TWI478135B - LED anti-light failure protection system - Google Patents

Description

LED抗光衰保護系統

本發明係有關於一種發光二極體控制系統，尤指一種具有亮度與溫度調控之LED抗光衰保護系統。

LED(發光二極體)在運用上面臨幾個問題：(1)、發熱問題：由於LED目前發光效率約20~30%，其他電能皆會轉換成熱能消耗，因此LED除了產生光能以外，還會產生有大量的熱能，因此散熱重要問題。尤其目前地球平均氣溫逐年增加，於夏天更是形成有相當高的室內溫度，將造成LED於使用中的溫度增加，導致LED光衰現象的速度提高，而降低LED使用壽命。(2)、發光快速衰減：目前學者在實驗室數據的LED壽命可超過20000小時，但實際上使用LED壽命卻大不如預期，LED光衰現象嚴重，一般經1至2年亮度明顯衰減。如第6圖所示，在測試燈具中，經1000小時常溫測試實驗，其中35%無光衰，有35%光衰1~3%，高達6%光衰10%以上。因此LED之亮度在實際系統上使用可能撐不過2年，尤其在熱帶地區LED壽命可能不到1年。

有鑑於此，本發明人於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

本發明所欲解決之技術問題在於針對現有技術存在的上述缺失，提供一種LED抗光衰保護系統。

該LED處裝設有感光元件與溫感元件，並由感光元件與溫感元件連接至微處理器，該微處理器是利用感光元件取得LED之亮度訊號，透過微處理器控制LED之亮度維持於亮度飽和的上限，該微處理器控制LED之亮度可由調整驅動電流或脈衝寬度調變(PWM寬度)所達成，而該亮度飽和為LED最大輸出功率的60%至80%之間，該感光元件包含有一訊號放大器與一類比數位轉換器，該感光元件之電氣訊號由訊號放大器提升至1V至2V，再由類比數位轉換器將電氣訊號轉換成數位訊號，最後數位訊號傳輸至微處理器進行判讀，微處理器以回授方式自動調整LED亮度，又該溫感元件感測LED溫度高於臨界溫度時，使微處理器調整LED亮度至亮度飽和的下限；LED亮度衰減至亮度飽和下限且LED溫度低於臨界溫度時，藉由微處理器控制增加LED亮度，而該保護LED之臨界溫度為聶氏90度至120度之間，且該初始驅動電流為最大電流50%~70%，發生光衰時，逐漸加大驅動電流，提升LED亮度，達到抗光衰保護，又該LED處裝設有一散熱裝置，並由散熱裝置連接至微處理器。

本發明的主要目的在於，該LED處裝設有感光元件與溫感元件，並由感光元件與溫感元件連接至微處理器，經由感光元件與溫感元件取得LED之亮度與溫度訊號，使微處理器能控制LED維持於亮度飽和狀態，進而延長LED之使用壽命，俾以達到抗光衰之保護效果。

本發明的次要目的在於，該微處理器連接有一主系統，該主 系統將LED之亮度、溫度及功率消耗資訊經由網路傳送至伺服器，藉此達到遠端監控之功效。

本發明的另一目的在於，該LED處裝設有一散熱裝置，並由散熱裝置連接至微處理器，於LED在亮度飽和下限狀態下，該LED溫度仍高於臨界溫度時，由微處理器控制散熱裝置進行LED散熱，俾以達到有效散熱之功效。

本發明的又一目的在於，該LED構成一陣列模組之路燈形態，並取得路燈之亮度訊號與感測路燈之臨界溫度，再透過微處理器與主系統傳送至伺服器，進而同時監控複數個路燈，俾以提高其維修便利性。

