用于照明元件测试的故障保护电流源制造技术

提供了一种故障保护电流源，其可以用来在可靠性测试系统中安全驱动地LED。该电流源包括检测在LED可靠性测试系统中发现的常见故障的电路和过程。在检测到故障之后，该电流源在破坏性尖峰产生之前关闭驱动器。因为仅将真实LED失效计数，所以该故障保护电流源可以用来构造产生更准确的可靠性测试数据的可靠性测试系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及电气测试设备，并更特别地，一些实施例涉及用于半导体照明元件的电流源。
技术介绍
·发光二极管(LED)的可靠性测试经常执行从而评估器件随时间推移的性能。这些测试使LED经受升高超过正常操作点的温度和湿度水平。这些严酷的条件加速了 LED材料的正常老化过程。这在合理的时间内(通常是几百到几千小时的操作)产生失效。尽管这样进行测量，但失效率仍然会较低，并且必须测试大量器件从而收集足够数据，以确保在统计上有意义的结论。在长期可靠性测试期间，LED经常由称为电流源的直流(DC)或脉冲功率源供电。为了测试，电流水平可以被设定为高于器件的正常操作水平，从而对LED提高压力。LED电流源是可靠性测试系统的关键部件。它们必须向LED提供正确水平的驱动电流，以便可靠性测试操作数千小时。尽管这可能似乎仅要求高可靠性电路设计，但许多真实故障条件会在这些马拉松式测试期间加重电流源负担。如果电流源以输送非常小的电流来响应这些故障，那么LED被驱动在不正确的、较小的压力水平。然而，如果电流源以产生过大电流来响应，那么LED将被过压，从而减少了其寿命，并有时导致灾难性的失效。在这些境况中的任一境况下，会使可靠性测试打折或破坏，并且会损失在测试中投入的时间。为了最小化需要的电流源的数目，LED经常被布置为串联电路，其由单个电流源供电。LED被安放在负载板上，即向LED提供电连接的电路板上。负载板被固定到热控制平台，该平台移除产生的热。图I图解带有两个LED串联电路的典型负载板的示意图。通常，每个电路由其自己的恒定或脉冲电流源驱动。第一电路包含正电流输入端102和负输入端103。多个LED 104与正输入端102和负输入端103串联连接。在图解的负载板中，在每对LED 104之间提供电压测量连接105。测量连接105允许下面描述类型的LED故障的检测和隔离。相似地，第二电路包含正电流输入端106、负电流输入端107、多个LED 110和对应的多个电压测量连接109。地连接108为负载板安装平台111提供接地。常见LED可靠性系统故障属于四个主要类别1)开路故障；2)短路故障；3)连线故障；以及4)控制故障。开路故障通常在LED内发生。其使LED内的电流流动停止。如果开路故障是暂时的，那么中断将是短暂的，并且LED “闪灭”和“闪亮”。在断开状态期间，大多数电流源将LED电路电压驱动到电流源的最大顺应电压(compliance voltage)(通常比额定电压高几十伏)，以尝试强加电流。在连接恢复时，该高电压会驱动过多电流通过电路，从而使LED过压。短路故障也在LED内发生。通常，结构在LED内断开，并且电流绕过一个或更多内部LED结。接着，器件两端的电压降至新的较低水平。此时，电流源必须快速调整到该新的操作点。即使是最大带宽，控制环路通常也不能足够快地完成这个动作以避免大电流瞬变和对LED的损害。图2示出由LED短路故障导致的典型12A电流源的瞬态电流。迹线201示出LED器件两端的电压。示出的垂直标度是每刻度5V。迹线203示出典型电流源的电流输出。示出的垂直标度是每刻度5A。常见的时间标度是每刻度10ms。如所示，导致快速压降202的短路故障通常伴随着大的瞬态电流增加204，潜在地对该LED或电路中的其它LED造成损害。引线故障在将电流传送到LED的引线或电路板迹线内发生。