摩托車信號(hào)燈電流特性研究范文

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摘要：LED(LightEmittingdiode)是電致發(fā)光元器件，電流的改變會(huì)造成摩托車LED信號(hào)燈光色度特性的改變。本文是在連續(xù)直流供電條件下，研究了電流對(duì)LED信號(hào)燈的光色度特性參數(shù)的影響。結(jié)果表明，電流對(duì)光通量和主波長(zhǎng)產(chǎn)生較大的影響，對(duì)相關(guān)色溫和色坐標(biāo)產(chǎn)生極小范圍的影響，而對(duì)光譜幾乎無(wú)影響。

關(guān)鍵詞：發(fā)光二極管；變溫；光通量；光譜；色溫

隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)的日益改進(jìn)及封裝技術(shù)的飛速提高，LED在交通照明，信號(hào)指示和大面積顯示屏等領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用[1-3]。作為交通信號(hào)指示，LED因具有發(fā)光效率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，壽命時(shí)間長(zhǎng)受到燈具制造商的廣泛關(guān)注。信號(hào)燈圍繞著標(biāo)準(zhǔn)的要求而發(fā)展，其主要作用是顯示車輛的存在，寬度，狀態(tài)以及輔助照明等，包括轉(zhuǎn)向燈，制動(dòng)燈，前后位置燈，示廓燈，后霧燈等。安裝要求《摩托車照明和光信號(hào)裝置的安裝規(guī)定》(GB18100—2010)第1，2，3部分分別對(duì)兩輪摩托車，兩輪輕便摩托車，三輪摩托車做了規(guī)定，性能測(cè)試方面《GB17510—2008摩托車光信號(hào)裝置配光性能》標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定信號(hào)燈光色要求，試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。其中光色度參數(shù)是標(biāo)志著器件性能的優(yōu)劣。但在日常使用中，電流的改變會(huì)造成LED信號(hào)燈光色度的改變。本文在較大范圍（0～300mA）直流供電條件下，研究了摩托車LED信號(hào)燈的電流特性對(duì)光色度參數(shù)的影響，為國(guó)內(nèi)摩托車LED信號(hào)燈的設(shè)計(jì)和檢測(cè)提供幫助。LED信號(hào)燈光色度測(cè)量方法有兩種，絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量方法，分別是分布光度計(jì)的光度法和積分球加光度計(jì)的積分法[4]。對(duì)比于分布光度計(jì)的光度法，積分球因具有簡(jiǎn)單易行，設(shè)備少，分析速率快,不需要暗室等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室中[4]。積分球測(cè)量原理是通過與標(biāo)準(zhǔn)燈具光通量校準(zhǔn)得出，Ex，Es分別代表待測(cè)燈具與標(biāo)準(zhǔn)燈具的照度值，φx，φs表示待測(cè)燈具與標(biāo)準(zhǔn)燈具的總光通量。

1試驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)采用遠(yuǎn)方恒溫積分球（CIS-2000），可以精密控制球體內(nèi)溫度，同時(shí)雙層球體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證氣流自然穩(wěn)定，維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的測(cè)試環(huán)境[4]。如圖所示，將待測(cè)燈具安裝在積分球中心，光度探頭與光譜輻射計(jì)（HASS-2000）連接構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)[4]。通過調(diào)節(jié)直流電流源（TPS-500B）來(lái)控制LED的供給電流大小，分別在電流值為25mA，50mA，75mA，100mA，125mA，150mA，175mA，200mA，225mA，250mA，300mA的條件下進(jìn)行測(cè)試。燈具點(diǎn)亮?xí)r間至少2h，待光通量變化值小于0.2%后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1光通量的電流特性

光通量是光度學(xué)中的重要參數(shù)，標(biāo)志著燈具性能的優(yōu)劣。其數(shù)值與工作電流有直接關(guān)系。在較大范圍（0~300mA）直流供電條件下，測(cè)得了不同電流值下的光通量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，隨著電流的穩(wěn)步增加，光通量在不斷的增加，當(dāng)超過225mA時(shí)，光通量隨著電流的改變驟降。這主要是因?yàn)殡S著電流的逐漸增加，燈具PN結(jié)內(nèi)的電子數(shù)和空穴數(shù)也在增加，增加了輻射復(fù)合機(jī)率，也增大了LED的光通量。當(dāng)產(chǎn)生電子和空穴數(shù)達(dá)到最大值，輻射復(fù)合幾率達(dá)到飽和值，光通量輸出值也不會(huì)再增加[10]。

