CN112731094A - 不使用传感器实现led过热检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不使用传感器实现LED过热检测方法，首先通过公式得：
，接下来，引入二次项进一步优化参数模型：
；得到最终的利用如下模型去拟合LED，
；连接上述的多个LED成一个系统，测量不同温度下的电压电流对应值，通过回归分析得到参数d，e，f，模型公式完成时，针对当前系统使用的电流I和压降信息代入模型公式求得LED对应的PN结温T。通过得出的结温T的取值，即为LED的实际应用取值，相较现有技术传感器得到的结温取值和LED必然存在误差，本发明对LED结温T的取值的精度大幅提升，降低误差风险的同时也无需额外工时，简单而且精确。
Description
技术领域
本发明涉及汽车照明领域，尤其涉及一种不使用传感器实现LED过热检测方法。
背景技术
随着LED（发光二极管（light-emitting diode））技术的普及，LED在汽车照明领域中的应用也越来越普及。由于LED本质上是一个不耐热的半导体器件，对于高温的耐受性比较差。考虑到在汽车上空间体积的限制。一般来说，车用LED照明的散热都面临了不少的挑战，这就对LED的温度控制提出了不少要求。当长期开灯造成LED温度过高，尤其是停车时侯，一般驱动器会根据LED的温度下调LED的电流或者打开风扇加强散热来保证LED的半导体结温不会超过安全范围。其中最重要一点就是LED温度监测。
传统的LED温度监测是利用在LED附近安放温度传感器来实现的，一般是使用NTC（负温度系数(Negative Temperature Coefficient)）电阻放置在LED附近，通过检测NTC阻值来反推LED可能的温度。当然有时候可能会使用更便宜的PTC（正温度系数(PositiveTemperature Coefficient)）或者更准确的专用温度检测传感器。
专用的外置传感器会带来一些问题，首先传感器需要尽可能接近LED放置，会导致对光学布局上的影响，这对灯具小型化是不利的。其次，传感器需要额外线束支持，不仅增加成本，也增加灯具内部的复杂性和重量。额外的线束也增加了EMC的干扰耦合路径，使得EMC测试变得更为复杂。还有，传感器不是LED，无论如何布局只能无限接近LED放置，但是LED结温和温度传感器始终存在一个误差值，LED的结温是无法精确测量到的，即采用传感器进行LED温度检测的精度是必然会有一定影响的。在现有技术为了降低这个问题，往往是需要专门的设计和多次标定传感器的位置进行尝试直至得到误差小、比较好的结果，但这既仍存在一定的误差风险，也会需要额外的工时。并且，使用传感器进行温度检测的精度不仅依赖于传感器摆放位置精度，也依赖于传感器本身的精度，不同的设计会导致不同项目不同的表现，不利于平台化和工事的节省。
鉴于以上的问题，需要利用LED本身半导体势垒的温度特性来检测LED温度的方案。因此解决这一问题就显得十分必要了。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种不使用传感器实现LED过热检测方法，通过得出的结温T的取值，即为LED的实际应用取值，相较现有技术传感器得到的结温取值和LED必然存在误差，本发明对LED结温T的取值的精度大幅提升，降低误差风险的同时也无需额外工时，简单而且精确。
本发明的目的是提供一种不使用传感器实现LED过热检测方法，包括有以下步骤：
首先由原半导体理论公式可得 ：
式中：U：PN 结电压，I：电流，T：结温，k：玻尔兹曼常数 C：与芯片制造有关的参数，Eg：禁带宽度，q：电子电量U：PN 结电压， I：电流，T：结温，k：玻尔兹曼常数 C：与芯片制造有关的参数， Eg：禁带宽度，q：电子电量，
令a=k/q，b=1/C，c=kEg/q，
则 
；
接下来，考虑到实际应用中存在各种金属和半导体电阻会贡献一部分压降，即PN节电压U，尤其是LED焊接和线束连接在不同电流下会产生额外的电压差，结合实际测试经验数据考虑相关影响引入二次项进一步优化参数模型：
总的压降，即PN节电压U模型为
， 其中 n 为LED颗粒数，
得到最终的利用如下模型去拟合LED，
其中，参数a，b，c 由实验室通过测量每个的单个LED，不同温度下的电压电流对应值，通过回归分析得到，实际应用中，对每个特定的LED，系数a，b，c为定值，
连接上述的多个LED成一个系统，测量不同温度下的电压电流对应值，通过回归分析得到参数d，e，f，
