CN108266707B - 固态发光光源相变制冷系统控制方法、装置及投影设备 - Google Patents

固态发光光源相变制冷系统控制方法、装置及投影设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固态发光光源相变制冷系统控制方法、装置及投影设备，涉及控制技术领域，该方法包括：获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；当固态发光光源工作时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节，本发明通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统制冷量滞后的问题，保证了光源控温的稳定性。

Description

固态发光光源相变制冷系统控制方法、装置及投影设备
技术领域
本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种固态发光光源相变制冷系统控制方法、装置及投影设备。
背景技术
固态发光光源中的激光光源的寿命及可靠性与激光器的工作温度直接相关，温度越高，激光器出光功率衰减得越快，可靠性也越差。对于大功率激光光源，如何保持激光器的工作温度在较低的水平，甚至低于环境温度，是大功率激光光源设计中面临的挑战之一，相变制冷系统利用制冷剂相变过程的吸热和放热完成制冷循环，可以将安装有激光器的蒸发器温度冷却到低于环境温度。
通常，使用蒸发器直接制冷激光模组的相变制冷系统，通过检测蒸发器或激光模组上设置的温度测点的温度，根据测温点温度的变化，应用PID（Proportion-Integral-Derivative，比例积分导数控制器）控制方法调节系统冷量，使测温点的温度保持在设定值。这种方式控制简单，适用性广，但是对于激光模组这种集中热源的热负载，特别是大功率集中热负载的温度变化反应不够灵敏，当热源热负载有较大突变时，温控点的温度在稳定之前有较大的波动，这种温度波动是由于前述控制方法根据控温点温度变化逐渐调节制冷量，而热源的热负载是突变的，冷量与热负载在温度稳定之前的不匹配导致较大的温度波动，从而对激光器的可靠性有不良影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种固态发光光源相变制冷系统控制方法、装置及投影设备，通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统制冷量滞后的问题，保证了光源控温的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供的一种固态发光光源相变制冷系统控制方法，包括：
获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；
当固态发光光源工作时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
可选地，所述根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数之前还包括：
判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；若是，则根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数，若否，通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
可选地，所述光源热耗由光源电流计算得到，所述制冷系统参数为压缩机转速，所述获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式具体为：获取光源电流与压缩机转速之间的第二经验公式。
可选地，所述判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；若是，则根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数具体为：
预先获取固态发光光源工作时对应的光源热耗数据 ；
根据所述光源热耗数据计算预设时间段内的光源电流平均值；
判断所述光源电流平均值的变化幅度是否大于等于预设的电流变化幅度阈值；
若是，则根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速。
可选地，所述根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速之后还包括：
在所述预设时间段的起始时刻通过所述压缩机转速对制冷系统进行快速调节；
通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
可选地，所述闭环控制方法包括：PID控制方法、模糊控制、预测控制和鲁棒控制。
作为本发明的另一方面，提供的一种固态发光光源相变制冷系统控制装置，包括：
公式获取模块，用于获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；
计算模块，用于当固态发光光源工作时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
