智能化电子系统设计报告

目录

1 前言（绪论） (2)

2 总体方案设计 (3)

2.1方案比较4

2.1.1方案一：长期寿命测试 (4)

2.1.2方案二：加速（短期）寿命测试 (4)

2.2方案论证4

3 单元模块设计 (5)

3.1各单元模块功能介绍及电路设计5

3.1.1热阻( Rθ ) 的测量 (5)

3.1.2结温测量 (5)

3.1.3光通量的测量 (7)

3.1.4串口电路的设计 (7)

3.1.5温度控制和报警电路设计 (8)

3.1.6 过零触发电路设计 (8)

3.2电路参数的计算及元器件9

3.2.1 LED灯常用电路参数 (9)

3.2.2电学特性 (9)

3.3特殊器件的介绍12

3.3.1 ADM3251E (12)

3.3.2 ADUC848 (12)

3.3.3 555芯片 (14)

3.4各单元模块的联接16

4 软件设计 (17)

4.1 PROTEL99 SE简介17

4.2软件设计结构及功能17

5 系统调试 (18)

6 系统功能及指标参数 (19)

6.1说明系统能实现的功能19

6.2系统指标参数测试及测试方法说明19

6.2.1失效时间和失效数的确定 (19)

6.2.2 数据处理方法 (21)

6.3系统功能及指标参数分析21

7 结论 (22)

8 总结与体会 (23)

9 参考文献 (24)

附录1：相关设计图 (25)

附录2：元器件清单表 (26)

附录3：相关设计软件 (27)

1 前言（绪论）

1986 年，在蓝宝石基底上沉积高品质GaN 晶体获得成功，并且在1993 年开发出了高亮度蓝光发光二极管( LEDs) 。至今，人们仍在对高亮度蓝光 LED 进行不断地完善。在 1996 年，开发出了采用蓝光 LED 与黄色荧光粉相结合发出白光的 LED 产品并将其商业化[1]。21 世纪照明 METI 国家(Akari) 项目是一项基于高效率白光 LED 照明技术的工程，它利用的是近紫外线 LED 与荧光粉系统相结合的方法，该项目于1998 年启动，其第一阶段的项目已于 2004 年完成。

作为电子元器件，发光二极管（Light Emitting Diode-LED）已出现40多年，但长久以来，受到发光效率和亮度的限制，仅为指示灯所采用，直到上世纪末突破了技术瓶颈，生产出高亮度高效率的LED和兰光LED，使其应用围扩展到信号灯、城市夜景工程、全彩屏等，提供了作为照明光源的可能性。随着LED应用围的加大，提高LED可靠性具有更加重要的意义。LED具有高可靠性和长寿命的优点，在实际生产研发过程中，需要通过寿命试验对LED芯片的可靠性水平进行评价，并通过质量反馈来提高LED芯片的可靠性水平，以保证LED芯片质量，为此我司在实现全色系LED产业化的同时，开发了LED芯片寿命试验的条件、方法、手段和装置等，以提高寿命试验的科学性和结果的准确性。

近些年来，LED 照明因具有许多优点，例如长寿命、低能耗、体积小等而非常有吸引力。最早 LED 只是被用来替换小型白炽灯充当指示器。在其光效有所提高后，LED 被应用于显示器中。随着其光效和总光通量的进一步改善，LED 开始被应用于日常照明领域。对于普通照明设备而言, LED 有限的光通量是一个难以解决的问题。要想获得高光通量就需要有高密度基底和大的工作电流。这将导致LED 产生热量、温度升高, 损坏LED 模块。

随着LED生产技术水平的提高，产品的寿命和可靠性大为改观，LED的理论寿命为10万小时，如果仍采用常规的正常额定应力下的寿命试验，很难对产品的寿命和可靠性做出较为客观的评价，而我们试验的主要目的是，通过寿命试验掌握LED芯片光输出衰减状况，进而推断其寿命。

本设计介绍了LED芯片寿命试验过程，提出了寿命试验条件，完善的试验方案，消除可能影响寿命试验结果准确性的因素，保证了寿命试验结果的客观性和准确性。采用科学的试验线路和连接方式，使寿命试验台不但操作简便、安全，而且试验容量大。

2 总体方案设计

LED 的发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。由此可见，LED 主要靠载流子的不断移动而发光的，不存在老化和烧断的现象，其特殊的发光机理决定了它的发光寿命长达5 - 10万个小时。

LED 的寿命主要取决于 LED 芯片的质量、芯片的设计和芯片的材料。直接影响 LED 寿命的关键因素有两个：一是驱动电流的变化——达到某个阈值以后，启动 LED 的电流越高，发光发热就越多；二是工作环境温度——温度越高，出光就越少。此外，LED 灯具的安装及固定方式对其寿命也有很大的影响。

LED 芯片对温度异常敏感，这也是半导体的共性。一般用 LED 照明光源光通量流明值下降到初始值的50%的时间来定义其寿命。50%就是LED的半衰期，例如，φ5LED在室温情况下，在20 mA电流驱动下的寿命为10万小时，也就是说10万小时后，其光通量还保持在原来的一半。

LED 的半衰期与 PN 结（Tj 点）结点的温度关系可用如图2.1曲线表示，其

关系为

/

t ck

t

B B e-

=式中， Bt

为使用t后的光通量， Bo 为

初始使用的光通量； e为对

数常数；c为常数；t 为使用

时间；k 为温度。

不管如何测量，半导体照

明光源的寿命通常是比较长

的，这对 LED 产品应用来说

是一个很有意义的因素。

随着使用时间的推移，

LED的光衰量非常小。一般情

况下，LED光源的使用寿命是

50 000 h或者更长。如果其中

一个LED损坏了也不会影响整

个灯的继续照明。

LED灯的使用寿命还取决

于每天工作多少小时如图表 2.2所示。

每天工作时间 5 万小时等于10 万小时等于

每天24小时 5.7 年11.4 年

每天工作18小时7.4 年14.8 年

图2.1 LED的半衰期与PN 结结点的温度的关系