本發(fā)明涉及LED驅(qū)動(dòng)控制策略領(lǐng)域，特別是一種新型LED驅(qū)動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)：
：LED電光源應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)廣泛，小到顯示、指示領(lǐng)域，大到道路照明、醫(yī)療、航空等高尖端領(lǐng)域。這些運(yùn)用有的只需要LED能產(chǎn)生光輸出，起到簡(jiǎn)單的指示作用即可，有的卻需要能對(duì)LED輸出光精確控制。無(wú)論何種應(yīng)用都少不了LED的驅(qū)動(dòng)控制。目前常見(jiàn)的LED驅(qū)動(dòng)控制策略是恒流控制和恒功率控制。LED的輸出光通量的大小不僅與正向電流的大小有關(guān)，而且與芯片結(jié)溫的高低密切相關(guān)。由建模分析可知，結(jié)溫的變化不僅會(huì)影響輸入電功率的大小，同時(shí)也會(huì)影響電能轉(zhuǎn)換為光能的轉(zhuǎn)換率大小。恒流控制時(shí)，當(dāng)芯片結(jié)溫較大上升，LED的正向電壓將下降，輸入功率下降，LED芯片將出現(xiàn)明顯的光衰現(xiàn)象，也就是輸出光通量明顯下降；恒功率控制時(shí)，當(dāng)芯片結(jié)溫較大上升，LED的正向電壓下降，恒功率控制通過(guò)相應(yīng)提高輸入電流的大小來(lái)彌補(bǔ)因結(jié)溫升高造成電壓的下降，但由于發(fā)熱系數(shù)隨著正向電壓的下降而上升，還是會(huì)導(dǎo)致光通量的下降，因此恒功率控制也不能有效地改善因溫度升高導(dǎo)致LED光通量的急劇衰減。在結(jié)溫變化比較大或?qū)敵龉赓|(zhì)量要求比較高的場(chǎng)合，要實(shí)現(xiàn)LED輸出光通量的精確控制，恒流控制和恒功率控制難以滿足這樣的要求，所以，基于優(yōu)化LED光學(xué)特性的目的，研究新型的LED驅(qū)動(dòng)控制策略是十分必要的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種新型LED驅(qū)動(dòng)控制方法，同時(shí)考慮正向電流和溫度變量對(duì)LED輸出光通量的影響，改善了傳統(tǒng)的恒流控制和恒功率控制方式常因較大溫度上升所造成的光通量急劇下降的情況。并通過(guò)正向電壓變量表示溫度信息，便于該控制策略在LED驅(qū)動(dòng)電路中的具體實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種新型LED驅(qū)動(dòng)控制方法，具體包括以下步驟：步驟S1：根據(jù)LED芯片，建立LED光電模型，并得到以光通量Φ和正向電壓U為變量的正向電流Id的算法模型Id＝f-1(φ，U)；步驟S2：在電流控制器中，設(shè)定所需LED光通量的參考值Φref，采樣LED驅(qū)動(dòng)變換器的輸出電壓U，并基于步驟S1所得的正向電流Id的算法模型，得到相應(yīng)的電流參考信號(hào)iref；步驟S3：將電流控制器產(chǎn)生的電流參考信號(hào)iref與LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電流采樣信號(hào)id進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)，并通過(guò)相應(yīng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得到一控制信號(hào)，利用該控制信號(hào)控制LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)大小為iref的電流輸出。進(jìn)一步地，步驟S1具體包括以下步驟：步驟S11：若LED正向輸入電流小于1A，基于LED正向伏安特性并通過(guò)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)分析可得到LED功率Pd與正向電流Id之間近似線性，其關(guān)系式如下：Pd＝aId+b(1)其中，a、b為常數(shù)，其值大小通過(guò)具體LED芯片的實(shí)測(cè)Pd與Id數(shù)據(jù)獲得；步驟S12：若LED的正向電流Id不變，其正向電壓U會(huì)隨結(jié)溫Tj的增加而近似線性減少，將LED熱阻Rj看成常量，正向電壓U和散熱片溫度Ths可近似為線性關(guān)系，其關(guān)系式如下：Ths＝cU+d(2)其中，c、d為常數(shù)，其值大小通過(guò)具體LED芯片的實(shí)測(cè)Ths與U數(shù)據(jù)獲得；步驟S13：定義LED發(fā)熱功率為Ph，其與輸入電功率Pd間的關(guān)系可用下式表達(dá)：Ph＝KhPd(3)其中，Kh為發(fā)熱系數(shù)，即電熱轉(zhuǎn)換效率，用以決定LED用于發(fā)熱和發(fā)光功率的大?。徊襟ES14：當(dāng)固定正向輸入電流Id時(shí)，發(fā)熱系數(shù)Kh將隨散熱片溫度的上升而線性上升；當(dāng)固定散熱片溫度Ths時(shí)，發(fā)熱系數(shù)Kh將隨正向輸入電流的上升也線性上升。