CN103687197B - 一种应用于led驱动电源中无温度传感器检测led灯珠温度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
应用于LED驱动电源中的无温度传感器灯珠温度检测方法，本发明是驱动电源的输出电压经过电阻R1和R2分压，变成适合A/D转换器输入的电压，然后经过A/D转换器转换成数字信号，Vo的数字信号输入到具有简单计算功能的MCU中，然后根据驱动电源电压（即灯珠组件两端的电压）与灯珠结温的关系式Vo=nA+nBTj；MCU就会计算得到灯珠结温Tj=(Vo‑nA)/nB,又设计了一种自校准方法，得到关系式中nA,nB，采用本发明，无需温度温度传感器和信号线，解决了增加信号线的问题，测量结果精准；采用自动校准方法，因此通用性很强；发明的方法直接测量灯珠的结温，所以精度高。
Description
技术领域
本发明涉及的是LED照明产品中的驱动电源技术领域。
背景技术
LED驱动电源是LED照明产品的核心部件，主要功能是提供发光需要的驱动电流，***的检测控制等。LED照明产品的主要由驱动电源和发光部件(LED灯珠组件)两部分组成。如图1所示
驱动电源的输出功率加在LED灯珠上，除了大概百分之十几发光辐射出去外，大部分产生的热损耗在灯珠上，灯珠会有明显的温升，由于灯珠温度较高时，灯珠输出的光通量明显减少，同时光衰较快，因此在大功率LED照明产品中一般需要检测灯珠的实时温度，来调节输出功率戒对过温进行保护。现有的灯珠温度检测技术有下面两种：1、热敏电阻检测方法：将热敏电阻放在灯珠附近，利用差分放大电路将温度信号转换电压信号，如图2所示；2、采用半导体温度传感器(放在灯珠附近)：直接电压输出的半导体温度传感在灯珠附件，传感器输出是与温度一定的电压信号，如图3所示；而现有技术的缺点在于：①由于LED灯珠板和驱动电源一般是分开，需要单独的两根信号线把温度信号传到驱动电源上，从而实现温度保护功能。对路灯等需要做严格的防水，多加两个信号线，会增加防水难度和成本；②通用性不强，不同的驱动电源，需要使用自己设计的温度传感器和电路；③LED灯珠的结温是温度传感器的位置温度加上灯珠的温升，灯珠的温升是损耗和热阻的乘积，由于热阻很难精确，所以传统方法温度结果精度不高。
Tj＝Tc+P*Rjc
发明内容
发明目的：解决在LED照明产品中需要温度传感器和信号线；提高灯珠温度检测精度。
技术方案：LED照明产品的驱动电源一般是恒流输出模式，且输出电压能够根据负载变化；LED灯珠组件一般是n个灯珠串联，然后并成m排；所以驱动电源输出电流
Io＝ID11+ID21+…+IDm1，
驱动电源的输出电压：
Vo＝VD11+VD12+…+VD1n。
对于每个灯珠的两端正向导通电压，在通过电流不变的情况下，不结温存在近于线性关系，即Vf＝A+BTj；当电流和灯珠型号固定时，参数A和B也是个不变的值。n个串联的灯珠通过的电流和型号是一样的，则
Vo＝nA+B(Tj(D11)+Tj(D12)+…+Tj(D1n))；
由于LED灯珠组件中每个灯珠的散热条件基本一样，即热分布均匀，工程上近似认为每个灯珠的结温相同，所以
Vo＝nA+nBTj。
驱动电源的输出电压正端(即灯珠组件上的电压正端)连接到电阻R1一端，R1和R2串联，R2的另一端接到驱动电源的输出电压负端(即地端)，将R1和R2的连接点连到AD转换器的输入端，它将电压模拟信号转换成数字信号，AD转换器的输出接到MCU的I/O口上；MCU的一个I/O口连接到驱动电源的on/off(开/关)控制脚，MCU另一个I/O口连接到驱动电源的调光功能脚上。
本发明是驱动电源的输出电压经过电阻R1和R2分压，变成适合A/D转换器输入的电压，然后经过A/D转换器转换成数字信号，Vo的数字信号输入到具有简单计算功能的MCU中，然后根据驱动电源电压(即灯珠组件两端的电压)不灯珠结温的关系式Vo＝nA+nBTj；MCU就会计算得到灯珠结温Tj＝(Vo-nA)/nB。为了得到关系式中的常量nA，nB，本发明又设计了一种自校准方法，得到关系式中nA，nB；图5所示。
nB由以下方法得到
第一步设置已知环境温度为T1，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo1；
第二步设置已知环境温度为T2，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo2；
第三步计算nB＝(Vo1-Vo2)/(T1-T2)
nA的值获取方法是：
设置已知环境温度是Tc，启动驱动电源工作很短时间(在几十mS级)，在这段工作时间内测量驱动输出电压为Voc，由于工作时间较短，一般认为环境温度等于灯珠结温；
通过公式Voc＝nA+nBTc，可计算的到nA＝Voc-nBTc。
有益效果：采用本发明，无需温度温度传感器和信号线，解决了增加信号线的问题，测量结果精准；本发明采用自动校准方法，因此通用性很强；本发明的方法直接测量灯珠的结温，所以精度高。
附图说明
图1 LED照明产品组成
图2 LED照明产品中采用传统热敏电阻测量温度方法
图3 LED照明产品中采用半导体温度传感器测量温度方法
图4 LED照明产品中一般灯珠排列图
图5本发明测量温度的硬件示意图
图6本发明的MCU中软件流程图
图7自校准方法的软件流程图
具体实施方式
本发明的具体实现如下，如图5所示虚线部分是本发明的硬件电路示意图，驱动电源的输出电压正端(即灯珠组件上的电压正端)连接到电阻R1一端，R1和R2串联，R2的另一端接到驱动电源的输出电压负端(即地端)，将R1和R2的连接点连到AD转换器的输入端，AD转换器就是模数转换器，它将电压模拟信号转换成数字信号，AD转换器的输出接到MCU的I/O口上，MCU(Micro Control Unit)又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机；MCU的一个I/O口连接到驱动电源的on/off(开/关)控制脚，MCU另一个I/O口连接到驱动电源的调光功能脚上。