快速调节模块，用于通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
精细调节模块，用于在对制冷系统进行快速调节之后或当光源热耗变化幅度小于预设的阈值时，通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
可选地，还包括：
判断模块，用于判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；若是，则所述计算模块根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数。
可选地，所述光源热耗由光源电流计算得到，所述制冷系统参数为压缩机转速，所述公式获取模块包括：第二公式获取单元，用于获取光源电流与压缩机转速之间的第二经验公式。
可选地，所述判断模块包括：
光源热耗获取单元，用于预先获取固态发光光源工作时对应的光源热耗数据；
电流平均值获取单元，用于根据所述光源热耗数据计算预设时间段内的光源电流平均值；
电流判断单元，用于判断所述光源电流平均值的变化幅度是否大于等于预设的电流变化幅度阈值；
相应地，所述计算模块还用于：
根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速。
可选地，所述快速调节模块具体为：
在所述预设时间段的起始时刻通过所述压缩机转速对制冷系统进行快速调节；
所述精细调节模块具体为：
通过PID控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
作为本发明的再一个方面，提供的一种投影设备，包括以上所述的固态发光光源相变制冷系统控制装置。
本发明提出的一种固态发光光源相变制冷系统控制方法、装置及投影设备，该方法包括：获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；当固态发光光源工作时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节，本发明通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统制冷量滞后的问题，保证了光源控温的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种固态发光光源相变制冷系统控制方法流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种固态发光光源相变制冷系统控制方法流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种固态发光光源相变制冷系统功能示意图；
图4为本发明实施例二提供的另一种固态发光光源相变制冷系统控制方法流程图；
图5为本发明实施例二提供的一种固态发光光源电流随时间变化的示例图；
图6为本发明实施例三提供的一种固态发光光源相变制冷系统控制装置示范性结构框图；
图7为本发明实施例四提供的一种固态发光光源相变制冷系统控制装置示范性结构框图；
图8是本发明实施例四提供的另一种固态发光光源相变制冷系统控制装置示范性结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"单元"可以混合地使用。
实施例一
如图1所示，在本实施例中，一种固态发光光源相变制冷系统控制方法，包括：
S1、获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；
S2、当固态发光光源工作时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
S3、通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
S4、通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统制冷量滞后的问题，保证了光源控温的稳定性。
在本实施例中，所述固态发光光源包括激光和发光二极管，下面以激光光源为例对上述固态发光光源相变制冷系统控制方法进行详细介绍。
如图3所示，在本实施例中，应用相变制冷的激光制冷系统包括：激光光源1，压缩机2，冷凝器3，节流装置4，及用于激光光源1、压缩机2、冷凝器3、节流装置4之间相互连接的连接管路5。激光光源包含至少一个激光组件11、12, 每个激光组件都包括激光模块112和水冷板111。激光模块固定安装在冷板上，安装界面应填充高导热率的材料（譬如导热硅脂，石墨片等）以减小接触热阻。制冷剂流过冷板流道发生相变吸热，带走激光器产生的热量。
图 3所示制冷剂流过激光光源1后受热汽化，经过压缩机2后成为高压过热蒸汽，经过冷凝器3放热液化，成为高压液体，再经过节流装置4节流，压力降低成为低温低压湿蒸汽，重新进入光源1。光源系统包含的冷板作为相变冷却系统的蒸发器，制冷剂流经冷板只发生相变吸热，温度基本不变，从而能保持光源中各冷板温度基本相同。图3中的冷板或激光模块上布置有测温点113，制冷系统根据测温点113反馈的温度通过PID控制方法或其他闭环控制方法调节系统制冷量，以保持测温点的温度稳定。
但是当激光模块的热负载发生变化，特别是变化较大时，譬如热负载从300W跳变到600W，PID控制器根据读取的控温点温度逐渐调节制冷量，导致制冷量的变化滞后于热负载的变化，控温点的温度稳定耗时长，且在稳定之前有较大的波动，对激光器的可靠性有不良影响。