因此，基于關(guān)系式(2)，可得以正向電壓U和正向電流Id為變量的發(fā)熱系數(shù)Kh模型式：Kh(U,Id)＝(k1U+k2)(k3Id+k4)/γ(4)其中，系數(shù)k1、k2、k3、k4、γ通過(guò)LED芯片廠家提供或?qū)嶒?yàn)測(cè)試結(jié)果獲得；步驟S15：根據(jù)式(1)、(2)、(3)、(4)，得到LED芯片結(jié)溫的光電模型：步驟S16：若正向輸入電流Id恒定，LED的光效E與結(jié)溫Tj之間存在近似線性關(guān)系，可表示為下式：E＝E0[1+ke(Tj-T0)](6)其中，ke為光效隨溫度的變化率，ke小于零；T0為結(jié)溫25℃，E0為結(jié)溫25℃對(duì)應(yīng)的額定光效，該值大小與輸入額定電流Id有關(guān)；步驟S17：根據(jù)光通量的Φ與光效E的關(guān)系，結(jié)合(1)、(5)、(6)式，得到以電流和電壓為變量的N顆LED芯片光通量的光電模型，如下式：步驟S18：將具體LED芯片的參數(shù)代入，得到具體的LED光電模型表達(dá)式，并進(jìn)一步反求出以光通量Φ和正向電壓U為變量的正向電流Id的算法模型，如下式：Id＝f-1(φ,U)(8)。進(jìn)一步地，所述控制信號(hào)為占空比信號(hào)。進(jìn)一步地，根據(jù)(8)可得到一個(gè)與光通量Φref，LED正向電壓U相對(duì)應(yīng)的電流參考信號(hào)iref，將電流參考信號(hào)iref與LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電流采樣信號(hào)id進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)，并通過(guò)相應(yīng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得到一占空比控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)的通斷，進(jìn)而使LED負(fù)載發(fā)出的光通量為設(shè)定的Φref。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：本發(fā)明同時(shí)考慮正向電流和溫度變量對(duì)LED輸出光通量的影響，改善了傳統(tǒng)的恒流控制和恒功率控制方式下，常因較大溫度上升所造成的光通量急劇下降的情況。并通過(guò)正向電壓變量表示溫度信息，便于該控制策略在LED驅(qū)動(dòng)電路中的具體實(shí)現(xiàn)。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例的原理示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例在LED芯片中的應(yīng)用，具體為CREEXPGR4芯片在不同正向電壓下，正向電流隨光通量變化的示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中CREEXPGR4芯片分別在恒光通量控制和恒流、恒功率控制下，正向電流隨正向電壓變化的曲線圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中CREEXPGR4芯片分別在恒光通量控制和恒流、恒功率控制策略下，光通量隨正向電壓變化的曲線圖。圖5為本發(fā)明在Flyback驅(qū)動(dòng)電路上的一個(gè)具體實(shí)施例。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種新型LED驅(qū)動(dòng)控制方法，主要有驅(qū)動(dòng)器、電流控制器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)等。具體包括以下步驟：步驟S1：根據(jù)LED芯片，建立LED光電模型，并得到以光通量Φ和正向電壓U為變量的正向電流Id的算法模型Id＝f-1(φ，U)；步驟S2：在電流控制器中，設(shè)定所需LED光通量的參考值Φref，采樣LED驅(qū)動(dòng)變換器的輸出電壓U，并基于步驟S1所得的正向電流Id的算法模型，得到相應(yīng)的電流參考信號(hào)iref；步驟S3：將電流控制器產(chǎn)生的電流參考信號(hào)iref與LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電流采樣信號(hào)id進(jìn)行比較得到誤差信號(hào)，并通過(guò)相應(yīng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得到一控制信號(hào)，利用該控制信號(hào)控制LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)大小為iref的電流輸出。在本實(shí)施例中，以Cree公司XPGR4芯片組件在散熱片溫度為50℃時(shí)，所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，詳細(xì)介紹LED光電模型的具體參數(shù)的確定過(guò)程：在LED正向輸入電流小于1A時(shí)，基于LED正向伏安特性并通過(guò)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)分析可得到LED功率Pd與正向電流Id之間近似線性，其關(guān)系式如(1)：Pd＝aId+b(1)根據(jù)實(shí)測(cè)的CreeXPGR4芯片的Pd與Id數(shù)據(jù)，可線性擬合得到a＝3.2409，b＝-0.09964。