模型公式完成时，针对当前系统使用的电流I和压降即PN节电压U信息代入模型公式求得LED对应的PN结温T。
进一步改进在于：对于直接设置于散热器上、或直接使用，并不设置于PCB板上的LED，该方法无需传感器, 能够解决LED直接焊接到散热片上无空间安放传感器的问题。
进一步改进在于：对于周围空间无位置安放温度传感器的配光系统，该方法无需传感器，保证散热又能减小光学系统体积，有利于车灯小型化趋势。
进一步改进在于：得到模型后，通过利用检测电路检测LED恒流电源的输出电压或者通过车灯驱动器自带输出电压检测，得到实际应用的电子系统的电流I取值和电压U取值，再代入上述模型
，得到LED的结温T的取值。
进一步改进在于：首先得到LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据；
对LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据分别通过移动平均处理，实现干扰和杂质的去除过滤，优化数据值；
然后对于移动平均处理后的LED电压信号数据和移动平均处理后的LED电流信号数据，代入模型公式的函数中，得到结温T的值；
结合移动平均处理后的驱动器环温数据，得到进一步的修正后的T值。
本发明的有益效果：本发明通过得出的结温T的取值，即为LED的实际应用取值，相较现有技术传感器得到的结温取值和LED必然存在误差，本发明对LED结温T的取值的精度大幅提升，降低误差风险的同时也无需额外工时，简单而且精确。
无需额外设置温度传感器和额外的线束，有效降低系统层面的复杂度，有效降低成本；
额外线束的节省有效减低EMC风险；
无需传感器使得LED本身的位置设置和光学布局不再需要考虑传感器的影响，空间灵活性提升；
对特殊的需要直接设置于散热器的LED时和没有空间安放温度传感器的配光系统等情况时，本发明方案即能保证散热又能减小光学系统体积，对于车灯小型化的趋势是有利的。
附图说明
图1是本发明具体实施方式具体控制检测方法流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
本实施例提供一种不使用传感器实现LED过热检测方法，包括有以下步骤：
首先由原半导体理论公式可得 ：
式中：U：PN 结电压，I：电流，T：结温，k：玻尔兹曼常数 C：与芯片制造有关的参数，Eg：禁带宽度，q：电子电量U：PN 结电压， I：电流，T：结温，k：玻尔兹曼常数 C：与芯片制造有关的参数， Eg：禁带宽度，q：电子电量，
令a=k/q，b=1/C，c=kEg/q，
则 
；
接下来，考虑到实际应用中存在各种金属和半导体电阻会贡献一部分压降，即PN节电压U，尤其是LED焊接和线束连接在不同电流下会产生额外的电压差，结合实际测试经验数据考虑相关影响引入二次项进一步优化参数模型：
总的压降，即PN节电压U，模型为
， 其中 n 为LED颗粒数，
得到最终的利用如下模型去拟合LED，
其中，参数a，b，c 由实验室通过测量每个的单个LED，不同温度下的电压电流对应值，通过回归分析得到，实际应用中，对每个特定的LED，系数a，b，c为定值，
连接上述的多个LED成一个系统，测量不同温度下的电压电流对应值，通过回归分析得到参数d，e，f，
模型公式完成时，针对当前系统使用的电流I和压降即PN节电压U信息代入模型公式求得LED对应的PN结温T。
对于直接设置于散热器上、或直接使用，并不设置于PCB板上的LED，该方法无需传感器，解决现有技术采用靠近此类LED专门安放一个测温板的解决方案存在的测试不准确、复杂性大大提高的问题。
对于周围空间无位置安放温度传感器的配光系统，该方法无需传感器，保证散热又能减小光学系统体积，有利于车灯小型化趋势。
得到模型后，通过利用检测电路检测LED恒流电源的输出电压或者通过车灯驱动器自带输出电压检测，得到实际应用的电子系统的电流I取值和电压U取值，再代入上述模型
，得到LED的结温T的取值。
首先得到LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据；
对LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据分别通过移动平均处理，实现干扰和杂质的去除过滤，优化数据值；
然后对于移动平均处理后的LED电压信号数据和移动平均处理后的LED电流信号数据，代入模型公式的函数中，得到结温T的值；
