一种基于遗传算法的led光源结温值降低方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法，属于LED空间照明领 域。
【背景技术】
[0002] 由于航天应用的特殊性，要求航天用大功率LED光源具有很高的稳定性及长的工 作寿命。
[0003] 目前，大功率LED光源在设计的过程中，灯珠一般采用等间距的设计方式，等间距 安装完成后，由于安装在光源中心位置的LED灯珠其散热环境较差，会造成LED灯珠实际工 作时的结温温升远远高于散热环境好的地方的LED灯珠的结温温升。而且，各颗LED灯珠 在实际工作时的结温直接影响着由LED灯珠组成的LED光源的工作可靠性及其工作寿命。
[0004] 在LED光源加工完成后，进行LED结温的检测，可评估其可靠性并预测其工作寿 命。但是，若测出LED光源中某颗LED的结温过高，由于航天产品的特殊要求整个光源可能 被报废而重新制造，造成了大量的人力与物力损失。
[0005] 如果在LED光源的设计阶段即能预测LED光源加工成形后工作结温，并且在设计 模型基础上对LED的结构布局进行调整，修正LED的结温，降低LED结温的最大值，则可以 在设计阶段防止按照设计模型进行加工成形后LED的结温出现过高的情况。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于遗传算法的LED光源结温值降 低方法，能够解决现有的设计方法在设计阶段无法预估光源加工成形后的各颗LED结温即 工作可靠性的问题。
[0007] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于遗传算法的LED 光源结温值降低方法，包括以下步骤：
[0008] (1)挑选出M颗待选LED灯珠 IL1，…，L1，…，LJ，其中L1表示第i颗灯珠，每个 LED灯珠的发热功率已知；
[0009] (2)对于每颗LED灯珠，利用热测试仪测试LED灯珠的热阻热容参数，根据热阻热 容参数得到LED灯珠的PN结至空气环境的热阻，其中对于第i颗LED灯珠，其PN结至空气 环境的热阻通过以下公式得到：
[0010] Rja(i) =Rjc ⑴+Rca
[0011] 其中Rj a⑴为第i颗LED灯珠的PN结至空气环境的热阻，R。a为第i颗LED灯珠 的散热器到空气环境的热阻，为固定值，R,。(i)为第i颗LED灯珠的PN结至散热器的热阻， 由热测试仪测试获得；
[0012] (3)初始化一个由N个位置组成的等距LED阵列，相邻LED灯珠的横向间距为H、 纵向间距为V ;
[0013] (4)从M颗待选LED灯珠中选出N颗，放置于LED阵列的相应位置，作为一组变量 Ix1，…，Xk，…，xN}，其中Xk表示LED阵列上的第k个位置上的LED灯珠，则共有P=组变 量；
[0014] (5)设置各个LED灯珠的横向步进范围h_以及纵向步进范围v_，|h_|〈H， kJ〈v ;对于每组变量，利用遗传算法依次进行以下步骤：
[0015] (5-1)利用随机函数产生本组变量中每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进 里 vxk，I hxk I〈 I hmax I，I vxk I〈 I vmax I ;
[0016] (5-2)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率计算每个 LED灯珠的结温，记录最大的结温值T ;
[0017] (5-3)将每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进量V xk以二进制数表示作为 遗传的初代，对二进制数中的1位或1位以上的数字通过相互间的交叉选择和/或变异， 产生下一代子代，得到每个LED灯珠新的横向步进量h xk和纵向步进量V xk，|hxk|〈 |hmax|， Vxkl < I Vmaxl ；
[0018] (5-4)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率重新计算 每个LED灯珠的结温值T，记录本次步进后最大的结温值以及每个灯珠的横向步进量h xk和 纵向步进量Vxk;
