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摩托车信号灯电流特性研究

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摘要:LED(LightEmittingdiode)是电致发光元器件,电流的改变会造成摩托车LED信号灯光色度特性的改变。本文是在连续直流供电条件下,研究了电流对LED信号灯的光色度特性参数的影响。结果表明,电流对光通量和主波长产生较大的影响,对相关色温和色坐标产生极小范围的影响,而对光谱几乎无影响。

关键词:发光二极管;变温;光通量;光谱;色温

随着半导体芯片技术的日益改进及封装技术的飞速提高,LED在交通照明,信号指示和大面积显示屏等领域取得广泛应用[1-3]。作为交通信号指示,LED因具有发光效率高,稳定性强,寿命时间长受到灯具制造商的广泛关注。信号灯围绕着标准的要求而发展,其主要作用是显示车辆的存在,宽度,状态以及辅助照明等,包括转向灯,制动灯,前后位置灯,示廓灯,后雾灯等。安装要求《摩托车照明和光信号装置的安装规定》(GB18100—2010)第1,2,3部分分别对两轮摩托车,两轮轻便摩托车,三轮摩托车做了规定,性能测试方面《GB17510—2008摩托车光信号装置配光性能》标准中明确规定信号灯光色要求,试验方法和检验规则。其中光色度参数是标志着器件性能的优劣。但在日常使用中,电流的改变会造成LED信号灯光色度的改变。本文在较大范围(0~300mA)直流供电条件下,研究了摩托车LED信号灯的电流特性对光色度参数的影响,为国内摩托车LED信号灯的设计和检测提供帮助。LED信号灯光色度测量方法有两种,绝对测量和相对测量方法,分别是分布光度计的光度法和积分球加光度计的积分法[4]。对比于分布光度计的光度法,积分球因具有简单易行,设备少,分析速率快,不需要暗室等优点,广泛应用于实验室中[4]。积分球测量原理是通过与标准灯具光通量校准得出,Ex,Es分别代表待测灯具与标准灯具的照度值,φx,φs表示待测灯具与标准灯具的总光通量。

1试验过程

实验采用远方恒温积分球(CIS-2000),可以精密控制球体内温度,同时双层球体结构设计,能够保证气流自然稳定,维持一个相对稳定的测试环境[4]。如图所示,将待测灯具安装在积分球中心,光度探头与光谱辐射计(HASS-2000)连接构成测量系统[4]。通过调节直流电流源(TPS-500B)来控制LED的供给电流大小,分别在电流值为25mA,50mA,75mA,100mA,125mA,150mA,175mA,200mA,225mA,250mA,300mA的条件下进行测试。灯具点亮时间至少2h,待光通量变化值小于0.2%后再进行数据采集。

2实验结果

2.1光通量的电流特性

光通量是光度学中的重要参数,标志着灯具性能的优劣。其数值与工作电流有直接关系。在较大范围(0~300mA)直流供电条件下,测得了不同电流值下的光通量。实验结果如图2所示,随着电流的稳步增加,光通量在不断的增加,当超过225mA时,光通量随着电流的改变骤降。这主要是因为随着电流的逐渐增加,灯具PN结内的电子数和空穴数也在增加,增加了辐射复合机率,也增大了LED的光通量。当产生电子和空穴数达到最大值,辐射复合几率达到饱和值,光通量输出值也不会再增加[10]。

2.2光谱的电流特性

图3分别表示在25mA,75mA,125mA,175mA,225mA直流供电条件下光谱与电流的关系。如图所示光谱相对电流值的变化保持稳定,在电流25mA,75mA供电情况下,采集的功率辐射值不稳定,光谱曲线有毛刺出现小范围波动,高于175mA直流供电条件下,数据值稳定,光谱曲线平滑。这归因于LED灯的光谱各谱线成分稳定,灯具稳定性强不会随着电流的改变而发生变化[10]。

2.3主波长的电流特性

图4分别表示在25mA,50mA,75mA,100mA,125mA,150mA,175mA,200mA,225mA电流测量值下主波长与电流的关系。随着电流的增加,LED信号灯的主波长从545.98nm减小到532.2nm,发生波长蓝移现象。而人的肉眼所能感知到波长变化是5nm左右,这说明随着电流的增加,LED灯具光的颜色必会产生明显的变化。

2.4色坐标的电流特性

色坐标是研究灯具光色特性的重要参数,测量的基本原理是根据光源的光谱分布由色坐标的基本规定进行计算而得出的。图4分别表示在25mA,50mA,75mA,100mA,125mA,150mA,175mA,200mA,225mA电流测量值下色坐标与电流的关系。色坐标(X,Y)随着电流的增加而在一定程度上减小。X坐标在0.4183~0.4262的范围内波动,相对波动幅度为1.88%,Y坐标在0.3838~0.3959的范围内改变,相对波动幅度3.15%,都在可接受范围内。这主要归因于LED的PN结具有稳定的发光特性。

2.5色温的电流特性

图5分别表示在25mA,50mA,75mA,100mA,125mA,150mA,175mA,200mA,225mA电流测量值下,色温与电流值的关系。随着电流值的增加,色温呈明显的上升趋势,从6878K增加到6902K,涨幅为0.21%。这主要归因于当电流增加时,PN结中的电子和空穴辐射复合机率增加,产生的蓝光总量在一定程度内增加,但受蓝光激发的荧光粉数量却是固定的,所以产生的黄光总量相对减少,导致色温升高;另一方面,随着电流的增加灯具内PN结温也会升高,这在一定程度上也会导致色温的升高。

3结论

本文利用积分球光度测量系统在直流供电条件下对摩托车LED信号灯的光色度特性进行了测试,发现:1)随着直流供电电流的逐渐增加,光通量在不断的增加,当超过某瞬时值时,光通量随着电流的增加骤降;2)电流只影响LED光谱曲线的平滑度,如在小电流情况下曲线有毛刺出现小范围波动,但对LED的光谱成分不会造成影响;3)电流会引起X,Y色坐标分别在1.88%和3.15%内波动;4)电流会引起LED灯具色温升高,变化范围在6878~6902K区间;5)电流对主波长影响较大,发生蓝移现象,从545.98nm减小到532.2nm。

参考文献:

[2]分布光度计用于LED灯具关涉参数测试的研究.照明电器,2016(7)

[3]李海涛,王永春,魏飞雄,井珍珍,曹琛.紧凑型LED汽车信号灯的开发,照明工程学报,2015,26(3)

[4]费坤,李海涛,李晓周,单色LED信号灯温度特性的研究.照明工程学报,2016(10)

[5]赵伟强,刘慧,刘建,赵海粟.球形光度计计量LED总光通量的关键技术.照明工程学报,2014,25(3)

[6]陈鹏,王海波,朱月华,肖勇强,卓宁泽.基于大功率LED模块光通量测试的积分球装置及其测试方法的研究.照明工程学报,2015,26(2)

[7]李文宜,张万璐,袁川,刘木清.测量LED总光通量的积分球装置中光源位置的探讨.复旦学报,2007,46(3)

[8]吕正.LED光通量测试中的若干问题.中国照明电器,2005(12)

[9]李莉君,熊永红.单色LED的变温光谱特性研究.实验科学与技术,2015,13(1)

[10]方晶璐,牛萍娟,田会娟.电流对LED特性参数的影响.电工技术学报,2013,28(2)

作者:费坤;李海涛;李晓周 单位:国家摩托车质量监督检验中心

摩托车技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次