Nghiên cứu chế tạo hệ điện tử cho thiết bị đánh giá nhanh chất lượng diode phát sáng trắng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THANH ĐỨC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ ĐIỆN TỬ CHO THIẾT BỊ ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƢỢNG DIODE PHÁT SÁNG TRẮNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THANH ĐỨC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ ĐIỆN TỬ CHO THIẾT BỊ ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƢỢNG DIODE PHÁT SÁNG TRẮNG Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Vũ Thắng Hà Nội – Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ hỗ trợ chun mơn thực phịng thí nghiệm Hiển vi điện tử vi phân tích hướng dẫn mặt định hướng khoa học, phương pháp luận TS Nguyễn Vũ Thắng TS Nguyễn Đức Dũng Luận văn thạc sỹ thực khn khổ đề tài:“Nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá nhanh chất lƣợng Đi-ốt phát quang LED” Kết nghiên cứu luận văn phần Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GD&ĐT ―Nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá nhanh chất lượng Đi-ốt phát quang LED‖ mã số B2013.01.61.CT Tơi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn đơi với TS Nguyễn Vũ Thắng TS Nguyễn Đức Dũng tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Đồng thời xin cám ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện Điện tử - Viễn thông tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu Cuối tơi muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể gia đình tơi nuôi dưỡng tạo điều kiện cho ngày hôm nay, cảm ơn người bên ủng hộ Một lần xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Học viên cao học Lê Thanh Đức năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết, thực tế hướng dẫn TS Nguyễn Vũ Thắng – Viện Điện tử Viễn thông TS Nguyễn Đức Dũng – Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả, kết luận tham khảo trích dẫn nguồn đẩy đủ Một lần tơi xin khẳng định trung thực lời cam kết Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận văn Lê Thanh Đức năm 2017 MỤC LỤC Lời cám ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời nói đầu Chương I Tổng quan chiếu sáng WLED Sơ lược chiếu sáng rắn 1.1 Lịch sử phát minh, phát triển LED 1.2 Các giải pháp chiếu sáng trắng – đèn LED trắng (WLED) Các đặc trưng quang học LED Đặc trưng thời gian sống độ tin cậy LED Kết luận Chương II Nghiên cứu chế tạo hệ thống già hóa WLED Thiết kế chế tạo hệ thống nguồn dịng ni WLED 1.1 Yêu cầu thiết kế 1.2 Sơ đồ khối 1.3 Thiết kế nguyên lý 1.4 Thiết kế layout Thiết kế chế tạo hệ đo già hóa đèn WLED 2.1 Yêu cầu thiết kế 2.2 Sơ đồ thiết kế 2.3 Hệ thống điều khiển cấp nhiệt 2.4 Hệ thống chuyển đổi tín hiệu quang – điện 2.5 Kết nối máy tính Mơ hình suy giảm quang thơng LED 3.1 Hàm phân bố Weibull dành cho xác suất sống sót 3.2 Mơ hình suy giảm quang thơng để dự báo thời gian sống Kết luận Chương III Kết thực nghiệm Hệ già hóa tăng cường để đánh giá nhanh WLED Ước lượng thời gian sống LED Kết luận Kết luận phương hướng phát triển Phụ lục Phụ lục Tài liệu tham khảo LÊ THANH ĐỨC 1 7 10 21 21 26 26 27 27 32 39 41 41 42 44 52 58 69 69 71 74 75 75 76 79 80 81 84 86 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT Điốt phát quang Điốt phát ánh sáng trắng Ủy ban quốc tế chiếu sáng