CN112074047B - 用于控制半导体制冷片温度智能调控的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于控制半导体制冷片温度智能调控的控制方法，包括：电源，用于产生热量的发热电阻，半导体制冷片驱动器，用于控制发热电阻断开并与发热电阻串联的温感断路开关，以及与电源连接的半导体制冷片；所述方法包括：根据所述半导体制冷片驱动器所需的工作温度确定所述发热电阻的功率以及温度系数；根据所述半导体制冷片驱动器所需的最低工作温度确定所述温感断路开关的设定温度；根据所述电源工作温度确定所述半导体制冷片的制热温度。本发明在交流电下通过发热电阻的热量进而启动半导体制冷片驱动器，之后使用半导体制冷片的制热模式为LED电源提供热量，使得LED电源达到合适工作温度实现在超低温环境下对LED电源的启动。
Description
技术领域
本发明涉及LED灯具中驱动方法，更具体的，涉及用于控制半导体制冷片温度智能调控的控制方法及装置。
背景技术
随着白光LED的快速发展，其光效和显色指数等参数不断优化，SMD、COB、CSP等封装方式的LED灯具在景观照明、市政照明等户外场合得到了广泛的应用，由于其显著的节能效果有望成为未来新一代固态节能照明光源。
由于LED的特性，虽然在超低温环境下依然能够点亮，有论文发表称进行100次-45℃—100℃的超低温—高温的冷热冲击中可能会由于LED芯片中有50%的几率出现热胀冷缩的现象引起金线断裂，进而造成LED芯片的死灯。另外，LED在寒冷地区虽然可以正常点亮，但其寿命会大幅降低，其主要原因是LED芯片在启动后，LED芯片的温度会急剧升高，如果LED的功率过大而且加上散热不好的话，达到100℃左右还是很容易的，在达到高温后突然关闭电源会使LED芯片温度又降回寒冷的坏境温度，如此进行多次冷热冲击，必然会降低LED的寿命。而且一些大功率的LED在低温启动后，LED芯片产生大量的热无法快速的传递到外部环境，因此热量会聚集在LED芯片内，造成LED光通量、发光效率、工作寿命的大幅降低。
除此之外，LED的心胀—LED驱动电源也无法在超低温的寒冷环境下进行正常的工作，究其原因是LED电源内元器件无法进行正常工作，比如LED驱动电话内的几个关键元件，都是在超低温下不能工作或不能正常工作的，比如热敏电阻、MOS管、常用光耦、电解电容等，热敏电阻在低温环境下的阻值会高于正常的3~5倍，导致LED驱动电源无法正常开机；电解电容是LED驱动电源内必不可少的元器件，其工作温度范围为-40℃~105℃，但在更低的超低温环境下，电解电容内的电解液会冻结，失去电容效应，导致LED驱动电源也无法正常开机。因此，如何对LED驱动器进行启动以及灯具内部的LED芯片结温过高问题的解决成为了在超低温地区普及LED灯具的首要目的。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术中LED驱动器进行启动以及灯具内部的LED芯片结温过高的问题。
本申请提供的一种用于控制半导体制冷片温度智能调控的控制方法，包括：电源，用于产生热量的发热电阻，半导体制冷片驱动器，用于控制发热电阻断开并与发热电阻串联的温感断路开关，以及与电源连接的半导体制冷片；所述方法包括：
根据所述半导体制冷片驱动器所需的工作温度确定所述发热电阻的功率以及温度系数；
根据所述半导体制冷片驱动器所需的最低工作温度确定所述温感断路开关的设定温度；
根据所述电源工作温度确定所述半导体制冷片的制热温度，所述半导体制冷片由所述半导体制冷片驱动器驱动；
其中，所述半导体制冷片制热产生的温度为所述电源提供工作温度。
在一个可能的实现方式中，所述根据所述半导体制冷片驱动器所需的工作温度确定所述发热电阻的功率以及温度系数，包括：
获取设备所处温度与半导体制冷片驱动器的最低工作温度的差值，所述温度差值为每1摄氏度功率增加30瓦，其中，所述发热电阻的温度系数为2.1×10-3/℃。
在一个可能的实现方式中，所述根据所述半导体制冷片驱动器所需的最低工作温度确定所述温感断路开关的设定温度，包括：
确定所述半导体制冷片驱动器的最低工作温度；
所述温感断路开关的温度高于所述半导体制冷片驱动器的最低工作温度的5℃~10℃。
本申请还提供一种用于控制半导体制冷片温度智能调控的控制装置。所述装置包括：
LED温度检测器，用于检测LED灯具内LED芯片的工作环境的外围温度；
LED电源工作指示灯，与所述LED电源的输出端连接，用于检测所述LED电源是否开启；
光敏二极管，用于发送LED电源已经启动的信号；
半导体制冷片驱动器，用于接收LED电源已经启动的PWM信号以及驱动半导体制冷片；
半导体制冷片冷热转换线路，用于更改所述半导体制冷片的供电方式，更改所述半导体制冷片的工作状态；
