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LED测试标准
半导体发光二 极管（LED）是新型的发光体，电光效率高、体积小、寿命长、电
压低、节能和环保，是下一代理想的 照明器件。LED光电测试是检验LED光电
性能的重要而且唯一的手段，相应的测试结果是评价和反映 当前我国LED产业
发展水平的依据。制定LED光电测试方法的标准是统一衡量LED产品光电性能< br>的重要途径，是使测试结果真实反映我国LED产业发展水平的前提。本文结合
最新的LED测试 方法的国家标准，介绍了LED的光电性能测试的几个主要方面。
关键词：半导体发光二极管测试方法国 家标准
一、引言
半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、手 机
背光源、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应
用也越来越 广泛。但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，
在生产实践中只能以相对参数为依 据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很
大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。因此，半导 体发光二极管测试方
法国家标准应运而生。
二、LED测试方法
基于LED各个应用领 域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：
电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热 学特性、可靠性等。
1、电特性
LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它 是半导体PN结二
极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电
流电压驱动下才能正 常工作。通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许
正向电压、正向电流及反向电压、电流，此 外也可以测定LED的最佳工作电功
率。
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LED电特性的测试一般利用相应 的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。
2、光特性
类似于其它光源，LED光特性的测 试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和
辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。
（1 ）光通量和光效
有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。变角光度计法是
测试光通量的最精确的方法，但是由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试
光通量。如图2所示，现 有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种
是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁 。
图2积分球法测LED光通量
此外，由于积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结 果造成影响，因
此，往往引入辅助灯，如图3所示。
图3辅助灯法消除自吸收影响
在测 得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED的发光效率。而辐射通量
和辐射效率的测试方法类似于 光通量和发光效率的测试。
（2）光强和光强分布特性
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图4LED光强测试 中的问题
如图4所示，点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径
的探测 器接收得到的测试结果都不会改变，但是LED由于其光强分布的不一致
使得测试结果随测试距离和探测 器孔径变化。因此，CIE-127提出了两种推荐测
试条件使得各个LED在同一条件下进行光强测试 与评价，目前CIE-127条件已
经被各LED制造商和检测机构引用。
图5CIE-127 推荐LED光强测试条件
（3）光谱参数
LED的光谱特性参数主要包括峰值发射波长、光谱辐 射带宽和光谱功率分布等。
单色LED的光谱为单一波峰，特性以峰值波长和带宽表示，而白光LED的 光谱
由多种单色光谱合成。所有LED的光谱特性都可由光谱功率分布表示，而由LED
的光谱 功率分布还可计算得到色度参数。
光谱功率分布的测试需要通过分光进行，将各色光从混合的光中区分出 来进行测
定，一般可以采用棱镜和光栅实现分光。
3、开关特性
