LED测试方法及测试内容

LED测试方法及要求半导体发光二极管(led)是新型的发光体，电光效率高、体积小、寿命长、电 压低、节能和环保，是下一代理想的 照明器件LED光电测试是检验 LED光电性 能的重要而且唯一的手段，相应的测试结果是评价和反映当前我国 LED产业开展 水平的依据制定 LED光电测试方法的标准是统一衡量 LED产品光电性能的重要 途径，是使测试结果真实反映我国LED产业开展水平的前提本文结合最新的LED测试方法的国家标准，介绍了 LED的光电性能测试的几个主要方面一、引言半导体发光二极管(LED已经被广泛应用丁指示灯、信号灯、仪表显示、背光源、车载光源等场合,尤其是 白光 LED 技术的开展,LED 在照明领域的应用 也越来越广泛但是过去对丁 LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准， 在 生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大， 导致国内 LED产业的开展受到严重影响因此，半导体发光二极管测试方法国家 标准应运而生二、LED测试方法基丁 LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包 括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。

1、电特性LED一个由半导体无机材料构成的单极性 P 惭二极管，它是半导体 PN 结 二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性由图 1 可知，LED电 特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压， LED必须在适宜的电 流电压驱动下才能正常工作通过 LED电特性的测试可以获得 LED的最大允许正 向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定 LED的最正确工作电功率I,二图 1: LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的包流包压源供电下利用电压电流表进行 测试2 、光特性类似丁其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量 和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等1)光通量和光效有两种方法可以用丁光通量的测试， 积分球法和变角光度计法变角光度计 法是测试光通量的最精确的方法，但是由丁其耗时较长，所以一般采用积分球法 测试光通量如图 2 所示，现有的积分球法测 LED光通量中有两种测试结构，- 种是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁图 2:积分球法测 LED3t 通量此外，由丁积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结果造成影 响，因此，往往引入辅助灯，如图 3 所示。

图 3:辅助灯法消除自吸收影响在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得 LED的发光效率而辐射通 量和辐射效率的测试方法类似丁光通量和发光效率的测试2)光强和光强分布特性图 4: LED光强测试中的问题如图 4 所示，点光源光强在空间各方向均匀分布,在不同距离处用不同接收 孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但是 LED由丁其光强分布的不一 致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化因此， CIE-127 提出了两种推荐 测试条件使得各个 LED 在同一条件下进行光强测试与评价，目前 CIE-127 条件已 经被各 LED 制造商和检测机构引用图 5: CIE-127 推荐 LED光强测试条件(3)光谱参数LED的光谱特性参数主要包括峰值发射波长、光谱辐射带宽和光谱功率分布 等单色 LED 的光谱为单一波峰，特性以峰值波长和带宽表示，而白光 LED 的光 谱由多种单色光谱合成所有 LED 的光谱特性都可由光谱功率分布表示，而由 LED 的光谱功率分布还可计算得到色度参数光谱功率分布的测试需要通过分光进行， 将各色光从混合的光中区分出来进 行测定，一般可以采用棱镜和光栅实现分光E 点光源瘀厕试(b) LED 光蜜测试 Ji 16 Jwlfj图 6:白光 LED光谱功率分布3、开关特性LED评关特性是指 LED通电和断电瞬间的光、电、色变化特性。

通过 LED开 关特性的测试可以获得 LED在通断电瞬间工作状态、物质届性等的变化规律，由 此不仅可了解通断电对 LED的损耗，也可用以指导 LED驱动模块的设计等4 、颜色特性 ONq=bI*LED的颜色特性主要包括色品坐标、主波长、色纯度、色温及显色性等，LED 的颜色特性对白光 LED尤为重要现有的颜色特性测试方法有分光光度法和积分法如图 7所示：分光光度法 是通过单色仪分光测得 LED光谱功率分布， 之后利用色度加权函数积分获得对应 色度参数；积分法是利用特定滤色片配合光电探测器直接测得色度参数；分光光度法的准确性要大大高丁积分法图 7: LED颜色特性测试方法5、热学特性LED的热学特性主要指热阻和结温热阻是指沿热流通道上的温度差与通道 上耗散的功率之比结温是指 LED的 PN 结温度LED的热阻和结温是影响 LED光电性能的重要因素现有的对 LED结温的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温显微镜或微 型热偶测得 LED芯片外表的温度并视其为 LED的结温，但是准确度不够；另外一 种是利用确定电流下的正向偏压与结温之间反比变化的关系来判定LED的结温6、可靠性LED的可靠性包括静电敏感度特性、寿命、环境特性等。

