一種無溫度傳感器的led結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，該方法包括以下步驟，S1.通過樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線，獲取LED的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)；S2.利用簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)LED的結(jié)溫Tj預(yù)測(cè)；S3.根據(jù)S2中預(yù)測(cè)的結(jié)溫，預(yù)測(cè)此時(shí)LED的輸出光通量φ(Tj預(yù)測(cè),Ij)；S4.根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)溫和輸出光通量的預(yù)設(shè)條件，調(diào)整并更新驅(qū)動(dòng)電流If；S5.重復(fù)以上預(yù)測(cè)及控制的過程。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的LED結(jié)溫預(yù)測(cè)方法可靠并且有效，而且由于采用無傳感器的控制結(jié)構(gòu)，減少了系統(tǒng)元件的使用數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性，具有極大的在線檢測(cè)優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】一種無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種照明燈具領(lǐng)域，具體涉及一種無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED)是利用氮化鎵(GaN)材料制備的半導(dǎo)體電光器件，實(shí)現(xiàn)電能到光能的轉(zhuǎn)換。作為新一代電光源技術(shù)，LED照明相對(duì)于傳統(tǒng)電光源(白熾燈和熒光燈)具有更高的效率，據(jù)統(tǒng)計(jì):照明用電占總用電量的近20 %，如果廣泛采用LED取代傳統(tǒng)光源用于室內(nèi)外照明，每年能夠 節(jié)約近40%照明電能用量。此外，LED還有壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快及無水銀等有毒物質(zhì)污染的優(yōu)點(diǎn)。因此，LED照明作為最有潛力的高效環(huán)保節(jié)能技術(shù)已成為共識(shí)。
[0003]然而，LED電光源不像傳統(tǒng)電光源，可以直接連接到220V的交流市電上，而是需要設(shè)計(jì)專門的低電壓驅(qū)動(dòng)電路，并且對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的性能要求非常高，LED光源的性能對(duì)環(huán)境溫度等因素異常敏感，表現(xiàn)為色坐標(biāo)波動(dòng)、色溫波動(dòng)和照度波動(dòng)等。實(shí)際上，這些照明技術(shù)指標(biāo)的波動(dòng)極容易超過人眼允許的閾值，如LED的結(jié)溫僅僅變化6°C就會(huì)產(chǎn)生0.001的色坐標(biāo)變化，而人眼的色坐標(biāo)閾值只有約0.0005，從而將引起人對(duì)LED光源產(chǎn)生眩光、頭痛，甚至生理功能紊亂等不良反應(yīng)。LED光源的不穩(wěn)定極大地影響了照明的質(zhì)量，甚至影響照明對(duì)象的健康，成為L(zhǎng)ED照明產(chǎn)業(yè)高端設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。
[0004]近年來，LED的結(jié)溫變化已逐漸成為量化LED性能的一個(gè)有效手段。LED結(jié)溫是指LED芯片中量子肼復(fù)合區(qū)的溫度，LED量子肼復(fù)合區(qū)的體積非常小，一般為納米(nm) X平方毫米(mm2)數(shù)量級(jí)，LED結(jié)溫的測(cè)量方法常采用前向電壓法、等效熱阻法、溫度敏感光學(xué)參數(shù)法和紅外熱成像等。但是，這些方法主要用于實(shí)驗(yàn)室條件，而不能用在LED照明光源的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，通常利用廉價(jià)的溫度傳感器進(jìn)行LED光源結(jié)溫的檢測(cè)及控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光輸出的控制，同時(shí)提供防止過高結(jié)溫保護(hù)措施的可能性。但是與LED光源使用長(zhǎng)壽相t匕，這種溫度傳感器壽命不長(zhǎng)，可能會(huì)極大地影響整個(gè)照明系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于此，本發(fā)明在LED的智能驅(qū)動(dòng)的硬件基礎(chǔ)上提出一種新穎的無傳感器LED的結(jié)溫預(yù)測(cè)及控制方法。該方法是在單芯LED試驗(yàn)特性及數(shù)學(xué)物理模型基礎(chǔ)上提出的，其理論基礎(chǔ)是對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)電流一光通量特性建立一種近似簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)物理模型，在此模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制。
[0006]本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，包括以下步驟:S1.通過樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線，獲取LED的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)；S2.利用簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)LED的結(jié)溫；S3.根據(jù)S2中預(yù)測(cè)的結(jié)溫，預(yù)測(cè)此時(shí)LED的輸出光通量Φ (Tj?), Ij) ;S4.根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)溫和輸出光通量的預(yù)設(shè)條件，調(diào)整并更新驅(qū)動(dòng)電流If ；
S5.重復(fù)以上預(yù)測(cè)及控制的過程。[0007]進(jìn)一步，考慮環(huán)境溫度Ta和驅(qū)動(dòng)電流If條件下，所述步驟S2中結(jié)溫TjH3M是通過
方程⑴進(jìn)行預(yù)測(cè):
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，其特征在于:包括以下步驟S1.通過樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線，獲取LED的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)；S2.利用簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)LED的結(jié)溫；S3.根據(jù)S2中預(yù)測(cè)的結(jié)溫，預(yù)測(cè)此時(shí)LED的輸出光通量Φ (TjH#J, Ij)；S4.根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)溫和輸出光通量的預(yù)設(shè)條件，調(diào)整并更新驅(qū)動(dòng)電流If ;S5.重復(fù)以上預(yù)測(cè)及控制的過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，其特征在于:考慮環(huán)境溫度Ta和驅(qū)動(dòng)電流If條件下，所述步驟S2中結(jié)溫Tj3m是通過方程(I)進(jìn)行預(yù)測(cè):
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，其特征在于:結(jié)溫為Tjtl時(shí)的前向電壓Vf(Tjtl)與驅(qū)動(dòng)電流有關(guān)If，采用以下方法修正，即，采用方程(2)簡(jiǎn)化前向電壓與前向驅(qū)動(dòng)電流關(guān)系，
Vf(TjO) = If.Rs+α 0 (2) Rs為等效串電阻，為平移量，可通過實(shí)驗(yàn)特性獲得， 由于Rs隨電流If增加而增大，采用電流I。條件下的等效串聯(lián)電阻Rs(Itl)修正Rs，
Rs(If) =Rs(10)-Q1(If-10) (3) 修正系數(shù)Ci1通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，其特征在于:所述方程(I)中溫度系數(shù)Kv。是通過方程(4)獲得:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，其特征在于:所述方程⑴中結(jié)溫到環(huán)境的熱阻通過方程(5)獲得:
Rja(If) =Rja(10)-^2(If-10) (5) Rja(10)為實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)得驅(qū)動(dòng)電流I = I。時(shí)LED的熱阻，Rja(If)為驅(qū)動(dòng)電流I = If時(shí)修正的熱阻值，修正系數(shù)α 2通過對(duì)不同前向電流I情況下LED的Rja和環(huán)境溫度Ta的特性曲線進(jìn)行擬合得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，其特征在于:所述方程(I)中外量子效率nEQE通過方程(6)獲得:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無溫度傳感器的LED結(jié)溫的預(yù)測(cè)和控制方法，其特征在于:所述步驟S3中光通量預(yù)測(cè)通過方程(7)實(shí)現(xiàn)
φL(Tj, Ij) = ΦL(TJ0, Ij).(α6(Tj-Tj0) + α 7) (7) Ij表示結(jié)溫 為Tj時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流，系數(shù)a6、Ci7可由前向驅(qū)動(dòng)電流-光通量特性曲線擬合得到。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103970961SQ201410221931
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】周靜, 龍興明 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)