CN103454006B - 一种发光二极管温度监测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管温度监测电路，用以能够监测发光二极管阵列中任一发光二极管的温度，提高发光二极管温度监测的实时性和准确性。该监测电路包括压差获取电路和控制电路，所述压差获取电路的输入端分别连接发光二极管的两端，输出端连接所述控制电路的输入端；所述压差获取电路，用于获取所述发光二极管的压降，并将所述压降与预设的参考电压进行比较，获取电压差值并输出至所述控制电路；所述控制电路，用于根据所述电压差值以及所述参考电压对应的温度值，计算获得所述发光二极管当前的温度值并输出。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种用于发光二极管阵列中的发光二极管温度监测电路。
背景技术
在紫外线固化技术中，基于大功率紫外线发光二极管阵列的紫外线固化灯作为传统高压汞灯的换代产品得到了越来越广泛的应用。图1和图2给出两种紫外线发光二极管阵列组成的紫外固化灯。11和21分别是安装在底板上的不同类型的大功率紫外线发光二极管。其基本原理都是使用大功率紫外线发光二极管组成发光二极管阵列，从而得到大功率的紫外线输出。相对于高压汞灯，基于大功率紫外线发光二极管阵列的紫外固化灯具有诸多方面的优点，如发光面照射能量均匀、属于冷光源、散热系统简单、紫外线产生效率高、不产生红外线、适用于热敏感材料、工作寿命长（在2到5万个小时）、对环境友好、成本较低等。
一般来说，基于大功率紫外线发光二极管阵列的紫外线固化灯所采用的紫外线发光二极管的数量较多，为了提高单位光功率的强度，紫外线发光二极管的排布也较密集，目前所采用的紫外线发光二极管都属于大功率发光二极管，单颗功率在1W（瓦特）到5W左右，发热量大，温升快，若不能及时检测发光二极管的温度并进行相应处理，可能导致发光二极管寿命降低甚至失效。
目前普遍采用的嵌入温度传感器的方式，是通过检测发光二极管底板的温度间接获取发光二极管的温度，该方式不仅占用发光二极管的排布空间，而且只是一种间接测量的方式，无法及时准确反映发光二极管芯片内部真正的工作温度，在大功率的紫外线发光二极管阵列等应用领域存在一定的缺陷。
发明内容
本发明提供一种发光二极管温度监测电路，用以能够监测发光二极管阵列中任一发光二极管的温度，提高发光二极管温度监测的实时性和准确性。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
一种发光二极管温度监测电路，包括压差获取电路和控制电路，所述压差获取电路的输入端分别连接发光二极管的两端，输出端连接所述控制电路的输入端；
所述压差获取电路，用于获取所述发光二极管的压降，并将所述压降与预设的参考电压进行比较，获取电压差值并输出至所述控制电路；
所述控制电路，用于根据所述电压差值以及所述参考电压对应的温度值，计算获得所述发光二极管当前的温度值并输出。
基于上述技术方案，本发明实施例中，通过压差获取电路获取发光二极管阵列中的任一发光二极管的压降，并将该压降与预设的参考电压进行比较，获取电压差值并输出至与压差获取电路相连接的控制电路，控制电路根据获取的电压差值以及参考电压对应的温度值，计算获得发光二极管当前的温度值并输出，从而能够通过直接监测发光二极管的压降获得其当前的温度，提高了对发光二极管温度监测的实时性和准确性，且由压差获取电路和控制电路组成的温度监测电路体积小且成本低。
附图说明
图1为紫外线发光二极管阵列组成的紫外固化灯示意图；
图2为紫外线发光二极管阵列组成的另一紫外固化灯示意图；
图3为本发明实施例中发光二极管温度监测电路示意图；
图4为本发明实施例中发光二极管温度检测具体电路示意图。
具体实施方式
为了能够监测发光二极管阵列中任一发光二极管的温度，提高发光二极管温度监测的实时性和准确性，本发明实施例提供了一种发光二极管温度监测电路，用于发光二极管阵列中的任一发光二极管。
