大功率led器件的综合控制方法及系统的制作方法_2

文档序号:9828772阅读:来源:国知局
,至少用以采集所述LED器件的工作电压和工 作电流;
[0051] 提供D/A模块(Digital to Analog),至少用以向所述稳压电源模块和恒流功能组 件输出控制信号;
[0052] 以及,提供控制模块,至少用以依据所述A/D模块采集的信号,向所述D/A模块以 及冷却液液流调节机构发出指令,从而调整所述LED器件的工作电压和/或工作电流和/ 或所述冷却液的流量和/或流速。
[0053] 进一步的,所述综合控制方法还包括:若任一时刻所述LED器件的温度变化量超 过限定值T 1,还通过所述控制单元调整所述LED器件的工作电流,从而使所述LED器件的温 度变化量降低到设定值T2以下。
[0054] 本发明的另一个方面提供了一种大功率LED器件的综合控制系统,包括:
[0055] 接入大功率LED器件的恒流功能组件,用以与并联于所述LED器件内的复数发光 单元组配合形成等效的恒流模块,从而使每一发光单元组的工作电流相等;
[0056] 稳压电源模块,至少用以向所述LED器件提供驱动电压;
[0057] A/D模块,至少用以采集所述LED器件的工作电压和工作电流;
[0058] D/A模块,至少用以向所述稳压电源模块和恒流功能组件输出控制信号;
[0059] 以及,控制模块,至少用以依据所述A/D模块和与所述LED器件配合的冷却液温度 监控机构采集的信号,向所述D/A模块发出指令,从而调整所述LED器件的工作电压和/或 工作电流和/或冷却液的流量和/或流速。
[0060] 进一步的,所述LED器件内的每一发光单元组包括串联设置的一个以上发光单 元,所述恒流功能组件包括串联于每一发光单元组内的至少一恒流管和至少一限流电阻。
[0061] 进一步的,在所述D/A模块与稳压电源模块之间还可连接有一 PffM模块。
[0062] 进一步的,前述控制单元可采用MCU、PLC等业界知悉的元件。
[0063] 进一步的,本发明中的所述LED器件可以采用晶圆级LED器件、集成型LED器件 等,且不限于此。
[0064] 例如,其中的晶圆级LED器件可包括直接形成于晶圆级衬底上的复数个并联设置 的单胞组,每一单胞组包括串联设置的、作为发光单元的一个以上单胞。
[0065] 例如,所述集成型LED器件包括复数个并联设置的芯片组,每一芯片组包括串联 设置的、作为发光单元的一个以上LED芯片。
[0066] 例如,请参阅图1所示系一种典型的晶圆级LED器件,其主要包括直接形成于晶圆 级衬底上的若干并联设置的单胞组,每一单胞组包括串联设置的若干单胞,其中每一单胞 系作为一独立的发光单元。其中,也可以是若干单胞并联后与其它若干单胞并联组串联于 一单胞组内。此种晶圆级LED器件具有结构简单、发光功率高等特点,但考虑到其面积较 小,特别是单胞密集分布,且单胞之间间隔很小(通常在数百微米以下)的特点,若采用在 器件中增设温度传感芯片的方式进行结温监控,显然是不现实的,况且温度传感芯片还需 辅以其它元件才可工作。
[0067] 进一步的,所述LED器件上连接有冷却机构,所述冷却机构包括:用以使冷却液连 通的腔体,以及,用以调节流经所述腔体的冷却液的流速和/或流量的冷却液液流调节机 构。
[0068] 其中,所述冷却液液流调节机构可包括任何适用的泵或阀,特别是电磁阀、液压阀 等。
[0069] 例如,请参阅图3所TK系一种晶圆级LED器件的应用结构,其包括晶圆级基片11、 功能单胞12(即,前述的单胞)、互连金属13、阴极14、阳极15、反射层16、空腔21、散热壳 体22、绝缘基体31、金属引线32等。冷却流体,如冷却水等可于所述空腔21内流通,并使 LED器件冷却。当然,该LED器件在应用时,还可在器件中增设透镜、散热鳍等辅助元件等。
