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SIEMENS  西門子變頻器器技術(shù)參數(shù)

一、引言

      半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于指示燈、信號燈、儀表顯示、手機(jī)背光源、車載光源等場合，尤其是白光LED技術(shù)的發(fā)展，LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。但是過去對于LED的測試沒有較全面的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中只能以相對參數(shù)為依據(jù)，不同的廠家、用戶、研究機(jī)構(gòu)對此爭議很大，導(dǎo)致國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到嚴(yán)重影響。因此，半導(dǎo)體發(fā)光二極管測試方法國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

二、LED測試方法

基于LED各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求，LED的測試需要包含多方面的內(nèi)容，包括：電特性、光特性、開關(guān)特性、顏色特性、熱學(xué)特性、可靠性等。

1、電特性

      LED是一個(gè)由半導(dǎo)體無機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種，其電壓-電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。由圖1可知，LED電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流和反向電壓，LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動下才能正常工作。通過LED電特性的測試可以獲得LED的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流，此外也可以測定LED的工作電功率。

圖1 LED伏安特性曲線

      LED電特性的測試一般利用相應(yīng)的恒流恒壓源供電下利用電壓電流表進(jìn)行測試。

2、光特性

      類似于其它光源，LED光特性的測試主要包括光通量和發(fā)光效率、輻射通量和輻射效率、光強(qiáng)和光強(qiáng)分布特性和光譜參數(shù)等。

      （1）光通量和光效

      有兩種方法可以用于光通量的測試，積分球法和變角光度計(jì)法。變角光度計(jì)法是測試光通量的較精確的方法，但是由于其耗時(shí)較長，所以一般采用積分球法測試光通量。如圖2所示，現(xiàn)有的積分球法測LED光通量中有兩種測試結(jié)構(gòu)，一種是將被測LED放置在球心，另外一種是放在球壁。

圖2 積分球法測LED光通量

      此外，由于積分球法測試光通量時(shí)光源對光的自吸收會對測試結(jié)果造成影響，因此，往往引入輔助燈，如圖3所示。

圖3 輔助燈法消除自吸收影響

      在測得光通量之后，配合電參數(shù)測試儀可以測得LED的發(fā)光效率。而輻射通量和輻射效率的測試方法類似于光通量和發(fā)光效率的測試。

     （2）光強(qiáng)和光強(qiáng)分布特性

圖4 LED光強(qiáng)測試中的問題

      如圖4所示，點(diǎn)光源光強(qiáng)在空間各方向均勻分布，在不同距離處用不同接收孔徑的探測器接收得到的測試結(jié)果都不會改變，但是LED由于其光強(qiáng)分布的不*使得測試結(jié)果隨測試距離和探測器孔徑變化。因此，CIE-127提出了兩種推薦測試條件使得各個(gè)LED在同一條件下進(jìn)行光強(qiáng)測試與評價(jià)，目前CIE-127條件已經(jīng)被各LED制造商和檢測機(jī)構(gòu)引用。

圖5 CIE-127推薦LED光強(qiáng)測試條件

      （3）光譜參數(shù)

      LED的光譜特性參數(shù)主要包括峰值發(fā)射波長、光譜輻射帶寬和光譜功率分布等。單色LED的光譜為單一波峰，特性以峰值波長和帶寬表示，而白光LED的光譜由多種單色光譜合成。所有LED的光譜特性都可由光譜功率分布表示，而由LED的光譜功率分布還可計(jì)算得到色度參數(shù)。

      光譜功率分布的測試需要通過分光進(jìn)行，將各色光從混合的光中區(qū)分出來進(jìn)行測定，一般可以采用棱鏡和光柵實(shí)現(xiàn)分。

圖6 白光LED光譜功率分布

  3、開關(guān)特性

       LED開關(guān)特性是指LED通電和斷電瞬間的光、電、色變化特性。通過LED開關(guān)特性的測試可以獲得LED在通斷電瞬間工作狀態(tài)、物質(zhì)屬性等的變化規(guī)律，由此不僅可了解通斷電對LED的損耗，也可用以指導(dǎo)LED驅(qū)動模塊的設(shè)計(jì)等。

 4、顏色特性

       LED的顏色特性主要包括色品坐標(biāo)、主波長、色純度、色溫及顯色性等，LED的顏色特性對白光LED尤為重要。

       現(xiàn)有的顏色特性測試方法有分光光度法和積分法。如圖7所示：分光光度法是通過單色儀分光測得LED光譜功率分布，之后利用色度加權(quán)函數(shù)積分獲得對應(yīng)色度參數(shù)；積分法是利用特定濾色片配合光電探測器直接測得色度參數(shù)；分光光度法的準(zhǔn)確性要大大高于積分法。

