Phương pháp xác định quang thông của COBLED công suất cao không sử dụng thiết bị ổn định nhiệt độ TEC

Vật lý<br /> <br /> <br /> ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh quang th«ng<br /> cña cobled c«ng suÊt cao kh«ng<br /> sö dông thiÕt bÞ æn §ÞNH nhiÖt ®é TEC<br /> cao xu©n qu©n*, Vò KH¸NH XU¢N*, vâ th¹ch s¬n**<br /> Tãm t¾t: Trong lĩnh vực đo lường quang hiện nay, việc xác định chính xác<br /> quang thông của điốt phát quang công suất cao đang được các nhà khoa học quan<br /> tâm. Trong công trình này, quang thông của HPCOBLED (high power chip on<br /> board light-emitting diode) đã được xác định trên các hệ đo quang thông sử dụng<br /> quả cầu tích phân [1,3,5]mà không cần sử dụng thiết bị ổn định nhiệt độ<br /> TEC(Thermoelectric cooler) như các. Kết quả nghiên cứu đối với HPCOBLED<br /> 35W của Nichia cho thấy, giá trị quang thông của HPCOBLED tính theo mô hình<br /> HPCOBLED so với kết qua đo trên hệ đo VMI-PR-001 có sử dụng TEC có sai số<br /> tương đối là 0,8% và sai số tương đối là 1,37%so với nhà sản xuất công bố. Như<br /> vậy, có thể sử dụng mô hình HPCOBLED ứng dụng trong điều kiện thực.<br /> Tõ khãa: §o l­êng quang, Quang th«ng, COB LED, Qu¶ cÇu tÝch ph©n, TEC.<br /> <br /> 1. giíi thiÖu<br /> Trong những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử,<br /> công nghệ LED ngày càng phát triển. Người ta đã có thể tổ hợp các LED rời rạc<br /> trên cùng một đế để tạo ra các sản phẩm kích thước nhỏ nhưng có công suất cao,<br /> quang thông lớn và bề mặt phát sáng rộng[3,4]. Một trong những sản phẩm loại<br /> này là HPCOBLED và đây là một sản phẩm có khả năng ứng dụng hữu hiệu và<br /> được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chiếu sáng đặc biệt là chiếu sáng công<br /> cộng. Tuy nhiên, COBLED công suất cao trong quá trình hoạt động sinh ra nhiệt<br /> độ lớn. Để đo quang thông của HPCOBLED ở nhiệt độ Tc = 25 0C thì trong hệ<br /> đo phải sử dụng bộ ổn định nhiệt độ TEC có công suất phù hợp [3] và sự phụ<br /> thuộc của quang thông vào nhiệt độ được xác định bằng mô hình Mark.<br /> Hiện nay, các hệ đo quang thông sử dụng để đo quang thông các nguồn sáng<br /> truyền thông như đèn sợi đốt, đèn compact, huỳnh quang,... thường không được<br /> trang bị thiết bị ổn định nhiệt độ [1]. Do nhu cầu cao về đo quang thông của<br /> HPCOBLED ở nhiệt độ T = 25 0C và nhiệt độ bất kỳ, trong bài báo này, chúng<br /> tôi đã nghiên cứu phát triển phương pháp xác định quang thông của HPCOBLED<br /> không sử dụng thiết bị ổn nhiệt độ TEC trên cơ sở mô hình HPCOBLED đã được<br /> đề xuất.<br /> 2. MÔ HÌNH HPCOBLED<br /> 2.1. Mô hình HPCOBLED<br /> Sự phụ thuộc của quang thông vào nhiệt độ được Mark đề xuất dựa trên các<br /> thiết bị quả cầu tích phân như sau:<br /> Φ (T) = Φ (T = 25 C)e (1)<br /> Tuy nhiên, so sánh kết quả lý thuyết tính theo (1) sẽ sai khác lớn so với kết<br /> quả thực nghiệm [2]. Mặt khác, dựa vào (1), để xác định quang thông ở nhiệt độ<br /> <br /> <br /> 116 C. X. Quân, V. K. Xuân, V. T. Sơn, “Phương pháp xác định quang thông … TEC.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> khác nhau cần phải đo chính xác quang thông tại nhiệt độ T=25oC, tức là cần có<br /> bộ ổn định nhiệt tại 25oC. Để khắc phục những nhược điểm trên, chúng tôi mở<br /> rộng mô hình của Mark cho HPCOBLED như sau:<br /> Φ (T) = Φ (T = 25 C)e (2)<br /> trong đó, chênh lệch nhiệt độ (ΔT) này của HPCOBLED đặc trưng cho sự suy<br /> giảm công suất khi nhiệt độ gia tăng.