Thời gian hư hỏng trung bình Thời gian hư hoại trung bình Chu kỳ hoạt động khơng bảo trì Chu kỳ hoạt động khơng hư hỏng Nhiệt độ tương quan màu Hệ số trả màu Chip gắn mạch Rơ le bán dẫn Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số Tiêu chuẩn Việt Nam LED WLED CIE MTBF MTTF MFOP FFOP CCT CRI COB SSR PID ADC TCVN LÊ THANH ĐỨC DANH MỤC BẢNG Bảng Tín hiệu nguồn vào 29 Bảng Các tín hiệu khối điều khiển 31 Bảng Các tín hiệu khối giao tiếp 31 Bảng Các tín hiệu khối nguồn dòng 32 Bảng Các tín hiệu khối hiển thị 33 Bảng Thông số điện trở PT100 ứng với nhiệt độ đo 46 Bảng Các tín hiệu chân đầu nối DB - máy tính IBM PC 65 LÊ THANH ĐỨC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Cấu tạo WLED chế phát ánh sáng trắng [17] Hình Phổ phát quang WLED sử dụng chip LED xanh GaN InGaN (có đỉnh 465nm) bột huỳnh quang Ce:YAG (trong khoảng 500-700nm) [20] Hình Cấu tạo mắt người cấu tạo chi tiết võng mạc với tế bào cảm quang [21] 10 Hình Các chế độ nhìn mắt người tế bào điều tiết tương ứng [5] 10 Hình Độ nhạy tế bào que nón theo bước sóng ánh sáng [22] 11 Hình Hàm nhạy sáng mắt người theo chuẩn CIE [5] 12 Hình Hàm pha màu CIE 1931 1978 [5] 13 Hình Biểu đồ màu CIE 1931 14 Hình Phân bố màu biểu đồ màu CIE 1931 14 Hình 10 Các elip MacAdam biểu đồ màu 15 Hình 11 Biểu đồ màu CIE 1976 với elip MacAdam 16 Hình 12 Phổ ánh sáng vật đen tuyệt đối phát sáng với nhiệt độ khác 17 Hình 13 Đường cong Planck điểm chuẩn hóa: A – Đèn sợi đốt, B – Ánh sáng Mặt Trời, C – Trời nhiều mây, D65 – Ánh sáng ban ngày, E – Điểm đẳng 18 Hình 14 Các đường đẳng nhiệt biểu đồ màu x, y 19 Hình 15 Suất phản xạ màu chuẩn CIE để tính CRI 20 Hình 16 Dự đoán thời gian sống LED [23] 21 Hình 17 Giá trị L70 công nhận rộng rãi thời gian sống LED 22 Hình 18 Đường lịng máng tỉ lệ hư hỏng theo thời gian 23 Hình 19 Mơ hình Lịng máng (trên) mang tính thống kê tượng, mơ hình PoF (dưới) sâu vào nguyên nhân mang tính chất vật lý gây hư hỏng [25] 24 Hình 20 Hiệu suất phát quang loại thiết bị chiếu sáng [29] 26 Hình 21 Sơ đồ khối hệ thống 28 Hình 22 Khối nguồn vào 29 Hình 23 Khối điều khiển 29 Hình 24 Khối giao tiếp 30 Hình 25 Khối nguồn dịng 31 Hình 26 Khối hiển thị 32 Hình 27 Sơ đồ nguyên lý nguồn vào 33 Hình 28 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển 35 Hình 29 Sơ đồ khối khối giao tiếp 36 Hình 30 Module LCD20x4 36 Hình 31 Sơ đồ kết nối module LCD20x4 37 Hình 32 Sơ đồ khối khối kênh nguồn dòng 38 Hình 33 Sơ đồ Layout kênh nguồn dịng 39 Hình 34 Khối điều khiển hiển thị 40 Hình 35 Khối giao tiếp 40 Hình 36 Phần trăm độ bất định đánh giá phụ thuộc vào số lượng mẫu đo 41 LÊ THANH ĐỨC Hình 37 Thiết kế tổng thể hệ đo già hóa LED 43 Hình 38 Sơ đồ nguyên lý điều khiển nhiệt độ 44 Hình 39 Mạch khuếch đại thuật toán 46 Hình 40 Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki Kd số) 48 Hình 41 Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với giá trị Ki (Kp Kd không đổi) 48 Hình 42 Đồ thị PV theo thời gian, với giá trị Kd (Kp and Ki không đổi) 49 Hình 43 Rơ le bán dẫn thơng dụng 49 Hình 44 Thơng số kỹ thuật điều khiển TC4M-14R 51 Hình 45 Sơ đồ đấu nối thiết bị TC4M-14R 51 Hình 46 Hệ thống điều khiển cấp nhiệt 52 Hình 47 Sơ đồ vùng lượng photodiode PIN 53 Hình 48 Cấu trúc APD điện trường vùng trôi 54 Hình 49 Photodiode dùng để thu thập tín hiệu quang WLED với sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu đo 57 Hình 50 Sơ đồ hệ đo trực tiếp quang thông WLED sử dụng photodiode 57 Hình 51 Đo thử nghiệm quang thơng WLED đầu đo photodiode 58 Hình 52 Mạch tạo nguồn 59 Hình 53 Mạch tái bật nguồn reset để 89C51 60 Hình 54 Mạch biến đổi sơ cấp 60 Hình 55 Mạch chuyển đổi ADC 61 Hình 56 Đóng khung liệu kí tự ―A‖ 62 Hình 57 Nối kết khơng modem 64 Hình 58 Sơ đồ bên MAX232 vàsơ đồ nối ghép MAX232 với 8051 65 Hình 59 Tạo kết nối cổng COM ảo 66 Hình 60 Sơ đồ nguyên lý 67 Hình 61 Sơ đồ thuật tốn 68 Hình 62 Hàm tích lũy phân bố Weibull 70 Hình 63 Hàm phân bố mật độ Weibull 70 Hình 64 Suy giảm quang thông theo thời gian dòng cấp khác LED Philips Luxeon K2[41] 71 Hình 65 Suy giảm quang thơng theo thời gian nhiệt độ khác LED Philips Luxeon K2 [41] 72 Hình 66 Minh họa trình ngoại suy thời gian sống LED nhiệt độ phịng 74 Hình 67 Hệ đánh giá nhanh LED sau lắp đặt 75 Hình 68 Suy giảm quang thơng theo thời gian đo nhiệt độ 100oC (373 K), dòng phát 150 mA 77 Hình 69 Độ thay đổi quang thông theo nhiệt độ, I = 150mA 78 LÊ THANH ĐỨC LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ chiếu sáng rắn (Solid State Lightning) công nghệ đại, thu hút quan tâm tồn cầu Có thể nói cơng nghệ tương lai lĩnh vực chiếu sáng, thay công nghệ chiếu sáng truyền thống với hiệu suất vượt trội Trọng tâm công nghệ chiếu sáng rắn nghiên cứu phát triển điốt phát quang (Light Emitting Diode – LED), điốt phát ánh sáng trắng (WLED) Được phát minh bất ngờ từ năm 1907, phải từ sau thập kỷ 1960 kỷ trước, LED thực trở thành linh kiện đa dụng hứa hẹn cho công nghệ chiếu sáng ngày với ưu điểm nhỏ, bền, sáng, tin cậy hiệu suất cao, đóng vai trị then chốt công nghệ ngày Các thiết bị chiếu sáng sử dụng đèn LED xuất khắp nơi, đầu đọc đĩa CD DVD máy vi tính, phận truyền dẫn tín hiệu điều khiển từ xa, đèn tín hiệu giao thơng… Việc đánh giá thời gian sống, độ tin cậy, độ ổn định hiệu suất LED, việc nghiên cứu ảnh hưởng tác động yếu tố nhiệt, điện tới thơng số đóng vai trị quan trọng Cơng việc địi hỏi kỹ thuật đo đạc chuyên sâu tốn nhiều thời gian, công sức, xuất nhu cầu đánh giá nhanh thông số Một phương pháp phổ biến phương pháp già hóa tăng cường, tức cho LED hoạt động điều kiện cực đoan nhiệt độ môi trường hoạt động cao, dòng cấp lớn so với chế độ hoạt động thơng thường để LED già hóa nhanh Từ việc đánh giá đặc trưng suy giảm điều kiện cực đoan suy suy giảm điều kiện thường Hướng nghiên cứu quan tâm trình nghiên cứu, phát triển Hầu chưa có tiêu chuẩn cho quy trình đánh giá nhanh LED dựa phương pháp già hóa tăng cường Đề tài nghiên cứu tập trung thiết kế hệ thống điện tử (đầu đo, trường nhiệt độ có điều khiển, nguồn dịng ổn định, khuếch đại tín hiệu, thu thập ghi số liệu…) cho hệ già hóa tăng cường nhằm phục vụ nghiên cứu đánh giá nhanh độ tin cậy thời gian sống WLED LÊ THANH ĐỨC [ ( ( ) )] ( ) [ ( ( ) )] ( ) ( Fit tuyến tính điểm số liệu ( giao điểm trục tung ( ) * ( ( ) ( ) ) )+), ta hệ số góc Từ tính hệ số (5) tìm ( ) Hình 66 Minh họa trình ngoại suy thời gian sống LED nhiệt độ phòng Kết luận Trong chương 2, tác giả thiết kế cấu trúc, tính tốn thiết kế hệ thống già hóa WLED sở lý thuyết đưa kết đo kiểm thực phịng thí nghiệm Hệ thống già hóa WLED giúp nhóm nghiên cứu rút ngắn thời gian đánh giá tuổi thọ WLED dễ dàng