在本实施例中，当光源亮度发生变化时，光源控制程序根据所需的亮度调节作为光源热耗参数之一的激光光源的电流，作为执行上述控制方法的控制装置根据调节的激光光源电流与制冷系统参数之间的第一经验公式，先通过制冷系统参数对制冷系统进行快速调节，再通过闭环控制方法对制冷系统进行精细调节，从而可以克服当激光模块的热负载发生变化、特别是变化较大时所带来的控温点的温度稳定耗时长、在温度稳定之前有较大波动的不利影响，保证了激光器的可靠性。
实施例二
如图2所示，在本实施例中，一种固态发光光源相变制冷系统控制方法，包括：
S10、获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；
S20、当固态发光光源工作时，判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；若是，则进入步骤S30，若否，则进入步骤S50；
S30、根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
S40、通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
S50、通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统制冷量滞后的问题，保证了光源控温的稳定性。
在本实施例中，所述固态发光光源包括激光和发光二极管，下面以激光光源为例对上述固态发光光源相变制冷系统控制方法进行详细介绍。
如图3所示，在本实施例中，应用相变制冷的激光制冷系统包括：激光光源1，压缩机2，冷凝器3，节流装置4，及用于激光光源1、压缩机2、冷凝器3、节流装置4之间相互连接的连接管路5。激光光源包含至少一个激光组件11、12, 每个激光组件都包括激光模块112和水冷板111。激光模块固定安装在冷板上，安装界面应填充高导热率的材料（譬如导热硅脂，石墨片等）以减小接触热阻。制冷剂流过冷板流道发生相变吸热，带走激光器产生的热量。
图 3所示制冷剂流过激光光源1后受热汽化，经过压缩机2后成为高压过热蒸汽，经过冷凝器3放热液化，成为高压液体，再经过节流装置4节流，压力降低成为低温低压湿蒸汽，重新进入光源1。光源系统包含的冷板作为相变冷却系统的蒸发器，制冷剂流经冷板只发生相变吸热，温度基本不变，从而能保持光源中各冷板温度基本相同。图3中的冷板或激光模块上布置有测温点113，制冷系统根据测温点113反馈的温度通过PID控制方法或其他闭环控制方法调节系统制冷量，以保持测温点的温度稳定。
但是当激光模块的热负载发生变化，特别是变化较大时，譬如热负载从300W跳变到600W，PID控制器根据读取的控温点温度逐渐调节制冷量，导致制冷量的变化滞后于热负载的变化，控温点的温度稳定耗时长，且在稳定之前有较大的波动，对激光器的可靠性有不良影响。
在本实施例中，所述光源热耗由激光电流计算得到，所述制冷系统参数为压缩机转速，所述获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式具体为：获取激光电流与压缩机转速之间的第二经验公式，通过光源热耗可以计算得到光源热耗的变化幅度。
作为另一种实施例，所述光源热耗还可以与电压、结温相关，而制冷系统参数也可以与冷凝器风机转速相关，这些参数也可以代表光源热耗及制冷系统参数来参与计算。
在本实施例中，在图3中的激光制冷系统增加一个环境温度的温度测点6，设环境温度Ta，激光模块的热耗P。考虑最简单的情况，制冷系统冷凝器的风机转速以及节流装置参数保持不变，系统制冷量通过压缩机的转速RS来调节。则通过样机测试可以得出为了将激光模块的温度控制在T0，压缩机的所需转速RS与环境温度Ta及激光模块热耗P的关系：
RS=f(Ta，P) ------------------------------------第一经验公式
在冷板温度保持稳定的情况下，激光模块的热耗P与激光器的电流I相关， 当光源控制程序调节激光器电流时，即可推算出激光模块在此电流下的热耗P， 从而公式一也可表述为：
RS=f(Ta，I) ------------------------------------第二经验公式
在本实施例中，激光光源工作过程中，制冷系统控制程序调用PID程序来调节控温点的温度。但是当光源控制程序根据所需的亮度调节激光器电流I时，会同时将电流值反馈给制冷系统控制程序。制冷系统控制程序接收到电流值变化，会暂停PID程序，根据第二经验公式直接计算并设定所需的压缩机转速，然后再重新启动PID程序进行控温点温度的精细调节。
在本实施例中，当光源亮度小幅度频繁调节时，激光模块的热耗变化幅度较小，PID控制程序能够快速适应热负载的小幅度变化并保持控温点温度稳定，没有必要电流I每次变化都重新设定压缩机转速。也即，当所述光源热耗变化幅度小于预设的阈值时，进入步骤S50、通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，所述预设的阈值为用户自定义的一个变化幅度值，比如所述预设的阈值为10%，当光源热耗变化幅度大于等于10%时，进入步骤S30，若否，则进入步骤S50。
在本实施例中，激光光源一般用于投影机工作，光源输出亮度需要配合投影画面随时调整，并且调节幅度较大，在预先知道所述投影画面后，可以根据投影机的图像处理程序提前分析投影内容，将激光光源的工作时间分成预设的若干个时间段，确定不同时刻所需的投影亮度，求出光源热耗数据，并反馈给光源控制程序。光源控制程序则根据光源热耗数据分别计算每个预设时间段内的激光电流平均值，因此，如图4所示，以某一个预设时间段为例，所述激光光源相变制冷系统控制方法具体为：
