一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法,其根据LED灯散热器当前值及其变化速率，在线自适应调整LED灯输入功率，并且使得因环境温度的上升引起的散热器耗散能力的下降量与输入功率的下降量相当；不论环境温度的变化如何，散热器上的温度都会在规定范围内达到平衡，避免高温损坏LED器件，从而提高了LED灯在高温环境中的可靠性。该自适应控制电路及方法特别适合于环境温度变化较大的场合；由于该技术仅使用用少量硬件，实施方式简单，便于推广；且与现有技术方法相比，提高了可靠性、降低了成本，扩大了使用范围。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法,其根据LED灯散热器当前值及其变化速率，在线自适应调整LED灯输入功率，并且使得因环境温度的上升引起的散热器耗散能力的下降量与输入功率的下降量相当；不论环境温度的变化如何，散热器上的温度都会在规定范围内达到平衡，避免高温损坏LED器件，从而提高了LED灯在高温环境中的可靠性。该自适应控制电路及方法特别适合于环境温度变化较大的场合；由于该技术仅使用用少量硬件，实施方式简单，便于推广；且与现有技术方法相比，提高了可靠性、降低了成本，扩大了使用范围。【专利说明】一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法
本专利技术涉及一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法，特别是在环境温度急剧上升情况下而能维持LED灯正常工作的温度在线自适应控制的方法。
技术介绍
LED灯具，特别是LED路灯的工作环境温度变化甚大，冬季可能在零下20度以下，夏季则高达60度以上；较大的温差给散热设计带来了麻烦。如果按最高环境温度设计，使得LED灯的重量增加、成本攀升，也是这种绿色照明产品推向市场的瓶颈；否则，保持在高温环境条件下工作的可靠性问题难以解决。目前，解决该问题的途径主要有两类；一类是对散热器的结构进行优化设计和研制，来改善LED灯具的散热条件，但是在产品定型后，则不能对工作环境和工作条件的变化进行自适应调整。另一类方式是在运行过程中对散热器温度进行监控和控制的方法，也是目前研究的热点。比较简单的方法是过热断电保护的方法，即在LED灯散热器上安装一个温度传感器，当检测到散热器的温度超过最高允许值时，则通过与该温度传感器相连接的硬件电路关断LED驱动器，切断电源，以免发光二极管在高温情况下被烧毁。但是，这种方法的弊端是会造成照明中断，甚至引发连带事故。如文献《大功率半导体照明驱动电源设计》(长春工业大学硕士学位论文，2011年)中提出了一种自适应控制方法，在LED灯散热器上安装一个温度传感器，并将它的输出与单片机相连接，当单片机检测到散热器的温度超过允许值时，则通过其PWM输出端控制LED灯的输入功率，降低发热量，使得LED灯散热器的温度恢复正常。该方法的控制效果较好，但却带来了控制系统复杂、制作成本增加的问题，特别是不适用于应用广泛的小功率绿色照明系统，使用范围非常有限。
技术实现思路
为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法，该电路及方法根据LED灯散热器当前值及其变化速率，在线自适应调整LED灯输入功率，并使得因环境温度的上升引起的散热器耗散能力的下降量与输入功率的下降量相当，从而使散热器温度保持在安全范围内，避免高温损坏LED器件，特别适合于环境温度变化较大的场合。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:包括温度传感器D1、梯度调节电阻R1、分压电阻R2、负载电路恒流控制电阻R3，其特征在于=V1是控制LED灯具输入电压，温度传感器D1是与LED灯具同型号的LED 二极管，梯度调节电阻R1是用来改变V1随温度上升而下降的曲线斜率，R2为分压电阻，其分压值的大小取决于R3,是R3压降V3的上限值，R3为负载电路恒流控制电阻；当环境温度上升时，由于温度传感器D1的负温度特性，使得Vft下降；由于R1的调节作用，则V1的下降速率限制为ΛΑ/Λ T ^ δ ；由于V1是用来控制LED灯具输入功率的，使得LED芯片的热耗散量Pd也按δ减小；同时，由于环境温度的升高，散热器的耗散能力下降，下降速率为Λ Pd/ ΔΤ=η ；由于电路中元件选择的条件是保障δ = η为前提的，即散热器耗散能力的下降量与输入功率的下降量相当；由于δ = η条件的保障，散热器上的温度在规定范围内达到平衡。