CN104931231B - 一种用于测试光引擎散热参数的装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试光引擎散热参数的装置及测试方法，包括一个封闭的半球形腔体、位于腔体中心位置的散热器、均匀分布在腔体内壁上的温度探测器、与温度加热器和待测光引擎分别连接的两个功率计及一个与热流计相连接的电压计，热流计和温度加热器设置在散热器的外侧面上。通过模拟光引擎的真实工作环境以及充分考虑对流和辐射对环境温度的影响，实现了对待测光引擎散热参数的准确测量和计算，掌握了密闭空间对热分布的影响，为设计者和开发者分析产品散热特性提供了依据，满足了相同功率下的不同光引擎散热参数的对比测试需要。

Description

一种用于测试光引擎散热参数的装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试装置，特别涉及一种用于测试LED等光引擎在使用中散热参数分布和变化情况的装置及其测试方法，属于灯具测试装备领域。

背景技术

由于LED产业缺少规范统一的光、机、电、热接口，以及各企业装备设施、工作基础和技术水平发展的不均衡，造成了市场上LED照明光引擎种类繁多、性能各异、互换性差等缺点，给整个产业的发展带来严重影响和挑战。

近年来，由全世界顶级LED生产商组成的联盟协会ZHAGA发布了一套LED光引擎标准，其涵盖了物理尺寸、光学、电气、配光、散热等主要标准，最终实现了在ZHAGA联盟中不同制造商之间产品的相互兼容和互换。

LED光引擎在实际的应用中，其可靠性主要依赖于散热效率，同时，在相对封闭的空间中使用LED光引擎，其散热后在空间形成的温度分布、温度极差、平均温度等都会对其中电子元器件或光引擎本身造成重大影响，在整体温度或局部温度过高时都会使产品失效，导致可靠性降低，产品质量受到严重影响。

目前，直接针对LED照明产品散热效率的测量方法还没有。实际生产中，利用LM-80方法将产品放置在高温、高湿环境中，测试其产品失效率和可靠性是一种通用方法。这种方法在其它类型的产品中应用较多，但该方法在测量LED照明产品散热效率时，其所处的高温环境使得散热装置的散热效率已不是决定产品可靠性的关键因素，直接影响了该类产品测试的准确性。另外，还有采用热电偶等仪器直接测量灯具点亮时产品上各点温度的，从而得到产品工作时散热器、发光模组背面、发光面的温度，以判断散热效率，由于产品发热存在不均匀性，这种方法不能准确得出产品散热功率等参数，而且对于产品后续热量在空间的分布也无从得知，测试结果受到严重限制。还有一种被使用的方法，即利用软件仿真的方式模拟计算出产品的散热功率、各点温度以及空间热分布，最大限度的考虑各种因素对散热过程的影响，模拟再现照明过程，其设计思路及实现方式虽然简单、方便，但因模拟过程和温度变化情况较为复杂，模拟仿真数据与实际效果偏差较大，准确性差。

如何准确实现测试过程，保证光引擎散热参数测试的准确性和完整性，就成为本发明想要解决的主要问题。

发明内容

鉴于上述现有情况和不足，本发明旨在提供一种测试方式简单、有效，模拟过程准确、真实的用于测试LED光引擎散热参数的装置及其测试方法。

为了得到光引擎散热参数，需要对产品的前后向散热功率、空间温度分布、空间平均温度等参数进行准确测量，并且对上述参数随时间变化和达到热平衡时的最终数据进行详细记录，这就需要设计一个特定的装置，其必须包含功率计、热流计、光辐射计、多路温度探测器等装置，故，本发明采用以下技术方案来实现：

一种用于测试光引擎散热参数的装置，包括一个封闭的半球形腔体和均匀分布在腔体内壁上的温度探测器，半球形腔体的中心位置设有一个散热器，散热器的外侧面上依次设有热流计和温度加热器；还包括两个功率计和一个电压计，两个功率计分别与温度加热器和待测光引擎相连接；所述电压计与热流计相连接。

一种用于测试光引擎散热参数的装置，还包括多个光辐射计，光辐射计用于测量半球形腔体外侧的待测光引擎的光辐射能通量。

所述温度探测器在半球形内壁上以经度间隔45度、纬度间隔30度进行均匀分布；在平面内壁上以45度进行径向划分，每个径向划分线上对称分布4个温度探测器。

一种用于测试光引擎散热参数装置的测试方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、测量过程中，保持测试环境温度Ta在[Ta-1℃，Ta+1℃]之间；

