LED专用电子负载及其电阻系数的校准方法

张玉

（工业和信息化部电子第五研究所华东分所,江苏　苏州　215011）



LED专用电子负载及其电阻系数的校准方法

张玉

（工业和信息化部电子第五研究所华东分所,江苏苏州215011）

摘要：随着LED产品的普及, LED驱动电源作为LED产品性能的保障,越来越受到大家的重视,而LED专用电子负载在LED驱动电源的测试过程中,起着重要的作用。主要介绍了LED专用电子负载的基本原理、电阻（Rd）系数的定义和Rd系数Coeff的2种校准方法。

关键词：半导体发光二极管；专用电子负载；电阻系数；校准方法

0　引言

近年来, LED照明产品以其耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热能、绿色环保、坚固耐用和产品外观多样化,以及性能稳定等优点而受到了世界各地人们越来越多的关注。

在LED产业大放异彩的同时, LED市场的竞争也变得日益激烈,要想在LED市场上立于不败之地,各大LED企业就必须高度重视LED产品的品质,因而“高可靠性”便成为了LED产品最重要的特性。而LED电源的品质直接制约了LED产品的可靠性。因此,在LED产业链逐步完善的今天, LED电源驱动器作为LED产品性能的保障,在提高LED产品的可靠性方面起到了非常重要的作用。

1　传统的LED电源测试技术所存在的问题

在LED专用电子负载诞生之前,通常都是使用真实的LED或者传统的电子负载对LED电源进行测试,但是这两种方式都有弊端,简单总结如下。

1.1使用真实的LED时所存在的问题

a）LED驱动电源的规格书中通常都有输出电压范围这个指标,为了验证这个指标,在测试的时候需要改变LED的数量,这样测试起来非常不方便。

b）LED的光衰特性会随时间改变,同一个LED在不同时刻的负载特性也会有所差异,测试无法得到一致的结果。

c）不同厂商生产的LED,甚至同一厂商生产的不同批次的LED,其负载特性可能都会有差异；测试的时候需要准备各式各样的LED来确保驱动电源在不同特性的负载下都能正常工作,实际操作起来也是非常困难的。

d）在测试的过程中,如果串接的LED灯条中有一个LED损坏,往往很难被察觉,这样就会造成错误的测试结果。

e）LED发出的光非常刺眼,可能会对测试人员的健康造成一定的损害。

1.2一般电子负载的常见问题

a）传统的电子负载不能模拟真实LED的非线性负载特性。对于LED,只有电压超过它的正向导通电压时,回路中才有电流通过,因此, LED的负载特性并不是简单的线性变化。

b）对于传统的电子负载,往往只有CR或CV两种模式,而这两种测试模式只能测试稳态操作点的工作特性,无法验证驱动电源能否正确开关机的动态过程。

c）传统电子负载的内部阻抗效应可能会导致LED驱动电源开机过程出现OCP或OVP,从而使得其无法正常开机。

为了得到准确、一致的测试结果,在LED驱动电源的测试过程中, LED专用电子负载就变得非常重要。

2　LED电子负载的基本原理及系数的定义

LED专用电子负载在传统的电子负载CR模式下,增加了二级管导通电压的设置,使得电子负载两端的电压大于二极管导通电压时,电子负载才开始工作,真实地模拟了二极管的工作原理。LED 的I-V特征曲线如图1所示。

图1　LED的I-V特性曲线图

图1中的参数定义:

V0——LED操作点的电压；

I0——LED操作点的电流；

VF——LED正向导通电压；

Rd——LED操作点的电阻。

理论上,我们只要在LED专用电子负载的控制界面中设定V0、I0、VF和Rd这4个参数就可以真实地模拟LED的非线性特性了,但是实际操作起来是非常困难的。因为每变更一次负载条件都需要重新设定这4个参数,尤其是VF和Rd会随着LED串并联数量的改变而改变,每次都需要经过计算才能得到,而且参数设置起来也非常繁琐,这样就对测试人员提出了更高的技术要求。我们希望找到LED某些固有的特性来帮助我们简化参数,从而让参数的设定变得简单。

由图1可知:

