《阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法.pdf（9页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102883506 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 3 5 0 6 A *CN102883506A* (21)申请号 201210356239.3 (22)申请日 2012.09.21 H05B 37/02(2006.01) (71)申请人东南大学 地址 210096 江苏省南京市四牌楼2号 (72)发明人周杏鹏 孙凯 王袆 (74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人柏尚春 (54) 发明名称 阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制 方法 (57) 摘要 本发明公开一种阵列式LED照明灯具中。
2、心区 域温度动态控制方法，该方法利用LED发光管PN 结正向压降随温度升高线性下降的特性，对LED 照明阵列的温度进行检测，微处理器获取到各个 区域的温度后，通过PWM方式来调节LED发光管 阵列中心区域各层次LED发光管的导通时间，调 整其平均工作电流，从而对中心不同层次区域的 LED的温度进行动态控制，使其保持在最外围低 温区域LED灯温度的（1205）%范围内。本发明 可实现基本不影响整体亮度的情况下，有效降低 LED发光管阵列中心区域的温度、提高LED发光 管发光效率、节省LED灯电耗，并可延长中心区域 LED发光管和整个LED灯具的使用寿命。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 。
3、说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法，其特征在于：该方法依据LED 发光管PN结正向压降随温度升高而近似线性下降的特性曲线，通过实时测量和采集LED发 光管PN结压降来获得LED发光管阵列从外围到中心不同层次区域LED的温度；微处理器通 过PID算法分别对LED发光管阵列中心不同层次区域温度进行PWM闭环控制，以200-500Hz 频率、经功率放大模块驱动控制LED发光管阵列中心各层次区域LED发光管的导通与截止 时间。 2.根据权利。
4、要求1所述阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法，其特征在于： 所述LED发光管阵列的温度获取方法是：将LED发光管阵列的中心行列中每个LED发光管 设置为测温LED发光管，每个测温LED发光管压降经过过压过流保护电路后接入微处理器， 中心行列从外至内每个测温LED发光管对应位置所在的同一层LED发光管电气上连接在一 起；所述微处理器包含若干路AD输入口和若干路PWM输出口，所述功率放大模块包括若干 MOSFET管，通过微处理器的AD输入接口获取中心行列各个LED发光管的PN结压降进而得 到各层LED灯温度；通过PWM输出口输出PWM信号控制功率放大模块的通断，从而控制中心 各不同层次区。
5、域LED发光管间歇导通，具体步骤为： 步骤A，将LED发光管阵列中心行列的每个测温LED发光管压降经过过压过流保护电路 后接入微处理器的若干对应AD输入口； 步骤B，将中心区域从外至内每层的测温LED发光管所对应在的同一层LED发光管连接 在一起，将若干大功率MOSFET分别接入中心区域各层LED发光管的供电回路中，用以控制 每层LED发光管供电的通断，微处理器的PWM信号输出端经过隔离后接至MOSFET的门极； 步骤C，阵列式LED照明灯具开启后，微处理器首先保持PWM输出口满占空比输出，使 MOSFET处于一直导通状态，在工作的第一分钟，温度分布均匀，中心区域温度未显著上升 时，对中心行列。
6、的测温LED发光管的PN结初始压降进行始采集、存储； 步骤D，微处理器通过AD转换器连续获取LED发光管阵列中心行列每个测温LED发光 管的压降，根据PN结压降随温度升高而近似线性下降的特性，结合步骤C中所获取的PN结 初始压降，计算出中心区域的各层次LED发光管温度与最外围低温区域LED发光管的温度 差； 步骤E，利用步骤D中所得到的温度差，通过增量式PID算法，分别控制中心区域各层 LED发光管温度在最外层区域LED发光管温度的（1205）%范围内，计算出中心区域各层 新的PWM信号输出占空比D n ； 当计算得到的新占空比D n 低于不影响亮度的最低占空比D min ，则按照最低占空比D。
