CN201450642U - Led芯片温度控制器及led灯光照明系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种LED芯片温度控制器和LED灯光照明系统，包括控制器，控制器的输入端连接有LED芯片温度检测器，控制器的输出端连接有LED功率调节器，控制器根据LED芯片温度检测器检测到的LED芯片温度信号，经过运算处理后输出信号给用于控制LED发光功率的LED功率调节器，LED功率调节器的输出端连接LED点阵，LED芯片温度检测器是用于在LED芯片的负极焊点位置采样芯片温度的温度传感器。本实用新型能确保LED芯片的PN结温度不超过规定值，从而有效保护LED芯片的PN结不会发生热击穿和提前出现光衰，提高LED的发光效率，延长LED芯片的使用寿命，广泛应用于LED照明方面。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制器和一种LED照明系统，特别是一种LED芯片温度控制器和一种LED灯光照明系统。
背景技术
LED是靠电子在能带间跃迁产生光的，其光谱中不包含红外部分，LED的热量不能辐射散出，因此LED是“冷”光源。目前LED的发光效率仅能达到20％左右，也就是说还有近80％的能量转换成了热能。而LED芯片的尺寸非常小，发热相当集中，尤其是大功率LED芯片，通常一般LED芯片的PN结温度不能超过125℃，在正常使用时若不能及时将热量散发出来，这些热能将造成LED芯片(或模组)的温度上升，温度上升将导致工作电压减小、光强减小、发光效率降低，同时会加速LED的光衰，甚至将LED的PN结热击穿，严重影响LED的正常使用寿命。LED发光器件作为一种新型的光源，其理论上使用寿命可达10万小时，但实际使用时由于散热环境不好，对芯片温度没有作超限监控或者温度检测不能反映芯片PN结的温度，不仅发光效率降低、光衰非常严重，而且使用寿命也大大缩短，只能达到10000小时左右。
实用新型内容
为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种可根据LED芯片温度来自动调节LED功率，达到控制LED芯片工作温度的控制器。
另一个目的在于提供一种使用效果好、可靠、寿命长的LED灯光照明系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
LED芯片温度控制器，包括控制器，控制器的输入端连接有LED芯片温度检测器，控制器的输出端连接有LED功率调节器，控制器根据LED芯片温度检测器检测到的LED芯片温度信号，经过运算处理后输出信号给用于控制LED发光功率的LED功率调节器，LED功率调节器的输出端连接LED点阵，所述LED芯片温度检测器是用于在LED芯片的负极焊点位置采样芯片温度的温度传感器。
一种LED灯光照明系统，包括LED点阵，LED点阵的输入端连接有LED芯片温度控制器，LED芯片温度控制器包括控制器，控制器的输入端连接有LED芯片温度检测器，控制器的输出端连接有LED功率调节器，控制器根据LED芯片温度检测器检测到的LED芯片温度信号，经过运算处理后输出信号给用于控制LED发光功率的LED功率调节器，LED功率调节器的输出端连接LED点阵，LED芯片温度检测器是用于检测LED芯片温度的温度传感器，温度传感器安装在LED点阵中间某个LED芯片的负极焊点位置附近。
进一步，所述LED芯片温度检测器采用小体积的热敏电阻或热电耦在LED点阵中间某个LED芯片的负极焊点位置附近采样芯片的温度。
进一步，所述LED芯片温度控制器还包含用于检测环境亮度的环境照度检测器，其输出端连接控制器的输入端。
本实用新型的有益效果是：LED芯片温度控制器能对LED芯片在正常工作时的温度进行自动调节，确保LED芯片的PN结温度不超过规定值，从而有效保护LED芯片的PN结不会发生热击穿和提前出现光衰，提高LED的发光效率，延长LED芯片的使用寿命，充分挖掘LED半导体照明光衰小、发光稳定、使用寿命长的优势。
LED灯光照明系统具有使用效果好、可靠、寿命长的优点。
本实用新型还可增加光照度自动检测与调节功能，使LED半导体照明既满足家居照明对照度值的要求，又能合理节能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型实施例的LED灯光照明系统的电路框架图；
图2是本实用新型实施例的主控制器电路原理图；
图3是本实用新型实施例的温度检测部分电路原理图；
图4是本实用新型实施例的照度检测部分电路原理图。
具体实施方式
参照图1，LED芯片温度控制器电路框架图，这种LED芯片温度控制器，包括控制器1，控制器1的输入端连接有LED芯片温度检测器2，控制器1的输出端连接有LED功率调节器3，控制器1根据LED芯片温度检测器2检测到的LED芯片温度信号，经过运算处理后输出信号给用于控制LED发光功率的LED功率调节器3，LED功率调节器3的输出端连接LED点阵，所述LED芯片温度检测器2是用于在LED芯片的负极焊点位置采样芯片温度的温度传感器。
一种LED灯光照明系统，包括LED点阵，LED点阵的输入端连接有LED芯片温度控制器，LED芯片温度控制器包括控制器1，控制器1的输入端连接有LED芯片温度检测器2，控制器1的输出端连接有LED功率调节器3，控制器1根据LED芯片温度检测器2检测到的LED芯片温度信号，经过运算处理后输出信号给用于控制LED发光功率的LED功率调节器3，LED功率调节器3的输出端连接LED点阵，LED芯片温度检测器2是用于检测LED芯片温度的温度传感器，温度传感器安装在LED点阵中间某个LED芯片的负极焊点位置附近。
进一步，作为优选的实施方式所述温度传感器为热敏电阻或热电耦。LED芯片温度检测器2采用小体积的热敏电阻或热电耦在LED点阵中间某个LED芯片的负极焊点位置附近采样芯片的温度。