S11、获取激光电流与压缩机转速之间的第二经验公式；
S21、预先获取激光光源工作时对应的光源热耗数据；
S22、根据所述光源热耗数据计算预设时间段内的激光电流平均值；
S23、判断所述激光电流平均值的变化幅度是否大于等于预设的电流变化幅度阈值；
若是，则进入步骤S31，若否，则进入步骤S51；
S31、根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速。
在本实施例中，所述步骤S31之后还包括：
S41、在所述预设时间段的起始时刻通过所述压缩机转速对制冷系统进行快速调节；
S51、通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，所述闭环控制方法包括：PID控制方法、模糊控制、预测控制和鲁棒控制。
如图5所示，为激光光源在执行投影画面时的电流随时间变化的示例图，图中，t1-t4四个预设时间段可以根据电流大小进行不规则划分，尽量使得时间段的划分点在电流跃变时刻，以便于制冷系统的稳定运行。
在本实施例中，对于预设时间段的长度及划分，图像处理程序提前分析投影内容，可以确定某段时间内的电流变化较小，则将此段时间标记为一个时间段，通过平均电流值来设置此时间段内的压缩机转速，各时间段的长度不要求一致，举例来说，所述预设时间段可以满足以下条件：规定时间段长度>=3分钟 （时间段太短的频繁调节没有意义）；划分时间段：目标是使相邻时间段平均电流的变化幅度最大，譬如共划分了t1~t4四个时间段，这四个时间段的平均电流分别表示为I1、I2、I3、I4，则最终划分结果使(|I2-I1|+|I3-I2|+|I4-I3|)/(n-1)最大， n表示时间段个数，此处n=4。
实施例三
如图6所示，在本实施例中，一种固态发光光源相变制冷系统控制装置，包括：
公式获取模块1，用于获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；
计算模块2，用于当固态发光光源工作时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
快速调节模块3，用于通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
精细调节模块4，用于在对制冷系统进行快速调节之后或当光源热耗变化幅度小于预设的阈值时，通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统滞后的问题，保证了光源控温的稳定性。
在本实施例中，所述固态发光光源包括激光和二极管，下面以激光光源为例对上述固态发光光源相变制冷系统控制方法进行详细介绍。
如图3所示，在本实施例中，应用相变制冷的激光制冷系统包括：激光光源1，压缩机2，冷凝器3，节流装置4，及用于激光光源1、压缩机2、冷凝器3、节流装置4之间相互连接的连接管路5。激光光源包含至少一个激光组件11、12, 每个激光组件都由激光模块112和水冷板111组成。激光模块固定安装在冷板上，安装界面应填充高导热率的材料（譬如导热硅脂，石墨片等）以减小接触热阻。制冷剂流过冷板流道发生相变吸热，带走激光器产生的热量。
图 3所示制冷剂流过激光光源1后受热汽化，经过压缩机2后成为高压过热蒸汽，经过冷凝器3放热液化，成为高压液体，再经过节流装置4节流，压力降低成为低温低压湿蒸汽，重新进入光源1。光源系统包含的冷板作为相变冷却系统的蒸发器，制冷剂流经冷板只发生相变吸热，温度基本不变，从而能保持光源中各冷板温度基本相同。图3中的冷板或激光模块上布置有测温点113，制冷系统根据113的温度反馈通过PID控制方法或其他闭环控制方法调节系统制冷量，以保持测温点的温度稳定。
但是当激光模块的热负载发生变化，特别是变化较大时，譬如热负载从300W跳变到600W，PID控制器根据读取的控温点温度逐渐调节制冷量，导致制冷量的变化滞后于热负载的变化，控温点的温度稳定耗时长，且在稳定之前有较大的波动，对激光器的可靠性有不良影响。
在本实施例中，当光源亮度发生变化时，光源控制程序根据所需的亮度调节作为光源热耗参数之一的激光光源的电流，固态发光光源相变制冷系统控制装置的公式获取模块获取激光光源的电流与制冷系统参数之间的第一经验公式，并且，先利用快速调节模块通过制冷系统参数对制冷系统进行快速调节，再利用精细调节模块通过闭环控制方法对制冷系统进行精细调节，从而可以克服当激光模块的热负载发生变化、特别是变化较大时所带来的控温点的温度稳定耗时长、在温度稳定之前有较大波动的不利影响，保证了激光器的可靠性。
实施例四
如图7所示，在本实施例中，一种固态发光光源相变制冷系统控制装置，包括：
公式获取模块10，用于获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式；
判断模块20，用于当固态发光光源工作时，判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；
计算模块30，用于当光源热耗大于等于预设的阈值时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
