影响，通过对12μs、24μs、50μs、100μs、150μs几种脉冲的研究，得出要使脉冲电流对结温的测量影响小于1℃，脉冲宽度控制在几个到十几个μs数量级上。

光电子工程中的非接触式测温技术研究

光电子工程中的非接触式测温技术研究

光电子工程中的非接触式测温技术研究随着科技的不断进步，测温技术已经发展到了非接触式测温的阶段。

光电子工程中的非接触式测温技术，顾名思义，可以在不接触被测物体的情况下进行温度测量。

这项技术具有广泛的应用领域，例如工业生产、医疗诊断、环境监测等。

本文将对光电子工程中的非接触式测温技术进行研究和探讨。

非接触式测温技术是利用光电子学原理来实现的。

其中，最常用的方法是利用红外辐射测温原理。

物体在温度不为绝对零度时，会发射热辐射，其中红外辐射就是常见的一种。

红外辐射具有与物体温度呈正比的特点，因此可以通过测量红外辐射的强度来间接推断物体的温度。

在非接触式测温技术的应用中，主要有两种常见的方法，即热辐射测温和红外图像测温。

热辐射测温是最基本也是最常见的方法。

它通过测量物体发出的红外辐射的强度来得到物体的温度。

具体而言，热辐射测温仪器通过将物体的红外辐射收集起来，并将其转化为与温度成正比的电信号。

这样，就可以通过测量电信号的强度来推断物体的温度。

热辐射测温技术适用于各种温度范围，从极低温度到高温度均可实现准确测量。

红外图像测温是一种更高级的非接触式测温方法。

与热辐射测温技术相比，红外图像测温能够提供更加直观全面的温度信息。

它通过红外相机捕捉物体发出的红外辐射图像，并根据图像中不同区域的亮度来推断温度。

在红外图像中，每个区域的亮度代表了该区域的温度。

通过使用图像处理算法，可以将红外图像中不同区域的亮度与温度进行准确的对应，从而实现对整个物体的温度分布进行测量。

红外图像测温技术在一些需要对物体进行立体温度分析的应用中，具有重要的意义。

非接触式测温技术的研究和应用领域非常广泛。

在工业生产中，它可以用于监测并控制机械设备的温度变化，从而预防设备过热造成的故障和事故。

在医疗诊断领域，非接触式测温技术可以用于快速准确地测量人体体温，尤其在传染病防控和居民健康监测中起到了重要作用。

此外，非接触式测温技术还可以用于环境监测，例如测量地表温度、海洋温度以及火灾现场的温度等。

大功率LED结温研究(图文)

大功率LED结温研究(图文)

大功率LED的散热设计(图)余姚市华恩光电有限公司 2011.04.20近年来，大功率LED发展较快，在结构和性能上都有较大的改进，产量上升、价格下降；还开发出单颗功率为100W的超大功率白光LED。

与前几年相比较，在发光效率上有长足的进步。

例如，Edison公司前几年的20W白光LED，其光通量为700lm，发光效率为35lm/W。

2007年开发的100W白光LED，其光通量为6000lm，发光效率为60lm/W。

又例如，Lumiled公司最近开发的K2白光LED，与其Ⅰ、Ⅲ系列同类产品比较如表1所示。

从表中可以看出：K2白光LED在光通量、最大结温、热阻及外廓尺寸上都有较大的改进。

Cree公司新推出的XLamp X R～E冷白光LED，其最高亮度挡QS在350mA时光通量可达107～114lm。

这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。

前几年，各种白光LED照明灯具主要是采用小功率Φ５白光LED来做的。

如1～5W的灯泡、15～20W的管灯及40～60W的路灯、投射灯等。

这些灯具使用了几十到几百个Φ５白光LED，生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外壳尺寸大，并且亮度不足。

为改进上述缺点，这几年逐步采用大功率白光LED来替代Φ５白光LED来设计新型灯具。

例如，用18个2W的白光LED做成的街灯，若采用Φ５白光LED则要几百个。

另外，用一个 1.25W的K2系列白光LED，可做成光通量为65lm的强光手电筒，照射距离可达几十米。

若采用Φ５白光LED来做则是不可能的。

图1 结温TJ与相对出光率关系图用大功率LED做的灯具其价格比白炽灯、日光灯、节能灯要高得多，但它的节能效果及寿命比其他灯具也高的多。

如果在路灯系统及候机大厅、大型百货商场或超市、高级宾馆大堂等用电大户的公共场所全部采用LED灯具，其一次性投资较高，但长期的节电效果及经济性都是值得期待的。

目前主要采用1～3W大功率白光LED作照明灯，因为其发光效率高、价格低、应用灵活。