有益效果本专利技术提出的一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法，其根据LED灯散热器当前值及其变化速率，在线自适应调整LED灯输入功率，并使得因环境温度的上升引起的散热器耗散能力的下降量与输入功率的下降量相当，不论环境温度的变化如何，散热器上的温度都会在规定范围内达到平衡，避免高温损坏LED器件，从而提高了 LED灯在高温环境中的可靠性。本专利技术控制电路及方法特别适合于环境温度变化较大的场合；由于该技术仅使用用少量硬件，实施简单，便于推广；且与现有技术方法相比，提高了可靠性、降低了成本，扩大了使用范围。【专利附图】【附图说明】下面结合附图和实施方式对本专利技术一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法作进一步详细说明。图1为LED灯的温度在线 自适应调整电路原理图。【具体实施方式】本实施例是一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法。Α.本专利技术提出的理论依据LED工作时，因为热阻的存在，PN结的温度表示为:Tj=VR0Pd(I)式中，Tj为PN结温度，Ta为环境温度，Re为PN结到环境的热阻，Pd为热耗散；其中，PN结温度Tj即近似为散热器温度；对于LED，输入电功率的3%~5%转换成光能量输出，其余部分以热量形式耗散在器件内，因此可近似用正向压降与输入电流的乘积表示热耗散PD，不会给实验研究带来很大偏差。对于固定的器件散热结构和电器连接，芯片到环境的热阻是一定的，这样，在输入功率恒定的情况下，可近似认为环境温度的改变量就等于管芯PN结温度的改变值。环境温度的升高对LED性能参数的影响主要体现在两方面:其一是LED两端正向压降单调减小；如果选择与灯具同型号的LED 二极管作为温度传感器D1,以保证在宽温度范围内热参数的一致性，则D1的PN结电压Vft可近似表示为:VFT=VF0+K (T-T0)⑵式中Vft是环境温度为T时温度传感器D1两端的电压，Vfci是环境温度为Ttl时D1两端的电压，K是电压随温度变化系数，为负值。例如，发光材料为InGaN、衬底材料为SiC的LED芯片的K值为:-2.66 (mV/度)。其二，LED灯散热能力下降；由⑴式有:Pd=(Tj-Ta) /Re⑶显然，对于给定?\、Re值，当Ta升高时，允许热耗散功率Pd随之下降。由公式(2)、⑶可以看出:当环境温度升高时不但使得LED芯片的热耗散能力下降，也使得其PN结压降下降，这两者都进一步使得LED灯热环境恶化。本专利技术是针对这一需求而提出来的，通过在线自适应耗散功率的调整，使得散热器温度保持在允许范围内。B.本专利技术【具体实施方式】 参阅图1，本专利技术各元器件作用及参数计算方法如下:⑴温度传感器D1，是与LED灯具同型号的LED 二极管，以保证在宽温度范围内热参数的一致性。D1具有负温度特性，当环境温度上升时，其PN结电压Vft将会下降。⑵梯度调节电阻R1，用来改变V1随温度上升而下降的曲线斜率，它是本专利技术的核心。V1随温度变化的变化速率δ为:V1=VJVft=10RaVfTc^K (T-T0)(4)由⑷式得到:Δ V1/ Δ T ^ KT/ (V2+VFT0) = δ(5)另外，随着环温的变化，由(3)式可得散热器的耗散速率Π表示为:Δ Pd/ Δ Τ=Δ T/Re=n(6)要使得环境温度升高时散热器温度恒定，需满足δ =q，可得:KT/ (V2+VFT0)=A T/Re即IV2=1R1=VfVKR0 ；所以:R1=(VfVK本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED灯具散热器温度在线自适应控制电路及方法,包括温度传感器D1、梯度调节电阻R1、分压电阻R2、负载电路恒流控制电阻R3，其特征在于:V1是控制LED灯具输入电压，温度传感器D1是与LED灯具同型号的LED二极管，梯度调节电阻R1是用来改变V1随温度上升而下降的曲线斜率，R2为分压电阻，其分压值的大小取决于R3，是R3压降V3的上限值，R3为负载电路恒流控制电阻；当环境温度上升时，由于温度传感器D1的负温度特性，使得VFT下降；由于R1的调节作用，则V1的下降速率限制为△V1/△T≈δ；由于V1是用来控制LED灯具输入功率的，使得LED芯片的热耗散量PD也按δ减小；同时，由于环境温度的升高，散热器的耗散能力下降，下降速率为△PD/△T=η；由于电路中元件选择的条件是保障δ=η为前提的，即散热器耗散能力的下降量与输入功率的下降量相当；由于δ=η条件的保障，散热器上的温度在规定范围内达到平衡。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：景占荣，张玥，羊彦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61