静电敏感度特性是指 LEC承受的静电放电电压某些 LEDS丁电阻率较高， 且正负电极距离很短，假设两端的静电电荷累积到一定值时， 这一静电电压会击穿 PN结，严重时可将 PN 结击穿导致 LED失效，因此必须对 LED的静电敏感度特性 进行测试，获得 LED的静电放电故障临界电压目前一般采用人体模式、机器模 式、器件充电模式来模拟现实生活中的静电放电现象为了观察 LED在长期连续使用情况下光性能的变化规律，需要对 LED进行抽 样试验，通过长期观察和统计获得 LED寿命参数对丁 LED环境特性的试验往往采用模拟 LED在应用中遇到的各类自然侵袭， 一般有：上下温冲击试验、湿度循环试验、潮湿试验、盐雾试验、沙尘试验、辐 照试验、振动和冲击试验、跌落试验、离心加速度试验等三、国家标准的制定总结以上测试方法，半导体发光二极管测试方法国家标准对 LED 电特性、光 学特性、热学特性、静电特性及寿命测试都作了相应的规定对丁电特性测试，标准分别规定了 LED 正向电压、反向电压、反向电流的测 试框图；对丁光通量测试，标准规定采用 2 兀立体角测试结构；对丁光强测试， 标准引用了 CIE-127的推荐条件；此外，对光谱测试、热学特性测试、静电放电 敏感度测试、寿命测试等都作了明确的规定。

四、结论国家标准的制定总结了现有 LEDLED 的测试方法，将其中的科学适用的方法升级为标准测 试方法，很好地消除了各界在 LEDLED 测试领域存在的分歧，也使测试结果更加真实地反映我 国 LEDLED 产业的整体水平但是鉴于 LEDLED 技术还在处于不断地开展之中，国家标准的制定并不是一劳永逸的，应当时刻将最新最适宜的测试技术引入标准之中LEDLED 电源采用恒压还是恒流?LED申并联使用方法2021-05-18 15:39LED申并联使用方法：(1) 大功率 LED的工作电流通常有 350mA 700m 简日 1000m 酣不同，对于这些大功率LED工作时，应当在每一申 LED中都用恒流驱动方式，也就是说大功率 LED绝不建议采用直接并联的方式如因电路结构的不同，确实需要采用“并联的模式，必须才用多路恒流电路分别控制每申的 LED否那么极易产生并联 LED的亮度与发热不均现象2) 在使用较多的小功率 LED如5mnffi 行申并联的时候，不建议使用恒流源 供电，而应该采用稳压源，并且每申 LED都必须申联适当的的电阻以分压，同时 平衡各申的电流3) 当存在多个并联支路的情况下采用一路的恒流源，首先由于 LED的 VF差异，无法保证每一路电流的平衡，甚至出现严重不良后果；其次，当一路发生开路时， 该路的电流会分到其他路上，使得其他支路的电流增大，加速其他的寿命衰减或 损坏。

4) 由于 LED并不是十分要求电流的稳定，在适当范围的电流波动造成的光强 波动，人眼根本上是感觉不到的之所以提出要用恒流，是因为电压的较小变动 会引起电流较大的变动尤其对于大功率 LED 采用恒流电源，是为了批量生产 的适应性，并不表示非恒流源而不能使 LED平安工作现在有关这个问题有很多各种不同似是而非的说法，有人说：在 LED的伏安特性上，电压定了，电流也就定了所以采用恒压和恒流效果是一样的有人说 LED 并联时就应该采用恒压电源供电，而 LED申联时就应该采用恒流电源供电；有人 说，因为LED是恒流器件，所以要用恒流源供电；有人说，采用市电供电时就应 该采用恒压电源供电，采用蓄电池供电时，就应该采用恒流电源供电至于为什 么这样要求，似乎谁也说不明白那么，到底是应该采用恒压电源，还是恒流电源供电呢？首先来看一下 LED 到底是什么样的器件因为 LED 的亮度是和它的正向电流成正比，而且一 些LED的结构决定了它的散热也就是功耗所以大多数 LED会给出额定电流，例 如5为 20mA 1W 的为 350mA 箸，但这并不等于 LED 只能工作于这些额定电 流，更不意味着 LED 就是一个恒流器件。