引线导体正常情况下与附近的物体隔离。如果该隔离破裂，那么电流流过非计划中的路径。根据选取的路径，会导致各种结果。如果经常接地的LED安放平台发生短路，那么故障会迫使电流绕开电流源调节电路。这导致了未调节的电流，其可能是正常水平许多倍。 控制故障发生在服务于LED电流源的控制系统失效时。通常的失效包括通信链路(例如以太网或RS232控制链路)的丢失、内部电力总线的丢失，或甚至是实验室电力完全失效。当这些控制故障发生时，迫使电流源自主运行和/或关闭。与开路故障类似，控制故障可能是间歇的，并且有时电力或控制的恢复会迫使电流源进入非计划中的模式，在其中电流水平是未定义的。现有电流源具有针对负载故障的一些保护特征，例如可编程电流或电压限制，但这些保护特征一般意在防止火灾、显著的超负荷或其它总体失效；它们通常不足够快、不足够灵敏或不足够全面来防止短期电流瞬变和尖峰。这些短期尖峰必然导致LED 二次失效，即在与遭受初始故障的电流源共享共同电路的LED中的失效。这些二次失效会进而引起更多失效。该多米诺式的失效过程有时不明显，尤其是如果二次损害不足够严重以完全毁坏LED。二次损害的LED经常被视为合理失效，从而使可靠性测试结果恶化。因此，由于该过程，许多可靠性系统产生不正确结果，该结果示出LED可靠性降低。
技术实现思路
在本专利技术的各种实施例中，提供了一种可以用来在可靠性测试系统中安全地驱动LED的故障保护电流源。该电流源包括检测在LED可靠性测试系统中发现的常见故障的电路和过程。在检测到故障之后，电流源在破坏性尖峰产生之前关闭驱动电路。因为仅将真实LED故障计数，所以该故障保护电流源可以用来构造产生更准确的可靠性测试数据的可靠性测试系统。根据本专利技术的实施例，故障保护电流源包含正电流输出端和负电流输出端、被配置为响应于控制信号而调整电流源的最大输出电压的DC-DC转换器、被配置为监控电流的过电流检测模块，以及处理器，该处理器被配置为监控电压，从而向dc-dc开关转换器提供控制信号，并向过电流检测模块提供电流水平控制信号。结合附图阅读下面详细描述，本专利技术的其它特征和方面将变得明显，附图根据本专利技术的实施例以示例方式示出了特征。
技术实现思路
无意限制本专利技术的保护范围，其仅由附加于此的权利要求限定。附图说明根据一个或更多的各种实施例参考以下附图详细描述本专利技术。附图仅为图解的目的提供，并且仅示出本专利技术的典型或示例实施例。提供这些附图是为了有助于读者理解本专利技术，不应视为限制本专利技术的广度、保护范围或适用性。应注意到，为了清晰和容易图解说明，这些附图不必需按比例绘制。图I图解带有两个串联LED电路的典型负载板的不意图。图2示出由LED短路故障导致的来自典型12A电流源的瞬态电流。图3图解根据本专利技术的实施例实施的故障保护电流源。图4图解根据本专利技术的实施例实施的电力装置起动的方法。 图5图解根据本专利技术的实施例实施的在正常操作期间的适应性电压限制过程。图6是图解本专利技术的实施例的起动过程和正常操作的时序图。图7图解可以在实施本专利技术的实施例的各种特征中使用的示例计算模块。附图无意是排他的或将本专利技术限于公开的精确形式。应理解，可以通过修改和变化来实践本专利技术，并且本专利技术仅由权利要求及其等效体限制。具体实施例方式本专利技术针对用于LED可靠性测试的故障保护恒定电流源。故障保护电流源优选处理在LED可靠性系统中发生的各种常见故障，并防止原本会产生LED 二次失效的损害电流尖峰。使用该电流源，可靠性测试系统设计师可以构造安全驱动数千个LED的测试系统，并得到准确的可靠性测试结果。该电流源也可以用来驱动工作在稳态的其它灵敏器件，例如量子级联激光器、激光二极管和激光二极管堆叠。除可靠性测试之外，其它应用包括器件老化测试、器件表征测试和器件极限测试。