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
如附图3所示，本发明实施例中，发光二极管温度监测电路用于发光二极管阵列中任一发光二极管，主要包括压差获取电路301和控制电路302，压差获取电路301的输入端分别连接发光二极管303的两端，输出端连接控制电路302的输入端，其中，
压差获取电路301用于获取发光二极管303的压降，并将该压降与预设的参考电压进行比较，获取电压差值并输出至控制电路302；
控制电路302用于根据电压差值以及该参考电压对应的温度值，计算获得发光二极管303当前的温度值并输出。
对于发光二极管，尤其是大功率发光二极管，随着工作温度的不断升高，一个较为显著的特性变化为发光二极管本身的压降（即前向工作电压）会随之线性下降。一般发光二极管产品手册中会给出温度-前向工作电压变化系数（Temperature Coefficient of Forward Voltage），可表示为：△TF/△TJ，其中，△TF表示电压变化量，△TJ表示温度变化量。本发明实施例中监测电路的设计思路为：利用发光二极管的这一特性，通过实时监测发光二极管的电压，并获取该发光二极管当前的电压相对应参考温度下电压的变化，确定该发光二极管当前的工作温度。
其中，如附图4所示，压差获取电路301具体包括发光二极管电压检测电路401、电压比较电路402和滤波放大器403。
具体地，发光二极管电压检测电路401的输入端分别连接发光二极管303的两端，输出端连接电压比较电路402的输入端，用于获取并输出发光二极管303的压降；电压比较电路402的另一输入端连接预设的参考电压，输出端连接滤波放大器403的输入端，用于将发光二极管303的压降与预设的参考电压进行比较，获取并输出电压差值；滤波放大器403的输出端与控制电路302的输入端相连接，用于对电压差值进行滤波放大，并将放大后的电压差值输出至控制电路302。
例如，在发光二极管的温度-前向电压变化系数为-3.7mv/℃，且滤波放大器的放大倍数为10倍时，经滤波放大器后，发光二极管每升高1℃，前向工作电压将有37mv的电压变化。
较佳地，压差获取电路301还包括模数转换电路404，模数转换电路404的输入端与滤波放大器403的输出端相连接，输出端与控制电路302的输入端相连接，模数转换电路404用于对放大后的电压差值进行模数转换，获得转换后的数值并输出至控制电路302，该控制电路302还用于根据转换后的数值计算获得数字化后的电压差值，并根据该数字化后的电压差值以及参考电压对应的温度值，计算获得发光二极管303当前的温度值并输出。
在一个具体实现中，发光二极管电压检测电路401为第一减法器，该第一减法器的两个输入端分别连接至发光二极管303的两端，用于获取发光二极管303的压降。例如，发光二极管的阳极连接至第一减法器的同相输入端，阴极连接至第一减法器的反相输入端，则第一减法器输出发光二极管的压降（即前向工作电压）。
在一个具体实现中，电压比较电路402包括第二减法器501和第一基准电压源502，第二减法器501的一个输入端连接第一基准电压源502，另一输入端连接第一减法器的输出端，该第二减法器501的输出端连接滤波放大器403。其中，第一基准电压源502用于提供预设的参考电压；第二减法器501用于将第一基准电压源502提供的参考电压与发光二极管303的压降进行比较，获得电压差值并输出至滤波放大器403。例如，第二基准电压源连接至第二减法器的同相输入端，第一减法器的输出端连接至第二减法器的反相输入端。
较佳地，第一基准电压源502提供的参考电压为发光二极管在参考温度下的压降（即前向工作电压）。例如，选取发光二极管的温度为室温25℃时对应的压降。
其中，模数转换电路404具体包括模数转换器601和第二基准电压源602，模数转换器601的输入端与滤波放大器403的输出端相连接，输出端与控制电路302的输入端相连接；第二基准电压源602与模数转换器601相连接，用于为模数转换器601提供基准电压，该基准电压用于确定模数转换器601的电压分辨率，该电压分辨率用于表征单位数值对应的电压；模数转换器601用于对放大后的电压差值进行模数转换，并基于模数转换器601的电压分辨率获得转换后的数值并输出至控制电路302。