điều khiển, lấy kết thơng qua ghép nối với máy tính LÊ THANH ĐỨC 74 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Hệ già hóa tăng cƣờng để đánh giá nhanh WLED Hình 67 Hệ đánh giá nhanh LED sau lắp đặt LÊ THANH ĐỨC 75 Hình 67 mơ tả tồn hệ già hóa tăng cường, bao gồm hệ thống lị ủ tạo nhiệt độ mơi trường ổn định quanh LED, hệ cấp nguồn dịng khơng đổi, hệ dẫn quang đầu đo chuyển đổi tín hiệu quang điện, hệ thống xử lý thu thập tín hiệu… Các phần lị ủ tạo nhiệt độ, nguồn dịng khơng đổi, hệ dẫn quang, đầu đo chuyển đổi quang điện, hệ thống khuếch đại thu thập, ghi số liệu thỏa mãn yêu cầu hệ đo già hóa tăng cường cho LED mơ tả chi tiết Phần II Các thơng số hệ đo già hóa sau chế tạo sau: + Nguồn dịng chiều điện áp 20V, cơng suất tối đa 40W Dịng cấp có độ ổn định ±0.5 mA tinh chỉnh tay Độ trơi q trình đo cỡ 1mA/tuần + Hệ lị ủ tạo nhiệt độ có kích thước 40×20× 20 cm, trang bị khung thép để giữ cố định, chống rung lắc Buồng nhiệt có kích thước 21 × 15 × cm, có nắp chốt Từ buồng nhiệt có lỗ để đặt ống thạch anh dẫn sáng, hướng thẳng tới vị trí cố định photodiode giá gắn lên khung Bên hơng buồng có quạt để tạo đối lưu cưỡng giữ nhiệt độ buồng phân bố Trong buồng lắp đặt giá gắn LED nối tiếp song song, đặt tối đa LED lúc Cặp nhiệt điện đặt giá.Bộ điều khiển nhiệt độ Autonics TC4M với sai số hiển thị 0,5% hay ± 2oC Giá trị nhiệt độ ổn định với độ trôi cỡ 1oC/tuần + Ống dẫn quang làm thạch anh đảm bảo độ hao hụt quang thông hai đầu thay đổi không đáng kể Photodiode sử dụng loại OSRAM BPX 61 hoạt động khoảng bước sóng 400 – 1000 nm, có độ nhạy 70 nA/lx bước sóng 850 nm.Tín hiệu từ photodiode đo điện áp hai cực với điện trở R = 470 kΩ Tín hiệu đo thiết bị Keithley 2602A với độ xác 0,015% cho khoảng đo 100 mV Ƣớc lƣợng thời gian sống LED Sử dụng hệ già hóa tăng cường xây dựng, kết đo phụ thuộc quang thông tương đối WLED theo thời gian nhiệt độ T = 100oC trình bày Hình 68 điểm thực nghiệm (màu đỏ, hình trịn) đo 4000 h với độ suy giảm quang thông đạt tới gần 6% Đường cong màu đen đậm kết khớp hàm Weibull theo phương pháp bình phương tối thiểu Từ kết khớp số liệu, ta có LÊ THANH ĐỨC 76 - k0 = 2,54 ± 0,05, - τ0 = 12300 ± 400 h Sử dụng hệ đo già hóa, 05 WLED giống đo tiến hành đồng thời, kết đo hoàn toàn tương tự Hình 68 Hình 68 Suy giảm quang thơng theo thời gian đo nhiệt độ 100oC (373 K), dịng phát 150 mA Tiếp đó, để ngoại suy thời gian sống WLED nhiệt độ phòng, ta tiến hành đo độ thay đổi quang thông theo nhiệt độ (Hình 69) Khớp hàm tuyến tính điểm ( * ( LÊ THANH ĐỨC ( ) ( ) )+), ta hệ số góc 77 Hình 69 Độ thay đổi quang thông theo nhiệt độ, I = 150mA Từ đó, tính ( tính : [ ) ( )] ( ) Suy ra: ( ) √ ( ) ( ) Như thời gian sống LED nói cỡ 34500 Các giá trị phù hợp với công bố nhà sản xuất LED phù hợp với mơ hình sai hỏng đề Như vậy, cách đo suy giảm quang thông LED theo thời gian nhiệt độ môi trường cao (cỡ 100 OC) thời gian cỡ 4000 h (khoảng – tháng) đo phụ thuộc quang thông theo nhiệt độ (phép đo thực vòng cỡ 4h), từ ước lượng giá trị thời gian sống LED nhiệt độ phòng LÊ THANH ĐỨC 78 (cỡ 20000 – 50000h) Bằng phương pháp già hóa tăng cường, đánh giá nhanh thời gian sống LED (cỡ vài năm) sau khoảng thời gian đo cỡ – tháng Sai số mắc phải ước lượng cỡ 20% Kết luận Chương trình bày kết thực nghiệm tính tốn gìa hóa 05 WLED nhiệt