7、 min ， 以200-500Hz的频率控制MOSFET导通，返回步骤D开始下一控制周期。 当计算得到的新占空比D n 高于不影响亮度的最低占空比D min ，则按照新计算的占空比 D n ，以200-500Hz的频率控制MOSFET导通，返回步骤D开始下一控制周期。 3.根据权利要求2所述阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法，其特征在于： 所述PWM功率放大模块为大功率MOSFET，其最大电流约为中心不同层次区域LED发光管在 完全导通时所需电流的1.5倍。 权 利 要 求 书CN 102883506 A 1/4页 3 阵列式 LED 照明灯具中心区域温度动态控制方法 技术领域 00。
8、01 本发明涉及一种阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法，属于LED照明 技术领域。 背景技术 0002 LED照明是近年来迅速发展的一种照明技术，与传统照明光源相比，LED照明技术 具有工作电压低、耗电少、发光效率高、寿命长等优势。目前已有的LED照明灯具比白炽灯 省电80%以上，比荧光节能灯省电50%以上。在国家节能减排的大背景下，LED照明的低能 耗的特性，必将使其成为照明技术发展的主流，在我国照明市场将具有广阔的发展空间。 0003 LED发光管大多体积较小，为增加照明亮度，其照明器具多采用LED发光管阵列的 形式。大功率LED等的发热较为严重，尤其是在LED发光管阵列的中心区。
9、域，由于灯具照明 阵列的热岛效应，中心区域的温度会显著高于外围区域。温度过热将会导致LED发光管迅 速老化，使用寿命降低，因此必须保证LED照明灯具在工作时本身不能过热。此外，若LED 灯具发热严重，其发光效率将会大大降低，能耗增加，为此不光要从提高灯具的散热能力方 面解决过热问题，还要从源头上降低LED灯的发热情况。 0004 现有的降低LED照明灯具发热方法大多是采用散热片、风扇等外部散热措施来降 低温度，利用热电阻、热电偶灯温度传感器来检测LED发光管的温度。对于这类方法有如下 缺点： 1） 增加了外部的机械结构，灯具的体积也随之增加，且影响美观； 2） 风扇散热的方式不仅增加了灯具的电。
10、能损耗，且增加了灯具损坏的概率； 3） 不论是散热片还是风扇散热，都是在LED照明灯具已发热的情况下对其进行辅助 散热，此时电能已经有很大部分由于发热损耗，发光效率大大降低，降低了LED照明低能耗 优势； 4） 温度检测采用外接传感器，增加成本，且容易因传感器安装不当造成传热不良问 题； 对全部LED发光管阵列进行散热，而不是对发热严重的重点区域进行控制，加大了散 热措施作用范围和成本。 发明内容 0005 本发明的目的是为了解决LED照明灯具中心区域温度过热的问题，同时克服传统 降温方式中机械结构复杂、增加能耗、需要外接温度传感器的缺点，提出一种以不同占空比 动态控制LED照明灯具中间区域L。
11、ED发光管通断的方法，实现LED发光管阵列高温区域温 度控制，在最小程度影响灯具整体亮度的情况下使LED发光管阵列中心区域温度显著降 低。 0006 本发明采用的技术方案为：一种阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方 法，该方法依据LED发光管PN结正向压降随温度升高而近似线性下降的特性曲线，通过实 说 明 书CN 102883506 A 2/4页 4 时测量和采集LED发光管PN结压降来获得LED发光管阵列从外围到中心不同层次区域LED 的温度；微处理器通过PID算法分别对LED发光管阵列中心不同层次区域温度进行PWM（脉 宽调制输出）闭环控制，以200-500Hz频率、经功率放大模块驱。
12、动控制LED发光管阵列中心 各层次区域LED发光管的导通与截止时间。 0007 进一步的，本发明阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法，所述LED发 光管阵列的温度获取方法是：将LED发光管阵列的中心行列中每个LED发光管设置为测温 LED发光管，每个测温LED发光管压降经过过压过流保护电路后接入微处理器，中心行列从 外至内每个测温LED发光管对应位置所在的同一层LED发光管电气上连接在一起。该分区 方式及电气连接方式适用矩形LED发光管阵列、圆形LED发光管阵列和其他形状LED发光 管阵列。所述微处理器包含若干路AD输入口和若干路PWM输出口，所述功率放大模块包括 若干MOSFET管，。