主控制单元，用于接收所述光敏二级管发送的所述LED电源已经启动的信号，用于从LED温度检测器获取LED芯片工作的外围温度以及通过控制半导体制冷片冷热转换线路来将半导体制冷片的工作状态变为制冷；获取LED温度检测器的温度并计算LED芯片工作的外围温度达到设定温度前的温度上升速率；向所述半导体制冷片驱动器发送所述温度上升速率的PWM信号；
蓄电池，用于电源断电后为LED温度检测器、半导体制冷片驱动器、半导体制冷片冷热转换线路、主控制单元提供后续电能。
其中，当电源断电切换为蓄电池供电方式后，所述主控制单元控制半导体制冷片冷热转换线路使得半导体制冷片变为制热模式，获取LED温度检测器的温度，在获取的LED温度检测器低于设定温度时，计算LED芯片外围温度低于设定温度的温度降低速率；向半导体制冷片驱动器发送所述温度降低速率的PWM信号直到主控制单元断电；
检测断电后LED芯片的外围温度降低至设定温度后将以及蓄电池，用于
在一个可能的实现方式中，所述LED电源工作指示灯与所述LED电源的输出端连接，当电流导通时所述LED电源工作指示灯为点亮状态。
在一个可能的实现方式中，所述光敏二极管用于获取所述LED电源指示灯发出的光信号，进而导通，向所述主控制单元发送高电平信号。
在一个可能的实现方式中，所述主控制单元用于：获取所述LED温度检测器的温度并计算LED芯片外围温度达到设定温度Ts前的温度上升速率，当接收到的温度低于设定保持的温度5℃~10℃，即为Ts-(5~10)℃；获取Ts-(5~10)℃~Ts℃之间的温度上升速率TUP，单位为℃/s，即摄氏度/秒，其满足下式来得出主控制单元向半导体制冷片驱动器发送的PWM信号，PWM_OUT=10*TUP，TUP∈0.10℃~1.00℃。
在一个可能的实现方式中，所述主控制单元用于：检测断电后LED芯片外围温度降低至设定温度后将控制半导体制冷片冷热转换线路使得半导体制冷片变为制热模式，计算LED芯片外围温度低于设定温度的温度降低速率，当接收到的温度低于设定保持Ts的温度5℃~10℃，即为Ts-(5~10)℃，因此需要计算Ts-(5~10)℃~Ts℃之间的温度下降速率TDOWN，单位为℃/s，其满足下式来得出主控制单元向半导体制冷片驱动器发送的PWM信号，PWMOUT=20*TDOWN，TDOWN∈0.05℃~0.50℃。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列有益效果：
一、本发明在交流电下通过发热电阻的热量进而启动半导体制冷片驱动器，之后使用半导体制冷片的制热模式为LED电源提供热量，使得LED电源达到合适工作温度实现在超低温环境下对LED电源的启动；
二、还对LED灯具内的LED芯片的外围温度进行温度控制，让LED工作在一个稳定的工作温度内，防止了高温下对LED芯片造成光衰、光通量衰减；
三、通过外置电源，实现了断电后使LED温度缓慢降低，避免断电后LED温度骤降，放置了多次打开关闭LED灯后可能会出现冷热冲击，保护了LED长寿命的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一示例性实施例提供的电源在超低温环境下的启动示意图；
图2是本发明一示例性实施例提供的温度调控的控制装置的流程图；
图3是本发明一示例性实施例提供的半导体制冷片冷热转换线路的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下结合图1至图3对本发明做进一步详细阐述根据本发明的实施例，请参考图1，将灯具处在温度为-55℃的环境下，选用的半导体制冷片驱动器2的工作温度为-40℃~60℃，选用的LED电源5的工作温度为-45℃~50℃步骤1：根据半导体制冷片驱动器2的最低工作温度，确定发热电阻的功率为300W，所得到的数据为所处温度与半导体制冷片驱动器2的最低工作温度之差，每摄氏度增加30W来计算，另外，发热电阻的温度系数为2.1×10-3/℃。
步骤2：所选的半导体制冷片驱动器2的工作温度为-40℃~60℃，设定温感断路开关4温度为-35℃，所设定的温感断路开关4温度通过半导体制冷片驱动器2最低工作温度+5~10℃来确定。
步骤3：半导体制冷片驱动器2启动以后，来驱动半导体制冷片3进行工作，所处于的工作方式为制热，所设置的制热温度为45℃，计算公式为LED电源5的最低工作温度+90℃~100℃，另外，LED电源5最低工作温度不超过-20摄氏度。
请参考图1、图2，用于控制半导体温度智能调控的控制装置，在上述条件不变的情况下，LED电源5启动之后，LED电源5工作指示灯连接在LED电源5的输出端，因此LED电源工作指示灯8由于电流的导通而发光，LED电源工作指示灯8的工作电压为5V~80V。
之后光敏二极管9受到LED电源工作指示灯8的光照，由于其内部电阻降低，达到光敏二极管9的导通条件进而有电流通过和光敏二极管9两端具有电压差，光敏二极管9与主控制单元7连接，向主控制单元7发送高电平信号。
