專利名稱：一種led系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燈光照明領(lǐng)域，尤其涉及一種LED系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode， LED)的光衰是在照明應(yīng)用中的首要問題之 一，排除LED品質(zhì)不良和使用不當(dāng)?shù)囊蛩赝?，最大程度上的光衰是由于LED過熱引起的，LED 亮度受工作溫度的影響較大，工作溫度越高，LED亮度越低，光衰也就嚴(yán)重，而且會影響LED 的壽命。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種LED系統(tǒng)，以使LED的照明亮度恒定。 本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的， 一種LED系統(tǒng)，包括LED光源，所述LED系統(tǒng)還包括 檢測所述LED光源的自發(fā)光參數(shù)和/或環(huán)境參數(shù)的檢測單元；以及 亮度控制單元，與所述檢測單元連接，根據(jù)所述檢測單元的檢測結(jié)果對所述LED
光源所處環(huán)境進行降溫處理，和/或調(diào)整所述LED光源的亮度。 本發(fā)明實施例通過檢測LED光源的自發(fā)光參數(shù)，或通過檢測LED光源的環(huán)境參數(shù)， 實時進行降溫處理或調(diào)整LED光源的發(fā)光亮度，從而保證LED發(fā)光亮度恒定或LED照明環(huán) 境亮度恒定。
圖1是本發(fā)明實施例提供的LED系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2A是本發(fā)明第一實施例提供的LED光源的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2B是圖2A所示LED光源結(jié)構(gòu)沿A-B方向的截面示意圖； 圖3A是本發(fā)明第二實施例提供的LED光源的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3B是圖3A所示LED光源結(jié)構(gòu)沿A-B方向的截面示意圖； 圖4是采用圖3A和圖3B所示光源結(jié)構(gòu)的LED系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是圖4所示LED系統(tǒng)的一種變形結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是基于數(shù)字電路的控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是基于模擬電路的控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。 本發(fā)明實施例中，檢測LED光源的自發(fā)光參數(shù)，或檢測LED光源的環(huán)境參數(shù)，實時 進行降溫處理或調(diào)整LED光源的發(fā)光亮度。
圖1示出了本發(fā)明實施例提供的LED系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，為了便于描述，僅示出了與 本發(fā)明相關(guān)的部分。 參照圖1 ，檢測單元12檢測LED光源11的自發(fā)光參數(shù)和/或環(huán)境參數(shù)，如LED光 源11的自發(fā)光亮度、自發(fā)光溫度、LED光源11所處環(huán)境的亮度、溫度等參數(shù)，當(dāng)用于檢測 LED光源11的自發(fā)光亮度、自發(fā)光溫度等參數(shù)時，檢測單元12可置于光源11的內(nèi)部的LED 芯片支承體、支承主體或殼體內(nèi)壁等位置，當(dāng)用于檢測LED光源11所處環(huán)境的亮度、溫度等 參數(shù)時，檢測單元12置于LED光源11外部，如亮度控制單元13上，也可同時在LED光源11 內(nèi)部和外部設(shè)置檢測單元。 檢測單元12與亮度控制單元13連接，當(dāng)檢測單元12檢測出自發(fā)光參數(shù)和/或環(huán) 境參數(shù)等超過亮度控制單元13的預(yù)設(shè)的閾值時，亮度控制單元13對LED光源11所處環(huán)境 進行降溫處理，和/或調(diào)整LED光源11的亮度。 進一步地，亮度控制單元13包括控制模塊131，以及與LED光源11連接的LED驅(qū) 動電路132和降溫模塊133中的一種或兩種，控制模塊131與檢測單元12連接，將檢測單 元12的檢測結(jié)果與閾值比較，當(dāng)檢測結(jié)果滿足閾值條件時，控制模塊131通過LED驅(qū)動電 路132調(diào)整LED光源11的亮度以使LED系統(tǒng)的發(fā)光亮度保持恒定，或者控制降溫模塊133 對系統(tǒng)進行降溫處理，也可同時通過LED驅(qū)動電路132調(diào)整LED光源11的亮度和控制降溫 模塊133進行降溫處理，其中降溫模塊133可以采用風(fēng)扇或水循環(huán)裝置實現(xiàn)。
