一种白光LED色温控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种白光LED色温控制方法及系统。所述方法及系统首先获取直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型和双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式；然后根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件。通过控制所述白光LED的各参数满足所述等效峰值波长变化幅度最小条件，即可控制所述白光LED的色温变化范围最小，从而使所述白光LED色温保持稳定状态，提高了白光LED色温的稳定性。

A white light LED color temperature control method and system

The invention discloses a white LED color temperature control method and a system. The method and system first obtain the first peak wavelength model of the white light LED under the DC drive mode and the average driving current formula of the white light LED under the dual pulse drive mode, and then determine the equivalent of the white light LED described in the dual pulse driving mode according to the first peak wavelength model and the average driving current formula. The minimum variation of peak wavelength. By controlling the parameters of the white light LED to meet the minimum change range of the equivalent peak wavelength, the minimum range of color temperature change of the white light LED can be controlled, thus the white light LED color temperature is kept stable, and the stability of the white light LED color temperature is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种白光LED色温控制方法及系统
本专利技术涉及LED照明
，特别是涉及一种白光LED色温控制方法及系统。
技术介绍
以发光二极管(LightEmittingDiode，简称为LED)为核心的半导体照明技术是本世纪最具发展前景的新兴高
之一，LED与白炽灯及荧光灯等传统光源相比，具有超长寿命、响应速度快、发光效率高、无污染、绿色环保等优点。LED光源要作为一种普通光源进入照明市场，产品的照明质量、商业可行性及经济价值等都是要慎重考虑的因素。色温是表示光源光谱质量最通用的指标，因此作为衡量照明质量的光源色温要求成为大功率白光LED必须满足的条件之一。白光LED是由蓝光LED芯片和YAG荧光粉构成。蓝光LED芯片发射的蓝色光谱将激发YAG荧光粉产生黄色光谱，白光LED的色温由该两部分光谱(LED芯片发射蓝色光谱和YAG荧光粉产生黄色光谱)所决定。由于荧光粉发射光谱与LED芯片激发光谱存在紧密关系，随着LED芯片峰值波长偏移将引起荧光粉量子效率变化，各个色彩的光谱成分比例也发生变化，器件负载不同电流条件导致白光颜色偏移问题。在直流和PWM驱动模式下，都将引起照明系统的颜色波动问题，相关研究表明，在RGB白光LED照明系统中，光谱幅度1％的变化，峰值波长1nm的偏移都将引起显著的颜色变化。尽管不同设备对光源色温的要求有所不同，但如果超出人眼比较适应的色温范围，照明对人的生理、心理都会产生负面影响。目前有两种较为常用的调光驱动模式：直流驱动和PWM驱动模式。直流驱动模式下器件发光效率高，但是该模式调光精度低。PWM调光驱动模式下调节精度高，但器件的发光效率较低，这是由于LED器件输出光通量与加载电流成非线性关系。针对直流驱动和PWM驱动模式存在的不足，近年提出了一种双脉冲驱动模式，该驱动模式可有效提高照明系统的发光效率。白光LED照明系统的颜色存在复杂动态变化规律，然而目前大部分研究集中于直流或PWM模式下白光LED器件的颜色稳态特性，对于双脉冲下混合白光LED系统的颜色动态特性及应用研究仍缺乏相关研究。因此在双脉冲驱动模式下如何控制白光LED色温的稳定性，是本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种白光LED色温控制方法及系统，通过对峰值波长变化范围的控制实现白光LED色温控制，能够使色温变化范围最小，提高白光LED色温的稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种白光LED色温控制方法，所述方法包括：根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型；获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式；根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件；根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态。可选的，所述根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型，具体包括：根据二极管肖特莱模型确定所述白光LED的电流-电压特性：其中I为电流，β为与掺杂浓度和结面积相关的常数，Tj为结温，e为单位电荷，V为电压，Rs为串联电阻，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数；获取半导体PN结负载电压和禁带宽度能量之间的关系：Eg＝Ve-IRse-eΔVel(2)其中Eg为禁带宽度能量，ΔVel为物理常数；将所述公式(1)代入所述公式(2)，获得禁带宽度能量公式：其中V0为势垒电压；根据半导体材料光子跃迁能量平衡原则确定所述白光LED的峰值波长与禁带宽度能量之间的关系：其中λp为峰值波长，h为普朗克常数，c为光速，Eg为禁带宽度能量，ED为施主束缚电子能量，EA为受主束缚电子能量，e为单位电荷，ε为介电常数，R为受主-施主对距离，ε0为真空介电常数；将所述公式(3)代入所述公式(4)，获得所述第一峰值波长模型：可选的，所述获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式，具体包括：获取所述平均驱动电流公式：Iave＝DIH+(1-D)IL(6)其中Iave为所述双脉冲驱动模式下的平均电流，D为占空比，IH、IL为二阶电流。可选的，所述根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件，具体包括：获取所述白光LED的结温理论表达式：Tj＝(Rjc+Rhs)*(IV)kh+Ta(7)其中Rjc为器件热阻，Rhs为所述白光LED的散热器热阻，kh为热耗散功率系数，Ta为环境温度；将所述公式(6)代入所述公式(7)，获得所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的结温表达式：Tj＝(Rjc+Rhs)[(IH-IL)khVaveD+ILVavekh]+Ta(8)其中Vave为所述双脉冲驱动模式下的平均电压；根据所述公式(8)获得所述结温与所述占空比之间的关系：根据所述公式(5)和所述公式(8)获得所述峰值波长、所述结温以及所述占空比D之间的关系：根据所述公式(5)获得所述白光LED的第一等效峰值波长模型：其中λ'p为等效峰值波长；将所述公式(11)代入所述公式(5)，获得所述等效峰值波长与所述结温之间的关系：将所述公式(5)、(9)、(12)代入所述公式(10)，获得所述等效峰值波长与所述占空比之间的关系：dλ'p＝{nkTj[ln(IH)-ln(IL)]+nk[ln(IL)-ln(β)-2ln(Tj)-2](Rjc+Rhs)(IH-IL)khIaveVave}dD(13)根据所述公式(13)获得所述等效峰值波长对所述占空比求导为0情况下的最小条件表达式：(dλ'p)min＝nkTj[ln(IH)-ln(IL)]+nk[ln(IL)-ln(β)-2ln(Tj)-2](Rjc+Rhs)(IH-IL)khIaveVave＝0(14)根据所述公式(14)确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件为：可选的，所述根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态，具体包括：控制所述白光LED的所述平均电流Iave、所述二阶电流IH和IL、所述器件热阻Rjc、所述散热器热阻Rhs、所述热耗散功率系数kh以及所述平均电压Vave满足所述公式(15)，使得所述白光LED的色温保持稳定状态。本专利技术还公开了一种白光LED色温控制系统，所述系统包括：第一峰值波长模型获取模块，用于根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型；平均驱动电流公式获取模块，用于获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式；等效峰值波长变化幅度最小条件确定模块，用于根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件；色温控制模块，用于根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态。可选的，所述第一峰值波长模型获取模块具体包括：电流电压特性获取单元，用于根据二极管肖特莱模型确定所述白光LED的电流-电压特性：其中I为电流，β为与掺杂浓度和结面积相关的常数，Tj为结温，e为单位电荷，V为电压，Rs为串联电阻，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数；负载电压和禁带宽度能量关系获取单元，用于获取半导体PN结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种白光LED色温控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型；获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式；根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件；根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态。