[0070] 本发明提供的前述控制方法和系统可以在大功率LED器件,特别是晶圆级LED工 作的同时监控其结温,且通过采用将温度的监控集成于驱动电路内的设计,不仅解决了由 于晶圆级LED固有特点而无法使用温度传感芯片监控温度的问题,还降低了成本,并具有 较好的实时性。同时,在本发明中,通过在LED器件的每一发光单元组内还串联恒流管、限 流电阻等元件,而利用所述恒流管的自反馈特性,可实现对每一发光单元组内电流的实时 控制,而不会如现有低压LED器件中所采用的变频恒流控制方式那样,一方面需要在器件 结构中引入较多的电子元件,操作复杂,成本高,另外一方面因变频因控制行为的滞后性而 导致器件性能波动。但是,同时需要指出的是,本发明的恒流控制电路结构尤其适用于驱 动电压高于3V的大功率、超大功率LED器件。而再配合前述A/D模块、D/A模块、稳压电源 模块、控制模块,使得本发明还可依据实际应用的需要,实时调整器件的工作电压及工作电 流,特别是使每一发光单元的工作电流相等,从而使其呈现基本相同之发光特性,提升器件 工作性能,例如发光的均匀性等等。
[0071] 以下结合附图及一典型实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
[0072] 本实施例涉及一种应用于大功率LED器件的综合控制系统,该大功率LED器件 (如下亦简称"器件")可以为图1-2所示的或CN203871335U所示的晶圆级LED器件。
[0073] 请参阅图3所示系本实施例的结构框图,需要说明的是,为使图示内容较为简洁, 在该LED器件的每一单胞组内仅直接示出了一个单胞(L 1~Ln)。
[0074] 在本实施例的LED器件内,可以包含一A/D模块、一D/A模块、一稳压电源模块(简 称为"稳压模块")以及一控制模块。
[0075] 若将每一单胞组视为一支路,请继续参阅图3,在该LED器件内,各支路内分别串 联一恒流管(M 1~Mn)、一电阻(R1~Rn)。进一步的,在各支路内还分别接入一运算放大器 (A 1~An)。事实上,这些支路可等同视为一恒流模块。
[0076] 较为优选的,还可在所述D/A模块与稳压电源模块之间串接一 PffM模块。
[0077] 其中,请继续参阅图3,控制模块可以采用MCU。
[0078] 请继续参阅图3,在该LED器件内,前述各模块的功能如下:
[0079] 稳压模块100 :提供整个系统工作所需电压,并且通过D/A模块控制调节自身电压 大小;
[0080] 恒流模块:保证各单胞组都能够均匀发光,即使每一单胞组的电流值相同;
[0081] A/D模块(A/D):采集器件中每一支路的电流值;采集各支路内单胞的正向压降;
[0082] D/A模块(D/A):输出两个控制电压分别连接到稳压电源模块以调节整个系统的 工作电压,连接到恒流模块调节器件的工作电流;
[0083] 控制模块(MCU):用以接收所述A/D模块等采集的信号,并进行相应的处理,再向 所述D/A模块和与所述LED器件配合的冷却液液流调节机构等发出指令,从而调整所述LED 器件的工作电压和/或工作电流和/或冷却液的流量和/或流速。简言之,其用以完成信 号的采集、处理、显示、存储、发送等。
[0084] 进一步的,本实施例的控制系统还可包括用作人机界面的键盘200等,并将所述 人机界面与D/A模块和/或控制模块连接,以利于工作人员对器件的工作状态进行人为干 预。
[0085] 以下对于本实施例的工作原理等进行解释说明。
[0086] 对于本实施例的晶圆级LED器件或具有类似冷却结构的集成式大功率LED器件, 本案发明人经研究发现,其液冷散热的效果和LED器件的功率以及冷却液的流速都密切相 关,且可以下式概括:
[0087]
[0088] 其中,Tciut为冷却液出口温度、Tin为冷却液进口温度、Q为LED器件的总热耗散功 率、P为冷却液的密度、V为冷却液流速、C p为冷却液的比热容。
[0089] 在本实施例中,若将图3中稳压模块提供的电压以及恒流管加上限流电阻的电压 输入到A/D模块进行采样,每个周期采样N个,分别为
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