其他目的、優點和本發明的新穎特性將從以下詳細的描述與相關的附圖更加顯明。

為使 貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如后：先請由第1圖與第2圖所示觀之，一種LED抗光衰保護系統，其中：該LED(10)處裝設有感光元件(20)與溫感元件(30)，並由感光元件(20)與溫感元件(30)連接至微處理器(40)，該微處理器(40)是利用感光元件(20)取得LED(10)之亮度訊號，透過微處理器(40)控制LED(10)之亮度維持於亮度飽和的上限，該微處理器(40)控制LED(10)之亮度可由調整驅動電流或脈衝寬度調變(PWM寬度)所達成，而該亮度飽和為LED(10)最大輸出功率的60%至80%之間，該 感光元件(20)包含有一訊號放大器(21)與一類比數位轉換器(22)，該感光元件(20)之電氣訊號由訊號放大器(21)提升至1V至2V，再由類比數位轉換器(22)將電氣訊號轉換成數位訊號，最後由數位訊號傳輸至微處理器(40)進行判讀，微處理器(40)以回授方式自動調整LED(10)亮度，又該溫感元件(30)感測LED(10)溫度高於臨界溫度時，使微處理器(40)調整LED(10)亮度至亮度飽和的下限；LED(10)亮度衰減至亮度飽和下限且LED(10)溫度低於臨界溫度時，藉由微處理器(40)控制增加LED(10)亮度，而該保護LED(10)之臨界溫度為聶氏90度至120度之間，且該初始驅動電流為最大電流50%~70%，發生光衰時，逐漸加大驅動電流，提升LED亮度，達到抗光衰保護，又該LED(10)處裝設有一散熱裝置(11)，並由散熱裝置(11)連接至微處理器(40)，於LED(10)在亮度飽和下限狀態下，該LED(10)溫度仍高於臨界溫度時，由微處理器(40)控制散熱裝置(11)進行LED(10)散熱，該散熱裝置(11)為一散熱風扇，藉由上述結構，能提高LED(10)之使用效率，俾以達到抗光衰之保護效果。

再進一步說明，請由第1、3圖所示觀之，由於LED(10)之亮度於最大輸出功率的80%對人眼感受已達到亮度飽和，因此本發明透過微處理器(40)控制LED(10)維持於亮度飽和狀態(如第3圖曲線A)，此時的驅動電流為最大值的50%，當經過1至3年後，該LED(10)有光衰情況(如第3圖曲線B)，此時能增加LED(10)的驅動電流至最大值的70%，使LED(10)之亮度保持在亮度飽和之範 圍，進而延長LED(10)的使用壽命，再請配合第2圖所示，為本發明之LED(10)抗光衰步驟流程圖，由微處理器(40)控制LED(10)之亮度維持於亮度飽和的上限，可設定為LED(10)最大輸出功率的80%，當微處理器(40)利用溫感元件(30)取得LED(10)之溫度訊號，並判斷溫度是否升高超過臨界溫度(可設定為聶氏90度至120度之間)，如果LED(10)溫度超過臨界溫度時，利用微處理器(40)調整LED(10)亮度至亮度飽和的下限，可設定為LED(10)最大輸出功率的60%，即能在亮度輕微降低之情況下，讓LED(10)達到降溫之目的，透過LED(10)保持適當的工作溫度，進一步減緩LED(10)之光衰現象，又當LED(10)溫度降低後，才會由微處理器(40)解除LED(10)亮度調整至亮度飽和下限之限制，若LED(10)溫度保持在臨界溫度內，另透過感光元件(20)取得LED(10)之亮度訊號，當感光元件(20)感測LED(10)產生光衰現象時，此時LED(10)的亮度將會下降，並同時由微處理器(40)判斷亮度是否降低，如果降低則由微處理器(40)提高輸出之驅動電流或脈衝寬度調變，讓LED(10)之亮度提升，若亮度不變(LED未光衰)與溫度不變時，則重覆進行溫度與亮度之感測循環，再者，當LED(10)溫度降低後，才會由感光元件(20)提升LED(10)亮度至亮度飽和的上限，即感測到溫度與亮度同時不符合設定值時，將優先處理溫度升高之情況。又當LED(10)調降至亮度飽和下限時，該LED(10)溫度仍高於臨界溫度時，還能啟動散熱裝置(11)進行LED(10)散熱，而該散熱裝置(11)可為一散熱風扇。

其進階使用之情況，再請由第4、5圖所示觀之，該微處理器(40)連接有一主系統(50)，該主系統(50)將LED(10)之亮度、溫度及功率消耗資訊經由網路傳送至伺服器(60)，藉此達到遠端監控之功效，其中，該LED(10)構成一陣列模組之路燈形態，該感光元件(20)結合於燈罩處以接受LED陣列模組(10A)的照射，並取得路燈之亮度訊號，又該溫感元件(30)植入於LED陣列模組(10A)中，藉此感測路燈之臨界溫度，再透過微處理器(40)與主系統(50)傳送至伺服器(60)，進而同時監控複數個路燈，另該伺服器(60)設有一路燈能源管理系統，由路燈能源管理系統掌握每一路燈之亮度、功率消耗、散熱裝置(11)啟動及温度情況，當一路燈亮度不足或消耗功率或温度異常，透過路燈能源管理系統自動啟動警示，藉此提高維護之便利性，另能統計分析每月每年每一燈具之功率消耗值，並估算每一路燈壽命。