结合移动平均处理后的驱动器环温数据，得到进一步的修正后的T值。
应用中，当得到本实施例的模型公式后，需要进一步结合实际应用的电子系统得到电流I取值和电压U取值，本实施办法是利用检测电路检测LED恒流电源的输出电压。传统数字化车灯驱动器本身就自带输出电压检测，在实际使用进行一定的调整后可以直际使用相关信号，得到电流I取值和电压U取值，再代入上述本实施例的模型
，得到LED的结温T的取值。
具体控制检测方法如图1：
首先得到LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据，为了去除干扰和杂质，LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据分别通过移动平均处理，将连续的采样数据看成一个长度固定为N的队列（本实施例设定N为6），在新的一次数据采样后，上述队列的首数据去掉，其余N-1个数据依次前移，并将新的采样数据插入，作为新队列的尾，然后对这个队列进行算术运算得到平均值。由于这个过程是移动的、实时的，因此处理后的数据能大幅降低干扰和杂质，得到优化的数据值。然后对于移动平均处理后的LED电压信号数据和移动平均处理后的LED电流信号数据，将其代入本实施例的模型公式的函数中，能够得到结温T的值。当上述最后步骤进一步地结合移动平均处理后的驱动器环温数据，能够得到进一步的修正后的T值。
Claims (5)
1.一种不使用传感器实现LED过热检测方法，其特征在于：包括有以下步骤：
首先由原半导体理论公式可得：
式中：U：PN 结电压，I：电流，T：结温，k：玻尔兹曼常数 C：与芯片制造有关的参数，Eg：禁带宽度，q：电子电量U：PN 结电压， I：电流，T：结温，k：玻尔兹曼常数 C：与芯片制造有关的参数， Eg：禁带宽度，q：电子电量，
令a=k/q，b=1/C，c=kEg/q，
则 
；
接下来，考虑到实际应用中存在各种金属和半导体电阻会贡献一部分压降，即PN节电压U，尤其是LED焊接和线束连接在不同电流下会产生额外的电压差，结合实际测试经验数据考虑相关影响引入二次项进一步优化参数模型：
总的压降，即PN节电压U，模型为
， 其中 n 为LED颗粒数，
得到最终的利用如下模型去拟合LED，
其中，参数a，b，c 由实验室通过测量每个的单个LED，不同温度下的电压电流对应值，通过回归分析得到，实际应用中，对每个特定的LED，系数a，b，c为定值，
连接上述的多个LED成一个系统，测量不同温度下的电压电流对应值，通过回归分析得到参数d，e，f，
模型公式完成时，针对当前系统使用的电流I和压降即PN节电压U信息代入模型公式求得LED对应的PN结温T。
2.如权利要求1所述不使用传感器实现LED过热检测方法，其特征在于：对于直接设置于散热器上、或直接使用，并不设置于PCB板上的LED，该方法无需传感器。
3.如权利要求1所述不使用传感器实现LED过热检测方法，其特征在于：对于周围空间无位置安放温度传感器的配光系统，该方法无需传感器。
4.如权利要求1所述不使用传感器实现LED过热检测方法，其特征在于：得到模型后，通过利用检测电路检测LED恒流电源的输出电压或者通过车灯驱动器自带输出电压检测，得到实际应用的电子系统的电流I取值和电压U取值，再代入上述模型
，得到LED的结温T的取值。
5.如权利要求1所述不使用传感器实现LED过热检测方法，其特征在于：首先得到LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据；
对LED电压信号、LED电流信号和驱动器环温数据分别通过移动平均处理，实现干扰和杂质的去除过滤，优化数据值；
然后对于移动平均处理后的LED电压信号数据和移动平均处理后的LED电流信号数据，代入模型公式的函数中，得到结温T的值；
结合移动平均处理后的驱动器环温数据，得到进一步的修正后的T值。
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| CN202011481230.6A Pending CN112731094A (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 不使用传感器实现led过热检测方法 |
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