圖7 LED顏色特性測試方法

5、熱學(xué)特性

      LED的熱學(xué)特性主要指熱阻和結(jié)溫。熱阻是指沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比。結(jié)溫是指LED的PN結(jié)溫度。LED的熱阻和結(jié)溫是影響LED光電性能的重要因素。

      現(xiàn)有的對LED結(jié)溫的測試一般有兩種方法：一種是采用紅外測溫顯微鏡或微型熱偶測得LED芯片表面的溫度并視其為LED的結(jié)溫，但是準(zhǔn)確度不夠；另外一種是利用確定電流下的正向偏壓與結(jié)溫之間反比變化的關(guān)系來判定LED的結(jié)溫。

 6、可靠性

      LED的可靠性包括靜電敏感度特性、壽命、環(huán)境特性等。

      靜電敏感度特性是指LED能承受的靜電放電電壓。某些LED由于電阻率較高，且正負(fù)電極距離很短，若兩端的靜電電荷累積到一定值時(shí)，這一靜電電壓會擊穿PN結(jié)，嚴(yán)重時(shí)可將PN結(jié)擊穿導(dǎo)致LED失效，因此必須對LED的靜電敏感度特性進(jìn)行測試，獲得LED的靜電放電故障臨界電壓。目前一般采用人體模式、機(jī)器模式、器件充電模式來模擬現(xiàn)實(shí)生活中的靜電放電現(xiàn)象。

      為了觀察LED在長期連續(xù)使用情況下光性能的變化規(guī)律，需要對LED進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，通過長期觀察和統(tǒng)計(jì)獲得LED壽命參數(shù)。

      對于LED環(huán)境特性的試驗(yàn)往往采用模擬LED在應(yīng)用中遇到的各類自然侵襲，一般有：高低溫沖擊試驗(yàn)、濕度循環(huán)試驗(yàn)、潮濕試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、沙塵試驗(yàn)、輻照試驗(yàn)、振動和沖擊試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、離心加速度試驗(yàn)等。

 三、國家標(biāo)準(zhǔn)的制定

      總結(jié)以上測試方法，半導(dǎo)體發(fā)光二極管測試方法國家標(biāo)準(zhǔn)對LED電特性、光學(xué)特性、熱學(xué)特性、靜電特性及壽命測試都作了相應(yīng)的規(guī)定。

      對于電特性測試，標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了LED正向電壓、反向電壓、反向電流的測試框圖；對于光通量測試，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用2π立體角測試結(jié)構(gòu)；對于光強(qiáng)測試，標(biāo)準(zhǔn)引用了CIE-127的推薦條件；此外，對光譜測試、熱學(xué)特性測試、靜電放電敏感度測試、壽命測試等都作了明確的規(guī)定。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    基于單片機(jī)存儲器存取數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

 
圖1  整體結(jié)構(gòu)框圖

    圖1中單片機(jī)是控制核心，存儲器是控制對象，所有電路均為二者服務(wù)。由于存儲器是4 Mb的，單片機(jī)的地址線已經(jīng)不夠用了，為了進(jìn)行擴(kuò)展，加入地址擴(kuò)展電路。為了加快存儲器中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，特加入了并機(jī)接口電路。譯碼電路是為了增加I／O的口數(shù)量。

    1．1 中央處理器(CPU)

    采用W78E516B單片機(jī)，內(nèi)部包含有：64 kBE2PROM，可省去最小系統(tǒng)，節(jié)省了并行口。

    1．2 存儲器

    靜態(tài)存儲器的核心是存儲器芯片，國內(nèi)市場有2種類型：

    (1)芯片內(nèi)部有自帶電池的NVRAM。

    (2)自己設(shè)計(jì)掉電保護(hù)電路使用普通的SRAM，DRAM。閃速存儲器是一種非易失性存儲器，即使切斷供電電源以后也能保持所存儲的數(shù)據(jù)，在不加電的情況下存儲在內(nèi)的信息可長達(dá)lO年之久。閃速存儲器可以隨機(jī)尋址、訪問時(shí)間很短，能抵抗強(qiáng)烈的碰撞，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，可靠性好，平均*時(shí)間可達(dá)數(shù)百萬小時(shí)。因此可以取代硬盤用于可移動設(shè)備、工業(yè)電子產(chǎn)品領(lǐng)域及惡劣環(huán)境中，其性能價(jià)格比很好。系統(tǒng)選用Atmel公司生產(chǎn)的閃速存儲AT29C040芯片，它是國外新一代產(chǎn)品，容量可達(dá)4 Mb，采用分頁管理方式，這種芯片的讀／寫與一般RAM有所不同。對芯片的基本操作如下：

