[发明专利]用于照明元件测试的故障保护电流源

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时申请No.61/282,870的权益，该申请提交于2010年4月14日，其全部内容通过引用合并到此。

技术领域

本发明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。

背景技术

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1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。