通过上面的连接，MCU将根据灯珠组件上的电压(驱动电源输出电压)不灯珠结温的关系式Vo＝nA+nBTj，实时计算出LED灯珠的结温度Tj＝(Vo-nA)/nB。
具体流程图如图6所示。
本发明检测到灯珠的结温度，能够使LED照明产品具有以下两个功能；
1.驱动电源能够实现输出电流温度补偿功能，当LED照明产品灯珠温度升高时，MCU会根据灯珠的结温，通过驱动电源的输出电流调节脚(dimming)，来调低驱动电源的输出电流值，灯珠功耗降低，灯珠温度会停止升高，这样形成了灯珠的温度参数负反馈，这样有效实现温度补偿功能。
2.过温保护功能，当检测到的灯珠结温度过高时，MCU通过驱动电源的on/off脚，关闭驱动电源，保护***；
通过上面两个功能，能够大大增加LED照明产品的可靠性和寿命；
本发明设计了一种自校准方法，通过此方法，可以准确获得关系式Vo＝nA+nBTj中常量nA，nB；由于想保护自校准方法，所以将其写入权利要求书，但是我们国家对于计算机软件是不保护的，因而，将本申请中有关软件字样全部去除。
具体方法如下：
nB由以下方法得到
第一步设置已知环境温度为T1，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo1；
第二步设置已知环境温度为T2，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo2；
第三步计算nB＝(Vo1-Vo2)/(T1-T2)
nA的值获取方法是：
设置已知环境温度是Tc，启动驱动电源工作很短时间(一般在几十mS级)，在这段工作时间内测量驱动输出电压为Voc，由于工作时间较短，一般认为环境温度等于灯珠结温；
所以通过公式Voc＝nA+nBTc，可计算的到nA＝Voc-nBTc。
MCU实现上述自校准方法的流程图如图7所示。
Claims (2)
1.一种应用于LED驱动电源中无温度传感器检测LED灯珠温度的装置，其特征在于，驱动电源的输出电压正端(即灯珠组件上的电压正端)连接到电阻R1一端，R1和R2串联，R2的另一端接到驱动电源的输出电压负端(即地端)，将R1和R2的连接点连到AD转换器的输入端，它将电压模拟信号转换成数字信号，AD转换器的输出接到MCU的I/O口上；MCU的一个I/O口连接到驱动电源的on/off(开/关)控制脚，MCU另一个I/O口连接到驱动电源的调光功能脚上；驱动电源的输出电压经过电阻R1和R2分压，变成适合A/D转换器输入的电压，然后经过A/D转换器转换成数字信号，Vo的数字信号输入到具有简单计算功能的MCU中，然后根据驱动电源电压与灯珠结温的关系式Vo＝nA+nBTj；MCU就会计算得到灯珠结温Tj＝(Vo-nA)/nB；nA、nB是常量，Vo是驱动电源电压，常量nA，nB准确获得方法如下；
nB由以下方法得到：
第一步设置已知环境温度为T1，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo1；
第二步设置已知环境温度为T2，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo2；
第三步计算nB＝(Vo1-Vo2)/(T1-T2)
nA的值获取方法是：
设置已知环境温度是Tc，启动驱动电源工作很短时间(在几十mS级)，在这段工作时间内测量驱动输出电压为Voc，由于工作时间较短，一般认为环境温度等于灯珠结温；
通过公式Voc＝nA+nBTc，可计算的到nA＝Voc-nBTc。
2.一种应用于LED驱动电源中无温度传感器检测LED灯珠温度的方法，其特征在于，驱动电源的输出电压正端(即灯珠组件上的电压正端)连接到电阻R1一端，R1和R2串联，R2的另一端接到驱动电源的输出电压负端(即地端)，将R1和R2的连接点连到AD转换器的输入端，AD转换器就是模数转换器，它将电压模拟信号转换成数字信号，AD转换器的输出接到MCU的I/O口上；MCU的一个I/O口连接到驱动电源的on/off(开/关)控制脚，MCU另一个I/O口连接到驱动电源的调光功能脚上，通过上面的连接，驱动电源的输出电压经过电阻R1和R2分压，变成适合A/D转换器输入的电压，然后经过A/D转换器转换成数字信号，Vo的数字信号输入到具有简单计算功能的MCU中，然后根据驱动电源电压(即灯珠组件两端的电压)与灯珠结温的关系式Vo＝nA+nBTj；MCU就会计算得到灯珠结温Tj＝(Vo-nA)/nB并对驱动电源进行调节；Vo＝nA+nBTj中常量nA，nB准确获得方法如下；
nB由以下方法得到:
第一步设置已知环境温度为T1，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo1；
第二步设置已知环境温度为T2，启动驱动电源驱动LED灯珠组件，稳定工作一段时间，热分布已均匀稳定，然后测量驱动电源输出电压为Vo2；
第三步计算nB＝(Vo1-Vo2)/(T1-T2)
nA的值获取方法是：
设置已知环境温度是Tc，启动驱动电源工作很短时间(在几十mS级)，在这段工作时间内测量驱动输出电压为Voc，由于工作时间较短，一般认为环境温度等于灯珠结温；
通过公式Voc＝nA+nBTc，可计算的到nA＝Voc-nBTc。
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