<br /> 2.2. Xác định quang thông tại nhiệt độ T=25oC<br /> Giả thiết chúng ta xác định được quang thông Φv (T1) và Φv (T2). Thay vào (2),<br /> thu được các biểu thức:<br /> Φ (T ) = Φ (T = 25 C)e ( )<br /> (3)<br /> ( )<br /> Φ (T ) = Φ (T = 25 C)e (4)<br /> 0<br /> trong đó, ∆Ti = P(T = 25 C) − P(Ti) . R , Rc-a = 20,0 ( C/W), P(T) = Vf.If (W).<br /> Rc-a là nhiệt trở từ điểm đo Tc đến điểm đo ở nhiệt độ môi trường Ta, Vf là điện áp<br /> đặt vào HPCOBLED (V), If là dòng nuôi HPCOBLED (A).<br /> Sau khi chia biểu thức (4) cho (3) chúng ta có:<br /> ) ( )] ( )<br /> e [( = ( ) (5)<br /> Suy ra:<br /> ( )<br /> ( ( )<br /> )<br /> k = ( ) ( )<br /> (6)<br /> Sau khi thay biểu thức (6) vào biểu thức (2) chúng ta thu được giá trị quang thông<br /> của HPCOBLED tại Tc = 25 0C như sau:<br /> ( )<br /> ( ( )<br /> )<br /> 0<br /> Φv(T=25 C) = Φv (T1)/exp(( ) ( )<br /> [(T2 - T1) + ( ∆T2 - ∆T1)] (7)<br /> <br /> <br /> 3. thùc nghiÖm<br /> 3.1. Thiết bị<br /> 1) HPCOBLED, công suất P = 35 W (hãng Nichia, Nhật Bản);<br /> 2) Hai đế tản nhiệt cùng loại có kích thước khác nhau;<br /> 3) Hệ đo VMI-PR-001 ;<br /> 4) Thiết bị đo nhiệt độ Tc (Thermometer 305B);<br /> 5) Thiết bị đo điện áp (3458A, Agilent) ;<br /> 6) Điện trở chuẩn, R = 0,01 Ω ± 0,01% (Yokogawa) ;<br /> 7) Nguồn cấp DC (A3634-Agilent).<br /> 3.2. Các bước tiến hành xác định quang thông tại 250C<br /> Để cần tạo ra hai nhiệt độ Tc khác nhau, chúng tôi sử dụng hai để tán nhiệt khác<br /> nhau được biểu diễn trên hình 1. Lựa chọn hai đế tản nhiệt cho HPCOBLED, để<br /> xác định hai nhiệt độ Tc là T1 và T2. Xác định quang thông và công suất tiêu tán P của<br /> HPCOBLED tại hai nhiệt độ T1 và T2 tương ứng.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 33, 10 - 2014 117<br />  Vật lý<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) b)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Đế tản nhiệt nhỏ (a), đế tản nhiệt lớn.<br /> <br /> 3.3. Kết quả và thảo luận<br /> Kết quả xác định giá trị quang thông của HPCOBLED trên các đế tản nhiệt<br /> khác nhau, quang thông của HPCOBLED được xác định trên hệ đo VMI-PR-001<br /> được tổng hợp trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Các giá trị quang thông của HPCOBLED trên hai đế tản nhiệt.<br /> Dòng Công suất tiêu Quang<br /> Nhiệt độ Điện áp<br /> Đế tản nuôi tán thông,<br /> Tc0C (V)<br /> nhiệt If (A) P (W) Φv(lm)<br /> Đế lớn 60 36,119 0,960 34,67 3584<br /> <br /> Đế nhỏ 101 35,821 0,960 34,39 3290<br /> <br /> Từ kết quả thu được trong bảng 1, chúng ta có thể xác định được quang thông<br /> của HPCOBLED tại nhiệt độ Tc=250C theo mô hình HPCOBLED ở biểu thức (7)<br /> và kết quả đo thực nghiệm trên hệ đo VMI-PR-001, kết quả của nhà sản xuất công<br /> bố.<br /> Bảng 2. Quang thông của HPCOBLED được xác định tại nhiệt độ Tc=250C<br /> theo mô hình HPCOBLED, đo thực nghiệm trên hệ đo VMI-PR-001<br /> và theo nhà sản xuất công bố.