圖2A為本發(fā)明第一實施例提供的LED光源的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2B為圖2A所示LED 光源結(jié)構(gòu)沿A-B方向的截面示意圖。參照圖2A、圖2B， 一個或多個LED芯片2安裝在芯片 支承體1上，其中每個LED芯片2都不具有殼體，LED芯片2可以是白光LED芯片或者發(fā)其 它顏色光的LED芯片，芯片支承體1優(yōu)先選擇陶瓷，以便散熱。在芯片支承體1上固定有溫 度傳感器3，溫度傳感器3可以是熱電偶、熱敏電阻、與溫度相關(guān)的半導(dǎo)體部件和集成芯片 等。溫度傳感器3與最近的LED芯片2之間的間距應(yīng)在不影響LED芯片與發(fā)光質(zhì)量的情況 下盡可能小，使其得到的溫度盡可能地接近LED芯片2自身實際溫度，應(yīng)優(yōu)先選擇多個LED 芯片2之間的中央位置。在芯片支承體上1還固定有光敏傳感器4，光敏傳感器4可以是光 敏電阻、光敏半導(dǎo)體部件、集成芯片等。光敏傳感器4可以安裝可以接收到LED芯片2光強 的任一位置，優(yōu)先選擇離LED芯片2和溫度傳感器3較遠的位置，以減少溫度對光敏傳感器 4的影響。圖2A中標(biāo)識出了光敏傳感器4可選位置之一，以虛線表示是因為該位置不是光 敏傳感器4最理想的位置。當(dāng)光敏傳感器4位于芯片支承體1上時，由于LED芯片2散射 角大小影響可到達光敏傳感器4上的光，所以在LED芯片2附近可設(shè)計一個光學(xué)元件，使光 能到達光敏傳感器4上，但可能會降低LED芯片2的利用率。因此光敏傳感器4應(yīng)優(yōu)先選 擇LED芯片2散射范圍內(nèi)的又不影響其利用率的位置。光敏傳感器4的測量值可以作為判 斷LED芯片2發(fā)光穩(wěn)定性的可靠依據(jù)，可以用來反饋信號來調(diào)節(jié)流經(jīng)LED芯片2的電流大 小。其中溫度傳感器3和光敏傳感器4可以通過印制方法制作到芯片支承體1上。
圖3A為本發(fā)明第二實施例提供的LED光源的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3B為圖3A所示LED 光源結(jié)構(gòu)沿A-B方向的截面示意圖。參照圖3A、圖3B，一個或多個LED芯片2安裝在一個 芯片支承體上l，而該芯片支承體1、溫度傳感器3、光敏傳感器4安裝在支承主體5上。溫 度傳感器3與最近的LED芯片2之間的間距應(yīng)在不影響LED芯片2發(fā)光質(zhì)量的情況下盡可 能小，使其得到的溫度盡可能的接近LED芯片2自身實際溫度。光敏傳感器4可以在支承主體5的任一位置。支承主體5應(yīng)優(yōu)先選擇導(dǎo)熱性好的材料如金屬，以便散熱。其中溫度 傳感器3、光敏傳感器4可以通過焊接或粘合到支承主體上。為使光敏傳感器4可以接收 到LED芯片的光強變化，在LED芯片2附近還要設(shè)計一個光學(xué)元件。光敏傳感器4應(yīng)優(yōu)先 選擇LED芯片散射范圍內(nèi)的又不影響其利用率的位置。 圖4為采用圖3A和圖3B所示光源結(jié)構(gòu)的LED系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖2所示LED 光源結(jié)構(gòu)的外部安裝一殼體6，溫度傳感器3通過兩個引腳9與亮度控制單元13連接，光敏 傳感器4也通過兩個引腳與亮度控制單元13連接(圖中未示出)，LED芯片2也通過兩個 引腳與亮度控制單元13連接，亮度控制單元13位于殼體6之外。如果通過多個不同顏色 的LED芯片來發(fā)出彩色光時，如紅光LED、綠光LED、藍光LED，還可以根據(jù)需要引出多對引腳 分別驅(qū)動不同基色的LED芯片組達到混色效果。光敏傳感器4應(yīng)優(yōu)先選擇LED芯片散射范 圍內(nèi)的又不影響其利用率的位置，為減少光學(xué)設(shè)計復(fù)雜度，可選擇安置在殼體6內(nèi)壁上。
