CN105704870A - 一种led芯片最佳工作点的择优方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED芯片最佳工作点的择优方法，主要特征在于从LED芯片的数据手册中提取所需数据，进而得到LED芯片光通量与正向工作电流之间的拟合关系，再通过循环计算，寻找LED芯片的最佳工作点，使得LED灯具的总光通量满足要求的前提下，总功率最低，使发光效率处于一个最优值。通过多次优化计算，可以得到不同LED芯片的最佳工作方案，进而进行LED芯片之间的比较，选择最佳方案。

Description

一种LED芯片最佳工作点的择优方法

技术领域

本发明属于LED技术领域，具体涉及一种LED芯片最佳工作点的择优方法。

背景技术

发光二极管（LightEmittingDiode,LED）以其高光效、长寿命、点光源、易调光、快速启动、机械性能强等优点，在照明、显示、背光等领域得到广泛的应用。随着LED技术的逐渐成熟，其生产成本逐年下降，而光色性能得到提高，LED渐渐进入室内照明领域。尤其是在办公照明、超市照明等领域，LED以其在光效、寿命上的突出优势，正在大量替换传统的荧光灯管，成为主角。

影响LED光通量的因素非常多，结温（T_j）和正向电流（I_f）是影响LED发光总光通量的主要因素。由于LED本身就是非线性器件，其光通量与正向电流成非线性关系。总体上，LED发光的总光通量随正向电流的的增大而增大，但正向电流越大，其变化的斜率越小。

对于一颗特定的LED芯片，其发光光通量随结温（T_j）和正向电流（I_f）的变化特性可用如下公式进行拟合：

其中：

上述公式中：

n表示流明的温度功率系数。对于一种LED芯片，n是唯一的，它是描述LED冷/热因数非线性变化的一个参数；

m是冷/热因数的电流系数，在一个温度条件下，冷/热因数并不是固定值。它会随着驱动电流的变化而变化。如某个LED芯片，其结温为T_j，当正向电流为I_f0时，冷/热因数为0.89；那么当正向电流为1/2I_f0,或者3/4I_f0时，在同样的T_j下，它的冷/热因数就不是0.89，而可能是0.87。m如果为0的话，表明冷/热因数和正向驱动电流之间是独立的；如果m是一个小的正数的话，那么冷/热因数会随着正向电流的变大而增加，反之亦然。

所以，m，n分别是修正温度一定时，冷/热因数随电流的变化和驱动电流一定时，冷/热因数随T_j的变化。

D反映了LED的输出光通量随着电流的增大呈现一种指数关系。D不是一个钉子，它跟电流的大小有关：在大电流（>4I_f0)或者小电流（<1/4I_f0)时，为了更好的去表征LED的光通量与实际测试值之间的差异，这项修正为D+C_e*ln（I_f/I_f0)，C_e是非线性系数，尤其在小电流和大电流时起很好的补偿作用。C_e一般会在-0.05至-0.04之间。

HC₀指的是在100℃额定电流下的LED的光通量，比上25℃额定电流下的光通量。

在实际使用时，为了获得最高的光效或最小能耗，LED芯片通常不是在额定功率点上工作，其工作电流通常会偏离额定电流。此时，LED芯片发光的光通量就可以根据上述拟合公式计算得到。

本专利提出了一种快速计算LED芯片最佳工作点的择优方法，其主要特点在于通过取点及拟合，获得LED芯片的光通量随结温（T_j）和正向电流（I_f）的变化关系。通过对正向电流（I_f）和LED芯片的数量的优化，在满足目标光通的前提下，使得总功率最小，使得整个系统工作在最佳工作点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种LED芯片最佳工作点的择优方法。本发明基于LED芯片的光通量与结温（T_j）和正向电流（I_f）中间的变化关系，通过优化正向电流（I_f）和LED芯片数量的取值，使得LED灯具处于最优工作点，整体光效最为合理。

本发明提出的LED芯片最优工作点的选取办法主要通过循环计算得到，其具体步骤如下：

步骤一：通过对有限个数据点（光通量φ，结温T_j，正向电流I_f）的拟合，得到LED芯片的光通量（φ）随结温（T_j）和正向电流（I_f）的变化关系；

步骤二：设置LED灯具所要达到的目标总光通量及总功率上限，根据LED芯片的额定光通量和光学器件的光效，计算得到LED芯片数量的初始值N=目标总光通量/（LED额定光通量*光学器件的光效），向上取整；

步骤三：比较此时LED灯具的总功率（N*单颗LED芯片的功率）是否满足功率要求，如果LED灯具的总功率小于总功率上限值，符合要求，得到工作电流（I_f）和应采用的LED芯片颗数（N），如果LED灯具的总功率大于总功率上限值，则不满足要求，进入下一步骤；

