本发明一般涉及照明系统，更具体来说涉及发光二极管(LED)照明系统。
背景技术：
LED作为一种新型照明光源，以其长寿命、高光效、多光色、一次配光定向照射功能，以及可在安全电压下工作等诸多优势，已成为照明光源的发展趋势。
LED光的效率可以比白炽光效率高60-70％，但是同时也会产生大量的热量，造成温度过高。温度过高会导致LED光源的光转换效率下降、LED使用寿命降低、光输出减小等后果。
现有的LED冷却方式主要有暂时降低功率和安装冷却风扇两种方法。
如果利用降低LED功率的方法，会影响LED灯的照明效果，所以主流设计常会选用冷却风扇的设计方案，而使用冷却风扇时，由于冷却风扇常常需要长时间的全速旋转，则会导致噪音和风扇寿命降低等问题。
所以，需要一种新的方法来解决上述问题。
技术实现要素：
本发明一方面在于提供一种控制LED灯风扇转速的方法，该方法包括：
在控制器中预设LED灯中LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系；
在所述控制器中预设所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系；
测量所述LED芯片的测量电压值；
测量所述LED芯片的测量电流值；
通过所述控制器根据所述测量电压值、测量电流值和所述预设的LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系确定所述LED芯片的当前计算温度值；
通过所述控制器根据所述当前计算温度值和所述预设的LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系确定当前所需风扇转速；及
通过所述控制器控制所述风扇以所述当前所需风扇转速旋转。
本发明另一方面在于提供一种控制用来冷却LED灯中LED芯片的风扇的转速的系统，其包括：
用以测量LED灯中LED芯片的电压值的电压测量单元；
用以测量所述LED芯片的电流值的电流测量单元；以及
控制器，所述控制器与所述电压测量单元和所述电流测量单元相连接，用以控制所述风扇的转速，其中：
所述控制器中预设有所述LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系，和所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系，以及
所述控制器被设置为可根据所述电压测量单元测得的电压值、所述电流测量单元测得的电流值和所述预设的所述LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系确定所述LED芯片的当前计算温度值，通过所述当前计算温度值和所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系确定当前所需风扇转速，并控制所述风扇以当前所需风扇转速旋转。
本发明另一方面在于提供一种LED灯，其包括：
LED芯片；
用以冷却所述LED芯片的风扇；
控制所述风扇的转速的系统，该系统包括：
用以测量所述LED芯片的电压值的电压测量单元；
用以测量所述LED芯片的电流值的电流测量单元；以及
控制器，其与所述电压测量单元和所述电流测量单元相连接，用以控制所述风扇的转速，其中：
所述控制器中预设有所述LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系，和所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系，以及
所述控制器被设置为可根据所述电压测量单元测得的电压值、所述电流测量单元测得的电流值和所述预设的所述LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系确定所述LED芯片的当前计算温度值，通过所述当前计算温度值和所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系确定当前所需风扇转速，并控制所述风扇以当前所需风扇转速旋转。
相较于现有技术，本发明涉及的控制LED灯的风扇转速的方法和系统对风扇转速进行全面且精确的控制，降低由于风扇不必要的全速运转而产生的噪音，延长了风扇的寿命，进而延长了LED灯的寿命。同时，本发明设计的控制LED灯的风扇转速的方法和系统无需增加传感器等元器件，在提高LED灯寿命的同时，无需增加额外的成本。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1为根据本发明的一个实施例的一种LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系的示意图。
图2为根据本发明的一个实施例的在连续控制模式下预设的LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系。
图3为根据本发明的一个实施例的在逐级控制模式下预设的LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系。
图4为根据本发明的一个实施例的一种含有控制用来冷却LED灯中LED芯片的风扇的转速的系统的LED灯的部件分解图。
具体实施方式
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。此外，在“约第一数值到第二数值”的表述中，“约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。
