CN102325404A

CN102325404A - 温度可控的大功率led照明系统

Info

Publication number: CN102325404A
Application number: CN201110243561A
Authority: CN
Inventors: 谢七曜; 祝永新; 荣国光; 茅伟民; 曹英杰
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: CN102325404B

Abstract

一种照明技术领域的温度可控的大功率LED照明系统，包括：无电源热管、转速可控风扇、热敏传感器、MCU、LED驱动芯片、电源控制电路和多路LED模组，LED模组的底座与无电源热管的一端紧密贴合设置以实现传导散热，无电源热管的另一端与转速可控风扇相连，热敏传感器封装于多路LED模组的荧光粉层与塑料透镜层中间，其输出端与微控制处理器相连并输出温度传感曲线，微控制处理器内置运行模糊逻辑动态控制程序并向LED驱动芯片和风扇输出控制信号。本发明实现高密度高可靠大功率LED照明系统的温度的闭环动态分路控制，利用可配置模糊逻辑智能控制对温度进行动态调节，保障了LED的发光效率。

Description

温度可控的大功率LED照明系统

技术领域

本发明涉及的是一种LED照明技术领域的装置，具体是一种温度可控且功率在100W以上的LED照明系统。

背景技术

高亮度发光二极管具有耗电量小、寿命长、响应速度快、体积小、无污染、易集成化等特点，是引起革命和传统照明产业升级换代的新一代光源。特别是在节能减排、保护环境成为主题的今天，半导体照明更是成为新的经济增长点，因而受到各国政府与产业界的高度重视。

根据海南大学学报2010年9月第28卷第3期《中国LED散热技术专利分析》，对于现有的LED光效水平而言，输入电能的70％～80％转变成为无法借助辐射释放的热量，而且LED芯片尺寸很小，如果散热不良，则会使芯片温度升高，引起热应力分布不均、芯片发光效率降低、荧光粉激射效率下降。所以有必要在改善物理散热方法的基础上，对温度进行动态调节，即避免过热破坏LED系统，又保障LED的发光效率。本专利的发明内容能够满足这些需求。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：公开(公告)号：CN101144607名称为兼具散热及自动断电功能的LED照明模组的专利，是一种兼具散热及自动断电功能的LED照明模组。所述LED照明模组包括电力供应单元、LED发光单元、散热构件以及连结该电力供应单元、LED发光单元、散热构件的电路；当该散热构件烧毁损坏时，LED发光单元也将随之断电关闭，进而能够有效避免LED发光单元因过热而烧毁，达到安全防护、延长使用寿命作用。但该专利只是简单地关断电源避免过热，没有涉及动态调整电源，无法动态地同时保证照明和过热保护。

另经检索发现，中国专利公开号为CN101201153，名称为高功率LED灯的散热装置的发明专利，公开了一种高功率LED灯的散热装置，它包含基板、LED灯以及散热板，基板上设有贯穿安装孔，LED灯装设予该安装孔，LED灯的电极连接于基板正面，LED灯的导热板和散热板之间相靠接并构成直接热传导。该LED灯的导热板将发光时产生的大量热量直接通过热传导方式热传递于散热板，形成电热分离，散热速度快、散热效果好、散热完全。但该专利未涉及热管和风扇散热，不能满足在更大功率的照明要求下散热的要求。

另经检索发现，中国专利公开号为CN101061583，名称为带有温度传感器的LED阵列的专利，其在具有至少两个LED芯片的LED阵列中包含温度传感器，并且设置有用于根据由温度传感器所采集的温度对LED芯片的工作电流的调节。由此，能够实现具有高的工作电流的LED芯片的长的工作时间，其中降低了热过载的危险。然而，该专利传感器与LED阵列的连接方式没有突破阵列封装，深入LED阵列的内部，难以得到LED芯片准确的温度。同时，该专利对于具体如何控制LED芯片的电流并没有给出解决方案。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种温度可控的大功率LED照明系统，在采用热管和风扇进行综合散热的基础上，又增加了温度传感器、智能控制电路等集成技术，从而实现高密度高可靠大功率LED照明系统的温度的闭环动态分路控制，利用可配置模糊逻辑智能控制对温度进行动态调节，既避免因过热破坏LED系统，又保障了LED的发光效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：无电源热管、转速可控风扇、热敏传感器、微控制处理器(MCU)、LED驱动芯片、电源控制电路和多路LED模组，其中：多路LED模组的底座与无电源热管的一端紧密贴合设置以实现传导散热，无电源热管的另一端与转速可控风扇相连，热敏传感器封装于多路LED模组的荧光粉层与塑料透镜层中间，其输出端与微控制处理器相连并输出温度传感曲线，微控制处理器内置运行模糊逻辑动态控制程序并向LED驱动芯片和风扇输出控制信号，通过调节风扇转速以及分别调节各路LED灯珠中的驱动电流，实现对发光强度和温度的闭环动态分路控制。