[0019] (5-5)重复步骤（5-3)至（5-4) 1000 至 2000 次；
[0020] (6)选出每次步进后最大的结温值中的最小值，以及其对应的变量、每个LED灯珠 的横向步进量h xk和纵向步进量V xk;
[0021] (7)重复步骤（5)和步骤（6)，直到P、!；组变量均找出每次步进后最大的结温值中 的最小值，以Pi组变量中最小的最大结温值所对应的变量、每个LED灯珠的横向步进量hxk 和纵向步进量vxk作为最优解，确定N颗LED灯珠及其安装位置，用于进行光源安装。
[0022] 步骤（1)中，利用航天升级筛选方法挑选出M颗待选LED灯珠 IL1，…，L1，…， LM} 〇
[0023] 步骤（5)中，-H/2〈h_〈H/2, -V/2〈v_〈V/2。
[0024] 步骤（5-1)中，hxk= H/20, v xk= V/20。
[0025] 本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
[0026] (1)本发明在LED光源的设计阶段即能预测LED光源加工成形后工作结温，可普遍 应用于工业领域的LED光源设计；
[0027] (2)由于航天应用的特殊性，要求航天用大功率LED光源具有很高的稳定性及长 的工作寿命，本发明利用航天升级筛选方法挑选出M颗待选LED灯珠，尤其能够满足航天应 用的特殊要求；
[0028] (3)本发明引入了遗传算法，可以对LED的结构布局进行优化设计，以使LED的最 高结温值达到最小，则可以在设计阶段防止按照设计模型进行加工成形后LED的结温出现 过尚的情况，提尚航天级LED光源的成品率。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的流程示意图。
[0030] 图2是LED灯珠结构示意图。
[0031] 图3是LED灯珠的热阻热容关系示意图。
[0032] 图4是LED阵列不意图。
[0033] 图5是LED灯珠的步进过程示意图。
[0034] 图6是LED灯珠的热阻热容连接示意图。
[0035] 图7是LED阵列中的热阻连接示意图。
[0036] 图中：1_透镜，2-外延层，3-PN结，4-固晶层，5-环氧树脂，6-焊料，7-铝基板， 8-导热双面胶，9-散热器，10-热流路径，11-分界点；21-LED灯珠，22-LED光源散热器。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0038] 本发明提供了一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法，包括以下步骤：
[0039] (1)利用航天升级筛选方法挑选出M颗符合航天升级筛选标准的待选LED灯珠 IL1，…，L1，…，LM}，其中L1表示第i颗灯珠，每个LED灯珠的发热功率已知；
[0040] ⑵LED灯珠的结构如图2所示，包括透镜1和外延层2, PN结3的产生热量经过 固晶层4、环氧树脂5、焊料6、铝基板7、导热双面胶8、散热器9组成的热流路径10,最终传 导至空气环境中。对于每颗LED灯珠，利用Mentor Graphics公司的热测试仪T3Ster测试 LED灯珠的热阻热容参数，根据热阻热容参数得到LED灯珠的PN结至空气环境的热阻，其中 对于第i颗LED灯珠，其PN结至空气环境的热阻通过以下公式得到：
[0041] RjaQ) =Rjc ⑴+Rca
[0042] 其中Rj a (i)为第i颗LED灯珠的PN结至空气环境的热阻，R。a为第i颗LED灯珠 的散热器到空气环境的热阻，为固定值，R,。(i)为第i颗LED灯珠的PN结至散热器的热阻， 由热测试仪测试获得；
[0043] 图3所示为LED灯珠的热阻热容关系示意图，每个离散点之间均存在热阻热容值， 各个离散点之间的热阻热容值等效为从PN结3到空气环境的一系列热阻、热容相连，如图 6所示，并且根据铝基板7的热阻小但是热容相对大、导热双面胶8的热阻大但是热容小的 特点，两者之间在曲线上存在一个突变，根据图3的热阻热容关系即可区分出铝基板与导 热双面胶8的分界点11，分离出LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系；
[0044] (3)根据LED光源的光分布、外观及材料设计