為有利于LED芯片2發(fā)光光束滿足設(shè)計要求，如使光線集中在預(yù)定角度內(nèi)以滿足 不同照明場合的需求，可以在殼體6上安裝二次透鏡7，若發(fā)光太炫目的話，可以在二次透 鏡表面做花紋或磨砂處理；也可以在LED芯片2上或靠近LED芯片2上為每個LED芯片2 或者多個LED芯片2組合設(shè)置光學(xué)元件8，以使LED芯片的發(fā)光到達光敏傳感器4。
亮度控制單元13包含了對溫度傳感器3和光敏傳感器4產(chǎn)生的溫度信號和光敏 信號的處理電路，也包含LED驅(qū)動電路132，該LED驅(qū)動電路可以根據(jù)處理電路，來調(diào)節(jié)LED 光源的工作電流。 另外由于溫度過高會引起光衰，所以當(dāng)溫度超過設(shè)置的一個溫度閾值時，亮度控 制單元13可啟動降溫措施，如打開風(fēng)扇、減小電流等。也可以通過它來測量LED的光衰曲 線，或根據(jù)已知的LED光衰曲線隨溫度來調(diào)節(jié)LED的工作電流。 應(yīng)當(dāng)理解，圖4以圖3A和圖3B所示光源結(jié)構(gòu)示出了 LED光源和亮度控制單元13 之間的關(guān)系，具體實施時還可采用圖2A和圖2B所示光源結(jié)構(gòu)，控制原理如圖4相同，此處 不再贅述。 將圖4所示LED系統(tǒng)的殼體內(nèi)部的溫度傳感器3與光敏傳感器4置于亮度控制單 元13上，即可得到圖5所示LED系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，適用于照明依賴LED系統(tǒng)所處環(huán)境因素的場合， 溫度傳感器3和光敏傳感器4檢測反映環(huán)境溫度和光照度變化的參數(shù)，根據(jù)其變化可由亮 度控制單元13控制LED芯片2的工作電流來調(diào)節(jié)被照射環(huán)境亮度或保持被照射環(huán)境亮度 不變，或控制降溫操作。當(dāng)溫度傳感器3和光敏傳感器4距離控制單元較遠時，可使用總線 形式進行溫度與光照度信號傳輸。其中，為有利于LED芯片2發(fā)光光束滿足設(shè)計要求，可以 在殼體6上安裝二次透鏡7，也可以在LED芯片上或靠近LED芯片上為每個LED或者多個 LED組合設(shè)置光學(xué)元件8。 綜上所述，具體實施時可以采用一個或多個內(nèi)置于LED光源內(nèi)部的溫度傳感器3 和/或光敏傳感器4來檢測LED光源11的自發(fā)光參數(shù)，也可以采用一個或多個置于LED光 源外部的溫度傳感器3和/或光敏傳感器4來檢測LED光源11所處環(huán)境的參數(shù)，或同時檢 測LED光源11的自發(fā)光參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，而亮度控制單元13根據(jù)檢測結(jié)果可以選擇通過 LED驅(qū)動電路132調(diào)整LED光源11的亮度，也可以控制降溫模塊133進行降溫處理，或同時 調(diào)整LED光源11亮度和降溫處理。 本發(fā)明實施例中，亮度控制單元13中的控制模塊131可以基于數(shù)字電路，如圖6所示，也可以基于模擬電路，如圖7所示。 參照圖6，控制模塊131可以是單片機、可編程邏輯器件或其他數(shù)字控制芯片和電 路，若來自溫度傳感器3和/或光敏傳感器4的電壓、電流信號為數(shù)字信號，則可以直接輸 入至控制模塊131 ;若來自溫度傳感器3和/或光敏傳感器4的電壓、電流信號為模擬信 號，則需經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路136進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入至控制模塊131，若控制模塊131選 用自帶模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機，也可以由該單片機自行轉(zhuǎn)換。如當(dāng)使用的傳感器將溫度 或光照度反映在電阻特性上時，可用另一個標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)分壓，將與溫度或光照度相關(guān)的 電阻值轉(zhuǎn)換成與溫度或光照度相關(guān)的電壓值，這個電壓值即為模擬信號。為避免數(shù)字部分 和模擬部分的信號干擾，來自溫度傳感器3和/或光敏傳感器4的模擬信號應(yīng)先經(jīng)過隔離 器134，隔離器134可以選擇光電隔離電路或者基于運算放大器的電壓跟隨電路或者其它 隔離電路，隔離器134的輸出端連接有放大電路135，作用為使放大的信號處于A/D轉(zhuǎn)換電 路136的有效區(qū)間內(nèi)且具有足夠的分辨率，放大電路135可以是基于運算放大器的比例放 大電路。