13、通过微处理器的AD输入接口获取中心行列各个LED发光管的PN结压降进 而得到各层LED灯温度；通过PWM输出口输出PWM信号控制功率放大模块的通断，从而控制 中心各不同层次区域LED发光管间歇导通。具体步骤为： 步骤A，将LED发光管阵列中心行列的每个测温LED发光管压降经过过压过流保护电路 后接入微处理器的若干对应AD输入口； 步骤B，将中心区域从外至内每层的测温LED发光管所对应在的同一层LED发光管连接 在一起，将若干大功率MOSFET分别接入中心区域各层LED发光管的供电回路中，用以控制 每层LED发光管供电的通断，微处理器的PWM信号输出端经过隔离后接至MOSFET的门极； 步骤C，。
14、阵列式LED照明灯具开启后，微处理器首先保持PWM输出口满占空比输出，使 MOSFET处于一直导通状态，在工作的第一分钟，温度分布均匀，中心区域温度未显著上升 时，对中心行列的测温LED发光管的PN结初始压降进行始采集、存储； 步骤D，微处理器通过AD转换器连续获取LED发光管阵列中心行列每个测温LED发光 管的压降，根据PN结压降随温度升高而近似线性下降的特性，结合步骤C中所获取的PN结 初始压降，计算出中心区域的各层次LED发光管温度与最外围低温区域LED发光管的温度 差； 步骤E，利用步骤D中所得到的温度差，通过增量式PID算法，分别控制中心区域各层 LED发光管温度在最外层区域LED发。
15、光管温度的（1205）%范围内，计算出中心区域各层 新的PWM信号输出占空比D n ； 当计算得到的新占空比D n 低于不影响亮度的最低占空比D min ，则按照最低占空比D min ， 以200-500Hz的频率控制MOSFET导通，返回步骤D开始下一控制周期。 0008 当计算得到的新占空比D n 高于不影响亮度的最低占空比D min ，则按照新计算的占 空比D n ，以200-500Hz的频率控制MOSFET导通，返回步骤D开始下一控制周期。 0009 进一步的，本发明阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法，所述PWM功率 放大模块为大功率MOSFET，其最大电流约为中心不同层次区。
16、域LED发光管在完全导通时所 需电流的1.5倍。 0010 本发明的有益效果： 1） 结构简单，不占用过多灯具的体积，不影响灯具美观； 2） 此方法所需要的信号采集电路、微处理器电路、功率放大模块功耗都很低，相对于 LED照明灯具的功耗几乎可以忽略不计，不增加灯具的额外能耗； 说 明 书CN 102883506 A 3/4页 5 3） 方法从发热源LED发光管本身的控制方法为切入点，以减少导通时间的方式来降 低LED发光管阵列中心区域的发热，不仅可达到降温的目的，而且可提高LED照明灯具的发 光效率，减少热损耗，充分发挥LED照明低能耗的优势； 4） 方法无需外接温度传感器，降低成本，并可避免。
17、因传感器安装不当造成传热不良、 温度检测不准确的问题； 5）方法分别控制中心分不同层次LED发光管的导通时间，各层次细化控制，使各个层 次温度均保持在在外围温度的（1205）%范围内，可最低程度的影响灯具亮度。 附图说明 0011 图1为本发明所适用的矩形LED发光管阵列示意图。 0012 图2为本发明所适用的圆形LED发光管阵列示意图。 0013 图3为本发明所用测温方法PN结压降随温度升高而近似线性下降示意图。 0014 图4为本发明的整体结构示意图。 0015 图5为本发明的PID闭环控制示意图。 0016 其中：1-测温LED发光管，2-LED发光管阵列最外层区域，3- LED发光管阵。
18、列最内 层区域。 具体实施方式 0017 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。 0018 实施例如图1、图2、图3、图4和图5所示所示，实施例提供一种阵列式LED照明灯 具中心区域温度动态控制方法。控制对象是LED照明灯具发热严重的的LED发光管阵列中 心不同层次区域。如图1和图2所示，温度检测方法是通过获取中心行列每个测温LED发 光管1(图1，图2中的中间行列虚线LED发光管)的PN结压降，利用如图3所示的PN结 压降随温度升高而近似线性下降的特性，得到LED发光管阵列中各个层次LED发光管的温 度（包括LED发光管阵列最外层区域2和LED发光管阵列最内层区域3）。如图4和图5。