2.2光譜的電流特性

圖3分別表示在25mA，75mA，125mA，175mA，225mA直流供電條件下光譜與電流的關(guān)系。如圖所示光譜相對(duì)電流值的變化保持穩(wěn)定，在電流25mA，75mA供電情況下，采集的功率輻射值不穩(wěn)定，光譜曲線有毛刺出現(xiàn)小范圍波動(dòng)，高于175mA直流供電條件下，數(shù)據(jù)值穩(wěn)定，光譜曲線平滑。這歸因于LED燈的光譜各譜線成分穩(wěn)定，燈具穩(wěn)定性強(qiáng)不會(huì)隨著電流的改變而發(fā)生變化[10]。

2.3主波長(zhǎng)的電流特性

圖4分別表示在25mA，50mA，75mA，100mA，125mA，150mA，175mA，200mA，225mA電流測(cè)量值下主波長(zhǎng)與電流的關(guān)系。隨著電流的增加，LED信號(hào)燈的主波長(zhǎng)從545.98nm減小到532.2nm，發(fā)生波長(zhǎng)藍(lán)移現(xiàn)象。而人的肉眼所能感知到波長(zhǎng)變化是5nm左右，這說明隨著電流的增加，LED燈具光的顏色必會(huì)產(chǎn)生明顯的變化。

2.4色坐標(biāo)的電流特性

色坐標(biāo)是研究燈具光色特性的重要參數(shù)，測(cè)量的基本原理是根據(jù)光源的光譜分布由色坐標(biāo)的基本規(guī)定進(jìn)行計(jì)算而得出的。圖4分別表示在25mA，50mA，75mA，100mA，125mA，150mA，175mA，200mA，225mA電流測(cè)量值下色坐標(biāo)與電流的關(guān)系。色坐標(biāo)（X，Y）隨著電流的增加而在一定程度上減小。X坐標(biāo)在0.4183～0.4262的范圍內(nèi)波動(dòng)，相對(duì)波動(dòng)幅度為1.88%，Y坐標(biāo)在0.3838～0.3959的范圍內(nèi)改變，相對(duì)波動(dòng)幅度3.15%，都在可接受范圍內(nèi)。這主要?dú)w因于LED的PN結(jié)具有穩(wěn)定的發(fā)光特性。

2.5色溫的電流特性

圖5分別表示在25mA，50mA，75mA，100mA，125mA，150mA，175mA，200mA，225mA電流測(cè)量值下，色溫與電流值的關(guān)系。隨著電流值的增加，色溫呈明顯的上升趨勢(shì)，從6878K增加到6902K，漲幅為0.21%。這主要?dú)w因于當(dāng)電流增加時(shí)，PN結(jié)中的電子和空穴輻射復(fù)合機(jī)率增加，產(chǎn)生的藍(lán)光總量在一定程度內(nèi)增加，但受藍(lán)光激發(fā)的熒光粉數(shù)量卻是固定的，所以產(chǎn)生的黃光總量相對(duì)減少，導(dǎo)致色溫升高；另一方面,隨著電流的增加燈具內(nèi)PN結(jié)溫也會(huì)升高,這在一定程度上也會(huì)導(dǎo)致色溫的升高。

3結(jié)論

本文利用積分球光度測(cè)量系統(tǒng)在直流供電條件下對(duì)摩托車LED信號(hào)燈的光色度特性進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)：1）隨著直流供電電流的逐漸增加，光通量在不斷的增加，當(dāng)超過某瞬時(shí)值時(shí)，光通量隨著電流的增加驟降；2）電流只影響LED光譜曲線的平滑度，如在小電流情況下曲線有毛刺出現(xiàn)小范圍波動(dòng)，但對(duì)LED的光譜成分不會(huì)造成影響；3）電流會(huì)引起X，Y色坐標(biāo)分別在1.88%和3.15%內(nèi)波動(dòng)；4）電流會(huì)引起LED燈具色溫升高，變化范圍在6878～6902K區(qū)間；5）電流對(duì)主波長(zhǎng)影響較大，發(fā)生藍(lán)移現(xiàn)象，從545.98nm減小到532.2nm。

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作者：費(fèi)坤；李海濤；李曉周 單位：國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心