一种无温度传感器的led结温的预测和控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，该方法包括以下步骤，S1.通过样品实验测试曲线，获取LED的简化数学模型及其参数；S2.利用简化数学模型预测LED的结温Tj预测；S3.根据S2中预测的结温，预测此时LED的输出光通量φ(Tj预测,Ij)；S4.根据预测的结温和输出光通量的预设条件，调整并更新驱动电流If；S5.重复以上预测及控制的过程。本发明所设计的LED结温预测方法可靠并且有效，而且由于采用无传感器的控制结构，减少了系统元件的使用数量，提高了系统的可靠性，具有极大的在线检测优势。
【专利说明】一种无温度传感器的LED结温的预测和控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种照明灯具领域，具体涉及一种无温度传感器的LED结温的预测和控制方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)是利用氮化镓(GaN)材料制备的半导体电光器件，实现电能到光能的转换。作为新一代电光源技术，LED照明相对于传统电光源(白炽灯和荧光灯)具有更高的效率，据统计:照明用电占总用电量的近20 %，如果广泛采用LED取代传统光源用于室内外照明，每年能够 节约近40%照明电能用量。此外，LED还有寿命长、响应速度快及无水银等有毒物质污染的优点。因此，LED照明作为最有潜力的高效环保节能技术已成为共识。
[0003]然而，LED电光源不像传统电光源，可以直接连接到220V的交流市电上，而是需要设计专门的低电压驱动电路，并且对驱动电源的性能要求非常高，LED光源的性能对环境温度等因素异常敏感，表现为色坐标波动、色温波动和照度波动等。实际上，这些照明技术指标的波动极容易超过人眼允许的阈值，如LED的结温仅仅变化6°C就会产生0.001的色坐标变化，而人眼的色坐标阈值只有约0.0005，从而将引起人对LED光源产生眩光、头痛，甚至生理功能紊乱等不良反应。LED光源的不稳定极大地影响了照明的质量，甚至影响照明对象的健康，成为LED照明产业高端设计的一个难点。
[0004]近年来，LED的结温变化已逐渐成为量化LED性能的一个有效手段。LED结温是指LED芯片中量子肼复合区的温度，LED量子肼复合区的体积非常小，一般为纳米(nm) X平方毫米(mm2)数量级，LED结温的测量方法常采用前向电压法、等效热阻法、温度敏感光学参数法和红外热成像等。但是，这些方法主要用于实验室条件，而不能用在LED照明光源的应用现场。在现场应用中，通常利用廉价的温度传感器进行LED光源结温的检测及控制，进而实现光输出的控制，同时提供防止过高结温保护措施的可能性。但是与LED光源使用长寿相t匕，这种温度传感器寿命不长，可能会极大地影响整个照明系统的可靠性。
【发明内容】
[0005]鉴于此，本发明在LED的智能驱动的硬件基础上提出一种新颖的无传感器LED的结温预测及控制方法。该方法是在单芯LED试验特性及数学物理模型基础上提出的，其理论基础是对LED的驱动电流一光通量特性建立一种近似简化的数学物理模型，在此模型的基础上实现对LED的结温的预测和控制。
[0006]本发明通过以下的技术方案实现一种无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，包括以下步骤:S1.通过样品实验测试曲线，获取LED的简化数学模型及其参数；S2.利用简化数学模型预测LED的结温；S3.根据S2中预测的结温，预测此时LED的输出光通量Φ (Tj?), Ij) ;S4.根据预测的结温和输出光通量的预设条件，调整并更新驱动电流If ；
S5.重复以上预测及控制的过程。[0007]进一步，考虑环境温度Ta和驱动电流If条件下，所述步骤S2中结温TjH3M是通过
方程⑴进行预测:
[0008]
【权利要求】
1.一种无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，其特征在于:包括以下步骤S1.通过样品实验测试曲线，获取LED的简化数学模型及其参数；S2.利用简化数学模型预测LED的结温；S3.根据S2中预测的结温，预测此时LED的输出光通量Φ (TjH#J, Ij)；S4.根据预测的结温和输出光通量的预设条件，调整并更新驱动电流If ;S5.重复以上预测及控制的过程。
2.根据权利要求1所述的无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，其特征在于:考虑环境温度Ta和驱动电流If条件下，所述步骤S2中结温Tj3m是通过方程(I)进行预测:
3.根据权利要求2所述的无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，其特征在于:结温为Tjtl时的前向电压Vf(Tjtl)与驱动电流有关If，采用以下方法修正，即，采用方程(2)简化前向电压与前向驱动电流关系，
Vf(TjO) = If.Rs+α 0 (2) Rs为等效串电阻，为平移量，可通过实验特性获得， 由于Rs随电流If增加而增大，采用电流I。条件下的等效串联电阻Rs(Itl)修正Rs，
Rs(If) =Rs(10)-Q1(If-10) (3) 修正系数Ci1通过实验测试获得。
4.根据权利要求2所述的无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，其特征在于:所述方程(I)中温度系数Kv。是通过方程(4)获得:
5.根据权利要求2所述的无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，其特征在于:所述方程⑴中结温到环境的热阻通过方程(5)获得:
Rja(If) =Rja(10)-^2(If-10) (5) Rja(10)为实验室条件下测得驱动电流I = I。时LED的热阻，Rja(If)为驱动电流I = If时修正的热阻值，修正系数α 2通过对不同前向电流I情况下LED的Rja和环境温度Ta的特性曲线进行拟合得到。
6.根据权利要求2所述的无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，其特征在于:所述方程(I)中外量子效率nEQE通过方程(6)获得:
7.根据权利要求1所述的无温度传感器的LED结温的预测和控制方法，其特征在于:所述步骤S3中光通量预测通过方程(7)实现
φL(Tj, Ij) = ΦL(TJ0, Ij).(α6(Tj-Tj0) + α 7) (7) Ij表示结温 为Tj时的驱动电流，系数a6、Ci7可由前向驱动电流-光通量特性曲线拟合得到。
【文档编号】G06F17/50GK103970961SQ201410221931
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】周静, 龙兴明 申请人:重庆大学