藉上述具體實施例之結構，可得到下述之效益：(一)該LED(10)處裝設有感光元件(20)與溫感元件(30)，並由感光元件(20)與溫感元件(30)連接至微處理器(40)，經由感光元件(20)與溫感元件(30)取得LED(10)之亮度與溫度訊號，使微處理器(40)能控制LED(10)維持於亮度飽和狀態，進而延長LED(10)之使用壽命，俾以達到抗光衰之保護效果；(二)該微處理器(40)連接有一主系統(50)，該主系統(50)將LED(10)之亮度、溫度及功率消耗資訊經由網路傳送至伺服器(60)，藉此達到遠端監控之功效；(三)該LED(10)處裝設有一散熱裝置(11)，並由散熱裝置(11)連接至微 處理器(40)，於LED(10)在亮度飽和下限狀態下，該LED(10)溫度仍高於臨界溫度時，由微處理器(40)控制散熱裝置(11)進行LED(10)散熱，俾以達到有效散熱之功效；(四)該LED(10)構成一陣列模組之路燈形態，並取得路燈之亮度訊號與感測路燈之臨界溫度，再透過微處理器(40)與主系統(50)傳送至伺服器(60)，進而同時監控複數個路燈，俾以提高其維修便利性。

綜上所述，本發明確實已達突破性之結構設計，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上之利用性與進步性，且本發明未見於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法相關法條之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

唯以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

本發明部份：

(10)‧‧‧LED

(10A)‧‧‧LED陣列模組

(11)‧‧‧散熱裝置

(20)‧‧‧感光元件

(21)‧‧‧訊號放大器

(22)‧‧‧類比數位轉換器

(30)‧‧‧溫感元件

(40)‧‧‧微處理器

(50)‧‧‧主系統

(60)‧‧‧伺服器

第1圖：係本發明之方塊示意圖。

第2圖：係本發明之步驟流程圖。

第3圖：係本發明之抗光衰曲線圖。

第4圖：係本發明之路燈使用狀態之方塊示意圖。

第5圖：係本發明之路燈使用狀態之連結示意圖。

第6圖：係習知之LED亮度壽命測試圖。

(10)‧‧‧LED

(11)‧‧‧散熱裝置

(20)‧‧‧感光元件

(21)‧‧‧訊號放大器

(22)‧‧‧類比數位轉換器

(30)‧‧‧溫感元件

(40)‧‧‧微處理器

Claims (9)

1. 一種LED抗光衰保護系統，其中：該LED處裝設有感光元件與溫感元件，並由感光元件與溫感元件連接至微處理器，該微處理器是利用感光元件取得LED之亮度訊號，透過微處理器控制LED之亮度維持於亮度飽和的上限，而該亮度飽和為LED最大輸出功率的60%至80%之間，該保護LED之臨界溫度為聶氏90度至120度之間，初始驅動電流為最大電流50%~70%，發生光衰時，逐漸加大驅動電流，提升LED亮度，又該溫感元件感測LED溫度高於臨界溫度時，使微處理器調整LED亮度至亮度飽和的下限；LED亮度衰減至亮度飽和下限且LED溫度低於臨界溫度時，藉由微處理器控制增加LED亮度，藉此提高LED之使用效率，俾以達到抗光衰之保護效果。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該LED處裝設有一散熱裝置，並由散熱裝置連接至微處理器，於LED在亮度飽和下限狀態下，該LED溫度仍高於臨界溫度時，由微處理器控制散熱裝置進行LED散熱。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該散熱裝置為一散熱風扇。
4. 根據申請專利範圍第2項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該微處理器連接有一主系統，該主系統將LED之亮度、溫度及功率消耗資訊經由網路傳送至伺服器，藉此達到遠端監控之功效。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該LED構成一陣列模組之路燈形態，該感光元件結合於燈罩處以接受LED陣列模組的照射，並取得路燈之亮度訊號，又該溫感元件植入於LED陣列模組中，藉此感測路燈之臨界溫度，再透過微處理器與主系統傳送至伺服器，進而同時監控複數個路燈。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該伺服器設有一路燈能源管理系統，由路燈能源管理系統掌握每一路燈之亮度、功率消耗、散熱裝置啟動及温度情況，當一路燈亮度不足或消耗功率或温度異常，透過路燈能源管理系統自動啟動警示，另能統計分析每月每年每一燈具之功率消耗值，並估算每一路燈壽命。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該感光元件包含有一訊號放大器與一類比數位轉換器，該感光元件之電氣訊號由訊號放大器提升至1V至2V，再由類比數位轉換器將電氣訊號轉換成數位訊號，最後數位訊號傳輸至微處理器進行判讀，微處理器以回授方式自動調整LED亮度。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該微處理器控制LED之亮度是調整驅動電流所達成。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之LED抗光衰保護系統，其中，該微處理器控制LED之亮度是調整脈衝寬度調變(PWM寬度)所達成。