<br /> Quang thông<br /> Điện Dòng Φv(lm)<br /> Nhiệt độ<br /> áp nuôi<br /> Tc (oC) Nhà sản<br /> (V) If (A) HPCOBLED VMI-PR-001<br /> xuất<br /> <br /> 25 36,872 0,960 3743 3773 3796<br /> <br /> Có thể thấy, giá trị quang thông tính theo mô hình HPCOBLED sai khác so với<br /> giá trị thực nghiệm được đo trên hệ VMI-PR-001 với sai số tương đối là 0,8% và<br /> với nhà sản xuất công bố với sai số tương đối là 1,37%. Như vậy, giá trị sai số này<br /> hoàn toàn có thể chấp nhận.<br /> <br /> <br /> 118 C. X. Quân, V. K. Xuân, V. T. Sơn, “Phương pháp xác định quang thông … TEC.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 4. KÕt luËn<br /> Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đo quang thông trên hệ VMI-PR-001 với<br /> hai nhiệt độ đế khác nhau. Từ đó, ứng dụng mô hình HPCOBLED để xác định<br /> quang thông của HPCOBLED ở nhiệt độ Tc = 250C, mà không cần sử dụng đến<br /> thiết bị ổn định nhiệt độ TEC. Kết quả cho thấy, giá trị quang thông của<br /> HPCOBLED xác định theo mô hình HPCOBLED phù hợp, chấp nhận được so với<br /> các kết quả thực nghiệm được đo trên hệ VMI-PR-001 và của nhà sản xuất công bố<br /> (giấy chứng nhận). Đây chính là tiền đề để ứng dụng mô hình HPCOBLED trong<br /> điều kiện thực (ở mọi thời điểm và vị trí khác nhau ở Việt Nam).<br /> Lêi c¶m ¬n: Nhãm t¸c gi¶ c¶m ¬n sù tµi trî kinh phÝ cña ViÖn ®o l­êng ViÖt Nam.<br /> <br /> Tµi liÖu tham kh¶o<br /> [1]. C. X. Quan et al, “Stydy on luminous flux measurement system of light-<br /> emitting diodes in Vietnam Metrology Institute,” Tạp chí KH&CNQS,<br /> 101(2014).<br /> [2]. C., X. Xuan et al, “Study of temperature effect on luminous flux of high power<br /> chip on board light emitting diode,” Comm.Phys.Vol.24, No.3(2014).<br /> [3]. Moon-Hwan Chang, Diganta Das, P.V. Varde, Michael Pecht, “Light emitting<br /> diodes reliability review”, Microelectronics Reliability 52 (2012), pp.762-782<br /> Ducharme, A., Daniels, A., Grann, E., and Boreman,”Design of an integrating<br /> sphere as a uniform illumination source”, IEEE Transactions on Education,<br /> (1997) Vol. 40, No. 2, pp. 131.<br /> [4]. Labsphere. Inc, Technical guide Integrating sphere Radiometry and<br /> Photometry.<br /> [5]. CIE, Measurement of luminous flux, CIE Publication No.84,1st edition, 1989.<br /> abstract<br /> DETERMINATION THE LUMINOUS FLUX AT 25OC<br /> OF HPCOBLED WITHOUT THERMOELECTRIC COOLER<br /> Nowadays, the accurate determination of luminous flux of high-power<br /> light emitting diodes is quite interesting in photometry and radiometry area.<br /> In this study, a luminous flux of HPCOBLED (chip on board high power<br /> light-emitting diode)has been measured on the integrating sphere system<br /> [1,3,5] without using the thermoelectric cooler (TEC). The study results for<br /> the 35W Nichia HPCOBLED showed that luminous flux values measured by<br /> the HPCOBLED model and VMI-PR-001 system using TEC to be about 0.8<br /> % and 1.37% compared with the announced manufacturer in relative error<br /> value. Thus, the model HPCOBLED satisfy application conditions.<br /> Keywords: Photometry and Radiometry, Luminous flux, Integrating sphere,COBLED, TEC.<br /> NhËn bµi ngµy 05 th¸ng 08 n¨m 2014<br /> Hoµn thiÖn ngµy 10 th¸ng 09 n¨m 2014<br /> ChÊp nhËn ®¨ng ngµy 16 th¸ng 09 n¨m 2014<br /> <br /> §Þa chØ: * ViÖn Đo l­êng ViÖt Nam, quancx@vmi.gov.vn;<br /> ** Đại học Bách khoa Hà Nội.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 33, 10 - 2014 119<br />