độ 1000C với dịng cấp 150 mA, kết kết khớp hàm Weibull theo phương pháp bình phương tối thiểu Như vậy, hệ già hóa tăng cường chế tạo đảm bảo cho q trình đo nghiên cứu mơ hình già hóa tăng cường, góp phần đánh giá nhanh độ tin cậy, thời gian sống LED (thời gian đo cỡ 1/10 thời gian sống) Các mơ hình già hóa tăng cường xác tiếp tục nghiên cứu dựa phép đo thực nghiệm hệ già hóa tăng cường LÊ THANH ĐỨC 79 KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN Đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ đo già hóa tăng cường phục vụ công việc nghiên cứu đánh giá nhanh thời gian sống, độ tin cậy LED dùng công nghệ chiếu sáng rắn Các mô-đun hệ thiết kế, chế tạo thành công bao gồm: - Nguồn dịng chiều điện áp 20V, cơng suất tối đa 40W Dịng cấp có độ ổn định ±0.5 mA độ trơi q trình đo cỡ 1mA/tuần - Hệ lị ủ tạo nhiệt độ có kích thước 40 × 20 × 20 cm, trang bị khung thép để giữ cố định, chống rung lắc Buồng nhiệt có kích thước 21 × 15 × cm, có nắp chốt Hệ tạo nhiệt độ có sai số hiển thị 0,5% hay ± 2oC Giá trị nhiệt độ ổn định với độ trôi cỡ 1oC/tuần dải đo từ nhiệt độ phòng tới 200oC - Hệ dẫn quang làm thạch anh đảm bảo độ hao hụt quang thông hai đầu thay đổi không đáng kể Photodiode sử dụng để chuyển đổi tín hiệu quang – điện Tín hiệu đo có độ xác 0,015% cho khoảng đo 100 mV, ổn định theo thời gian dài cỡ vài tháng - Hệ khuếch đại tín hiệu, ghi nhận số liệu tự động thiết kế Hệ đo già hóa tăng cường sau nghiên cứu chế tạo phục vụ việc nghiên cứu già hóa tăng cường, phép đo thực thời gian cỡ 4000h (cỡ tháng) nhiệt độ 100oC cho phép ước lượng thời gian sống LED nhiệt độ phòng cỡ 35000h, sai số cỡ 20% Kết có ý nghĩa thực tế, đảm bảo đánh giá nhanh tuổi thọ LED, góp phần vào việc kiểm sốt chất lượng sản phẩm chiếu sáng sản xuất, kinh doanh quản lý nhà nước Mở rộng nghiên cứu sang đánh giá tuổi thọ module laser sử dụng đại trà hệ thống thơng tin quang Tính tốn tuổi thọ module dựa tỉ số lỗi bit sau đưa vào hệ thống già hóa LÊ THANH ĐỨC 80 PHỤ LỤC Tiêu chí kỹ thuật cho chip WLED dùng chiếu sáng dân dụng Phạm vi áp dụng Bộ tiêu chí u cầu thơng số kỹ thuật chip WLED có cơng suất từ 0,2 tới W dùng thiết bị chiếu sáng dân dụng Tài liệu viện dẫn TCVN 7896:2015, Bóng đèn huỳnh quang compact - Hiệu suất lượng TCVN 8249:2013, Bóng đèn huỳnh quang ống thẳng - Hiệu suất lượng TCVN 9894:2013 (IEC/TS 62504:2011), Chiếu sáng thông dụng - LED mô đun LED - Thuật ngữ định nghĩa TCVN 10485:2015 (IEC 62717:2014), Môđun LED dùng cho chiếu sáng thơng dụng – u cầu tính TCVN 10885-1:2015 (IEC 62722-1:2014), Tính đèn điện Phần 1: Yêu cầu chung TCVN 10885-2-1:2015 (IEC 62722-2-1:2014), Tính đèn điện Phần 2-1: Yêu cầu cụ thể đèn điện LED Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ định nghĩa trong, TCVN 9894 (IEC/TS 62504), 10485:2015 (IEC 62717:2014) thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 WLED đơn Chip LED phát ánh sáng trắng 3.2 Nhiệt độ tƣơng quan màu (CCT) danh định Nhiệt độ tương quan màu làm tròn trăm gần với giá trị mục tiêu 3.3 Nhiệt độ tƣơng quan màu (CCT) mục tiêu Nhiệt độ tương quan màu mà sản phẩm thiết kế để đạt tới Nhiệt độ tương quan màu thực tế sản phẩm khác biến động sản xuất, kiểm soát sai số chế tạo quanh giá trị mục tiêu 3.4 Khoảng cách màu (Duv) Khoảng cách đại số ngắn điểm biểu đồ (u‘,2/3v‘) tới đường