例如，以10位的模数转换器为例，第二基准电压源提供的电压为4.096V，则模数转换器的电压分辨率为4.096/210=4mv，在发光二极管的温度-前向工作电压变化系数为-3.7mv/℃，且滤波放大器的放大倍数为10倍时，足以实现对发光二极管工作温度每升高1℃所带来的前向工作电压37mv的电压变化进行检测。
本实施例中，控制电路302在计算获得发光二极管303当前的温度值时，将输入的模数转换后的数值乘以模数转换器601的电压分辨率后，再除以滤波放大器的放大倍数，得到数字化后的电压差值，再将该数字化后的电压差值乘以发光二极管303的温度-前向工作电压变化系数，再与预设的参考电压对应的温度值相加，获得发光二极管303当前的温度值。
其中，发光二极管303当前的温度值的计算公式如下：其中，T表示发光二极管的当前的温度值，D为模数转换器输出的数值，n表示模数转换器的位数，V2为第二基准电压源为模数转换器提供的基准电压值，△TF/△TJ为发光二极管的温度-前向工作电压变化系数，A为滤波放大器引入的电压放大倍数，TC为第一基准电压源提供的参考电压对应的参考温度。
在一个较佳的实现中，发光二极管温度监测电路中还包括显示电路701，与控制电路302的输出端相连接，该显示电路701用于显示控制电路输出的温度值，工作人员根据显示的温度值判断发光二极管是否超过警戒温度，若超过则进行检修。
在另一个较佳的实现中，发光二极管温度监测电路中还包括报警电路702，该报警电路702与控制电路302的输出端相连接，控制电路302将获得的发光二极管303当前的温度值与参考电压对应的参考温度值进行比较，若超过参考温度值设定阈值，则生成报警信号，并输出至报警电路702，报警电路702根据该报警信号进行报警，以提示工作人员进行检修。
实际应用中，发光二极管303还串联有电子开关，控制电路302的输出端连接电子开关的控制端，控制电路302将获得的发光二极管303当前的温度值与参考电压对应的参考温度值进行比较，若超过参考温度值设定阈值，则输出控制信号至电子开关的控制端，该控制信号控制电子开关关断，使发光二极管303所在的回路中断，以防止发光二极管损坏。
在另一个较佳的实现中，控制电路302的输出端还与恒流驱动器703相连接，该恒流驱动器703用于为发光二极管303提供电流，控制电路302根据获得的发光二极管303当前的温度值控制恒流驱动器703进行电流调节，以减小提供的电流。从而能够在发光二极管的温度超过警戒温度时，控制恒流驱动器减小驱动电流，保护发光二极管不会因过温而损坏。
基于上述技术方案，本发明实施例中，通过压差获取电路获取发光二极管阵列中的任一发光二极管的压降，并将该压降与预设的参考电压进行比较，获取电压差值并输出至与压差获取电路相连接的控制电路，控制电路根据获取的电压差值以及参考电压对应的温度值，计算获得发光二极管当前的温度值并输出，从而能够通过直接监测发光二极管的压降获得其当前的温度，提高了对发光二极管温度监测的实时性和准确性，且由压差获取电路和控制电路组成的温度监测电路体积小且成本低。
并且，将本发明实施例提供的发光二极管温度监测电路用于大规模发光二极管阵列，尤其是用于基于大功率紫外线发光二极管阵列的紫外线固化灯的工作温度监控或故障检测，可以根据需要对大规模发光二极管阵列中任意发光二极管的工作温度进行实时监测，能及时发现和快速定位出现温度异常的发光二极管，以及时进行检修或更换，从而保证发光二极管阵列稳定工作，且该电路结构简单、实现容易、成本低。尤其是应用于基于大功率紫外线发光二极管阵列的紫外线固化灯时，对发光二极管阵列的实时监控，保证发光二极管阵列的正常工作，可以进一步维持紫外固化灯辐射光区域能量的均匀，以及保证最终的固化质量。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种发光二极管温度监测电路，用于发光二极管阵列中的任一发光二极管，其特征在于，包括压差获取电路和控制电路，所述压差获取电路的输入端分别连接发光二极管的两端，输出端连接所述控制电路的输入端；
