用频率响应分析仪和线注入器来表征LED的性能

今天，led主导了照明行业，取代了白炽灯、节能灯和卤素灯。它们在节约电力方面效率更高，而且作为半导体器件，它们应该更可靠。大多数led由恒流驱动器供电，以保持平行串中发光强度和色温相匹配的均匀照明。恒流调节器的稳定性取决于LED动态阻抗。本应用笔记系列探讨了LED动态电阻的测量，以及如何从数据中beplay体育下载不了创建一个可用的SPICE模型。

LED正偏电容的测量也包括在内，因为它会影响驱动器的稳定性，并且对EMI评估很重要，特别是在LED电流被脉宽调制以调光的情况下。

领导结构

一个LED有一个半导体结，其正向电压通常在2.5-3V范围内。许多应用使用led阵列的并联和/或串联配置。此外，led可以购买作为预先安排的阵列与多个染料在平行和/或系列配置。

在此应用笔记系列中，我们将忽略阵列配置，考虑LED一个黑色盒子，并将其表征为组件 - 是否由单个LED或许多LED组成。

准备被测设备(DUT)

与其他类型的阻抗测量相比，测量led存在两个挑战。一个挑战是，如果没有严格执行安全预防措施，发光二极管非常明亮，而且在激光二极管这样的情况下，即使发出的光是看不见的，也会导致永久性的眼睛损伤。

第二个问题是，大功率led会发热，所以需要散热或其他散热方式。直接测量动态阻抗(而不是使用电压与电流曲线的导数)的一个原因是，阻抗对自热的敏感性低于测量的直流电压。

获得LED动态阻抗的一种方法是将直流电压和电流数据曲线拟合到肖克利方程中，从肖克利方程求出电压对LED电流的一阶导数，得到LED动态阻抗。这是可以做到的，但它确实需要大量复杂的数学运算，这是一项乏味的工作。

使用电压和电流测量还有另外两个缺点，这两个缺点都可以通过直接测量LED阻抗来克服。

1. 电压随自热而漂移。直接电阻测量对自热不太敏感。
2. 直接阻抗法不仅提供了电阻，而且可以评估电感和电容。

最终，我们想要一个通用的香料模型将与任何香料模拟器工作的LED。(我会在另一篇文章中展示如何创建SPICE模型。)SPICE模型仍然适用萧克利方程，因为SPICE用萧克利方程来表示半导体结。直接阻抗测量将提供两个SPICE模型项，它们一起足以表示LED阻抗作为LED电流的函数。需要一个直流电压来模拟LED的直流电压，并且可以在低电流下进行测量，在这种情况下自热问题较小。

在我们的设置中，头灯包括一个冷却风扇和四个LED阵列安装在铝散热器上。一根玻璃管充当风管，将冷却空气分布在发光二极管上。

图1所示。拆卸LED灯

我断开了所有四个LED阵列与当前驱动器的连接，然后在其中一个阵列上焊接了短电线。在玻璃管上缠上电工胶带来降低亮度，这样我们就不需要保护眼睛了。

动态阻力设置

目的是测量LED在不同工作电流下的动态电阻。LED在工作电流处偏置，然后对LED电压进行交流调制。

频率响应分析仪(FRA)用于提供调制信号，同时测量LED上的调制电压和通过LED的调制电流。用调制电压除以调制电流就得到了LED的动态电阻。

用小环装饰的J2121A直线注入器通过提供隔离电流测量和调制输出，简化了测量。从恒流电源，如P9610A，可精确控制工作电流。

测试设置如图2所示。

图2。设置框图

校准的设置

测量设置需要校准。为此目的，J2121A在一个方便的夹具上包括一个1欧姆校准器。设置电源电流限制为500mA，并将电压探头连接到校准器测试点。对FRA进行THROUGH校正;通过从测量值中减去电缆阻抗来校准设置。

校准设置如图3所示，您可以看到鳄鱼夹连接到大灯DUT。

注意:我们提供的冷却风扇电源来自一个单独的电源，所以它不影响LED直流偏置电流用来表征LED。

图3。测试系统校准

在图4中，我们看到连接到驱动1欧姆校准器的博德100的J2121A的特写。恒流电源设置为500mA，电压探头监测校准器电压。我们还可以看到连接到Bode 100的CH1的隔离电流监视器连接，以及将LED连接到J2121A的香蕉插头。

图4。校准器连接的特写

进行频率扫描

1欧姆校准器被LED取代，用于动态电阻测量。注意，第二电源提供风扇电源。LED很亮，但玻璃管上缠着绝缘胶带，亮度就不会太大。

图5。LED动电流测试

FRA扫描和测量数据与工作电流一起保存在内存中。扫描范围为10mA至1.5A。在较高偏置电流下，斜率的增加，在100-100kHz之间的黑色痕迹中显著，可能是由于自热。在低电流时，LED代表高电阻，信号噪声更大。

图6。LED动态电流扫描

如果你是一个坚持准确性的人(这是一个很好的特性)，你应该减去连接J2121A到LED阵列的短电线的电阻(和电感)。在我的装置中，大约是20毫欧姆。

注意:虽然增加调制振幅以减少噪声可能很诱人，但要确保这样做不会改变结果。幅值增大过多会导致测量信号变大而不是变小。这种效应在我的书中有详细的讨论，电源完整性。