快速调节模块40，用于通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
精细调节模块50，用于在对制冷系统进行快速调节之后或当光源热耗变化幅度小于预设的阈值时，通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统滞后的问题，保证了光源控温的稳定性。
在本实施例中，所述固态发光光源包括激光和二极管，下面以激光光源为例对上述固态发光光源相变制冷系统控制方法进行详细介绍。
如图3所示，在本实施例中，应用相变制冷的激光制冷系统包括：激光光源1，压缩机2，冷凝器3，节流装置4，及用于激光光源1、压缩机2、冷凝器3、节流装置4之间相互连接的连接管路5。激光光源包含至少一个激光组件11、12, 每个激光组件都由激光模块112和水冷板111组成。激光模块固定安装在冷板上，安装界面应填充高导热率的材料（譬如导热硅脂，石墨片等）以减小接触热阻。制冷剂流过冷板流道发生相变吸热，带走激光器产生的热量。
图 3所示制冷剂流过激光光源1后受热汽化，经过压缩机2后成为高压过热蒸汽，经过冷凝器3放热液化，成为高压液体，再经过节流装置4节流，压力降低成为低温低压湿蒸汽，重新进入光源1。光源系统包含的冷板作为相变冷却系统的蒸发器，制冷剂流经冷板只发生相变吸热，温度基本不变，从而能保持光源中各冷板温度基本相同。图3中的冷板或激光模块上布置有测温点113，制冷系统根据113的温度反馈通过PID控制方法或其他闭环控制方法调节系统制冷量，以保持测温点的温度稳定。
但是当激光模块的热负载发生变化，特别是变化较大时，譬如热负载从300W跳变到600W，PID控制器根据读取的控温点温度逐渐调节制冷量，导致制冷量的变化滞后于热负载的变化，控温点的温度稳定耗时长，且在稳定之前有较大的波动，对激光器的可靠性有不良影响。
在本实施例中，所述光源热耗由激光电流计算得到，所述制冷系统参数为压缩机转速，所述获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式具体为：获取激光电流与压缩机转速之间的第二经验公式。
作为另一种实施例，所述光源热耗还可以与电压、结温相关，而制冷系统参数也可以与冷凝器风机转速相关，这些参数也可以代表光源热耗及制冷系统参数来参与计算。
在本实施例中，在图3中的激光制冷系统增加一个环境温度的温度测点6，设环境温度Ta，激光模块的热耗P。考虑最简单的情况，制冷系统冷凝器的风机转速以及节流装置参数保持不变，系统制冷量通过压缩机的转速RS来调节。则通过样机测试可以得出为了将激光模块的温度控制在T0，压缩机的所需转速RS与环境温度Ta及激光模块热耗P的关系：
RS=f(Ta，P) ------------------------------------第一经验公式
在冷板温度保持稳定的情况下，激光模块的热耗P与激光器的电流I相关， 当光源控制程序调节激光器电流时，即可推算出激光模块在此电流下的热耗P， 从而公式一也可表述为:
RS=f(Ta，I) ------------------------------------第二经验公式
在本实施例中，激光光源工作过程中，制冷系统控制程序调用PID程序来调节控温点的温度。但是当光源控制程序根据所需的亮度调节激光器电流I时，会同时将电流值反馈给制冷系统控制程序。制冷系统控制程序接收到电流值变化，会暂停PID程序，根据第二经验公式直接计算并设定所需的压缩机转速，然后再重新启动PID程序进行控温点温度的精细调节。
在本实施例中，当光源亮度小幅度频繁调节时，激光模块的热耗变化幅度较小，PID控制程序能够快速适应热负载的小幅度变化并保持控温点温度稳定，没有必要电流I每次变化都重新设定压缩机转速。也即，当所述光源热耗小于预设的阈值时，进入步骤S50、通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，激光光源一般用于投影机工作，光源输出亮度需要配合投影画面随时调整，并且调节幅度较大，在预先知道所述投影画面后，可以根据投影机的图像处理程序提前分析投影内容，将激光光源的工作时间分成预设的若干个时间段，确定不同时刻所需的投影亮度，求出光源热耗数据，并反馈给光源控制程序。光源控制程序则根据光源热耗数据分别计算每个预设时间段内的激光电流平均值。
如图8所示，在本实施例中，以某一个预设时间段为例，所述判断模块20包括：
光源热耗获取单元21，用于预先获取固态发光光源工作时对应的光源热耗数据；
电流平均值获取单元22，用于根据所述光源热耗数据计算预设时间段内的激光电流平均值；
电流判断单元23，用于判断所述激光电流平均值的变化幅度是否大于等于预设的电流变化幅度阈值；
相应地，所述计算模块还用于：
根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速。
在本实施例中，所述快速调节模块具体为：
在所述预设时间段的起始时刻通过所述压缩机转速对制冷系统进行快速调节；
所述精细调节模块具体为：
通过PID控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
在本实施例中，所述闭环控制方法包括：PID控制方法、模糊控制、预测控制和鲁棒控制。
如图5所示，为激光光源在执行某一投影画面时的电流随时间变化的示例图，图中，t1-t4四个预设时间段可以根据电流大小进行不规则划分，尽量使得时间段的划分点在电流跃变时刻，以便于制冷系统的稳定运行。