經(jīng)過隔離、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換的信號傳送給控制模塊131，如果使用的溫度傳感器3 和/或光敏傳感器4是集成數(shù)字芯片，則傳感器芯片與控制模塊131直接可按照一定的通 訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。 控制模塊131的內(nèi)部程序根據(jù)采集到的溫度和亮度信息進行相應(yīng)的處理，并可以 通過顯示器137(如數(shù)碼管或LCD屏)顯示，也可以通過按鍵接口 138進行功能選擇?？刂?模塊131進行的處理，可以是當(dāng)溫度超過一個閾值時，給出開關(guān)電路139開啟信號，從而打 開降溫模塊133，如風(fēng)扇或水循環(huán)。開關(guān)電路139可以是基于可控硅，也可以是基于繼電器 或其它開關(guān)器件的電路；控制模塊131進行的處理，也可以是改變LED光源11中芯片的工 作電流，控制模塊131先根據(jù)采集的信號和/或光衰曲線來判斷要改變的電流大小，通過D/ A轉(zhuǎn)換電路1310進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，控制LED驅(qū)動電路132改變LED光源11的亮度。其中數(shù) 模轉(zhuǎn)換可以是D/A轉(zhuǎn)換電路1310也可以是控制模塊131給出P麗(脈寬調(diào)制)信號，給予 LED驅(qū)動電路132，從而改變LED光源的工作條件。LED驅(qū)動電路132優(yōu)先選擇由P麗式開 關(guān)電源組成的LED驅(qū)動電源，其P麗信號由單片機給出，由P麗信號來改變開關(guān)電源的輸出 驅(qū)動電流，當(dāng)然LED驅(qū)動電路132也可以是其它元器件組成的電流LED驅(qū)動電路。
參照圖7，控制模塊131基于比較電路，包括第一比較電路1311和第二比較電路 1312，溫度傳感器3和/或光敏傳感器4不選用集成芯片。比較電路可以是電壓比較器組成 的比較電路，也可以是由多個三極管組成的比較電路。由溫度傳感器3和/或光敏傳感器 4所獲取的電信號轉(zhuǎn)換成適當(dāng)范圍內(nèi)的模擬電壓信號，輸入到第一比較電路1311的同相輸 入端，而參考電壓輸入第一比較電路1311的反相輸入端。參考電壓可以是外部電源提供， 也可以是電阻分壓提供或其它方法提供。當(dāng)模擬信號大于參考電壓時，第一比較電路1311 輸出高電平(或低電平)，當(dāng)模擬信號小于參考電壓時，比較電路輸出低電平(或高電平)。 第一比較電路1311的輸出電平可以用來直接控制開關(guān)電路134(如繼電器或其它開關(guān)器 件)接通或關(guān)斷，以便開啟或關(guān)閉降溫模塊133。第一比較電路1311的輸出電平也可以用 來控制LED光源11的LED驅(qū)動電路132，當(dāng)環(huán)境光照不足時，開啟LED驅(qū)動電路132，使LED 光源11工作。 第二比較電路1312是基于誤差放大器的電路，輸出P麗信號，同相輸入端與溫度 傳感器3和/或光敏傳感器4連接，反相輸入端輸入?yún)⒖夹盘?，輸出端與三極管T的基極連接，三極管T的集電極連接LED驅(qū)動電路132，發(fā)射極接地，參考信號與模擬信號同類型，即 同為電流或同為電壓。用來開啟和關(guān)閉與其相連接的三極管T，從而調(diào)節(jié)LED驅(qū)動電路132 的輸出電流，調(diào)整LED光源11的工作電流，其中LED驅(qū)動電路132優(yōu)先選擇P麗式開關(guān)電 源，其P麗信號由三極管T集電極提供。 本發(fā)明實施例中，通過在LED光源內(nèi)部檢測LED光源的自發(fā)光參數(shù)，或通過在LED 光源外部檢測LED光源的環(huán)境參數(shù)，實時進行降溫處理或調(diào)整LED光源的發(fā)光亮度，從而保 證LED發(fā)光亮度恒定或LED照明環(huán)境亮度恒定，同時也在一定程度上延長了 LED的使用壽 命。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種LED系統(tǒng)，包括LED光源，其特征在于，所述LED系統(tǒng)還包括檢測所述LED光源的自發(fā)光參數(shù)和/或環(huán)境參數(shù)的檢測單元；以及亮度控制單元，與所述檢測單元連接，根據(jù)所述檢測單元的檢測結(jié)果對所述LED光源所處環(huán)境進行降溫處理，和/或調(diào)整所述LED光源的亮度。