19、所 示，微处理器通过AD输入口实时测量和采集中间行列测温LED发光管PN结压降来获得LED 发光管阵列从外围到中心不同层次区域LED发光管的温度，通过PID算法分别对LED阵列 中心不同层次区域温度进行闭环控制，以200-500Hz频率输出PWM控制信号，经功率放大模 块MOSFET管驱动控制LED阵列中心各层次区域LED发光管的通断时间，调整其平均工作电 流，进而控制其温度，使中心各层LED发光管温度均保持在最外层区域LED发光管温度的 （1205）%范围内。 0019 所述LED发光管阵列中心不同层次区域的LED发光管的电气连接方式为中心区域 外至内每个测温LED发光管对应位置所在的同一层。
20、LED发光管，该层LED发光管电气上连 接在一起。本实施例的分区方式及电气连接方式适用于矩形LED发光管阵列（如图1所示）， 也是用于圆形LED发光管阵列（如图2所示）和其他形状LED发光管阵列。 0020 本实施例阵列式LED照明灯具中心区域温度动态控制方法具体工作过程包括以 下步骤： 步骤A，将LED发光管阵列中心行列的每个测温LED发光管压降经过过压过流保护电路 后接入微处理器的若干对应AD输入口； 说 明 书CN 102883506 A 4/4页 6 步骤B，将中心区域从外至内每层的测温LED发光管所对应在的同一层LED发光管连接 在一起，将若干大功率MOSFET分别接入中心区域各层L。
21、ED发光管的供电回路中，用以控制 每层LED发光管供电的通断，微处理器的PWM信号输出端经过隔离后接至MOSFET的门极； 步骤C，阵列式LED照明灯具开启后，微处理器首先保持PWM输出口满占空比输出，使 MOSFET处于一直导通状态，在工作的第一分钟，温度分布均匀，中心区域温度未显著上升 时，对中心行列的测温LED发光管的PN结初始压降进行始采集、存储； 步骤D，微处理器通过AD转换器连续获取LED发光管阵列中心行列每个测温LED发光 管的压降，根据PN结压降随温度升高而近似线性下降的特性，结合步骤C中所获取的PN结 初始压降，计算出中心区域的各层次LED发光管温度与最外围低温区域LED发光。
22、管的温度 差； 步骤E，利用步骤D中所得到的温度差，通过增量式PID算法，分别控制中心区域各层 LED发光管温度在最外层区域LED发光管温度的（1205）%范围内，计算出中心区域各层 新的PWM信号输出占空比D n ； 当计算得到的新占空比D n 低于不影响亮度的最低占空比D min ，则按照最低占空比D min ， 以200-500Hz的频率控制MOSFET导通，返回步骤D开始下一控制周期。 0021 当计算得到的新占空比D n 高于不影响亮度的最低占空比D min ，则按照新计算的占 空比D n ，以200-500Hz的频率控制MOSFET导通，返回步骤D开始下一控制周期。 0022 本实。
23、施例的有益效果是实现了对LED照明灯具中心区域温度动态控制，可有效控 制LED发光管阵列中心区域发热情况，并最小程度的影响整体照明亮度；系统结构简单，不 存在活动部件，便于安装，不影响灯具外形美观，可靠性高，寿命长；不增加灯具的额外能 耗，并可有效提高发光效率，充分发挥LED照明低能耗优势；不需要温度传感器，可降低成 本，并可避免因传感器安装不当造成传热不良、温度检测不准确的问题；控制区域少，只控 制发热严重的中心区域，成本低，复杂度低，性价比高，适合大批量生产。 0023 应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未 明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。 说 明 书CN 102883506 A 1/3页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102883506 A 2/3页 8 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102883506 A 3/3页 9 图5 说 明 书 附 图CN 102883506 A 。