所述压差获取电路，用于获取所述发光二极管的压降，并将所述压降与预设的参考电压进行比较，获取电压差值并输出至所述控制电路；
所述控制电路，用于根据所述电压差值以及所述参考电压对应的温度值，计算获得所述发光二极管当前的温度值并输出；
其中，所述压差获取电路具体包括：发光二极管电压检测电路、电压比较电路和滤波放大器；
所述发光二极管电压检测电路的输入端分别连接发光二极管的两端，输出端连接所述电压比较电路的输入端，用于获取并输出所述发光二极管的压降；
所述电压比较电路的另一输入端连接所述预设的参考电压，输出端连接所述滤波放大器的输入端，用于将所述发光二极管的压降与预设的参考电压进行比较，获取并输出电压差值；
所述滤波放大器的输出端与所述控制电路的输入端相连接，用于对所述电压差值进行滤波放大，并将放大后的电压差值输出至所述控制电路；
所述压差获取电路还包括模数转换电路，所述模数转换电路的输入端与所述滤波放大器的输出端相连接，其输出端与所述控制电路的输入端相连接；
所述模数转换电路用于对所述放大后的电压差值进行模数转换，获得转换后的数值并输出至所述控制电路；
所述控制电路还用于根据转换后的数值计算获得数字化后的电压差值，并根据所述数字化后的电压差值以及所述参考电压对应的温度值，计算获得所述发光二极管当前的温度值并输出；
所述模数转换电路具体包括模数转换器和第二基准电压源，所述模数转换器的输入端与所述滤波放大器的输出端相连接，输出端与所述控制电路的输入端相连接；
所述第二基准电压源与所述模数转换器相连接，用于为所述模数转换器提供基准电压，所述基准电压用于确定所述模数转换器的电压分辨率，所述电压分辨率用于表征单位数值对应的电压；
所述模数转换器，用于对所述放大后的电压差值进行模数转换，并基于所述电压分辨率获得转换后的数值并输出至所述控制电路；
所述控制电路，具体用于：
计算获得所述发光二极管当前的温度值时，将输入的所述转换后的数值乘以电压分辨率，除以滤波放大器的放大倍数，并乘以所述发光二极管的温度-前向工作电压变化系数，再与预设的所述参考电压对应的温度值相加，获得所述发光二极管当前的温度值。
2.如权利要求1所述的监测电路，其特征在于，所述发光二极管电压检测电路为第一减法器，所述第一减法器的两个输入端分别连接至所述发光二极管的两端，用于获取所述发光二极管的压降。
3.如权利要求2所述的监测电路，其特征在于，所述电压比较电路包括第二减法器和第一基准电压源，所述第二减法器的一个输入端连接所述第一基准电压源，另一输入端连接所述第一减法器的输出端，所述第二减法器的输出端连接所述滤波放大器；
所述第一基准电压源用于提供预设的所述参考电压；
所述第二减法器用于将所述参考电压与所述发光二极管的压降进行比较，获得电压差值并输出至所述滤波放大器。
4.如权利要求1-3任一项所述的监测电路，其特征在于，还包括显示电路，与所述控制电路的输出端相连接；
所述显示电路用于显示所述控制电路输出的温度值。
5.如权利要求1-3任一项所述的监测电路，其特征在于，还包括报警电路，与所述控制电路的输出端相连接；
所述控制电路还用于将获得的所述发光二极管当前的温度值与所述参考电压对应的参考温度值进行比较，若超过所述参考温度值设定阈值，则生成报警信号，并输出至所述报警电路；
所述报警电路用于根据所述报警信号进行报警。
6.如权利要求1-3任一项所述的监测电路，其特征在于，所述控制电路的输出端还与恒流驱动器相连接，所述恒流驱动器用于为所述发光二极管提供电流；
所述控制电路还用于根据获得的所述发光二极管当前的温度值控制所述恒流驱动器进行电流调节。
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