所述的热敏传感器具体封装于LED模组中LED荧光粉层与塑料透镜层中间，通过深入LED模组内部，从而最准确地测得LED温度的实时数据。

所述的无电源热管为无电源控制的导热管。

所述的转速可控风扇包括：风扇和转速控制电路，其中：转速控制电路分别与LED驱动芯片和风扇控制端相连并根据风扇转速控制信号实时控制风扇的转速，保证LED工作温度在允许范围内。

所述的热敏传感器包括：热敏传感电阻和接口电路，其中：热敏传感电阻实时侦测LED的温度并将模拟信号通过接口电路输出至微控制处理器。

所述的LED模组包括：基座以及设置于其上的多路可分别控制LED芯片、LED荧光粉层与塑料透镜层。

所述的微控制处理器包括：动态控制策略单元、控制信号数据结构单元，其中：动态控制策略单元与控制信号数据结构单元相连接并传输LED以及风扇控制信号信息，控制信号数据结构单元输入端与热敏传感器连接并实时获得LED模组温度数据，控制信号数据结构单元输出端分别与LED驱动芯片和风扇连接并输出控制信号调整风扇转速以及分别调节各路LED灯珠中的驱动电流，实现对LED模组的分路控制。

本控制系统突破现有LED模组整体打开/关断的简单控制，对LED模组进行分路控制，即通过分别调节LED模组中若干路的驱动电流，更精确地控制了LED模组的整体功率，保证了LED模组能准确地工作于需要的温度范围内。

与现有技术相比，本发明有益效果包括：本发明克服了已有专利不能动态调节光照强度和温度的不足，根据温度传感器的信号，动态地做出对LED模组的内部各分路的电流以及风扇转速的控制，实现对发光强度和温度的闭环精确动态控制，从而在保障亮度的前提下，达到降低功耗，提高使用寿命等目的。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为控制电路示意图。

图3为MCU上运行的动态控制程序流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：多路LED模组1、LED驱动芯片2、无电源热管3、转速可调风扇4、热敏传感器5、微控制处理器(MCU)6和电源控制电路7，其中：多路LED模组1的底座与无电源热管3的一端紧密贴合进行散热，无电源热管3另一端与转速可调风扇4连接，风扇转速可视多路LED模组1的温度进行实时调节，热敏传感器5封装于多路LED模组1的荧光粉层与塑料透镜层中间，并与MCU6相连，将温度传输信号8输入MCU6中，MCU6中的动态控制程序通过计算，视情况输出风扇控制信号9调节风扇4的转速，同时输出LED控制信号10给LED驱动芯片2调节各路LED的工作电流。

所述的控制系统突破现有LED模组1整体打开/关断的简单控制，对LED模组1进行分路控制，即通过分别调节LED模组1中若干路的驱动电流，更精确地控制了LED模组1的整体功率，保证了LED模组1能准确地工作于需要的温度范围内。

所述的热敏传感器5具体设置于LED模组1中LED荧光粉层与塑料透镜层中间，通过深入LED模组1内部，从而最准确地测得LED温度的实时数据。

所述的无电源热管3为无电源控制的导热管3。

所述的转速可控风扇4包括：风扇4和转速控制电路，其中：转速控制电路分别于LED驱动芯片和风扇4控制端相连并根据风扇4转速控制信号实时控制风扇4的转速，保证LED工作温度在允许范围内。

