AC—LED结温与开启电压关系测量

张大伟　许键

摘要： 根据交流发光二极管（ACLED）的工作特征，提出了一种简单而精准的ACLED结温测量方法：开启电压法。通过理论分析和实验发现，ACLED的开启电压会随着结温的上升而下降，且两者之间有良好的线性关系，从而确认将开启电压作为温度变化参数来间接测量ACLED的结温。实验表明，开启电压法测量结温的重复性最大误差为2.0 ℃，热阻重复性最大误差为0.6 ℃/W。经过对比分析，开启电压法得到热阻值比参考脉冲法更接近真实值。

关键词： ACLED； 结温； 测量方法； 开启电压法

中图分类号： TH741.4文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.001

引言

近年来，随着 LED 在设计、材料、封装技术等方面的应用，一种新的交流发光二极管（ACLED）技术应运而生[12]，并不断得到改善。ACLED以其应用简便、无需变压转换器以及低成本等优点迅速发展，韩国首尔半导体公司向市场推出了ACLED系列产品，中国台湾工研院也推出立体散热、热插拔的ACLED[34]。随着ACLED 应用范围的扩展，以前在LED 器件和其应用产品设计过程中可以忽略的问题逐渐受到重视，已有的研究重点关注于ACLED的器件结构和光电特性，而热特性很少提及。LED PN 结的温度对LED 的使用寿命、输出光强、主波长（颜色）等因素都有很大的影响。在ACLED 器件及阵列组件中，结构设计将比DCLED复杂，如果设计不合理将导致PN 结温度升高，严重影响到ACLED的性能、使用寿命和可靠性，因此研究ACLED结温测量方法对于ACLED的应用有重要意义。

目前研究LED结温的测量方法仅局限于DCLED[56]，研究ACLED结温测量方法很少。在现有的DCLED结温测量方法中，正向电压法[7]被认为是最精确简单的测量方法，其理论依据为正向电压与结温在300K以上时有良好的线性关系[8]。此种方法是在定标过程中将DCLED加热到不同温度，给DCLED极短的脉冲电流同时检测DCLED的电压，依此建立DCLED结温与正向电压的关系，对ACLED的定标过程也可以通过参考脉冲电流建立结温与正向电压的关系，但是在ACLED正常工作时，正向电压是变化的，检测不到一个稳定的正向电压值，这种方法不能直接应用到ACLED的结温测量中。Liu Yiwei等人提出了测量ACLED结温的参考脉冲法[9]，在ACLED驱动电压方向发生变化的瞬间，即正常工作半周期结束后电压值为零的瞬间加入参考脉冲电流，检测这个脉冲电流对应的正向电压的瞬时值，就可以将正向电压法延伸应用于ACLED结温的测量中。但是，参考脉冲电流会对结温产生影响，即便是将脉冲电流的宽度压缩到很小，这种影响也不是可以忽略的，而且脉冲电流产生的电压将与驱动电压混合，导致测出的与脉冲电流引起的正向电压偏小，引起较大的结温误差。在实际工程中这种测量方法使测量设备比较复杂，引起ACLED结温测量繁冗。

本文提出一种简单精确的ACLED结温测量方法，即开启电压法。无需外加脉冲参考电流，只需从测量数据中取得ACLED正常工作时的开启电压值。根据Shockley方程推断，ACLED在不同温度条件下开启电压也会不同，经过定标过程测量不同结温条件下ACLED的开启电压，发现ACLED开启电压与结温之间存在良好的线性关系。

2测量方法及装置

参照EIA/JEDEC 标准[11]，结温测量主要有两个部分。第一部分为定标，获取ACLED的温度变化系数TVC，第二部分测量ACLED正常工作时的开启电压，并利用定标得到的TVC系数计算ACLED正常工作时的结温以及热阻。这个开启电压值是ACLED正常工作时的电压瞬时值，为确保一致性，在定标过程中的开启电压值也是在不断变化的正弦电压中获得的。瞬时值选择开启电压是为保证ACLED位于初始工作状态，可近似地认为还没有电流通过ACLED，结温没有受电流的影响开始升高，实验装置如图2所示。

此次实验使用的是韩国首尔半导体公司研发生产的AW系列ACLED，该产品能在交流电下直接工作。半导体分析仪采用Keithley 2636A的可编程电流源表，可以作电流/电压源表，也可以同步读取被测样品的电压和电流值。本次试验利用Keithley编程的方式来模拟输出一个周期或连续的交流电压，同时追踪ACLED的电流值；恒温箱用来在定标过程给ACLED加热到某一特定的温度，测试箱只用在ACLED正常工作时的测量过程；温度探测器用来监测恒温箱的温度；光谱仪配合积分球用来测量ACLED正常工作时的辐射功率。

3测量结果及分析

这两种方法的测量结果与厂商参考值比较来看，参考脉冲法对ACLED测量所得到热阻值比厂商提供的热阻参考值高0.5 ℃/W。很明显在测量过程中，参考脉冲法测得的正向电压受负向交流驱动电压的影响，使正向电压Vj值偏小，导致计算结温偏大，热阻偏大。开启电压法所得到的热阻值比厂商提供的热阻参考值偏低，是由于在定标过程中选取1 mA做参考电流，电流值从0上升到1 mA，结温稍有升高，使测量到的开启电压V0比真实值低，导致计算结温偏小，热阻值也偏小。但是开启电压法得到的热阻值要比利用脉冲法所得到的热阻值更接近厂商参考值，可以推断开启电压法测量ACLED结温结果更为准确。

5结论

本文介绍了一种精确测量ACLED结温的方法。该方法运用ACLED的电热学特性，构建测量系统进行测量，选用开启电压做温度变化参数，得到了开启电压与结温之间的线性关系，从而达到了迅速准确地得出ACLED结温的目的。选取的开启电压值是ACLED的初始工作时的数据，将电流对结温的影响降到最低，使测量结果更为准确。这种方法无需外加脉冲参考电流，降低了测试设备的复杂程度。用简单的设备追踪ACLED的电流变化，也简化了操作流程，使这种方法更适用于工业测试。

参考文献：

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