High-Brightness-LED Hochstrom-Tests an High-Brightness-LEDs

Wer an High-Brightness-LEDs Hochstrom-Tests durchführen will, sollte auch einen hohen Teststrom an sein Testobjekt anlegen. Dazu lassen sich zwei SMUs verbinden. Hier gilt es einige Aspekte zu beachten.

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Die Charakterisierung von High-Brightness-LEDs erfordert entsprechende Erfahrungen. Das beginnt mit der Auswahl eines geeigneten Werkzeugs, das sowohl den benötigten Strom liefern kann, als auch die notwendigen Testroutinen durchführen kann. Hinzu kommt, dass die Eigenerwärmung des Testobjekts (DUT) verhindert werden soll, was einen Pulstest erforderlich macht. Schließlich sollten Messfehler vermieden werden, die aufgrund des Widerstands der Messleitungen und einen beträchtlichen Spannungsabfall bei hohen Strömen verursachen kann.

Doch jetzt der Reihe nach – Wie lässt sich ein geeignetes Messgerät finden? Hier lassen sich Source-Measure-Geräte, kurz SMUs, verwenden. Auf dem Markt gibt es beispielsweise Geräte zum Testen von LEDs wie das High-Power-System SourceMeter-Instrument Modell 2651A von Keithley. Es kombiniert Quellen- und Messfunktion, wofür normalerweise zwei separate Geräte notwendig sind, die simultan wie ein einziges Gerät zusammenarbeiten müssen. Mit dem richtigen Testaufbau lassen sich sogar zwei dieser SMU-Instrumente parallel schalten, so dass ein Gleichstrom von bis zu 40 A oder von 100 A im Pulsbetrieb an das DUT geliefert werden kann. Der Pulsbetrieb löst zudem das zweite oben erwähnte Problem - die Eigenerwärmung.

Wenn zwei SMUs miteinander verbunden werden sollen

Werden zwei SMUs miteinander verbunden, um einen höheren Teststrom zu erreichen, dann sind allerdings gewisse Aspekte zu beachten, die wir Ihnen vorstellen. Als erstes soll untersucht werden, wie sich der Einsatz zweier identischer Hochleistungs-SMUs im gleichen Strombereich auswirkt. Beispielsweise um Pulsströme bis ±50 A einzuspeisen. Die Konfiguration beider SMUs als Quelle im gleichen Strombereich gewährleistet, dass beide SMUs ähnlich auf Stromänderungen reagieren. Das reduziert die Gefahr des Überschwingens, unkontrolliertes Schwingen und andere unerwünschte Interaktionen zwischen den SMUs.

Was geschieht, wenn beide SMUs auf den gleichen Leistungsbereich eingeschränkt werden? Es lassen sich Schäden verhindern, wenn ein Gerät unter gewissen Bedingungen gezwungen wird, den gesamten Strom der anderen SMU aufzunehmen. Werden die SMUs als Stromquellen konfiguriert, dann muss die als Senke verwendete SMU in einem entsprechendem Leistungsbereich arbeiten, wie die als Quelle definierte SMU. Bestimmt wird das durch den Ausgangsstrombereich und die Spannungsbegrenzung.

Da beide SMUs auf den gleichen Ausgangsstrombereich eingestellt werden sollten, ist der entscheidende Faktor für den Betriebsbereich der Spannungsgrenzwert. Wird beispielsweise eine SMU auf einen Spannungsgrenzwert von 20 V gesetzt, dann sollte die andere SMU auf einen Spannungsgrenzwert zwischen 10 und 20 V konfiguriert werden, um beide Geräte im gleichen Betriebsbereich zu halten.

Vom Spanngungsgrenzwert und Ausgangsausschaltmodus

Wenn die SMUs als parallele Stromquellen arbeiten, sollte der Spannungsgrenzwert der einen SMU um 10% niedriger eingestellt werden, als der Spannungsgrenzwert der anderen SMU. Damit kann nur eine SMU in die Spannungsbegrenzung gehen und als Spannungsquelle mit geringer Impedanz arbeiten und somit den Strom von der zweiten SMU aufnehmen. Die andere SMU bleibt damit die Quelle und liefert weiter den programmierten Strom, ohne dass ihre Ausgangspannung steigt oder in die Spannungsbegrenzung geht.

Wenn beide SMUs in die Spannungsbegrenzung gehen und zu Spannungsquellen werden, dann hätte das System zwei parallele Spannungsquellen, was einen unkontrollierten Stromfluss zwischen den SMUs zur Folge hat. Hier wären möglicherweise unerwartete Ergebnisse und/oder Schäden am DUT die Folge.

Arbeitten zwei SMUs parallel als Stromquelle sollte bei der SMU mit einer um 10% niedrigeren Spannungsbegrenzung als Spannungsquelle konfiguriert werden. Aber nur dann, wenn ihr Ausgang ausgeschaltet ist (0 V). Die SMU mit der höheren Spannungsbegrenzung sollte als Stromquelle eingestellt werden. Auch hier muss ihr Ausgang ausgeschaltet sein (0 A).

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