请参考图3，在光敏二极管9发送LED电源正常工作的高电平后，主控制单元7接收来自其发送的高电平信号，主控制单元7将半导体制冷片冷热转换线路10的①101、②102号线路连通，③103、④104号线路断开，此时半导体制冷片3处于制冷的工作方式，为维持LED芯片外围温度做准备。
LED温度检测器6实时测量LED芯片外围温度，并以0.3~1s的发送频率向主控制单元7发送温度数据，在本实施例中取得发送频率为0.5s，之后主控制单元7接收LED温度检测器6发送的温度数据，主控制单元7再不断与设定保持的温度(在本实施例设置为40℃)作比较，当接收到的温度低于设定保持的温度5~10℃，在本实施例中采用接收到的温度低于保持的温度为5℃，即为35℃，因此需要计算35℃~40℃之间的温度上升速率TUP，单位为℃/s，请参考下述的公式1：
公式1:；
上述公式1中PWMOUT即为主控制单元7向半导体制冷片驱动器2发送的PWM信号，可以将LED芯片外围的温度维持在40℃±2℃。
在本实施例中，当总电源关闭以后：
由蓄电池11向LED温度检测器6、半导体制冷片驱动器2、半导体制冷片冷热转换线路10、主控制单元7提供后续的电能，蓄电池11此时处于放电状态，其内部的放电控制器将停止放电的温度设置为0℃~-10℃，在本实施例中取-10℃。上述的蓄电池，其内部的充电控制器将开始充电的温度设置为-10~0℃，在本实施例中取0℃，判断充放电的转换条件为当充电控制器为检测到有电流流过，将充电状态转换为放电状态。
电源断电切换为蓄电池11的供电方式后，主控制单元7将半导体制冷片冷热转换线路10的①101、②102号线路断开，③103、④104号线路连通，此时半导体制冷片3处于制热的工作方式，为维持LED芯片外围温度缓慢降温做准备。
主控制单元7将继续接收LED温度检测器6发送的温度数据，主控制单元7再不断与设定保持的温度(在本实施例设置为40℃)作比较，当接收到的温度低于设定保持的温度5~10℃，在本实施例中采用接收到的温度低于保持的温度为5℃，即为35℃，因此需要计算35℃~40℃之间的温度下降速率TDOWN，单位为℃/s，请参考下述的公式2：
公式2：；
上述公式2中PWMOUT即为主控制单元7向半导体制冷片驱动器2发送的PWM信号，可以将LED芯片外围温度以0.1℃的速率从35℃降低至-10℃。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本申请的真正范围和精神由上述的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于控制半导体制冷片温度智能调控的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
LED温度检测器，用于检测LED灯具内LED芯片的工作环境的外围温度；
LED电源工作指示灯，与所述LED电源的输出端连接，用于检测所述LED电源是否开启；
光敏二极管，用于发送LED电源已经启动的信号；
半导体制冷片驱动器，用于接收LED电源已经启动的PWM信号以及驱动半导体制冷片；
半导体制冷片冷热转换线路，用于更改所述半导体制冷片的工作状态；
主控制单元，用于接收所述光敏二极管发送的所述LED电源已经启动的信号，用于从LED温度检测器获取LED芯片工作的外围温度以及通过控制半导体制冷片冷热转换线路来将半导体制冷片的工作状态变为制冷；
获取LED温度检测器的温度，在获取到的温度低于设定温度时，计算LED芯片工作的外围温度达到设定温度前的温度上升速率，向所述半导体制冷片驱动器发送所述温度上升速率的PWM信号，
蓄电池，用于为LED温度检测器、半导体制冷片驱动器、半导体制冷片冷热转换线路、主控制单元提供后续电能；
其中，当电源断电切换为蓄电池供电方式后，所述主控制单元控制半导体制冷片冷热转换线路使得半导体制冷片变为制热模式，获取LED温度检测器的温度，在获取的LED温度检测器低于设定温度时，计算LED芯片外围温度低于设定温度的温度降低速率；向半导体制冷片驱动器发送所述温度降低速率的PWM信号直到主控制单元断电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述LED电源工作指示灯与所述LED电源的输出端连接，当电流导通时所述LED电源工作指示灯为点亮状态。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光敏二极管用于获取所述LED电源指示灯发出的光信号，进而导通，向所述主控制单元发送高电平信号。
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