在本实施例中，对于预设时间段的长度及划分，图像处理程序提前分析投影内容，可以确定某段时间内的电流变化较小，则将此段时间标记为一个时间段，通过平均电流值来设置此时间段内的压缩机转速，各时间段的长度不要求一致，举例来说，所述预设时间段可以满足以下条件：规定时间段长度>=3分钟 （时间段太短的频繁调节没有意义）；划分时间段：目标是使相邻时间段平均电流的变化幅度最大，譬如共划分了t1~t4四个时间段，这四个时间段的平均电流分别表示为I1、I2、I3、I4，则最终划分结果使(|I2-I1|+|I3-I2|+|I4-I3|)/(n-1)最大， n表示时间段个数，此处n=4。
实施例五
在本实施例中，一种投影设备，除了包括投影设备的常规功能模块之外，还包括实施例三或实施例四所述的固态发光光源相变制冷系统控制装置，通过光源热耗与制冷系统参数之间的关系对制冷系统进行快速调节，然后再对制冷系统进行精细调节，解决了光源热耗突变时引起的制冷系统制冷量滞后的问题，保证了光源控温的稳定性，提高了投影设备的用户体验。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种固态发光光源相变制冷系统控制方法，其特征在于，包括：获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式，所述第一经验公式为RS＝f(Ta，P)，其中RS为压缩机的所需转速、Ta为环境温度、P为激光模块热耗；
当固态发光光源工作时，判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；若是，则根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数，若否，通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节；
根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
2.根据权利要求1所述的固态发光光源相变制冷系统控制方法，其特征在于，所述光源热耗由光源电流计算得到，所述制冷系统参数为压缩机转速，所述获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式具体为：获取光源电流与压缩机转速之间的第二经验公式，所述第二经验公式为RS＝f(Ta，I)，其中RS为压缩机的所需转速、Ta为环境温度、I为激光器的电流。
3.根据权利要求2所述的固态发光光源相变制冷系统控制方法，其特征在于，所述判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；若是，则根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数具体为：
预先获取固态发光光源工作时对应的光源热耗数据；
根据所述光源热耗数据计算预设时间段内的光源电流平均值；
判断所述光源电流平均值的变化幅度是否大于等于预设的电流变化幅度阈值；
若是，则根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速。
4.根据权利要求3所述的固态发光光源相变制冷系统控制方法，其特征在于，所述根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速之后还包括：
在所述预设时间段的起始时刻通过所述压缩机转速对制冷系统进行快速调节；
通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
5.根据权利要求1所述的固态发光光源相变制冷系统控制方法，其特征在于，所述闭环控制方法包括：PID控制方法、模糊控制、预测控制和鲁棒控制。
6.一种固态发光光源相变制冷系统控制装置，其特征在于，包括：
公式获取模块，用于获取光源热耗与制冷系统参数之间的第一经验公式，所述第一经验公式为RS＝f(Ta，P)，其中RS为压缩机的所需转速、Ta为环境温度、P为激光模块热耗；
计算模块，用于当固态发光光源工作时，根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
判断模块，用于判断光源热耗变化幅度是否大于等于预设的阈值；若是，则所述计算模块根据所述第一经验公式计算得到制冷系统参数；
快速调节模块，用于通过所述制冷系统参数对制冷系统进行快速调节；
精细调节模块，用于在对制冷系统进行快速调节之后或当光源热耗变化幅度小于预设的阈值时，通过闭环控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
7.根据权利要求6所述的固态发光光源相变制冷系统控制装置，其特征在于，所述光源热耗由光源电流计算得到，所述制冷系统参数为压缩机转速，所述公式获取模块包括：第二公式获取单元，用于获取光源电流与压缩机转速之间的第二经验公式，所述第二经验公式为RS＝f(Ta，I)，其中RS为压缩机的所需转速、Ta为环境温度、I为激光器的电流。
8.根据权利要求7所述的固态发光光源相变制冷系统控制装置，其特征在于，所述判断模块包括：
光源热耗获取单元，用于预先获取固态发光光源工作时对应的光源热耗数据；
电流平均值获取单元，用于根据所述光源热耗数据计算预设时间段内的光源电流平均值；
电流判断单元，用于判断所述光源电流平均值的变化幅度是否大于等于预设的电流变化幅度阈值；
相应地，所述计算模块还用于根据所述第二经验公式计算得到压缩机转速。
