摩托車信號燈電流特性研究范文

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摘要：LED(LightEmittingdiode)是電致發光元器件，電流的改變會造成摩托車LED信號燈光色度特性的改變。本文是在連續直流供電條件下，研究了電流對LED信號燈的光色度特性參數的影響。結果表明，電流對光通量和主波長產生較大的影響，對相關色溫和色坐標產生極小范圍的影響，而對光譜幾乎無影響。

關鍵詞：發光二極管；變溫；光通量；光譜；色溫

隨著半導體芯片技術的日益改進及封裝技術的飛速提高，LED在交通照明，信號指示和大面積顯示屏等領域取得廣泛應用[1-3]。作為交通信號指示，LED因具有發光效率高，穩定性強，壽命時間長受到燈具制造商的廣泛關注。信號燈圍繞著標準的要求而發展，其主要作用是顯示車輛的存在，寬度，狀態以及輔助照明等，包括轉向燈，制動燈，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裝置的安裝規定》(GB18100—2010)第1，2，3部分分別對兩輪摩托車，兩輪輕便摩托車，三輪摩托車做了規定，性能測試方面《GB17510—2008摩托車光信號裝置配光性能》標準中明確規定信號燈光色要求，試驗方法和檢驗規則。其中光色度參數是標志著器件性能的優劣。但在日常使用中，電流的改變會造成LED信號燈光色度的改變。本文在較大范圍（0～300mA）直流供電條件下，研究了摩托車LED信號燈的電流特性對光色度參數的影響，為國內摩托車LED信號燈的設計和檢測提供幫助。LED信號燈光色度測量方法有兩種，絕對測量和相對測量方法，分別是分布光度計的光度法和積分球加光度計的積分法[4]。對比于分布光度計的光度法，積分球因具有簡單易行，設備少，分析速率快,不需要暗室等優點，廣泛應用于實驗室中[4]。積分球測量原理是通過與標準燈具光通量校準得出，Ex，Es分別代表待測燈具與標準燈具的照度值，φx，φs表示待測燈具與標準燈具的總光通量。

1試驗過程

實驗采用遠方恒溫積分球（CIS-2000），可以精密控制球體內溫度，同時雙層球體結構設計，能夠保證氣流自然穩定，維持一個相對穩定的測試環境[4]。如圖所示，將待測燈具安裝在積分球中心，光度探頭與光譜輻射計（HASS-2000）連接構成測量系統[4]。通過調節直流電流源（TPS-500B）來控制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的條件下進行測試。燈具點亮時間至少2h，待光通量變化值小于0.2%后再進行數據采集。

2實驗結果

2.1光通量的電流特性

光通量是光度學中的重要參數，標志著燈具性能的優劣。其數值與工作電流有直接關系。在較大范圍（0~300mA）直流供電條件下，測得了不同電流值下的光通量。實驗結果如圖2所示，隨著電流的穩步增加，光通量在不斷的增加，當超過225mA時，光通量隨著電流的改變驟降。這主要是因為隨著電流的逐漸增加，燈具PN結內的電子數和空穴數也在增加，增加了輻射復合機率，也增大了LED的光通量。當產生電子和空穴數達到最大值，輻射復合幾率達到飽和值，光通量輸出值也不會再增加[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系。如圖所示光譜相對電流值的變化保持穩定，在電流25mA，75mA供電情況下，采集的功率輻射值不穩定，光譜曲線有毛刺出現小范圍波動，高于175mA直流供電條件下，數據值穩定，光譜曲線平滑。這歸因于LED燈的光譜各譜線成分穩定，燈具穩定性強不會隨著電流的改變而發生變化[10]。

2.3主波長的電流特性

圖4分別表示在25mA，50mA，75mA，100mA，125mA，150mA，175mA，200mA，225mA電流測量值下主波長與電流的關系。隨著電流的增加，LED信號燈的主波長從545.98nm減小到532.2nm，發生波長藍移現象。而人的肉眼所能感知到波長變化是5nm左右，這說明隨著電流的增加，LED燈具光的顏色必會產生明顯的變化。

2.4色坐標的電流特性

色坐標是研究燈具光色特性的重要參數，測量的基本原理是根據光源的光譜分布由色坐標的基本規定進行計算而得出的。圖4分別表示在25mA，50mA，75mA，100mA，125mA，150mA，175mA，200mA，225mA電流測量值下色坐標與電流的關系。色坐標（X，Y）隨著電流的增加而在一定程度上減小。X坐標在0.4183～0.4262的范圍內波動，相對波動幅度為1.88%，Y坐標在0.3838～0.3959的范圍內改變，相對波動幅度3.15%，都在可接受范圍內。這主要歸因于LED的PN結具有穩定的發光特性。

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電流測量值下，色溫與電流值的關系。隨著電流值的增加，色溫呈明顯的上升趨勢，從6878K增加到6902K，漲幅為0.21%。這主要歸因于當電流增加時，PN結中的電子和空穴輻射復合機率增加，產生的藍光總量在一定程度內增加，但受藍光激發的熒光粉數量卻是固定的，所以產生的黃光總量相對減少，導致色溫升高；另一方面,隨著電流的增加燈具內PN結溫也會升高,這在一定程度上也會導致色溫的升高。

3結論

本文利用積分球光度測量系統在直流供電條件下對摩托車LED信號燈的光色度特性進行了測試，發現：1）隨著直流供電電流的逐漸增加，光通量在不斷的增加，當超過某瞬時值時，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小范圍波動，但對LED的光譜成分不會造成影響；3）電流會引起X，Y色坐標分別在1.88%和3.15%內波動；4）電流會引起LED燈具色溫升高，變化范圍在6878～6902K區間；5）電流對主波長影響較大，發生藍移現象，從545.98nm減小到532.2nm。

參考文獻：

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[3]李海濤,王永春,魏飛雄,井珍珍,曹琛.緊湊型LED汽車信號燈的開發,照明工程學報,2015,26(3)

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[5]趙偉強,劉慧,劉建,趙海粟.球形光度計計量LED總光通量的關鍵技術.照明工程學報,2014,25(3)

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[8]呂正.LED光通量測試中的若干問題.中國照明電器,2005(12)

[9]李莉君,熊永紅.單色LED的變溫光譜特性研究.實驗科學與技術,2015,13(1)

[10]方晶璐,牛萍娟,田會娟.電流對LED特性參數的影響.電工技術學報,2013,28(2)

作者：費坤；李海濤；李曉周 單位：國家摩托車質量監督檢驗中心