一种新型LED驱动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种新型LED驱动控制方法，通过采样LED驱动电路的输出电压信号

A new type of LED drive control method

The invention relates to a novel LED drive control method, which samples the output voltage signals of the LED driving circuit

【技术实现步骤摘要】
一种新型LED驱动控制方法
本专利技术涉及LED驱动控制策略领域，特别是一种新型LED驱动控制方法。
技术介绍
LED电光源应用场合越来广泛，小到显示、指示领域，大到道路照明、医疗、航空等高尖端领域。这些运用有的只需要LED能产生光输出，起到简单的指示作用即可，有的却需要能对LED输出光精确控制。无论何种应用都少不了LED的驱动控制。目前常见的LED驱动控制策略是恒流控制和恒功率控制。LED的输出光通量的大小不仅与正向电流的大小有关，而且与芯片结温的高低密切相关。由建模分析可知，结温的变化不仅会影响输入电功率的大小，同时也会影响电能转换为光能的转换率大小。恒流控制时，当芯片结温较大上升，LED的正向电压将下降，输入功率下降，LED芯片将出现明显的光衰现象，也就是输出光通量明显下降；恒功率控制时，当芯片结温较大上升，LED的正向电压下降，恒功率控制通过相应提高输入电流的大小来弥补因结温升高造成电压的下降，但由于发热系数随着正向电压的下降而上升，还是会导致光通量的下降，因此恒功率控制也不能有效地改善因温度升高导致LED光通量的急剧衰减。在结温变化比较大或对输出光质量要求比较高的场合，要实现LED输出光通量的精确控制，恒流控制和恒功率控制难以满足这样的要求，所以，基于优化LED光学特性的目的，研究新型的LED驱动控制策略是十分必要的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种新型LED驱动控制方法，同时考虑正向电流和温度变量对LED输出光通量的影响，改善了传统的恒流控制和恒功率控制方式常因较大温度上升所造成的光通量急剧下降的情况。并通过正向电压变量表示温度信息，便于该控制策略在LED驱动电路中的具体实现。本专利技术采用以下方案实现：一种新型LED驱动控制方法，具体包括以下步骤：步骤S1：根据LED芯片，建立LED光电模型，并得到以光通量Φ和正向电压U为变量的正向电流Id的算法模型Id＝f-1(φ，U)；步骤S2：在电流控制器中，设定所需LED光通量的参考值Φref，采样LED驱动变换器的输出电压U，并基于步骤S1所得的正向电流Id的算法模型，得到相应的电流参考信号iref；步骤S3：将电流控制器产生的电流参考信号iref与LED驱动器的输出电流采样信号id进行比较得到误差信号，并通过相应的补偿网络得到一控制信号，利用该控制信号控制LED驱动器产生一个大小为iref的电流输出。进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11：若LED正向输入电流小于1A，基于LED正向伏安特性并通过泰勒级数展开分析可得到LED功率Pd与正向电流Id之间近似线性，其关系式如下：Pd＝aId+b(1)其中，a、b为常数，其值大小通过具体LED芯片的实测Pd与Id数据获得；步骤S12：若LED的正向电流Id不变，其正向电压U会随结温Tj的增加而近似线性减少，将LED热阻Rj看成常量，正向电压U和散热片温度Ths可近似为线性关系，其关系式如下：Ths＝cU+d(2)其中，c、d为常数，其值大小通过具体LED芯片的实测Ths与U数据获得；步骤S13：定义LED发热功率为Ph，其与输入电功率Pd间的关系可用下式表达：Ph＝KhPd(3)其中，Kh为发热系数，即电热转换效率，用以决定LED用于发热和发光功率的大小；步骤S14：当固定正向输入电流Id时，发热系数Kh将随散热片温度的上升而线性上升；当固定散热片温度Ths时，发热系数Kh将随正向输入电流的上升也线性上升。因此，基于关系式(2)，可得以正向电压U和正向电流Id为变量的发热系数Kh模型式：Kh(U,Id)＝(k1U+k2)(k3Id+k4)/γ(4)其中，系数k1、k2、k3、k4、γ通过LED芯片厂家提供或实验测试结果获得；步骤S15：根据式(1)、(2)、(3)、(4)，得到LED芯片结温的光电模型：步骤S16：若正向输入电流Id恒定，LED的光效E与结温Tj之间存在近似线性关系，可表示为下式：E＝E0[1+ke(Tj-T0)](6)其中，ke为光效随温度的变化率，ke小于零；T0为结温25℃，E0为结温25℃对应的额定光效，该值大小与输入额定电流Id有关；步骤S17：根据光通量的Φ与光效E的关系，结合(1)、(5)、(6)式，得到以电流和电压为变量的N颗LED芯片光通量的光电模型，如下式：步骤S18：将具体LED芯片的参数代入，得到具体的LED光电模型表达式，并进一步反求出以光通量Φ和正向电压U为变量的正向电流Id的算法模型，如下式：Id＝f-1(φ,U)(8)。进一步地，所述控制信号为占空比信号。进一步地，根据(8)可得到一个与光通量Φref，LED正向电压U相对应的电流参考信号iref，将电流参考信号iref与LED驱动器的输出电流采样信号id进行比较得到误差信号，并通过相应的补偿网络得到一占空比控制信号，控制驱动器开关的通断，进而使LED负载发出的光通量为设定的Φref。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术同时考虑正向电流和温度变量对LED输出光通量的影响，改善了传统的恒流控制和恒功率控制方式下，常因较大温度上升所造成的光通量急剧下降的情况。并通过正向电压变量表示温度信息，便于该控制策略在LED驱动电路中的具体实现。附图说明图1为本专利技术实施例的原理示意图。图2为本专利技术实施例在LED芯片中的应用，具体为CREEXPGR4芯片在不同正向电压下，正向电流随光通量变化的示意图。图3为本专利技术实施例中CREEXPGR4芯片分别在恒光通量控制和恒流、恒功率控制下，正向电流随正向电压变化的曲线图。图4为本专利技术实施例中CREEXPGR4芯片分别在恒光通量控制和恒流、恒功率控制策略下，光通量随正向电压变化的曲线图。图5为本专利技术在Flyback驱动电路上的一个具体实施例。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本实施例提供了一种新型LED驱动控制方法，主要有驱动器、电流控制器和补偿网络等。具体包括以下步骤：步骤S1：根据LED芯片，建立LED光电模型，并得到以光通量Φ和正向电压U为变量的正向电流Id的算法模型Id＝f-1(φ，U)；步骤S2：在电流控制器中，设定所需LED光通量的参考值Φref，采样LED驱动变换器的输出电压U，并基于步骤S1所得的正向电流Id的算法模型，得到相应的电流参考信号iref；步骤S3：将电流控制器产生的电流参考信号iref与LED驱动器的输出电流采样信号id进行比较得到误差信号，并通过相应的补偿网络得到一控制信号，利用该控制信号控制LED驱动器产生一个大小为iref的电流输出。在本实施例中，以Cree公司XPGR4芯片组件在散热片温度为50℃时，所获取的实验数据为例，详细介绍LED光电模型的具体参数的确定过程：在LED正向输入电流小于1A时，基于LED正向伏安特性并通过泰勒级数展开分析可得到LED功率Pd与正向电流Id之间近似线性，其关系式如(1)：Pd＝aId+b(1)根据实测的CreeXPGR4芯片的Pd与Id数据，可线性拟合得到a＝3.2409，b＝-0.09964。当LED的正向电流Id不变时，其正向电压U会随结温Tj的增加而近似线性减少。此芯片Rj为15℃/W，正向电压U和散热片温度Ths可近似为线性关系(2)：T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型LED驱动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：根据LED芯片，建立LED光电模型，并得到以光通量Φ和正向电压U为变量的正向电流I