例如 Cree 的 1 瓦 LED 和 3 瓦 LED 是同 一型号，电流从 350mA大到 700mA功率就从 1Wto大成 3VV所以这个 LED可 以工作在 350-700mA之间的任意值要深入了解这个问题首先要知道 LED的伏安 特性1.LED的伏安特性LED的中文名字就是发光二极管，所以它本身就是一个二极管它的伏安特性 和一般的二极管伏安特性非常相似只不过通常曲线很陡例如一个20mA 勺草帽 LED的伏安特性如图 1所示图 1.小功率 LED的伏安特性假设用干电池或蓄电池供电，那么因为 LED伏安特性的非线性，很小的电压变化就会引起很大的电流变化，上图中电源电压在3.3V时正向电流为 20mA 勺 LED如果用 3节干电池供电， 新的电池电压超过 1.5V,3 节就是 4.5V, LED的电流就会超过 100mA 很快就会烧坏对丁 1W 勺大功率 LED也是如此，图 2 是某公司 1W 勺 LED伏安特性，而一个 12V 蓄电池的电压， 在充满电到快放完电的电压可以从 14.5V降到 10.5V相差将近 20%从伏安特 性上可以看出，电源电压的 10%勺变化(3.4V-3.1V)， 就会引起正向电流的 3.5 倍的变化(从 350m 姓到 100mA。

图 2.1W大功率 LED的伏安特性2.伏安特性的温度系数到现在为止，还有很多人以为 LED电压定了，电流也就定了，所以采用包压和包 流是一样的实际上，LED的伏安特性并不是固定的，而是随温度而变化的，所 以电压定了，电流并不一定，而是随温度变化的这是因为是 LEDbH 一个二极管, 它的伏安特性具有负温度系数的特点图 3.伏安特性的温度特性温度系数通常是-2mV/度(-1.5 2.5mV/ C),也就是随着温度的升高，其伏安特性左移，假设所加的电压为包定，那么显然电 流会增加而 LED本身的效率很低，温升很高，加电以后，假设散热不好，其温 度很容易上升到八、九十度以上假定采用 3.3V包压源常温下工作在 20mA 而 温度升高到 85度时，电流就会增加到 35-37mA 而其亮度并不增加电流增加 只会使它的温升更高，这样就会增加光衰，降低寿命而且如果不用包流源而用包压源供电时， 常温下工作在 20mA 寸,到了 -40 度时， 电流就会降低至 8-10mA，亮度会降低对丁 1W的大功率 LED芯片，情况也是一样，而且由丁功率大，散热更不容易，温升问题更加严重可以说，除了散热问题以外，采用包压电源供电是引起光衰的主要原因。

所以原那么上来说， LED是禁止采用包压电源供电的3.用包压电源以后能不能靠申联电阻来稳定电流？申联电阻只有限流的作用，也就是如果电源电压比LED申联以后的电压还要高，那么就需要申联电阻来限流，以免损坏 LED但是如果想要用申联电阻来减小温 度的影响，它的作用是很小的，这可以从伏安特性上看出，申联电阻以后确实可 以减小温升带来的电流升高，电阻越大，电流随温度变化越小，但是只是减小， 并不能消除而且很明显，电阻将带来额外的功耗，使得LED的总体效率降低假定所用的 LED为 1W 勺 LED其电流为 0.35A假定申联的电阻为 100欧姆，所 消耗的功率就高达 12.25W显然是不能接受的，即使把电阻降低到 10 欧姆，其功 耗仍然有1.225WA比 LED本身的功耗还要大 为了减小这种功耗， 就必须把电 阻再减小 然而，减小电阻的结果是使得由温升所引起的电流变化还是照样加大 所以，申联电阻决不是一个好方法4【&=T=Z 尸 #卜 Tj=：4p4.O图 4.申联电阻只能减小温度的影响，而不能消除其影响4 .几个 LED并联，能不能用包压电源？由丁 LED伏安特性的离散性，不但不同厂家生产的同样瓦数的 LED伏安特性不一样，就是同一厂家生产的同一型 号的 LED其伏安特性也是不同的。