cong Planck LÊ THANH ĐỨC 81 3.5 Thời gian sống danh định Thời gian WLED trì quang thơng 70% u cầu kỹ thuật 4.1 Điều kiện thử nghiệm WLED hoạt động theo công suất danh định, nhiệt độ môi trường Ta = 25oC 4.2 Nhiệt độ lớp tiếp xúc Tj Nhiệt độ lớp tiếp xúc tối đa không 120oC 4.3 Nhiệt độ môi trƣờng hoạt động Ta Nhiệt độ môi trường hoạt động WLED tối thiểu khơng cao -20oC tối đa không thấp 80oC 4.4 Nhiệt độ tƣơng quan màu khoảng cách màu Nhiệt độ tương quan màu WLED phải nằm khoảng 2200 K – 6500 K nhận giá trị danh định tương ứng với nhiệt độ tương quan màu mục tiêu sản xuất CCT danh định (K) CCT mục tiêu (K) 2200 2238 ± 102 2500 2460 ± 120 2700 2725 ± 145 3000 3045 ± 175 3500 3465 ± 245 4000 3985 ± 275 4500 4503 ± 243 5000 5029 ± 283 5700 5667 ± 355 6500 6532 ± 510 Khác (2200 – 6500) TF± ΔT(*) 4.5 Hệ số trả màu Duv mục tiêu 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0031 Duv (TF) Sai số Duv CCT < 2870 K: 0,000 ± 0,0060 CCT ≥ 2870 K: Duv (T) ± 0,0060 với Duv (T) = 57700 × T -2 – 44,6 × T -1 + 0,00854 Hệ số trả màu tối thiểu 80 với WLED dùng chiếu sáng dân dụng, theo TCVN 7114-1: 2008 4.6 Tọa độ màu Tọa độ màu WLED phải nằm hình tứ giác sai số cho bảng sau, ứng với nhiệt độ tương quan màu: LÊ THANH ĐỨC 82 4.7 Hiệu suất lƣợng Hiệu suất lượng (lm/W) WLED quy định sau: Hệ số trả màu tối thiểu ≤ 2700 K 70 - 80 ≥ 100 90 ≥ 90 4.8 Thời gian sống danh định Nhiệt độ màu CCT 3000 K – 4500 K ≥ 105 ≥ 95 Thời gian sống danh định tối thiểu 20.000 h LÊ THANH ĐỨC 83 5000 K – 6500 K ≥ 110 ≥ 100 PHỤ LỤC Quy trình đánh giá đánh giá nhanh WLED dùng cho chiếu sáng dân dụng Phạm vi áp dụng Bộ tiêu chí yêu cầu phương pháp điều kiện thử nghiệm cho WLED nhằm chứng tỏ phù hợp với Phụ lục Bộ tiêu chí áp dụng cho đèn điện WLED dùng cho chiếu sáng dân dụng Tài liệu viện dẫn TCVN 9894:2013 (IEC/TS 62504:2011), Chiếu sáng thông dụng - LED mô đun LED - Thuật ngữ định nghĩa TCVN 10485:2015 (IEC 62717:2014), Môđun LED dùng cho chiếu sáng thông dụng – Yêu cầu tính TCVN 10885-1:2015 (IEC 62722-1:2014), Tính đèn điện Phần 1: Yêu cầu chung TCVN 10885-2-1:2015 (IEC 62722-2-1:2014), Tính đèn điện Phần 2-1: Yêu cầu cụ thể đèn điện LED Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ định nghĩa trong, TCVN 9894 (IEC/TS 62504), 10485:2015 (IEC 62717:2014) thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 Độ ổn định Độ biến đổi đại lượng quanh giá trị gốc thời gian tương đối dài 3.2 Độ trôi Độ biến đổi giá trị gốc đại lượng thời gian tương đối dài Điều kiện thử nghiệm 4.1 Xác định thông số kỹ thuật đèn WLED 4.1.1 Dụng cụ: cầu tích phân 4.1.2 Yêu cầu: - Số mẫu: tối thiểu 05 WLED cho sản phẩm - Số lần đo: tối thiểu 05 lần - Sai số tương đối: không 5% LÊ THANH ĐỨC 84 4.2 Xác định thời gian sống: 4.2.1 Dụng cụ: Hệ đánh giá nhanh 4.2.2 Yêu cầu: - Nguồn dòng:  Cường độ dịng: tối đa khơng 03 lần dịng danh định  Độ ổn định dịng: biến thiên khơng q 01%/tháng  Cơng suất: tối đa khơng 05 lần công suất danh định - Buồng nhiệt:  Cách quang, cách nhiệt  Có đối lưu cưỡng  Chênh lệch nhiệt độ trong: không 02oC  Độ ổn định nhiệt độ: biến thiên không 0,5oC  Độ trơi nhiệt độ: khơng q 02oC/tháng  Có thể hiệu chỉnh tự động tay - Cảm biến:  Thất quang thơng dẫn quang: 10%  Độ nhạy: tuyến tính vùng quang thơng 4.2.3 Quy trình: Đặt dịng danh định nhiệt độ T0 (50oC - 