當(dāng)LED的正向電流Id不變時(shí)，其正向電壓U會(huì)隨結(jié)溫Tj的增加而近似線性減少。此芯片Rj為15℃/W，正向電壓U和散熱片溫度Ths可近似為線性關(guān)系(2)：Ths＝cU+d(2)根據(jù)實(shí)測(cè)的CreeXPGR4芯片在不同散熱片溫度下Ths與U數(shù)據(jù)，線性擬合得到c＝-394.74，d＝1186.3。定義LED發(fā)熱功率為Ph，其與輸入電功率Pd間的關(guān)系可用式(3)表達(dá)。Ph＝KhPd(3)式中Kh為發(fā)熱系數(shù)，即電熱轉(zhuǎn)換效率；它將決定LED用于發(fā)熱和發(fā)光功率的大小。當(dāng)固定正向輸入電流Id時(shí)，發(fā)熱系數(shù)Kh將隨散熱片溫度的上升而線性上升；當(dāng)固定散熱片溫度Ths時(shí)，發(fā)熱系數(shù)Kh將隨正向輸入電流的上升也線性上升。因此，基于關(guān)系式(2)，可得以正向電壓U和正向輸入電流Id為變量的發(fā)熱系數(shù)Kh模型式(4)：Kh(U,Id)＝(k1U+k2)(k3Id+k4)/γ(4)通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得到CreeXPGR4芯片的系數(shù)k1＝-2.4353、k2＝7.56、k3＝0.173、k4＝0.6064、γ＝0.663。根據(jù)式(1)、(2)、(3)、(4)，可進(jìn)一步的到LED芯片結(jié)溫的光電模型(5)：正向輸入電流Id恒定，LED的光效E與結(jié)溫Tj之間存在近似線性關(guān)系，可表示為式(6)：E＝E0[1+ke(Tj-T0)](6)通過(guò)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得到CreeXPGR4芯片的ke＝-0.012；T0為結(jié)溫25℃，其對(duì)應(yīng)的額定光效E0為69.282lm/W。根據(jù)光通量的Φ與光效E的關(guān)系，結(jié)合(1)、(5)、(6)式，可得到以電流和電壓為變量的LED光通量的光電模型，如式(7)：CreeXPGR4芯片的所建光電模型的具體參數(shù)見(jiàn)表1。表1XPGR4芯片模型參數(shù)k1(/V)k2k3(/A)k4a(V)b(W)c(℃/V)-2.43537.560.1730.60643.2409-0.09964-394.74d(℃)E0(lm/W)T0(℃)Rj(℃/W)keγN1186.369.28260.14915-0.0120.6639重復(fù)以上的步驟可得到不同電壓下的光通量與正向電流的變化曲線圖，如圖2所示。圖2中每一個(gè)正向電壓U和光通量Φ對(duì)應(yīng)一個(gè)正向電流Id，此為電流控制器的電流算法的依據(jù)。本實(shí)施例中，主要介紹本發(fā)明所提一種新型LED驅(qū)動(dòng)控制方法在LED恒光通量控制中的應(yīng)用。以CREEXPGR4芯片為研究對(duì)象，當(dāng)散熱片溫度10℃，正向電流0.314A時(shí)，正向電壓為2.978V，輸入功率0.93W，輸出光通量為106.23lm。通過(guò)仿真軟件分析，得到該芯片分別在恒光通量控制、恒流控制、恒功率控制策略下，芯片正向電流隨正向電壓變化的曲線圖，如圖3所示；芯片光通量隨正向電壓變化的曲線圖，如圖4所示。由圖3、圖4可知，溫度對(duì)光通量的影響較大，要克服其影響作用，真正要實(shí)現(xiàn)光通量恒定不變控制，必須大幅改變正向電流的大小。采用恒流控制和恒功率控制策略不能實(shí)現(xiàn)輸出光通量不變的目的。只有恒光通量控制才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的光通量恒定控制。本實(shí)施例所提一種新型驅(qū)動(dòng)控制方法，在具體LED驅(qū)動(dòng)電路中應(yīng)用的一個(gè)實(shí)施例，如圖5所示。LED驅(qū)動(dòng)器的主電路為Flyback變換器。在電流控制器中設(shè)定所需光通量的參考值Φref并與Flyback變換器的輸出電壓采樣值，通過(guò)電流算法得到相應(yīng)的電流參考信號(hào)iref；電流控制器的產(chǎn)生的電流參考信號(hào)iref與Flyback變換器的輸出電流采樣信號(hào)id經(jīng)誤差放大器比較得到一誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦的送到變壓器原邊的控制電路，經(jīng)過(guò)一PWM調(diào)整單元產(chǎn)生PWM信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)管通斷，使Flyback變換器產(chǎn)生大小達(dá)到iref電流提供給LED負(fù)載，即使LED產(chǎn)生的光通量為Φref。以上所述僅為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，該發(fā)明適用于一切適合LED的驅(qū)動(dòng)變換電路。凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3