    讀：當(dāng)CE和OE為低，WE為高時(shí)，由地址決定的存儲器單元將數(shù)據(jù)輸出；當(dāng)CE或OE為高時(shí)，輸出為高阻態(tài)。這種雙線控制為設(shè)計(jì)者防止總線爭用提供了靈活性。

    字節(jié)裝入：用于輸入要編程的128 B(一個(gè)扇區(qū))數(shù)據(jù)或保護(hù)數(shù)據(jù)軟件代碼。當(dāng)OE為高時(shí)，對WE加一負(fù)脈沖同時(shí)CE為低，或?qū)E加負(fù)脈沖同時(shí)WE為低時(shí)，將地址在CE或WE首先下降的一個(gè)下降沿鎖定，數(shù)據(jù)由CE和WE首先上升的上升沿鎖定。

    編程：芯片編程以扇區(qū)為單位。如果要改變扇區(qū)中的一個(gè)數(shù)據(jù)，扇區(qū)中所有的數(shù)據(jù)都要重新裝入芯片，扇區(qū)中所有沒有裝入的字節(jié)在編程中都將被擦寫為FFH。一旦一個(gè)扇區(qū)中的所有字節(jié)都裝入芯片，芯片立即在編程周期中對其進(jìn)行編程，在*個(gè)字節(jié)裝入后，后續(xù)字節(jié)以同樣方式裝入。每一個(gè)新裝入字節(jié)的WE由高到低的跳變必須在前一個(gè)字節(jié)WE信號由低變高的150μs以內(nèi)。如果在上個(gè)裝入字節(jié)后150μs內(nèi)沒有檢測到WE由高向低跳變，裝入周期終止，內(nèi)部編程周期開始。A7～A16確定扇區(qū)地址，在WE由高到低的變化中必須有效，A0～A6確定扇區(qū)內(nèi)的字節(jié)地址，裝入字節(jié)可以任意次序，不必順序裝入。

    軟件數(shù)據(jù)保護(hù)：在AT29C04O中應(yīng)用了軟件控制保護(hù)數(shù)據(jù)的功能，一旦對芯片使用軟件保護(hù)，則在芯片編程之前必須按一定算法進(jìn)行操作。軟件保護(hù)可以由用戶啟動或停止。啟動軟件保護(hù)由一組3個(gè)編程命令組成，對特定地址送特定數(shù)據(jù)。啟動軟件保護(hù)以后每次對芯片編程都必須在編程周期前送相同的3個(gè)編程命令。一旦啟動軟件保護(hù)，它將一直保持直到執(zhí)行停止命令，上電掉電不能改變軟件保護(hù)的狀態(tài)。因此在電源變化期間，為防止誤編程，啟動保護(hù)后，沒有3 B命令的寫操作無效，但在twc期間，讀操作為有效操作。

    硬件數(shù)據(jù)保護(hù)：AT29C040硬件防止誤編程通過以下途徑：

    如果電源電壓低于3．8 V，禁止編程；
    電源電壓上電到達(dá)3．8 V以上后，芯片自動延時(shí)5 ms后才開始編程；
    OE為低或CE為高或WE為高禁止編程周期；
    如果WE或CE是小于15 ns的脈沖則不會啟動編程周期。

 1．3 接口電路設(shè)計(jì)

    通過上述分析，設(shè)計(jì)大容量存儲器的接口電路如圖2所示。

 
圖2  接口電路圖

    該接口電路圖為實(shí)際工程應(yīng)用中的剪切圖，其中單片機(jī)采用的是華邦W78E516B，由于8位單片機(jī)I／O口數(shù)量有限，在工程應(yīng)用中一般不能滿足要求(圖中沒連線的I／O口已被用作其他用途)，因此采用74LS138進(jìn)行了擴(kuò)展。由于29C040為4 Mb的容量，所以單片機(jī)的16位數(shù)據(jù)線已不能滿足要求，為了進(jìn)行大容量存儲器的擴(kuò)展，采用8255來擴(kuò)展存儲器的地址線及訪問的范圍 00000～7FFFF。在此基礎(chǔ)上，可以設(shè)計(jì)存儲容量從4 Mb到數(shù)Gb的存儲器。

2 軟件設(shè)計(jì)

    為了增加數(shù)據(jù)存儲的安全性，在讀／寫數(shù)據(jù)之前，要經(jīng)過一定的指令才能進(jìn)行讀／寫，其保護(hù)指令如圖3、圖4所示。如下程序是把存儲器中的數(shù)據(jù)刪除和對存儲器進(jìn)行寫入數(shù)據(jù)的程序段。該部分程序已通過調(diào)試，是產(chǎn)品中程序的一部分。