本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。比如，像温度、气压、时间等类似的组件的数量和过程的数值等，当我们说1到90时，指代的是例如15到85、22到68、43到51、30到32等类似的枚举数值。当数值小于1时，一个单位可以是0.0001、0.001、0.01或0.1。这里只是作为特殊举例来说明。在本文中列举出的数字是指用类似的方法得到的在最大值和最小值之间的所有可能的数值组合。
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所做出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
本发明的实施例一方面涉及一种控制LED灯风扇转速的方法，该方法包括：在控制器中预设LED灯中LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系，以及所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系，测量所述LED芯片的测量电压值和电流值，根据所述测量的电压值和电流值和所述预设的电压值、电流值与温度值之间的对应关系确定所述LED芯片的当前计算温度值，根据该当前计算温度值和所述预设的温度值与风扇转速之间的对应关系确定当前所需风扇转速，控制所述风扇以所述当前所需风扇转速旋转。
关于LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系，有很多种方法可以得到，下面仅列举其中几种。通常来说，LED芯片在出厂时，生产厂商会提供LED电压值、电流值和温度值的对应关系的图表，根据该图表，可以在控制器中拟合出LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系。也可以通过对LED芯片进行实际测量，根据实际测量值得出LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系。另外，也可以通过公式计算得出该对应关系，例如可以参考A.Keppens，W.R.Ryckaert，G.Deconinck，和P.Hanselaer于2008年10月在JOURNAL OF APPLIED PHYSICS上公开的名为High power light-emitting diode junction temperature determination from current-voltage characteristics的文章中关于LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系的描述。同时，也可以结合上述几种方法，得出LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系。其中，在一些实施例中，LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系为图1所示的关系。
而所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系可以根据LED芯片或LED灯的不同而自行进行调整，以获得最适合该LED芯片或LED灯的对应关系。
在一些实施例中，测量LED芯片的测量电压值和测量电流值的方法包括使用单片机或者集成芯片直接读取LED芯片的测量电压值和测量电流值、或使用放大器读取LED芯片的测量电压值和测量电流值并且放大该信号等。
在一些实施例中，所述控制风扇以当前所需风扇转速旋转的步骤包括：通过控制器以连续控制的模式控制所述风扇以该当前所需风扇转速旋转。其中，连续控制模式是指控制器连续地读取LED芯片的测量电压值和测量电流值，并结合预设的LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系得出LED芯片的当前计算温度值，随后根据所述当前计算温度值和所述预设的LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系确定当前所需风扇转速，并连续地控制风扇以所述当前所需风扇转速旋转。在一个具体的实施例中，在连续控制模式下，预设的LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系如图2所示，在该模式下，在工作区间内，不同的温度对应不同的风扇转速，因此该对应关系根据不同的设定在图中呈现为一条连续的曲线或直线。
在另一些实施例中，所述控制风扇以当前所需风扇转速旋转的步骤包括：通过所述控制器以逐级控制的模式控制所述风扇以该当前所需风扇转速旋转。通过控制器每隔一段固定的时间读取LED芯片的测量电压值和测量电流值，并结合预设的LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系得出LED芯片的当前计算温度值，随后判断所述当前计算温度值所处的温度区间，并控制风扇以所述当前计算温度值所在的调速温度区间相对应的对应风扇转速旋转。在一个具体的实施例中，在逐级控制模式下，预设的LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系如图3所示，在该模式下，在工作区间内，一个的温度区间内的所有温度值对应相同的风扇转速，因此该对应关系在图中呈现阶梯状。
在使用逐级控制的模式的一些实施例中，可在所述控制器上预设一个最小预设计算温度值tmin、一个最大预设计算温度值tmax、一个由所有小于所述最小预设计算温度值的温度值组成的最小温度区间Dmin、一个由所有大于所述最大预设计算温度的温度值组成的最大温度区间Dmax、和在所述最小预设计算温度值和所述最大预设计算温度值之间的一个或一个以上的调速温度区间，并在所述控制器上预设对应所述最小温度区间、最大温度区间和调速温度区间的对应风扇转速。其中，tmin可以根据LED灯和LED芯片型号选择，例如70度、75度或80度，tmax也可以根据LED灯和LED芯片型号选择，例如100度、105度或110度。
