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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