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SIEMENS  西門子變頻器器技術(shù)參數(shù)

一、引言

      半導體發(fā)光二極管（LED）已經(jīng)被廣泛應用于指示燈、信號燈、儀表顯示、手機背光源、車載光源等場合，尤其是白光LED技術(shù)的發(fā)展，LED在照明領域的應用也越來越廣泛。但是過去對于LED的測試沒有較全面的國家標準和行業(yè)標準，在生產(chǎn)實踐中只能以相對參數(shù)為依據(jù)，不同的廠家、用戶、研究機構(gòu)對此爭議很大，導致國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到嚴重影響。因此，半導體發(fā)光二極管測試方法國家標準應運而生。

二、LED測試方法

基于LED各個應用領域的實際需求，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、熱學特性、可靠性等。

1、電特性

      LED是一個由半導體無機材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，它是半導體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的恒流恒壓源供電下利用電壓電流表進行測試。

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、光強和光強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法。變角光度計法是測試光通量的較精確的方法，但是由于其耗時較長，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）光強和光強分布特性

圖4 LED光強測試中的問題

      如圖4所示，點光源光強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LED在同一條件下進行光強測試與評價，目前CIE-127條件已經(jīng)被各LED制造商和檢測機構(gòu)引用。

圖5 CIE-127推薦LED光強測試條件

      （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算得到色度參數(shù)。

      光譜功率分布的測試需要通過分光進行，將各色光從混合的光中區(qū)分出來進行測定，一般可以采用棱鏡和光柵實現(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LED驅(qū)動模塊的設計等。

 4、顏色特性

       LED的顏色特性主要包括色品坐標、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)；分光光度法的準確性要大大高于積分法。

圖7 LED顏色特性測試方法

5、熱學特性

      LED的熱學特性主要指熱阻和結(jié)溫。熱阻是指沿熱流通道上的溫度差與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，且正負電極距離很短，若兩端的靜電電荷累積到一定值時，這一靜電電壓會擊穿PN結(jié)，嚴重時可將PN結(jié)擊穿導致LED失效，因此必須對LED的靜電敏感度特性進行測試，獲得LED的靜電放電故障臨界電壓。目前一般采用人體模式、機器模式、器件充電模式來模擬現(xiàn)實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進行抽樣試驗，通過長期觀察和統(tǒng)計獲得LED壽命參數(shù)。

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

 三、國家標準的制定

      總結(jié)以上測試方法，半導體發(fā)光二極管測試方法國家標準對LED電特性、光學特性、熱學特性、靜電特性及壽命測試都作了相應的規(guī)定。

      對于電特性測試，標準分別規(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，標準規(guī)定采用2π立體角測試結(jié)構(gòu)；對于光強測試，標準引用了CIE-127的推薦條件；此外，對光譜測試、熱學特性測試、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)設計

    基于單片機存儲器存取數(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中單片機是控制核心，存儲器是控制對象，所有電路均為二者服務。由于存儲器是4 Mb的，單片機的地址線已經(jīng)不夠用了，為了進行擴展，加入地址擴展電路。為了加快存儲器中的數(shù)據(jù)導入計算機，特加入了并機接口電路。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，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)自己設計掉電保護電路使用普通的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lO年之久。閃速存儲器可以隨機尋址、訪問時間很短，能抵抗強烈的碰撞，具有很強的環(huán)境適應性，可靠性好，平均*時間可達數(shù)百萬小時。因此可以取代硬盤用于可移動設備、工業(yè)電子產(chǎn)品領域及惡劣環(huán)境中，其性能價格比很好。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CE和OE為低，WE為高時，由地址決定的存儲器單元將數(shù)據(jù)輸出；當CE或OE為高時，輸出為高阻態(tài)。這種雙線控制為設計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(一個扇區(qū))數(shù)據(jù)或保護數(shù)據(jù)軟件代碼。當OE為高時，對WE加一負脈沖同時CE為低，或?qū)E加負脈沖同時WE為低時，將地址在CE或WE首先下降的一個下降沿鎖定，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行編程，在*個字節(jié)裝入后，后續(xù)字節(jié)以同樣方式裝入。每一個新裝入字節(jié)的WE由高到低的跳變必須在前一個字節(jié)WE信號由低變高的150μs以內(nèi)。如果在上個裝入字節(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：在AT29C04O中應用了軟件控制保護數(shù)據(jù)的功能，一旦對芯片使用軟件保護，則在芯片編程之前必須按一定算法進行操作。軟件保護可以由用戶啟動或停止。啟動軟件保護由一組3個編程命令組成，對特定地址送特定數(shù)據(jù)。啟動軟件保護以后每次對芯片編程都必須在編程周期前送相同的3個編程命令。一旦啟動軟件保護，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的狀態(tài)。因此在電源變化期間，為防止誤編程，啟動保護后，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：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3．8 V以上后，芯片自動延時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 接口電路設計

    通過上述分析，設計大容量存儲器的接口電路如圖2所示。

 
圖2  接口電路圖

    該接口電路圖為實際工程應用中的剪切圖，其中單片機采用的是華邦W78E516B，由于8位單片機I／O口數(shù)量有限，在工程應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進行了擴展。由于29C040為4 Mb的容量，所以單片機的16位數(shù)據(jù)線已不能滿足要求，為了進行大容量存儲器的擴展，采用8255來擴展存儲器的地址線及訪問的范圍 00000～7FFFF。在此基礎上，可以設計存儲容量從4 Mb到數(shù)Gb的存儲器。

2 軟件設計

    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行讀／寫，其保護指令如圖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。