图 5.不同厂家和同一厂家生产的 LED伏安特性的离散性很明显，假设用包压电源 3.4V供电，显然流过每个 LED的电流都不一样, 每个LED的亮度也就不一样所以不能采用包压电源供电5.多个 LED并联后，采用包压电源供电，能不能用不同的申联电阻来使电流平 衡？在常温下是可以的，但在温升以后就不能保持了图 6中就显示了这个问题，常 温下的 LED伏安特性以实线表示，两个 LED的伏安特性在斜率上略有区别，在用 包压电源 Vo 供电时，选用不同的电阻，可以得到同样的正向电流 Io但是当温 度升高时，其伏安特性左移，如虚线所示因为还是原来的包压和原来的电阻， 此时的电流却变成了 I1 和 12不等丁原来的 Io 了图 6.申联电阻可以在常温下保持其电流不变，但在温升以后就不能保持电流平 衡6.N个 LED申联后，假设用包压电源供电，其温度效应由温升而引起的电流增 加将会扩大 N 倍，这是因为所有 LED申联以后相当丁各个 LED的伏安特性沿 电压轴申联V图 6.多个 LED申联，相当丁多个伏安特性在包流点叠接，加电以后温度上 升，所有伏安特性左移温升以后，N个伏安特性都左移，就使电流的增加也加大了 N 倍。

如果采用包流电源供电，那么温升以后，仍然能够保持电流包 定为 Io7.多个 LED 申联时，采用包流电源供电时，可以利用伏安特性的温度效应推测 其结温的上升度数在很多应用中例如日光灯、路灯,往往将很多LED申联，这时候，LED的温度系数效应就更加明显因为采用包流电源供电时其效果相当丁把每一个LED的伏安特性沿电压轴叠加假设温升为 60度,那么伏安特性将会向左偏移 0.12V, 如果10个 LED申联，所有伏安特性全部左移，总偏移就会到达1.2V这是相当可观的数字反过来也可以利用 LED的这种特性来测量其结温，例如有一个 10申 3 并的 LED组合，在接上包流电源以后，测得其正向压降从32.3V降低到 30.6V变化达 1.7V那么可以推测其结温升高为 1.7/10/.002=85 度8.包流供电时，在申并联电路中如何保证每申的电流均衡假设用包流电源只供应一申 LED那当然是最理想的了但是，假设要供应几申 并联的 LED那如何能保证每申中的电流一样呢？是的，假设用包流源供应几申并联的 LED由丁 LED伏安特性的离散性，各申的电流是一定不一样的但 是实际上，由丁各申 LED不大可能某一申里都是正向电压偏低的， 另一申里都是 正向电压偏高的。

而是会相对均匀分布，所以各申之间的电流不会相差很大9.在包流供电的申并联电路中，如何防止因某个 LED损坏所引起的问题假设只是两申并联，而且其中某一申的一个 LED坏了开路，这时候不但这一 申不亮，而且所有的电流都会流到另一申， 使得另一申的电流加大一倍，用不了 多久也会坏掉为了防止一个坏了一申不亮，那么可以采用全部并申联的方法，也就是每申中的任何一个都和其他申中的同样位置的LED并联这样，任何一个坏了开路，只是这一个不亮，其余的 LED仍然都亮但是假设并联的 LED 只有两申，其中有一个 LED开路了，电流就都流到和它并联的另一个 LED中去， 它的电流也加大一倍，使得这一个 LED寿命不长，很快烧掉；假设烧坏是开路， 那么就会导致所有 LED全部不亮，但其它的 LED损害并不严重，因为没有长期工 作丁过流状态为了减小某一个 LED损坏以后对其它 LED的影响，希望并联的 LED申数越多越好图 7中画出了 3 申 5 并而且同行相并的图这时候，某一个 LED坏了，总电流分散到其余的 4 个 LED中，总电流在每一行所有并联的 LED中 分配，正向电压偏低的 LED分到的电流就会大一些。

