ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 8
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.2
УДК 621.382
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОДИОДНЫХ МАТРИЦ БОРТОВОГО СВЕТИЛЬНИКА ПРИ ТОКОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ
И. В. Фролов1, В. А. Сергеев1,2, А. М. Ходаков1, С. А. Зайцев2
1Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, д. 48/2
2Ульяновский государственный технический университет, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный венец, д. 32
Статья поступила в редакцию 12 июля 2021 г.
Аннотация. Представлены результаты исследований изменения характеристик светодиодных COB матриц типа GW P9LR31.EM - DURIS S 8 в составе светодиодного светильника при его испытаниях под действием постоянного тока в непрерывном режиме и в режиме электроциклирования. Матрицы состоят из восьми последовательно соединенных кристаллов InGaN/GaN светодиодов, покрытых люминофором. Расчет в среде Comsol Multiphtsics температурного поля светильника при номинальном рабочем токе и свободном конвекционном теплообмене показал, что максимальный перегрев матриц не превышает 46 К, а различие их температур ‒ 2 К. При этом экспериментальные значения тепловых сопротивлений матриц реального светильника имеют разброс от 42 до 58 К/Вт; до испытаний вольт-амперные характеристики матриц заметно различаются уровнем тока утечки в диапазоне напряжений от 14 В до 19 В, а светодиоды в составе матриц светильника имеют значительный разброс по яркости излучения в режиме микротоков. Степень этого разброса в пределах каждой матрицы оценивалась путем измерения яркости свечения каждого кристалла матрицы и вычисления коэффициента вариации γ. Установлено, что коэффициент вариации яркости излучения кристаллов COB матрицы, измеренной при токе 100 нА, сильно коррелирует с током утечки. При испытаниях светильника под действием постоянного тока наиболее существенные изменения электрофизических и оптических характеристик COB матриц наблюдаются в диапазоне микротоков: распределение яркости излучения кристаллов матриц при токе 100 нА становится более однородным. Наибольшие изменения характеристик матриц наблюдались после первых 700 часов испытаний, то есть на этапе приработки. При этом корреляции между степенью изменения характеристик матриц при испытаниях и их тепловыми сопротивлениями не выявлено.
Ключевые слова: светильник, COB матрица, испытания, контроль характеристик.
Abstract. The paper presents the results of studies of changes in the characteristics of LED COB matrices of the GW P9LR31.EM - DURIS S 8 type as part of a LED luminaire when tested under the direct current in a continuous mode and in an electrocycling mode. The arrays consist of eight InGaN/GaN LED dies connected in series, coated with a phosphor. Calculation in the Comsol Multiphtsics environment of the temperature field of the luminaire at the rated operating current and free convection heat transfer showed that the maximum overheating of the matrices does not exceed 46 K, and the difference in their temperatures is 2 K. At the same time, the experimental values of the thermal resistances of the matrices of a real lamp vary from 42 to 58 K/W. Before testing, the I-V characteristics of the matrices differ markedly in the level of leakage current in the voltage range from 14 V to 19 V, and the LEDs in the luminaire matrices have a significant spread in the brightness of emission in the microcurrent mode. The degree of this scatter within each matrix was estimated by measuring the luminescence brightness of each die of the matrix and calculating the coefficient of variation γ. It was found that the coefficient of variation of the emission brightness of the COB matrix dies measured at a current of 100 nA strongly correlates with the leakage current. When testing a luminaire under the direct current, the most significant changes in the electrophysical and optical characteristics of COB matrices are observed in the range of microcurrents: the distribution of the emission brightness of the matrix dies at a current of 100 nA becomes more uniform. The greatest changes in matrix characteristics were observed after the first 700 hours of testing, that is, at the running-in stage. At the same time, no correlation was found between the degree of change in the characteristics of the matrices during tests and their thermal resistances.
Key words: luminaire, COB matrix, testing, monitoring of characteristics.
Литература
1. ГОСТ Р 55705-2013. Приборы осветительные со светодиодными источниками света. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2014.
2. Dousoky G.M., Ali Z.M.M., Elsawy A.M. An experimental evaluation of photometric performance and power quality of led lamps in different operating conditions. Journal of Advanced Engineering Trends. 2020. Vol.39. No.2. P. 157-166. https://doi.org/10.21608/JAET.2020.96454
3. Сергеев В.А., Фролов И.В., Радаев О.А. Исследование связи степени дефектности светоизлучающих наногетероструктур зеленых InGaN/GaN-светодиодов с величиной порогового тока. Письма в журнал технической физики. 2017. Т.43. №4. С.89-93. https://doi.org/10.1134/S1063785017020250
4. Frolov I., Radaev O. Sergeev V. Installation for Measuring of the Slope of the P-I Characteristic of the LED in the Range of the Electroluminescence Start Currents. 2020 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE’ 2020). Materials of the International Scientific And Technical Conference (Saratov, September 24-25, 2020). Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov. P.262-264. https://doi.org/10.1109/APEDE48864.2020.9255413
5. Renso N., De Santi C., Caria A., Torre F. D., Zecchin L., Meneghesso G., Zanoni E., Meneghini M. Degradation of InGaN-based LEDs: Demonstration of a recombination-dependent defect-generation process. Journal of Applied Physics. 2020. Vol.127. P.185701. https://doi.org/10.1063/1.5135633
6. Смирнов В.И., Сергеев В.А., Гавриков А.А. измерение теплового импеданса светодиодов и светодиодных матриц. Измерительная техника. 2017. №1. С.33-36. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1157-8
7. Quitsch W.A., Sager D., Loewenich M., Meyer T., Hahn B., Bacher G. Low injection losses in InGaN/GaN LEDs: The correlation of photoluminescence, electroluminescence, and photocurrent measurements. Journal of Applied Physics. 2018. Vol.123(21). P.214502. https://doi.org/10.1063/1.5022026
8. Frolov I.V., Radaev O.A., Sergeev V.A. Measurement and analysis of the recombination coefficients distribution on the area of light-emitting InGaN/GaN heterostructures. Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol.1410. P.012092. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012092
Для цитирования:
Фролов И.В., Сергеев В.А., Ходаков А.М., Зайцев С.А. Исследование изменений характеристик светодиодных матриц бортового светильника при токовых испытаниях. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №. DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.2