9.根据权利要求8所述的固态发光光源相变制冷系统控制装置，其特征在于，所述快速调节模块具体为：
在所述预设时间段的起始时刻通过所述压缩机转速对制冷系统进行快速调节；
所述精细调节模块具体为：
通过PID控制方法对所述制冷系统进行精细调节。
10.一种投影设备，其特征在于，包括权利要求6-9任一项所述的固态发光光源相变制冷系统控制装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110829159A (zh) * 2019-10-30 2020-02-21 湖南大科激光有限公司 一种复合散热无水冷激光器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201377930Y (zh) * 2009-04-24 2010-01-06 星星集团有限公司 一种调节制冷量的制冷系统
CN105045308A (zh) * 2015-08-12 2015-11-11 北京空间机电研究所 一种应用于空间环境的半导体制冷器闭环控制方法
CN105562952A (zh) * 2016-02-29 2016-05-11 深圳市创鑫激光股份有限公司 一种激光器监控系统
CN105676573A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 海信集团有限公司 一种激光投影设备及散热方法
CN105759544A (zh) * 2016-03-29 2016-07-13 海信集团有限公司 一种激光投影设备散热方法
CN105792606A (zh) * 2016-03-31 2016-07-20 海信集团有限公司 风扇转速控制方法、装置及投影系统的散热方法
CN106028531A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 广州市浩洋电子有限公司 一种led舞台灯温度自适应控制系统及控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6354370B1 (en) * 1999-12-16 2002-03-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Liquid spray phase-change cooling of laser devices
US20070104233A1 (en) * 2005-11-09 2007-05-10 Jan Vetrovec Thermal management system for high energy laser
CN102306904A (zh) * 2011-08-04 2012-01-04 南昌航空大学 基于前馈解耦控制的高精密半导体激光系统
CN102970080A (zh) * 2012-10-31 2013-03-13 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 光模块及其激光器工作温度的调节方法
CN104298278B (zh) * 2014-10-27 2017-01-18 北京航空航天大学 一种基于pd的激光器温度控制系统
CN204481323U (zh) * 2015-04-17 2015-07-15 山西中科华仪科技有限公司 设有数字温度补偿装置的可调谐半导体激光温控装置
CN105183034B (zh) * 2015-08-04 2017-09-12 北京航空航天大学 一种用于半导体激光器的两级温度控制系统
CN205159790U (zh) * 2015-11-02 2016-04-13 安徽理工大学 一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器的温控系统
CN205139558U (zh) * 2015-11-16 2016-04-06 中视迪威激光显示技术有限公司 一种运用于激光光源的相变换热微型直冷系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201377930Y (zh) * 2009-04-24 2010-01-06 星星集团有限公司 一种调节制冷量的制冷系统
CN105045308A (zh) * 2015-08-12 2015-11-11 北京空间机电研究所 一种应用于空间环境的半导体制冷器闭环控制方法
CN105562952A (zh) * 2016-02-29 2016-05-11 深圳市创鑫激光股份有限公司 一种激光器监控系统
CN105676573A (zh) * 2016-03-29 2016-06-15 海信集团有限公司 一种激光投影设备及散热方法
CN105759544A (zh) * 2016-03-29 2016-07-13 海信集团有限公司 一种激光投影设备散热方法
CN105792606A (zh) * 2016-03-31 2016-07-20 海信集团有限公司 风扇转速控制方法、装置及投影系统的散热方法
CN106028531A (zh) * 2016-06-30 2016-10-12 广州市浩洋电子有限公司 一种led舞台灯温度自适应控制系统及控制方法

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