图3图解根据本专利技术的实施例实施的故障保护电流源。所示的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.14 US 61/282,870;2011.04.13 US 13/086,3131.一种故障保护电流源，包含 正电流输出端和负电流输出端，所述正电流输出端和所述负电流输出端被配置为向负载提供操作电流和操作电压； DC-DC转换器，所述DC-DC转换器被配置为从处理器接收控制信号，并响应于所述控制信号调整所述电流源的输出电压； 过电流检测模块，所述过电流检测模块被配置为监控流过所述正电流输出端或负电流输出端的电流，并将所述电流与由所述处理器提供的电流水平控制信号指示的控制电流进行比较；以及 所述处理器，所述处理器被配置为监控所述正电流输出端和电流输入端之间的电压，从而确定所述负载两端的稳态电压，并向所述DC-DC转换器提供所述控制信号，从而将所述输出电压设定在高于所述稳态电压的预定电压水平，并且所述处理器进一步被配置为向所述过电流检测模块提供所述电流水平控制信号。2.根据权利要求I所述的电流源，进一步包含电流切断器，所述电流切断器被配置为控制流过所述正电流输出端或所述负电流输出端中的一个的电流，并响应于从所述过电流检测模块接收的控制信号而切断所述电流。3.根据权利要求2所述的电流源，进一步包含第二电流切断器，所述第二电流切断器控制流过所述正电流输出端或所述负电流输出端中的另一个的电流，并响应于从所述过电流检测模块接收的所述控制信号而切断所述电流。4.根据权利要求2所述的电流源，其中所述处理器被配置为测量所述正电流输出端和所述负电流输出端之间的电压的变化率，并向所述电流切断器提供第二控制信号从而切断所述电流。5.根据权利要求I所述的电流源，进一步包含电流速率限制器，所述电流速率限制器与所述DC-DC转换器串联并被配置为将所述电流的变化限制于预定的变化率。6.根据权利要求I所述的电流源，进一步包含限流电路，所述限流电路与所述负电流输出端串联并被配置为将正电流限制到低于预定的正电流阈值并且防止负电流。7.根据权利要求I所述的电流源，其中所述处理器被配置为向所述限流电路提供所述预定的正电流阈值，并且其中所述处理器进一步被配置为在起动操作期间将所述预定的正电流阈值从第一水平增加到第二水平。8.根据权利要求I所述的电流源，进一步包含电力失效检测模块，所述电力失效检测模块耦合到所述DC-DC转换器并被配置为感测电力失效的启动，并且向所述DC-DC转换器提供控制信号从而切断所述电流。9.根据权利要求I所述的电流源，进一步包含耦合到所述处理器的通信接口。10.根据权利要求9所述的电流源，其中所述处理器被配置为检测故障并经由所述通信接口报告所述故障。11.根据权利要求9所述的电流源，其中所述通信接口被配置为检测通信链路丢失，并且如果检测到所述通信链路丢失，则向所述处理器发送控制信号从而关闭所述电流。12.根据权利要求I所述的电流源，其中所述处理器被配置为测量通过所述正电流输出端输出的电流和通过所述负电流输出端进入的电流之间的差，并且如果所述差超过预定值，则检测到故障。13.根据权利要求I所述的电流源，其中所述处理器被配置为执行起动操作，所述起动操作包含 禁止电流流过所述负电流输出端； 向所述DC-DC转换器发送控制信号，从而以预定的增大速率增加所述输出电压，直到所述输出电压超过所述操作电压一预定量；以及 使电流能够流过所述负电流输出端。14.根据权利要求13所述的电流源，其中所述起动操作进一步包含在向所述DC-DC转换器发送控制信号的步骤期间，测量流过所述正电流输出端的电流，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·N·休莱特，
申请(专利权)人：威特瑞克斯电子系统公司，
类型：
国别省市：