所述的热敏传感器5包括：热敏传感电阻和接口电路，其中：热敏传感电阻实时侦测LED的温度并将模拟信号通过接口电路输出至微控制处理器。

所述的多路LED模组1包括：基座以及设置于其上的多路可分别控制LED芯片、LED荧光粉层与塑料透镜层。

所述的微控制处理器6包括：动态控制策略单元、控制信号数据结构单元，其中：动态控制策略单元与控制信号数据结构单元相连接并传输LED以及风扇4控制信号信息，控制信号数据结构单元输入端与热敏传感器5连接并实时获得LED模组1温度数据，控制信号数据结构单元的输出端与LED驱动芯片2和风扇4连接并输出控制信号调整风扇4转速以及分别调节各路LED灯珠中的驱动电流，实现对LED模组1的分路控制。

如图2所示，所述的热敏传感器2将采集到的温度数据通过热敏传感器输出信号5传递给MCU3，MCU3得到温度数据后，交由模糊逻辑动态控制程序计算，并将结果(即MCU控制信号6)输出至LED驱动芯片4，最后由LED驱动芯片4输出LED驱动信号7控制LED模组1的下一步工作。

本装置工作状态流程如图3所示，首先判断周遭环境温度是否低于10度。若温度低于10度，则关闭风扇，否则，MCU获得温度传感器的温度数据后，判断温度是否高于模糊阈值1。若温度低于模糊阈值1，说明LED工作正常，因此风扇保持原定速度转动；若温度高于模糊阈值1，则进一步判断是否高于模糊阈值2：若温度高于模糊阈值1但低于模糊阈值2，说明LED工作温度过高，因此输出风扇调节信号加快风扇转速，同时输出LED控制信号降低若干路LED的工作电流；若温度高于模糊阈值2，则LED已处于过热状态，应输出LED控制信号关断若干路LED灯珠。

Claims

1.一种温度可控的大功率LED照明系统，其特征在于，包括：无电源热管、转速可控风扇、热敏传感器、微控制处理器、LED驱动芯片、电源控制电路和多路LED模组，其中：多路LED模组的底座与无电源热管的一端紧密贴合设置以实现传导散热，无电源热管的另一端与转速可控风扇相连，热敏传感器封装于多路LED模组的荧光粉层与塑料透镜层中间，其输出端与微控制处理器相连并输出温度传感曲线，微控制处理器内置运行模糊逻辑动态控制程序并向LED驱动芯片和风扇输出控制信号，通过调节风扇转速以及分别调节各路LED灯珠中的驱动电流，实现对发光强度和温度的闭环动态分路控制；

所述的热敏传感器具体封装于多路LED模组中LED荧光粉层与塑料透镜层中间，通过深入LED模组内部，从而最准确地测得LED温度的实时数据。

2.根据权利要求1所述的大功率LED照明系统，其特征是，所述的无电源热管为无电源控制的导热管。

3.根据权利要求1所述的大功率LED照明系统，其特征是，所述的转速可控风扇包括：风扇和转速控制电路，其中：转速控制电路分别与LED驱动芯片和风扇控制端相连并根据风扇转速控制信号实时控制风扇的转速。

4.根据权利要求1所述的大功率LED照明系统，其特征是，所述的热敏传感器包括：热敏传感电阻和接口电路，其中：热敏传感电阻实时侦测LED的温度并将模拟信号通过接口电路输出至微控制处理器。

5.根据权利要求1所述的大功率LED照明系统，其特征是，所述的多路LED模组包括：基座以及设置于其上的多路可分别控制LED芯片、LED荧光粉层与塑料透镜层。

6.根据权利要求1所述的大功率LED照明系统，其特征是，所述的微控制处理器包括：动态控制策略单元、控制信号数据结构单元，其中：动态控制策略单元与控制信号数据结构单元相连接并传输LED以及风扇控制信号信息，控制信号数据结构单元输入端与热敏传感器连接并实时获得LED模组温度数据，控制信号数据结构单元输出端与LED驱动芯片和风扇连接并输出控制信号调整风扇转速以及分别调节各路LED灯珠中的驱动电流，实现对LED模组的分路控制。