步骤2、将待测光引擎通过螺丝连接在温度加热器上；

步骤3、开启温度加热器，功率为P₀，待温度探测器读数稳定后，读取电压计读数V(P₀)；所述温度探测器读数稳定是指5分钟内温度升高小于0.5％；

步骤4、重复上述步骤3，每次增加温度加热器功率P_s，记录下N次增温后分别对应的电压计读数V(P₀+P_s)，V(P₀+2P_s)，···，V(P₀+NP_s)；

步骤5、对温度加热器的功率与热流计的电压进行线性回归计算，得到功率与电压的关系β_(W/V)；

步骤6、关闭温度加热器，待装置冷却后，开启光引擎，待光引擎温度稳定后读取连接在待测光引擎上的功率计，得到光引擎耗电功率P_e，同时，读取半球形腔体内各温度探测器的度数T_i，每间隔t_s时间记录当时的温度T_si，待T_si稳定时，即可计算出腔体内的平均温度、最大温差以及绘制空间温度分布曲线；所述光引擎温度和温度探测器读数稳定是指5分钟内温度升高小于0.5％；

步骤7、通过积分球或光辐射计测量光引擎的光辐射功率P₁；

步骤8、读取热流计的电压计读数V，即，光引擎的后向散热功率P_r＝V×β，待测光引擎的前向散热功率P_r＝P_e-P₁-P_r，测试过程完成。

本发明所述的一种用于测试光引擎散热参数的装置及测试方法，通过模拟光引擎的真实工作环境，考虑对流和辐射对待测光引擎工作环境的影响，利用温度探测器、热流计和光辐射计实现了对待测光引擎散热参数的准确测量和计算，得到了工作过程中光引擎的前向、后向散热功率，以及周围工作环境的平均温度、温差和空间温度分布曲线，掌握了密闭空间对热分布的影响，为设计者和开发者分析产品散热特性提供了依据，为更好地设计和使用带有光引擎的照明产品提供了帮助，可满足相同功率的不同光引擎散热参数的对比测试需要。

附图说明

图1为本发明所述一种用于测试光引擎散热参数的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的中心是：为充分模拟光引擎的使用环境，保证测试过程的合理性和准确性，以及测试参数的完整性，本发明将光引擎的模拟过程设置在一个相对封闭的环境中，同时，充分考虑光辐射对光引擎自身和周围环境温度带来的影响，对光引擎的前、后向散热功率进行准确计算和测量，从而得到一个有效、可靠、全面的测试结果。其中，前向、后向的散热功率就代表了待测光引擎的散热性能。

下面结合附图1对本发明所述一种用于测试光引擎散热参数的装置做进一步的描述：

本发明所述的一种用于测试光引擎散热参数的装置，包括一个封闭的半球形腔体8、多个温度探测器7、散热器1、热流计2、温度加热器3、多个光辐射计、两个功率计6以及一个电压计5。

多个温度探测器7均匀分布在半球形腔体8的内壁上，其中，半球形内壁上的温度探测器7以经度间隔45度、纬度间隔30度进行均匀分布；在平面内壁上的温度探测器以45度进行径向划分，每个径向划分线上对称分布4个温度探测器，从而在半球形腔体8的封闭环境中实现了任何方向上环境温度参数的采集，为计算得出环境平均温度、温差、温度分布变化情况等信息提供了准确依据和方便。

散热器1设置在半球形腔体8的中心位置上，散热器1的外侧面上依次连接有热流计2和温度加热器3，待测光引擎4通过螺丝直接连接在温度加热器3上，待测光引擎4、温度加热器3和热流计2位于半球形腔体8的外侧，散热器1对待测光引擎4的后向进行模拟散热。两个功率计6分别与温度加热器3和待测光引擎4相连接，功率计6可随时显示温度加热器3和待测光引擎4的输出功率。电压计5连接在热流计2上，电压计5以电压值的方式实时显示热流变化情况。而多个光辐射计则均匀对应于半球形腔体外侧的待测光引擎4，随时测量待测光引擎4外侧的光辐射能通量，以消除光辐射过程对环境温度或待测光引擎4功率的影响，提高模拟测试过程的准确性。光辐射计的数量可根据辐射情况进行均匀排列，以能准确测量为标准，如常用的2个、4个、6个等光辐射计。

下面对上述一种用于测试光引擎散热参数的装置的测试方法作进一步的详细描述，具体步骤包括：

步骤1、建立稳定的测量环境，保持测量过程中测试环境温度Ta在[Ta-1℃，Ta+1℃]之间。

步骤2、将待测光引擎通过螺丝连接在温度加热器上，通过散热器实现待测光引擎后向的对外散热。

其中，温度加热器和热流计位于散热器和待测光引擎之间，温度加热器用于模仿升温过程，实现对待测光引擎的标定。热流计用于显示该温度下温度加热器功率对应的电压，建立电压与功率的对应关系，就可为后期计算待测光引擎的前向、后向散热功率提供帮助。

