LED测试方法及测试内容

1、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产业发展 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 产业发展水平的前提。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。引言半导体发光二极管（ LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、 背光源、车载光源等场合，尤其是

2、 白光 LED技术的发展， LED在照明领域的应用 也越来越广泛。 但是过去对于 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产业的发展受到严重影响。 因此，半导体发光二极管测试方法国家 标准应运而生。二、LED测试方法基于 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是一个由半导体无机材料构成的单极性 PN结二极管， 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

3、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必须在合适的电 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的最佳工作电功率。图 1： LED伏安特性曲线LED 电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行 测试。2 、光特性类似于其它光源， 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于光通量的测试， 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

4、确的方法， 但是由于其耗时较长， 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， 一 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 LED光通量此外，由于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于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

5、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由于其光强分布的 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 LE

6、D的光谱功率分布还可计算得到色度参数。将各色光从混合的光中区分出来进光谱功率分布的测试需要通过分光进行， 行测定，一般可以采用棱镜和光栅实现分光。图 6 ：白光 LED光谱功率分布3、开关特性LED开关特性是指 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、 物质属性等的变化规律， 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

7、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于积分法。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 表面的温度并视其为 LED的结温，但是准确度不够；

8、 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 LED能承受的静电放电电压。 某些 LED由于电阻率较高， 且正负电极距离很短， 若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，

9、通过长期观察和统计获得 LED寿命参数。对于 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：高低温冲击试验、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。对于电特性测试， 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；对于光通量测试，标准规定采用 2 立体角测试结构；对于光强测试， 标准引用了 CIE-127 的推荐条件；此外，对光谱测试、热学特

10、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 LED 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 LED 测试领域存在的分歧，也使测试结果更加真实地反映我 国 LED 产业的整体水平。 但是鉴于 LED 技术还在处于不断地发展之中， 国家标准的制定并 不是一劳永逸的，应当时刻将最新最合适的测试技术引入标准之中。LED 电源采用恒压还是恒流？LED串并联使用方法2011-05-18 15:39LED串并联使用方法：（ 1）大功率 LED的工作电流通常有 350mA、 700mA和 1000mA等不同，对于这些 大功率

11、LED工作时，应当在每一串 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串的 LED，否则极易产生并联 LED 的亮度与发热不均现象。（ 2）在使用较多的小功率 LED，如 5mm进行串并联的时候， 不建议使用恒流源 供电，而应该采用稳压源， 并且每串 LED都必须串联适当的的电阻以分压， 同时 平衡各串的电流。（ 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

12、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，人眼基本上是感觉不到的。 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安全工作。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串联时就应该采用恒流电源供电； 有人 说，因为 L

13、ED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等，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加大

14、到 700mA，功率就从 1W加大成 3W，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。1LED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的草帽 LED的伏安特性如图 1 所示。图 1. 小功率 LED的伏安特性假如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的 LED，如果用 3 节干电池供电，新的电池电压超过

15、 1.5V，3 节就是 4.5V，LED的电流就会超过 100mA，很快就会烧坏。对于 1W的大 功率 LED也是如此，图 2 是某公司 1W的 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%的变化( 3.4V-3.1V )，就会引起正向电流 的 3.5 倍的变化(从 350mA变到 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， 所以采用恒压和恒 流是一样的。实际上， LED的伏安特性

16、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 LED是一个二极管， 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， 假如所加的电 压为恒定，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， 假如散热不好，其温度很容易上升到八、九十度以上。假定采用 3.3V 恒压源常 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

17、样就会增加光衰，降低寿 命。 而且如果不用恒流源而用恒压源供电时，常温下工作在 20mA时, 到了-40 度时,电流就会降低至 8-10mA,亮度会降低。对于 1W的大功率LED芯片，情况也是一样，而且由于功率大，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，采用恒压电源供电是引起光衰的主 要原因。所以原则上来说， LED是禁止采用恒压电源供电的。3. 用恒压电源以后能不能靠串联电阻来稳定电流？串联电阻只有限流的作用，也就是如果电源电压比 LED串联以后的电压还要高， 那么就需要串联电阻来限流，以免损坏 LED。但是如果想要用串联电阻来减小温 度的影响， 它的作用是很小的， 这