150oC lớn nhiệt độ phòng) Kiểm tra tín hiệu đo ổn định 0,1% Để ổn định tối thiểu 200h Đo quang thông Đo quang thông theo nhiệt độ giảm 05 K, lần ổn định tối thiểu 15 phút trước đo, tiếp tục gần nhiệt độ phòng Thu đường ( ) Quay lại nhiệt độ T0, đo quang thông theo thời gian từ 1500h đến 3000h, lần cách tối đa 10h Thu đường ( ) Tại thời điểm t0, đo quang thông theo nhiệt độ giảm 05 K, lần ổn định tối thiểu 15 phút trước đo, tiếp tục gần nhiệt độ phịng Thu đường ( ) Fit tuyến tính điểm liệu( tính điểm liệu ( LÊ THANH ĐỨC * ( * ( ( ) )+)được hệ số góc k0 Fit tuyến () )+)và tính ( ( ) 85 ) ( ) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ANSI C78.377-2015: Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products, 2015 [2] ANSI C82.77-2002: Harmonic Emission Limits - Related Power Quality Requirements for Lighting Equipment, 2002 [3] CIE 177:2007: Colour Rendering of White LED Light Sources, 2007 [4] IESNA TM-16-05: Technical Memorandum on Light Emitting Diode (LED) Sources and Systems, New York, Mỹ: IES, 2005 [5] E F Schubert, Light-Emitting Diodes (2nd edition), Cambridge University Press, 2006 [6] CIE 127:2007: Measurement of LEDs, 2007 [7] LM-79-08: Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products, New York, Mỹ: IES, 2008 [8] Nguyễn Đức Dũng, Vũ Doãn Miên, Trần Quốc Tiến, Tống Quang Công, Đỗ Thị Thanh Phạm Vũ Lộc, ―Nghiên cứu số phương pháp đo nhiệt độ lớp chuyển tiếp Đi-ốt phát quang (LED) hướng tới việc đánh giá đánh giá nhanh chất lượng đi-ốt phát quang,‖ Tuyển tập Hội thảo khoa học & cơng nghệ chiếu sáng tồn quốc lần thứ X, Đồng Hới, Quảng Bình, 2015 [9] H J Round, ―A note on carborundum,‖ Electrical World, số 19, p 309, 1907 [10] O V Losev, ―Luminous carborundum detector and detection with crystals,‖ Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov, số 44, pp 485-494, 1927 [11] R Braunstein, ―Radiative Transitions in Semiconductors,‖ Physical Review, tập 99, số 6, p 1892–1893, 1955 [12] G E Pittman J R Biard, ―Semiconductor radiant diode‖ United States of America Độc quyền nhãn hiệu 3293513, 20 December 1966 [13] N Holonyak S F Bevacqua, ―Coherent (Visible) Light Emission from Ga(As1−x Px) Junctions,‖ Applied Physics Letters, tập 1, số 4, p 82, 1962 [14] T P Pearsall, B I Miller, R J Capik K J Bachmann, ―Efficient, Latticematched, Double Heterostructure LEDs at 1.1 mm from GaxIn1-xAsyP1-y by Liquid-phase Epitaxy,‖ Appl Phys Lett., tập 28 , số 9, p 499, 1976 LÊ THANH ĐỨC 86 [15] S Nakamura, T Mukai M Senoh, ― Candela-Class High-Brightness InGaN/AlGaN Double-Heterostructure Blue-Light-Emitting-Diodes,‖ Appl Phys Lett , tập 64 , số 13, p 1687, 1994 [16] I Akasaki, H Amano, S Sota, H Sakai, T Tanaka M Koike, ―Stimulated Emission by Current Injection from an AlGaN/GaN/GaInN Quantum Well Device,‖ Japanese Journal of Applied Physics, tập 34, số 2-11B, pp 1517-1519, 1995 [17] S Nakamura, S Pearton G Fasol, The Blue Laser Diode, Berlin: Springer, 1997 [18] N Zheludev, ― The life and times of the LED: a 100-year history,‖ Nature Photonics, tập 1, số 4, pp 189-192, 2007 [19] E Schubert, J K Kim, H Luo J.