根据目前LED芯片的封装工艺，LED芯片PN结的发热量大约90％是从LED的负极导出。当采用帖片安装时，LED芯片与铝基板接触非常好，若在LED芯片焊接时再涂一层导热良好的硅胶，则可以近似认为LED芯片负极焊点的温度即为LED热沉的温度。因此，在对LED芯片热沉温度测量时，采用热敏元件帖近LED负极的焊点进行测量来近似获得。
图3展示了温度检测电路，用于温度传感器信号的处理。
下面是LED芯片温度控制的工作原理：
热阻是沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比，对于LED来说，热阻一般是指从LED芯片PN结到热沉上的热阻.若结温为TJ、热沉上的温度为Tc、LED的功耗为PD，则RJc与TJ、Tc及PD的关系可表示为：
RJC＝(TJ-TC)/PD
上式中：RJC为LED芯片PN结到热沉上的热阻，TJ为LED芯片PN结的温度，TC为LED芯片热沉上的温度，PD为加热功率，PD的单位是W。
在正常使用时，PD与LED的正向压降VF、LED的正向电流IF、单位时间内LED芯片通过电流的占空比K1(当采用连续恒流工作时K1为1)以及LED芯片本身光电转换的效率K2有关，其关系式可描述为：
PD＝K1*K2*VF*IF
在散热计算中，当选择了大功率LED后，从数据资料中可找到其RJC值；系数K2为常数，系数K1为LED调光时的亮度给定信号(当采用调节LED电流大小来调光时，系数K1为当前给定电流相对于额定工作电流的比值)；当确定LED的正向电流IF后，根据LED的VF可计算出PD；若已测出TC的温度，则按关系式可求出LED芯片的PN结结温TJ来。
TJ＝K1*K2*VF*IF*RJC+TC
上式是本方案中实际计算LED芯片PN结温度的实用公式。
参照图2和图4，作为进一步的改进，本实用新型还包括环境照度检测器4，所述的环境照度检测器4输出信号给控制器1。环境照度检测器4可对工作环境照度进行检测，并将检测到的信号输出给控制器1。当工作环境照度发生变化时，控制器1输出信号给LED功率调节器3自动调节LED芯片的工作电流或PWM调节的占空比，使LED的发光强度发生改变，从而自动控制工作环境的照度值，使工作环境的照度值既满足照明指标的要求，又有效地节约电能。
在具体使用时，LED芯片温度检测器2的安装位置应尽可能反应LED芯片的实际温度，环境照度检测器4的安装位置应尽可能反应工作环境的实际照度值。
由于LED芯片的主要功能是用于将电能转化为光能解决照明问题，因此，在本实用新型中对LED芯片的PN结温度的控制策略主要是作为上限保护用。即在LED芯片的PN结温度未达到控制设定的上限值时，以亮度给定信号为准对LED芯片的电功率进行控制。当LED芯片的PN结温度达到或接近上限值时，则通过上面的计算公式对亮度给定信号进行修正，以修正后的亮度信号作用于LED芯片以控制施加在LED芯片上的电功率。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.LED芯片温度控制器，其特征在于：包括控制器(1)，控制器(1)的输入端连接有LED芯片温度检测器(2)，控制器(1)的输出端连接有LED功率调节器(3)，控制器(1)根据LED芯片温度检测器(2)检测到的LED芯片温度信号，经过运算处理后输出信号给用于控制LED发光功率的LED功率调节器(3)，LED功率调节器(3)的输出端连接LED点阵，所述LED芯片温度检测器(2)是用于在LED芯片的负极焊点位置采样芯片温度的温度传感器。
2.根据权利要求1所述的LED芯片温度控制器，其特征在于：所述温度传感器为热敏电阻或热电耦。
3.根据权利要求1所述的LED芯片温度控制器，其特征在于：还包含用于检测环境亮度的环境照度检测器(4)，其输出端连接控制器(1)的输入端。
4.一种LED灯光照明系统，包括LED点阵，其特征在于：LED点阵的输入端连接有LED芯片温度控制器，LED芯片温度控制器包括控制器(1)，控制器(1)的输入端连接有LED芯片温度检测器(2)，控制器(1)的输出端连接有LED功率调节器(3)，控制器(1)根据LED芯片温度检测器(2)检测到的LED芯片温度信号，经过运算处理后输出信号给用于控制LED发光功率的LED功率调节器(3)，LED功率调节器(3)的输出端连接LED点阵，LED芯片温度检测器(2)是用于检测LED芯片温度的温度传感器，温度传感器安装在LED点阵中间某个LED芯片的负极焊点位置附近。
5.根据权利要求4所述的一种LED灯光照明系统，其特征在于：所述温度传感器为热敏电阻或热电耦。
6.根据权利要求4所述的一种LED灯光照明系统，其特征在于：还包含用于检测环境亮度的环境照度检测器(4)，其输出端连接控制器(1)的输入端。
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Assignee: Shanghai Fudan Time Control Technology Co., Ltd. Assignor: Fudan Aote Science and Technology Co., Ltd., Guangzhou Contract record no.: 2013440000439 Denomination of utility model: LED chip temperature controller and LED lamp lighting system Granted publication date: 20100505 License type: Exclusive License Record date: 20130912 |
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