2. 如權(quán)利要求1所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測單元檢測所述LED光源的自發(fā) 光參數(shù)時置于所述LED光源內(nèi)部；所述檢測單元包括溫度傳感器和/或光敏傳感器，所述溫 度傳感器和/或光敏傳感器與所述亮度控制單元連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述LED光源包括 芯片支承體；安裝于所述芯片支承體上的一個或多個LED芯片； 所述LED光源外部安裝有殼體；所述溫度傳感器安裝于所述芯片支承體上；所述光敏傳感器安裝于所述芯片支承體上 或所述殼體內(nèi)壁。
4. 如權(quán)利要求2所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述LED光源包括 芯片支承體；安裝于所述芯片支承體上的一個或多個LED芯片； 所述芯片支承體安裝于一支承主體上； 所述LED光源外部安裝有殼體；所述溫度傳感器安裝于所述芯片支承體上或支承主體上；所述光敏傳感器安裝于所述 芯片支承體上、支承主體上或所述殼體內(nèi)壁。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼安裝有使所述LED芯片發(fā) 光光束集中在預(yù)定角度內(nèi)的二次透鏡。
6. 如權(quán)利要求3或4所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述芯片支承體上設(shè)有使LED芯片 的光線到達所述光敏傳感器的光學(xué)元件。
7. 如權(quán)利要求1所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測單元檢測所述LED光源的環(huán)境 參數(shù)時置于所述LED光源外部；所述檢測單元包括溫度傳感器和/或光敏傳感器，所述溫度 傳感器和/或光敏傳感器與所述亮度控制單元連接。
8. 如權(quán)利要求1所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述亮度控制單元包括 與所述檢測單元連接的控制模塊；與所述控制模塊連接的LED驅(qū)動電路和/或降溫模塊；所述控制模塊根據(jù)所述檢測單元的檢測結(jié)果控制所述LED驅(qū)動電路調(diào)整所述LED光源 亮度；和/或根據(jù)所述檢測單元的檢測結(jié)果控制所述降溫模塊對所述LED光源所處環(huán)境進 行降溫處理。
9. 如權(quán)利要求8所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測單元與所述控制模塊之間依次 連接有隔離器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路；所述控制模塊與所述降溫模塊之間連接有開關(guān)電 路；所述控制模塊與所述LED驅(qū)動電路之間連接有D/A轉(zhuǎn)換電路。
10. 如權(quán)利要求8所述的LED系統(tǒng)，其特征在于，所述亮度控制單元還包括一開關(guān)電路 和/或三極管；所述控制模塊包括第一比較電路，其同相輸入端接收所述檢測單元的模擬電信號，其反相輸入端接收一 參考信號，輸出端通過所述開關(guān)電路與所述降溫模塊連接，用于比較所述模擬電信號和所 述參考信號，并根據(jù)比較結(jié)果控制所述開關(guān)電路接通或關(guān)斷，以使所述降溫裝置進行降溫 處理；和/或第二比較電路，其同相輸入端接收所述檢測單元的模擬電信號，其反相輸入端接收一 參考信號，輸出端與所述三極管的基極連接，用于比較所述模擬電信號和所述參考信號，并 根據(jù)比較結(jié)果控制所述LED驅(qū)動電路調(diào)整所述LED光源亮度；所述三極管的集電極與所述 LED驅(qū)動電路連接，發(fā)射極接地。
全文摘要
本發(fā)明適用于燈光照明領(lǐng)域，提供了一種LED系統(tǒng)，包括LED光源，所述LED系統(tǒng)還包括檢測所述LED光源的自發(fā)光參數(shù)和/或環(huán)境參數(shù)的檢測單元；以及亮度控制單元，與所述檢測單元連接，根據(jù)所述檢測單元的檢測結(jié)果對所述LED光源所處環(huán)境進行降溫處理，和/或調(diào)整所述LED光源的亮度。本發(fā)明通過檢測LED光源的自發(fā)光參數(shù)，或通過檢測LED光源的環(huán)境參數(shù)，實時進行降溫處理或調(diào)整LED光源的發(fā)光亮度，從而保證LED發(fā)光亮度恒定或LED照明環(huán)境亮度恒定。
文檔編號F21S2/00GK101749567SQ200810241259
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者韋先霜 申請人:比亞迪股份有限公司