但不致造成太大的危害V 图 7.三申五并中的每一个 LEDP 和其它申中同样位置的 LED相并联而且只是这一行的电流分到其余 4 路中去，而其它几行都还是和原来一样 假设 LED坏的时候是短路而不是开路，那么这一行的其它几个LED就都不亮了当然为了防止这个现象，最好的方法是在每个 LED上都并联一个稳压管，而各申之间不要并联这时候任何一个 LED坏了开路，稳压管就导通， 电流的分配关系变化很小短路那么就是少一个 LED发光图 7.每个发光二极管都并联一个稳压管采用这种方法以后，就不需要再同行并联了结构任何一个坏了开路单独一申这一申开路不亮两申并联两申中两两并联这一申不亮，另一申所有 LED电流加倍，寿命缩短，很快都坏这一个不亮，同行另一个电流加倍，很快坏掉；如为开路，所有不亮，如 为短路这一行两个 LED不亮N申同行并联这一个不亮，同行其余电流加大 N/N-1倍，N 越大越平安每个 LED并联稳压管，各申并只是这一个不亮，对其它影响不大任何一个坏了短路这一个不亮这一个不亮，这一申电流略为加大这一个不亮，和它并联的另一个也不亮这一个不亮，和它并联的其它各个也都 不是只是这一个不亮那么是不是包压电源在 LED 照明中就无用武之地了呢？完全不是这样。

10.在市电 LED路灯中采用包压开关电源加包流模块的方法供电任何市电供电的系统里，都需要一个 AC/DC 的开关电源有两种供电方法， 一种是在开关电源里加上包流反应控制电路，保证输出电流包定但是这种方法大多只能单路大电流输出，而且包流的精度不高还有一种是，前面采用包压电 源，后面加很多路包流模块， 这种方案灵活性很高， 包流精度也高 例如一个 150W-300W勺市电 LED路灯供电方案图如下：而且，这种结构的最大优点是可以程序调光，可节省能源达 40 咖上变压器绕法150 300W，怛庄电源，交流 I 卫 D 路灯.程序调光控制器SLMM801.理调光信暑推出高频变压器的两种根本绕法：顺序绕法和三明治绕法 普通顺序绕法：一般的单输出电源，变压器分为 3个绕组，初级绕组 Np，次级绕组 Ns，辅助电源绕组 Nb,绕制的顺序是：Np-Ns-Nb此种绕法工艺简单，易丁控制磁芯的各种参数，一致性较好，绕线本钱低，适用 丁大批量的生产，但漏感稍大，而耦合电容小，EMI 比拟好故适用丁对漏感不敏感的小功率场合，一般功率小丁 3040W勺电源中普遍实用这种绕法三明治绕法：三明治绕法久负盛名，几乎每个做电源的人都知道这种绕法，但真正对三明治绕 法做过深入研究的人， 应该不多 相信很多人都吃过三明治， 就是两层面包中间夹一层奶油。

顾名思义，三明治绕 法就是两层夹一层的绕法由丁被夹在中间的绕组不同，三明治乂分为两种绕法：初级夹次级,次级夹初级第一种，初级夹次级的绕法也叫初级平均绕法如上图，顺序为 Np/2-Ns-Np/2-Nb ,此种绕法有量大优点这样有利丁初次级的耦合， 减少漏感； 还有利丁绕线的平整度； 最后一个好处是, 供电绕组电压变化受次级的负载影响较小，更稳定由丁增加了初次级的有效耦合面积， 可以极大的减少变压器的漏感，而减少漏感 带来的好处是显而易见的：漏感引起的电压尖峰会降低，这就使MOSFET电压应力降低， 同时， 由 MOSFET 散热片引起的共模干扰电流也可以降低， 从而改 善 EMI;由丁在初级中间参加了 一个次级绕组， 所以减少了变压器初级的层间电容， 而层 间电容的减少，就会使电路中的寄生振荡减少，同样可以降低 MOSFET 次级整 流管的电压电流应力，改善 EMI缺点：由丁初次级有两个接触面，绕组耦合电容比拟大，所以EMI 乂 比 拟 难 过第二种，次级夹初级的绕法也叫次级平均绕法Ns/2 VZp VZs/2 V如上图，顺序为 Ns/2,Np,Ns/2,Nb当输出是低压大电流时，一般采用此种绕法， 其优点有二：1、可以有效降低铜损引起的温升：由丁输出是低压大电流，故铜损对导线的长 度较为敏感，绕在内侧的 Ns/2 可以有效较少绕线长度，从而降低此 Ns/2 绕组的 铜损及发热。

外层的 Ns/2 虽说绕线相对较长，但是根本上是在变压器的外层， 散热良好故温度也不会太高2 2、可以减少初级耦合至变压器磁芯高频干扰由于初级远离磁芯，次级电压低，故引 起的高频干扰小Zb V。