LED开关特性是指L ED通电和断电瞬间的光、电、色变化特性。通过LED开关
特性的测试可以获得LED在通断电瞬间工 作状态、物质属性等的变化规律，由
此不仅可了解通断电对LED的损耗，也可用以指导LED驱动模块 的设计等。
4、颜色特性
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LED的颜色特性主要包括色品坐标、主波长、色 纯度、色温及显色性等，LED
的颜色特性对白光LED尤为重要。
现有的颜色特性测试方法有 分光光度法和积分法。如图7所示：分光光度法是通
过单色仪分光测得LED光谱功率分布，之后利用色 度加权函数积分获得对应色
度参数；积分法是利用特定滤色片配合光电探测器直接测得色度参数；分光光 度
法的准确性要大大高于积分法。
5、热学特性
LED的热学特性主要指热阻和结温。 热阻是指沿热流通道上的温度差与通道上
耗散的功率之比。结温是指LED的PN结温度。LED的热阻 和结温是影响LED
光电性能的重要因素。
现有的对LED结温的测试一般有两种方法：一种是 采用红外测温显微镜或微型
热偶测得LED芯片表面的温度并视其为LED的结温，但是准确度不够；另 外一
种是利用确定电流下的正向偏压与结温之间反比变化的关系来判定LED的结
温。
6、可靠性
LED的可靠性包括静电敏感度特性、寿命、环境特性等。静电敏感度特性是指
LE D能承受的静电放电电压。某些LED由于电阻率较高，且正负电极距离很短，
若两端的静电电荷累积到 一定值时，这一静电电压会击穿PN结，严重时可将PN
结击穿导致LED失效，因此必须对LED的静 电敏感度特性进行测试，获得LED
的静电放电故障临界电压。目前一般采用人体模式、机器模式、器件 充电模式来
模拟现实生活中的静电放电现象。
为了观察LED在长期连续使用情况下光性能的变 化规律，需要对LED进行抽样
试验，通过长期观察和统计获得LED寿命参数。对于LED环境特性的 试验往
往采用模拟LED在应用中遇到的各类自然侵袭，一般有：高低温冲击试验、湿
度循环试 验、潮湿试验、盐雾试验、沙尘试验、辐照试验、振动和冲击试验、跌
落试验、离心加速度试验等。三、国家标准的制定
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总结以上测试方法，半导体发光二极管测试方法国家标准对 LED电特性、光学
特性、热学特性、静电特性及寿命测试都作了相应的规定。
对于电特性测试 ，标准分别规定了LED正向电压、反向电压、反向电流的测试
框图；对于光通量测试，标准规定采用2 π立体角测试结构；对于光强测试，标
准引用了CIE-127的推荐条件；此外，对光谱测试、热学特 性测试、静电放电
敏感度测试、寿命测试等都作了明确的规定。
四、结论
国家标准的制 定总结了现有LED的测试方法，将其中的科学适用的方法升级为
标准测试方法，很好地消除了各界在L ED测试领域存在的分歧，也使测试结果
更加真实地反映我国LED产业的整体水平。但是鉴于LED技 术还在处于不断地
发展之中，国家标准的制定并不是一劳永逸的，应当时刻将最新最合适的测试技
术引入标准之中。
一般来说，LED调光技术的运用不仅可以提高对比度，还可以减少耗电量。下面将对大电流LED调光原理进行对比分析。
对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩(白色 )与最暗色彩(黑色)的
发光度比率。可以通过控制进入的正向电流来调节LED的亮度级别，即模拟调
光。LED的色彩可以随着正向电流的变化而位移，因此对于一些可容忍色彩位
移的低档照明系 统而言，模拟调光不失为一个合适的选择。但是，对于基于LED
的LCD显示屏等的高端应用来说，为 获得想要的色彩一致性和各种亮度级别，
就必须采用更复杂的调光技术。针对高端应用的LED驱动器一 般都采用固定频
率工作模式与PWM调光机制。在PWM调光中，LED正向电流以减少的占空比
在0%至100%间转换，以进行亮度控制。然而，PWM调光信号的频率必须大
于100Hz，以免 出现闪烁或抖动。为尽量降低可听到噪声和辐射，高端照明系
统的调光频率范围一般要求几万赫兹。可是 ，更高的调光频率将大幅缩小驱动的
调光范围，反而降低系统的最大亮度。本文将探讨在固定频率、时间 延迟磁滞控
制和固定导通时间的降压式LED驱动器中，高频PWM调光技术的性能表现，
并通 过测试数据来衡量不同配置下的性能。
LED
调光范围
在PWM调光中，LED正向电 流以受控的占空比(DDim)进行开关
(ONOFF)，以达到想要的亮度级别。DDim的动态范围 定义了PWM调光配置
所能实现的最大亮度级别。如上所述，LED亮度与LED正向电流成比例，因此 ，
在使用PWM调光配置时所得到的最高和最低LED电流平均值分别由式1和式2
表示。ILED_Max=DDim_Max×ILED(1)
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ILED_Min=D Dim_Min×ILED(2)
其中，ILED为LED电流，ILED_Max为LED电流的平均 最高值，ILED_Min
为LED电流的平均最低值，DDim_Max为最大调光占空比，DDim _Min为最小
调光占空比。因此，最高和最低LED明亮的比率，又被看作PWM调光范围，
用式3表示。