-Q Xi, ―Solid-state lighting—a benevolent technology,‖ Reports on Progress in Physics, tập 69, số 12, p 3069, 2006 [20] ―Wikipedia,‖ September 2006 [Trực https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode tuyến Available: [21] Encyclopædia Britannica, Chicago: Encyclopædia Britannica, Inc., 1994 [22] J E Dowling, The Retina: An Approachable Part of the Brain, Massachusetts: Harvard University Press, 1987 [23] LM-80-08: Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources, New York, Mỹ: IES, 2008 [24] N Narendran , L Deng, R Pysar, Y Gu H Yu, ―Performance characteristics of highpower light-emitting diodes,‖ tập 5187, pp 267-275, 2004 [25] W F X van Driel, Solid State Lighting Reliability - Components to Systems, Springer, 2013 [26] UL 8750: Light Emitting Diode (LED) Equipment for Use in Lighting Products, ANSI, 2009 [27] ISO 19009:2015: Small craft — Electric navigation lights — Performance of LED lights, ISO, 2015 [28] QCVN 09:2013/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình xây dựng sử dụng lượng hiệu quả, 2013 [29] ―Solid-state lighting research and development: Multi-Year Program Plan,‖ U.S LÊ THANH ĐỨC 87 Department of Energy, 2013, p 10 [30] J Y T Roland Haitz, ―Solid-state lighting: ‗The case‘ 10 years after and future prospects,‖ physica status solidi (a), tập 208, số 1, pp 17-29, 2010 [31] TCVN 8249-2013: Bóng đèn huỳnh quang ống thẳng - Hiệu suất lượng, Hà Nội, 2013 [32] TCVN 7896-2015: Bóng đèn huỳnh quang compact - Hiệu suất lượng, Hà Nội, 2015 [33] TCVN 7114-1-2008: Ecgônômi - chiếu sáng nơi làm việc - phần 1: nhà, Hà Nội, 2008 [34] CIE 13.3-1995: Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources, 1995 [35] ANSI C78.376-2014: Specifications for the Chromaticity of Fluorescent Lamps, 2014 [36] V D M T Q T P V L N Đ Dũng, ―Nghiên cứu số phương pháp đo nhiệt độ lớp chuyển tiếp Đi-ốt phát quang (LED) hướng tới việc đánh giá đánh giá nhanh chất lượng LED,‖ Tuyển tập Hội thảo khoa học & cơng nghệ chiếu sáng tồn quốc lần thứ X, Đồng Hới, Quảng Bình, 2015 [37] D Kececioglu, Reliability & Life Testing Handbook, Pennsylvania : DEStech Publications, Inc., 2002 [38] L e a Yuanchau, ―White-Light LED Lighting Technology Life Cycle Forecasting and Its National and Company-Wide Competitiveness,‖ International (Spring) Conference on Asia Pacific Business Innovation & Technology Management, Dalian, 2011 [39] T P Ryan, ―Chapter 14: Reliability Analysis and Life Testing,‖ Modern Engineering Statistics, John Wiley & Sons, Inc., 2007, pp 460-486 [40] W Weibull, ―A statistical distribution function of wide applicability,‖ Journal of applied mechanics, pp 294-297, 1951 [41] ―Technology White Paper: Understanding power LED lifetime analysis,‖ Philips Lighting [42] TM-21-11: Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources, New York, Mỹ: IES, 2011 LÊ THANH ĐỨC 88 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THANH ĐỨC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ ĐIỆN TỬ CHO THIẾT BỊ ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƢỢNG DIODE PHÁT SÁNG TRẮNG Chuyên... Chương II Nghiên cứu chế tạo hệ thống già hóa WLED Thiết kế chế tạo hệ thống nguồn dịng ni WLED 1.1 u cầu thiết kế 1.2 Sơ đồ khối 1.3 Thiết kế nguyên lý 1.4 Thiết kế layout Thiết kế chế tạo hệ đo... Mạch thiết kế chế tạo, đạt kết tốt, đảm bảo thong số yêu cầu Thiết kế chế tạo hệ đo già hóa đèn WLED Hình 37 mơ tả sơ đồ hệ đo đánh giá đánh giá già hóa cho WLED Để đánh giá già hóa, WLED cho