18、可以从伏安特性上看出， 串联电阻以后的确可 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的 LED，其电流为 0.35A。假定串联的电阻为 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 1.225W。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，串联电阻决不是一个好办法。图 4. 串联电阻只能减小温度的影响，而不

19、能消除其影响4几个 LED并联，能不能用恒压电源？由于 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，假如用恒压电源 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。所以不能采用恒压电源供电。5. 多个 LED并联后，采用恒压电源供电，能不能用不同的串联电阻来使电流平 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

20、伏安特性在斜率上略有区别， 在用 恒压电源 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。因为还是原来的恒压和原来的电阻， 此时的电流却变成了 I1 和 I2 。不等于原来的 Io 了。图 6. 串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串联后，假如用恒压电源供电，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串联以后相当于各个 LED的伏安特性沿 电压轴串联图 6. 多个 LED串联，相当于多个伏安特性在恒流点叠接，加电以后温度 上升，所有伏安特性左移。温

21、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。如果采用恒流电源供电， 那么温升以后， 仍然能够保持 电流恒定为 Io 。7. 多个 LED串联时，采用恒流电源供电时，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串联，这时候， LED的温 度系数效应就更加明显。因为采用恒流电源供电时其效果相当于把每一个 LED 的伏安特性沿电压轴叠加。 假如温升为 60 度，那么伏安特性将会向左偏移 0.12V， 如果 10个 LED串联，所有伏安特性全部左移，总偏移就会达到 1.2V。这是相当 可观的数字。 反过来也可以利用 LED的这种

22、特性来测量其结温，例如 有一个 10串3并的 LED组合，在接上恒流电源以后，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. 恒流供电时，在串并联电路中如何保证每串的电流均衡假如用恒流电源只供给一串 LED，那当然是最理想的了。但是，假如要供给几串 并联的 LED那如何能保证每串中的电流一样呢？是的，假如用恒流源供给几串并联的 LED，由于 LED伏安特性的离散性， 各串的电流是一定不一样的。 但是实际上， 由于各串 LED不大可能某一串里都是正向电压偏低的， 另一串里都 是正向电压偏高的。 而是会相对均匀分

23、布， 所以各串之间的电流不会相差很大。9在恒流供电的串并联电路中，如何避免因某个 LED损坏所引起的问 题假如只是两串并联，而且其中某一串的一个 LED坏了（开路），这时候不但这一 串不亮， 而且所有的电流都会流到另一串， 使得另一串的电流加大一倍， 用不了 多久也会坏掉。为了避免一个坏了一串不亮，那么可以采用全部并串联的方法， 也就是每串中的任何一个都和其他串中的同样位置的 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。但是假如并联的 LED 只有两串，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 L

24、ED寿命不长，很快烧掉；假如烧坏是开路， 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 作于过流状态。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串数越多越好。图 7中画出了 3串 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。图 7. 三串五并中的每一个 LED都和其它串中同样位置的 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。假如 LED坏的时

25、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。 当然为了避免这个现象，最好的办法是在每个 LED上都并联一个 稳压管，而各串之间不要并联。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。短路则就是少一个 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）单独一串 这一串开路不亮任何一个坏了（短 路） 这一个不亮这一串不亮，另一串所有 LED电流加 这一个不亮， 这一串 倍，寿命缩短，很快都坏 电流略为加大两串中两两并联这一个不亮，同行另一个电流加倍， 很快坏掉；如为开路，所有不亮，如

26、 为短路这一行两个 LED不亮这一个不亮， 和它并联的另一个也不亮N串同行并联这一个不亮，同行其余电流加大（N-1）倍， N 越大越安全这一个不亮， 和它并 联的其它各个也都 不亮每个 LED并联稳压管，各串并 只是这一个不亮，对其它影响不大只是这一个不亮那么是不是恒压电源在 LED照明中就无用武之地了呢？完全不是这 样。10在市电 LED路灯中采用恒压开关电源加恒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恒流反馈控制电路， 保证输出电流恒定。 但是这种方法 大多只能单路大电流输出， 而且恒流的精度不高。 还有一种是， 前面采用恒压电 源，后面加很多路恒流模块，这种方案灵活性很高，恒流精度也高。例如一个 150W-300W的市电 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%以上。变压器绕法高频变压器的两种基本绕法：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