【技术特征摘要】
1.一种新型LED驱动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：根据LED芯片，建立LED光电模型，并得到以光通量Φ和正向电压U为变量的正向电流Id的算法模型Id＝f-1(φ，U)；步骤S2：在电流控制器中，设定所需LED光通量的参考值Φref，采样LED驱动变换器的输出电压U，并基于步骤S1所得的正向电流Id的算法模型，得到相应的电流参考信号iref；步骤S3：将电流控制器产生的电流参考信号iref与LED驱动器的输出电流采样信号id进行比较得到误差信号，并通过相应的补偿网络得到一控制信号，利用该控制信号控制LED驱动器产生一个大小为iref的电流输出。2.根据权利要求1所述的一种新型LED驱动控制方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11：若LED正向输入电流小于1A，基于LED正向伏安特性并通过泰勒级数展开分析可得到LED功率Pd与正向电流Id之间近似线性，其关系式如下：Pd＝aId+b(1)其中，a、b为常数，其值大小通过具体LED芯片的实测Pd与Id数据获得；步骤S12：若LED的正向电流Id不变，其正向电压U会随结温Tj的增加而近似线性减少，将LED热阻Rj看成常量，正向电压U和散热片温度Ths可近似为线性关系，其关系式如下：Ths＝cU+d(2)其中，c、d为常数，其值大小通过具体LED芯片的实测Ths与U数据获得；步骤S13：定义LED发热功率为Ph，其与输入电功率Pd间的关系可用下式表达：Ph＝KhPd(3)其中，Kh为发热系数，即电热转换效率，用以决定LED用于发热和发光功率的大小；步骤S14：计算以正向电压U和正向电流Id为变量的发热系数Kh模型式：Kh(U,Id)＝(k1U+k2)(k3Id+k4)/γ(4)其中，系数k1、k2、k3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉珍，李俊宏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35