调光范围=DDim_MaxDDim_Min(3)
式3表示PWM调光范围与 最大、最小调光占空比之间的关系。对于给定的
调光频率FDim，DDim_Max表示最大占空比， 即LED电流在下一个调光周期
开始前，从所需的正向电流降低至零的时间;DDim_Min表示最小 占空比，即LED
电流由零升至所需的正向电流(IF)的时间。
从图1(a)可见，DDim _Max和DDim_Min用式5表示。
DDim_Max=(T-tSD)T(4)
DDi m_Min=(tD+tSU)T(5)
其中，T为调光周期(T=1FDim)，tD为从DIM脉冲 上升沿到电源FET第一
个脉冲之间的延迟，tSU为LED电流从零升至所需电流的上升时间，tSD 为从
DIM脉冲的下降沿到LED电流等于零之间的下降时间。
图1(a)：最大和最小的PW M调光占空比;图1(b)：最常用的PWM调光配
置。
式4和式5表达了DDim_Max、 DDim_Min与LED驱动器的传动(power-
train)特性和PWM调光方案之间的关系 。下文将讨论几种不同的PWM调光方
案。
PWM调光方案
可以采用多个不同的电路来 实现正向LED电流的开关切换，图1(b)是最常
用的PWM调光配置。
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在使能调光方案(图1b(A))中，LED电流的开关是通过把开关稳压器或者电
源FET驱动器设置 成使能(Enable)或失效(Disable)来实现的。使能调光的缺点
是调光延迟较大(tD， tSU&tSD)。tD指需要启动开关稳压器电路所需的时间。如
果利用调光信号去开关电源FET驱 动器，而不是去开关稳压器，则可以消除这
种延迟。tSU和tSD指电感器电流上升至所需LED电流 ，并将电流下降到零电
流所需的时间，这种延迟很大程度视乎LED驱动器的传动特性。使能调光方案< br>可以在低调光频率下提供较大的调光范围。但是，由于调光延迟比较大，如果增
加调光频率，会明 显降低调光范围。
串行调光方案(图1b(B))将一个开关与LED串联在一起，这样，LED电流从
IF和零之间的切换将随着串联开关的导通(ON)和断开(OFF)来执行。在这种配置
中， 当串行开关器导通时，峰值检测器被用来确保电压信号在反馈引脚(FB)处的
连续性。串行调光没有延 迟时间tD和tSD，因此要优于使能调光。不过，这种
方法的tSU较大，在高调光频率下所能达至的 调光范围比较小。
并行调光方案(图1b(C))把一个分流开关与LED并联在一起。一旦将这个开< br>关设置成OFF或ON，立刻会有电流IF流进或者流出LED。并行调光能明显减
少tD、tS U和tSD，因为它可长期维持连续的电感器电流，这个电流的平均值大
约等于所需的LED正向电流。 因此，这种调光配置适合那些在高调光频率下要
求宽调光范围的应用。但是，并行调光必须配合开关稳理 器拓朴来使用，因为只
有这种布局才可提供连续的输出电感器电流。此外，由于分流开关(shunts witch)
的功率耗散，这种方式将降低整体系统的效率。下文将探讨与固定频率、磁滞和
固 定导通时间降压式LED驱动器一起工作时，使能调光和并行调光方案的性能。
固定频率降压LED驱动 器的调光
固定频率电流模式降压LED驱动器的简化框图如图2所示。驱动器可通过
选用Ena ble_Dim控制或Shunt_Dim控制，配置成使能调光或并行调光。图3
表示图2中的LED 驱动器的典型使能调光波形，这些波形是用LM3045(1A的
16MHz固定频率LED驱动器)来 产生的。
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图2：固定频率的电流模式降压LED驱动器的简化框图。
在图3 中，从DIM脉冲的上升沿到电源FET第一个脉冲，大约有50μs的
延迟tD。这个延迟正如前面所 说与启动稳压器的电路有关。与LED电流由零到
5A的上升时间有关的时延tSU，其测量出来的数值 约为25μs，这个延迟很大程
度受到了图2中固定频率LED驱动器的固有控制环路频宽限制的影响。 tSD也
是LED电流下降至零的DIM脉冲下降沿，其数值约为2.5μs。这个延迟则受开
关稳压器的电感器大小和LED正向电压降的影响。
图3：图3中LED驱动器的典型使能调光波形(V in=10V，IF=0.5A，
Fsw=1.6MHz,FDim=5kHz,DDim=50%)。
图4给出了图2中的LED驱动器的并行调光波形。这种配置可以完全消除
tD，因为驱动器会 长期处于开关状态。此外，它还可以消除tSD，因为当开关被
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设置成ON时(Sh unt_Dim为高)，电感器电流IL几乎是立刻转向从LED流入分
流开关。另一方面，测度出来的 tSU大约为10μs，这仍是一个相对比较大的延
迟。总的来说，在高调光频率下，采用固定频率LE D驱动器的并行调光不会显
著增加调光范围，因为驱动器控制环路的动态响应是有限制的。
图4 ：图3中的LED驱动器的并行调光波形(Vin=10V,IF=0.5A,
Fsw=1.6MHz, FDim=20KHz,DDim=50%)。
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