对于同一款LED,其正向导通电压VF和操作点电压V0的关系是恒定的,且不会随LED串并联的数量的改变而改变,令VF=aV0, a＜1,将其代入式（1）可得:

继而得到:

令1-a=Coeff,则:

3　LED专用电子负载Rd系数的校准方法

对LED专用电子负载进行校准,其中恒压、恒流和恒阻部分可以参照JJF (电子) 30101-2007《直流电子负载校准规范》进行校准[1],本文主要介绍Rd系数Coeff的校准方法。

3.1校准原理

图2　LED专用电子负载校准原理图

由前文可知, Coeff=Rd/（V0/I0）,其中V0、I0为电子负载设定值,这里主要是校准Coeff,不考虑V0和I0的误差,所以只需算出Rd值,便可求出Coeff值。由图2可以看出,,由于导通电压值VF无法准确地测得,我们可以测出斜线上任一一点对应的电压值V1、电流值I1,然后通过算出Rd。

校准所用的标准器包括:直流电源6032A、数字多用表34401A和分流器标准电阻BZ3。

2.2校准步骤

LED专用电子负载校准接线图如图3所示,具体的校准步骤如下所述。

a）按图3所示的接线图将直流电源经过分流器与电子负载连接,万用表34401A前面板电压正负端接在电子负载的相应端子上,后面板电压端接到分流器两端上。

b）进入电子负载LED模式,设定合适的V0、I0和需要校准的Coeff值。

c）电源6032A预置一个电流值,为了防止烧坏电子负载,这个电流值一般应小于I0。调节直流电源电压旋钮,慢慢地增加电压,一开始由于还未达到导通电压值,回路中无电流,继续调节旋钮,直到回路中有电流出现, 34401A调至后面板,由电压示值Vx和分流器电阻值Rx可以算出电流值将34401A调至前面板,记录此时的电压值V1,通过公式算出Rd值,再通过公式计算出被校点的Coeff值。

d）通过如下公式计算其测量误差:

e）其他Coeff值的校准可以重复以上步骤。

图3　LED专用电子负载校准接线图

4　结束语

对于LED电子负载,首先我们要了解什么是Rd系数,在此基础上,对Rd系数的校准就相对简单了。在校准过程中,我们发现只有当电压达到某一个值时,回路中才会有电流出现,这与LED的负载特性是一致的。在实际操作中,用精度更高的标准电阻器BZ3作为分流器也有助于测得更准确的结果。另外,校准时要注意LED专用电子负载和直流电源的正负端不能接错,而且操作时要注意电子负载的额定功率,切勿烧坏电子负载。

参考文献：

[1]信息产业部电子计量管理办公室.直流电子负载校准规范: JJF（电子）30101-2007 [S] .北京:中国计量出版社, 2008.

[2]吕兴. LED专用电子负载的基本原理[EB/OL] . [2016-01-29] . http: //www.docin.com/P-506277493.html.

[3]广州厚品电子科技有限公司. LED的直流电子负载特性[EB/OL] . [2015-01-29] . http: //www.18show.cn/sharetech/537190. html, 2013.

[4]崔丽娟,李玮.直流电子负载的校准方法[J] .中国计量, 2013（5）: 107-109.

[5]沈宏.如何检测直流电子负载[J] .企业标准化, 2008 （11）: 24-25.

LED Special Electronic Load and the Calibration Methods of its Resistance Coefficient

ZHANG Yu
（CEPREI-EAST, Suzhou 215011, China）

Abstract:With the popularity of LED products, as the guarantee of LED product performance, LED driving power gets more and more attention. At the same time, LED special electronic load plays an important role in the test process of LED driving power. Therefore, the basic principle of LED special electronic load, the definition of Rdcoefficient and the two calibration methods of the coefficient are introduced.

Key words:LED；special electronic load；resistance coefficient；calibration method

作者简介：张玉（1988-），男，江苏省扬州人，工业和信息化部电子第五研究所华东分所助理工程师，主要从事电磁专业仪器校准工作。

收稿日期：2015-07-22

doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2016.01.013

中图分类号：TN 312+.8

文献标志码：A

文章编号：1672-5468（2016）01-0056-04