步骤3、开启温度加热器，功率为P₀，待温度探测器读数稳定后，读取电压计读数V(P₀)；

本步骤中，通过温度加热器模拟待测光引擎的温度环境，进而通过热流计确定出待测光引擎功率与电压的关系系数。其中，温度探测器读数稳定是指5分钟内温度升高小于0.5％。

步骤4、重复上述步骤3，增加温度加热器功率P_s，记录下N次增温后分别对应的电压计读数V(P₀+P_s)，V(P₀+2P_s)，···，V(P₀+NP_s)，通过对温度加热器的功率与热流计的电压进行线性回归计算，得到功率与电压的关系β_(W/V)。

步骤5、关闭温度加热器，待装置冷却后，进行待测光引擎的实际散热参数测试。

步骤6、开启光引擎，待光引擎温度稳定后读取连接在待测光引擎上的功率计，得到光引擎耗电功率P_e，同时，读取半球形腔体内各温度探测器的度数T_i，每间隔t_s时间记录当时的温度T_si，待T_si稳定时，即可计算出腔体内的平均温度、最大温差以及绘制空间温度分布曲线。

其中，光引擎温度和温度探测器读数稳定是指5分钟内温度升高小于0.5％。由于温度探测器均匀分布在半球形腔体内，所以，探测得到的温度值代表了半球形腔体内各个位置的真实温度，从而为计算平均温度、最大温差和绘制空间温度分布曲线提供了准确的数据依据。

步骤7、通过积分球或光辐射计测量光引擎的光辐射功率P₁。

为充分模拟照明过程，避免光辐射对环境温度和光引擎功率产生的直接影响，本方法中利用多个光辐射计进行待测光引擎辐射功率的均匀测量，消除了实际使用中辐射过程对测量结果的直接影响。

步骤8、读取热流计的电压计读数V，结合前面步骤计算得到的功率和电压关系系数，即，光引擎的后向散热功率P_r＝V×β，而待测光引擎的前向散热功率P_r＝P_c-P₁-P_r。

整个测试和计算过程完成。

Claims (4)

1.一种用于测试光引擎散热参数的装置，其特征在于，包括一个封闭的半球形腔体和均匀分布在腔体内壁上的温度探测器，所述半球形腔体的中心位置设有一个散热器，散热器的外侧面上依次设有热流计和温度加热器；还包括两个功率计和一个电压计，所述两个功率计分别与温度加热器和待测光引擎相连接；所述电压计与热流计相连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于测试光引擎散热参数的装置，其特征在于，还包括多个光辐射计，所述光辐射计用于测量半球形腔体外侧的待测光引擎的光辐射能通量。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于测试光引擎散热参数的装置，其特征在于，所述温度探测器在半球形内壁上以经度间隔45度、纬度间隔30度进行均匀分布；在平面内壁上以45度进行径向划分，每个径向划分线上对称分布4个温度探测器。

4.一种基于上述权利要求1至3中任一所述的用于测试光引擎散热参数装置的测试方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、测量过程中，保持测试环境温度Ta在[Ta-1℃，Ta+1℃]之间；

步骤2、将待测光引擎通过螺丝连接在温度加热器上；

步骤3、开启温度加热器，功率为P₀，待温度探测器读数稳定后，读取电压计读数V(P₀)；所述温度探测器读数稳定是指5分钟内温度升高小于0.5％；

步骤4、重复上述步骤3，每次增加温度加热器功率P_s，记录下N次增温后分别对应的电压计读数V(P₀+P_s)，V(P₀+2P_s)，···，V(P₀+NP_s)；

步骤5、对温度加热器的功率与热流计的电压进行线性回归计算，得到功率与电压的关系β_(WV)；

步骤6、关闭温度加热器，待装置冷却后，开启光引擎，待光引擎温度稳定后读取连接在待测光引擎上的功率计，得到光引擎耗电功率P_e，同时，读取半球形腔体内各温度探测器的度数T_i，每间隔t_s时间记录当时的温度T_si，待T_si稳定时，即可计算出腔体内的平均温度、最大温差以及绘制空间温度分布曲线；所述光引擎温度和温度探测器读数稳定是指5分钟内温度升高小于0.5％；

步骤7、通过光辐射计测量光引擎的光辐射功率P₁；

步骤8、读取热流计的电压计读数V，即，光引擎的后向散热功率P_r＝V×β，待测光引擎的前向散热功率P_f＝P_e-P_l-P_r，测试过程完成。