可每隔一段固定的时间，通过所述控制器判断所述当前计算温度值T所处的温度区间。若所述当前计算温度值T在最小温度区间内，通过所述控制器关闭所述风扇。若所述当前计算温度值T在最大温度区间内，通过所述控制器控制所述风扇以最高速旋转。若所述当前计算温度值T在调速温度区间内，通过所述控制器控制所述风扇以所述当前计算温度值T所在的调速温度区间相对应的对应风扇转速旋转。
为方便说明，此处以tmin为70度，tmax为110度为例，则Dmin为小于70度的所有温度值组成的区间，Dmax为大于110度的所有温度值组成的区间。以每10度划分一个调速温度区间为例，70度到80度为第一调速温度区间D1，80度到90度为第二调速温度区间D2，90度到100度为第三调速温度区间D3，100度到110度为第四调速温度区间D4。
若此处选用最高转速为6000rpm的风扇，那么可在控制器中预设如下对应关系：tmin对应的风扇转速为0，即关闭风扇；tmax对应的风扇转速为6000rpm，即风扇的最高转速；D1、D2、D3和D4的温度区间对应的风扇转速分别为1200rpm、2400rpm、3600rpm和4800rpm。
每隔一段固定的时间，通过所述控制器判断当前计算温度值T所处的温度区间，并根据该温度区间控制所述风扇以对应转速旋转。例如，若T为68度，则通过所述控制器关闭所述风扇；若T为83度，则T处于D2调速温度区间内，对应的风扇转速为2400rpm，则通过所述控制器控制所述风扇以2400rpm的转速旋转；若T为115度，则通过所述控制器控制所述风扇以6000rpm的转速旋转。
在一些实施例中，所述固定的时间间隔在0.01秒到10秒的范围内。
在一些实施例中，通过控制器可以在不同阶段使用不同的控制模式，例如，在温升阶段，通过控制器以连续控制的模式控制所述风扇以该当前所需风扇转速旋转，而在温降阶段，通过控制器以逐级控制的模式控制所述风扇以该当前所需风扇转速旋转。
本发明的实施例另一方面涉及一种控制LED灯中风扇转速的系统，该系统包括电压测量单元、电流测量单元和控制器。
所述电压测量单元用以测量LED灯中LED芯片的电压值，所述电流测量单元用以测量所述LED芯片的电流值，所述控制器用以控制所述风扇的转速。所述控制器与所述电压测量单元和所述电流测量单元相连接。
在一些实施例中，电压测量单元、电流测量单元和控制器可以被集成在单片机和集成芯片上。在一些实施例中，可以将控制器与放大器连接，使用放大器读取LED芯片的测量电压值和测量电流值。
所述控制器中预设有所述LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系、和所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系。并且所述控制器被设置为可根据所述电压测量单元测得的电压值、所述电流测量单元测得的电流值和所述预设的所述LED芯片的电压值、电流值与温度值之间的对应关系确定所述LED芯片的当前计算温度值，通过所述当前计算温度值和所述LED芯片的温度值与风扇转速之间的对应关系确定当前所需风扇转速，并控制所述风扇以当前所需风扇转速旋转。如前所述，所述控制器可被设置为以连续控制的模式或逐级控制的模式来控制所述风扇以该当前所需风扇转速旋转。控制模式的具体方式已在前文进行了描述和解释，在此不再赘述。
本发明的实施例还涉及一种使用所述控制方法和系统的LED灯，所述LED灯包括LED芯片、用来冷却所述LED芯片的风扇和所述用来控制风扇转速的系统。其中，所述LED芯片为任何LED发光单元。
图4，为一种含有所述控制风扇转速的系统的LED灯100的部件分解图，其中，该LED灯100包括灯头101、上盖102、麦拉盒103、包含控制器的驱动装置104、由LED芯片105组成的LED光源板106、风扇107、散热器108、底盖109和用来控制风扇107转速的控制系统110。
其中，所述麦拉盒103用以将包含控制器的驱动装置104与散热器108绝缘，所述风扇107用以冷却LED芯片105，而所述散热器108用以增加LED光源板105的散热面积。而该包含控制器的驱动装置104集成了控制器、驱动器、电压测量单元和电流测量单元。
其中，灯头101通过螺纹与上盖102连接，包含控制器的驱动与麦拉盒103通过胶水固定在上盖102上，散热器108通过螺钉与上盖102连接，而风扇107、光源板105、底盖109则分别通过螺钉固定在散热器108上。
该包含控制器的驱动装置104中预设有所述LED芯片105的电压值、电流值与温度值之间的对应关系，和所述LED芯片105的温度值与风扇107转速之间的对应关系。并且所述包含控制器的驱动装置104被设置为可根据所述电压测量单元测得的电压值、所述电流测量单元测得的电流值和所述预设的所述LED芯片105的电压值、电流值与温度值之间的对应关系确定所述LED芯片105的当前计算温度值，通过所述当前计算温度值和所述LED芯片105的温度值与风扇107转速之间的对应关系确定当前所需风扇107转速，并控制所述风扇107以当前所需风扇107转速旋转。具体的控制方式可与前述的相同或相似，在此不再赘述。
本说明书用具体实施例来描述发明，包括最佳模式，并且可以帮助任何熟悉本发明工艺的人进行实验操作。这些操作包括使用任何系统和系统并且使用任何具体化的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并可能包括其它发生在本技术领域的例子。如果所述其它例子在结构上与权利要求书的书面语言没有不同，或者它们有着与权利要求书描述的相当的结构，都被认为是在本发明的权利要求的范围中。