【技术特征摘要】
1.一种白光LED色温控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型；获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式；根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件；根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态。2.根据权利要求1所述的白光LED色温控制方法，其特征在于，所述根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型，具体包括：根据所述二极管肖特莱模型确定所述白光LED的电流-电压特性：其中I为电流，β为与掺杂浓度和结面积相关的常数，Tj为结温，e为单位电荷，V为电压，Rs为串联电阻，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数；获取半导体PN结负载电压和禁带宽度能量之间的关系：Eg＝Ve-IRse-eΔVel(2)其中Eg为禁带宽度能量，ΔVel为物理常数；将所述公式(1)代入所述公式(2)，获得禁带宽度能量公式：其中V0为势垒电压；根据半导体材料光子跃迁能量平衡原则确定所述白光LED的峰值波长与禁带宽度能量之间的关系：其中λp为峰值波长，h为普朗克常数，c为光速，Eg为禁带宽度能量，ED为施主束缚电子能量，EA为受主束缚电子能量，e为单位电荷，ε为介电常数，R为受主-施主对距离，ε0为真空介电常数；将所述公式(3)代入所述公式(4)，获得所述第一峰值波长模型：3.根据权利要求2所述的白光LED色温控制方法，其特征在于，所述获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式，具体包括：获取所述平均驱动电流公式：Iave＝DIH+(1-D)IL(6)其中Iave为所述双脉冲驱动模式下的平均电流，D为占空比，IH、IL为二阶电流。4.根据权利要求3所述的白光LED色温控制方法，其特征在于，所述根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件，具体包括：获取所述白光LED的结温理论表达式：Tj＝(Rjc+Rhs)*(IV)kh+Ta(7)其中Rjc为器件热阻，Rhs为所述白光LED的散热器热阻，kh为热耗散功率系数，Ta为环境温度；将所述公式(6)代入所述公式(7)，获得所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的结温表达式：Tj＝(Rjc+Rhs)[(IH-IL)khVaveD+ILVavekh]+Ta(8)其中Vave为所述双脉冲驱动模式下的平均电压；根据所述公式(8)获得所述结温与所述占空比之间的关系：根据所述公式(5)和所述公式(8)获得所述峰值波长、所述结温以及所述占空比D之间的关系：根据所述公式(5)获得所述白光LED的第一等效峰值波长模型：其中λ'p为等效峰值波长；将所述公式(11)代入所述公式(5)，获得所述等效峰值波长与所述结温之间的关系：将所述公式(5)、(9)、(12)代入所述公式(10)，获得所述等效峰值波长与所述占空比之间的关系：dλ'p＝{nkTj[ln(IH)-ln(IL)]+nk[ln(IL)-ln(β)-2ln(Tj)-2](Rjc+Rhs)(IH-IL)khIaveVave}dD(13)根据所述公式(13)获得所述等效峰值波长对所述占空比求导为0情况下的最小条件表达式：(dλ'p)min＝nkTj[ln(IH)-ln(IL)]+nk[ln(IL)-ln(β)-2ln(Tj)-2](Rjc+Rhs)(IH-IL)khIaveVave＝0(14)根据所述公式(14)确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件为：5.根据权利要求4所述的白光LED色温控制方法，其特征在于，所述根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态，具体包括：控制所述白光LED的所述平均电流Iave、所述二阶电流IH和IL、所述器件热阻Rjc、所述散热器热阻Rhs、所述热耗散功率系数kh以及所述平均电压Vave满足所述公式(15)，使得所述白光LED的色温保持稳定状态。6.一种白光LED色温控制系统，其特征在于，所述系统包括：第一峰值波长模型获取模块，用于根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型；平均驱动电流公式获取模块，用于获取双脉冲驱动模式下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焕庭，陈耀庭，周小方，黄俊鑫，
申请(专利权)人：闽南师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35