步骤四：增加LED芯片数量（N），但降低正向工作电流I_f，此时，LED灯具的输出总光通量随着工作电流的减小而降低，直到它等于或略高于目标总光通量，查看这时LED灯具的总功率是否比步骤三中的总功率值小：如果比步骤三中的总功率值小，再比较是否小于总功率上限值，如果都满足，就优化完成，输出结果；如果灯具的总功率值比步骤三中的总功率值小，但还是大于总功率上限值，则再重复步骤四，增加LED芯片数量，降低正向工作电流I_f，直到灯具的总功率值小于总功率上限；如果灯具的总功率比步骤三中的总功率值还大，则进入下一步骤；

步骤五：减少LED芯片数量（N），增大LED芯片的正向工作电流I_f，LED灯具的输出总光通量随着工作电流的增大而提高，直到它等于或略高于目标总光通量，查看这时LED灯具的总功率是否比总功率上限值小：如果满足，则优化完成，输出优化结果，如果还是大于总功率上限值，则再重复步骤五，减少LED芯片数量，增大LED芯片的正向工作电流I_f，直到灯具的总功率值小于总功率上限，最后输出优化结果。

LED芯片最佳工作点的择优方法，目前还没有发现类似拟合及优化方法。与普通的LED芯片选择方法相比，通过拟合LED芯片的光通量（φ）随结温（T_j）和正向电流（I_f）的变化关系，使得LED芯片最佳工作点的优化更为便捷。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明中所述的LED芯片光通量与正向电流所成的非线性关系示意图；

图2是本发明中所述的流程示意图。

图3是本发明中所述的NihciaNFSL757D芯片的光通量与正向电流的关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细说明，在此本发明的示意图以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。在阅读了本发明说明的方法后，对本发明进行改动，这些等价形式同样在本权利要求书所限定的范围之内。

以Nihcia日亚化学工业株式会社型号为NFSL757D的LED芯片为应用实例对本发明的具体实施方式进行详细说明。本例中LED芯片最优工作点的选取办法主要通过循环计算得到，具体流程如图2所示。Nihcia日亚化学工业株式会社NFSL757DLED芯片的光通量与正向电流I_f的关系图如图3所示。

根据Nihcia日亚化学工业株式会社提供的LED芯片的数据手册，可拟合得到NFSL757DLED芯片光通量与正向电流I_f的关系式，其各项参数的拟合值如表1所示。

表1：各光源的生理周期影响因子a_cv值

参数	HC_0	D	Ce	m	n
						拟合值	0.873	0.921	-0.0255	0.0754	0.939

根据表1中的拟合值，结合LED芯片发光光通量随结温（T_j）和正向电流（I_f）的拟合公式，即可计算得到某工作电流下，LED芯片的发光光通量。

在本例中，设置LED灯具的目标总光通量为1200lm，总功率目标为10W。灯具的光学效率设置为0.85。根据本专利所述的择优方法，可以得到结果为：

正向工作电压I_f：82mA；

LED芯片数量N：37颗；

灯具输出总光通量：1208lm；

灯具总功率：9.64W；

灯具发光效率：125lm/W。

Claims (5)

1.一种LED芯片最佳工作点的择优方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过数据拟合，得到LED芯片的光通量（φ）随结温（T_j）和正向电流（I_f）的变化关系；

2)根据目标总光通量、总功率上限、LED芯片的额定光通量和光学器件的光效，计算得到LED芯片数量的初始值N；

3)判断LED灯具的总功率（N*单颗LED芯片的功率）是否满足总功率上限要求；

4)通过优化LED芯片数量及正向工作电流I_f，使得灯具的总输出光通量达到要求的情况下，灯具的总功率最小；

5)若优化得到满足要求的结果，则输出优化结果（正向工作电流及LED芯片数量），反之，在此条件下无解决方案。

2.如权利要求1所述的LED芯片最佳工作点的择优方法，其特征在于，用拟合公式表达LED芯片光通量与正向工作电流之间的关系，方便后面的优化、计算。

3.如权利要求1所述的LED芯片最佳工作点的择优方法，其特征在于，通过循环计算，寻找LED芯片的最佳工作点，使得LED灯具的总光通量满足要求的前提下，总功率最低，从而使得发光效率处于一个最优值。

4.如权利要求1所述的LED芯片最佳工作点的择优方法，其特征在于，可以从LED芯片的数据手册中提取所需数据，进而得到LED芯片光通量与正向工作电流之间的拟合关系，再进行优化。

5.如权利要求1所述的LED芯片最佳工作点的择优方法，其特征在于，可以通过多次优化计算，得到不同LED芯片的方案，进而进行LED芯片之间的比较，选择最佳方案。