一种LED系统.pdf

本发明适用于灯光照明领域，提供了一种LED系统，包括LED光源，所述LED系统还包括：检测所述LED光源的自发光参数和/或环境参数的检测单元；以及亮度控制单元，与所述检测单元连接，根据所述检测单元的检测结果对所述LED光源所处环境进行降温处理，和/或调整所述LED光源的亮度。本发明通过检测LED光源的自发光参数，或通过检测LED光源的环境参数，实时进行降温处理或调整LED光源的发光亮度，从而保证LED发光亮度恒定或LED照明环境亮度恒定。

1.  一种LED系统，包括LED光源，其特征在于，所述LED系统还包括：
检测所述LED光源的自发光参数和/或环境参数的检测单元；以及
亮度控制单元，与所述检测单元连接，根据所述检测单元的检测结果对所述LED光源所处环境进行降温处理，和/或调整所述LED光源的亮度。

2.  如权利要求1所述的LED系统，其特征在于，所述检测单元检测所述LED光源的自发光参数时置于所述LED光源内部；所述检测单元包括温度传感器和/或光敏传感器，所述温度传感器和/或光敏传感器与所述亮度控制单元连接。

3.  如权利要求2所述的LED系统，其特征在于，所述LED光源包括：
芯片支承体；
安装于所述芯片支承体上的一个或多个LED芯片；
所述LED光源外部安装有壳体；
所述温度传感器安装于所述芯片支承体上；所述光敏传感器安装于所述芯片支承体上或所述壳体内壁。

4.  如权利要求2所述的LED系统，其特征在于，所述LED光源包括：
芯片支承体；
安装于所述芯片支承体上的一个或多个LED芯片；
所述芯片支承体安装于一支承主体上；
所述LED光源外部安装有壳体；
所述温度传感器安装于所述芯片支承体上或支承主体上；所述光敏传感器安装于所述芯片支承体上、支承主体上或所述壳体内壁。

5.  如权利要求3或4所述的LED系统，其特征在于，所述外壳安装有使所述LED芯片发光光束集中在预定角度内的二次透镜。

6.  如权利要求3或4所述的LED系统，其特征在于，所述芯片支承体上设有使LED芯片的光线到达所述光敏传感器的光学元件。

7.  如权利要求1所述的LED系统，其特征在于，所述检测单元检测所述LED光源的环境参数时置于所述LED光源外部；所述检测单元包括温度传感器和/或光敏传感器，所述温度传感器和/或光敏传感器与所述亮度控制单元连接。

8.  如权利要求1所述的LED系统，其特征在于，所述亮度控制单元包括：
与所述检测单元连接的控制模块；
与所述控制模块连接的LED驱动电路和/或降温模块；
所述控制模块根据所述检测单元的检测结果控制所述LED驱动电路调整所述LED光源亮度；和/或根据所述检测单元的检测结果控制所述降温模块对所述LED光源所处环境进行降温处理。

9.  如权利要求8所述的LED系统，其特征在于，所述检测单元与所述控制模块之间依次连接有隔离器、放大电路、A/D转换电路；所述控制模块与所述降温模块之间连接有开关电路；所述控制模块与所述LED驱动电路之间连接有D/A转换电路。

10.  如权利要求8所述的LED系统，其特征在于，所述亮度控制单元还包括一开关电路和/或三极管；
所述控制模块包括：
第一比较电路，其同相输入端接收所述检测单元的模拟电信号，其反相输入端接收一参考信号，输出端通过所述开关电路与所述降温模块连接，用于比较所述模拟电信号和所述参考信号，并根据比较结果控制所述开关电路接通或关断，以使所述降温装置进行降温处理；和/或
第二比较电路，其同相输入端接收所述检测单元的模拟电信号，其反相输入端接收一参考信号，输出端与所述三极管的基极连接，用于比较所述模拟电信号和所述参考信号，并根据比较结果控制所述LED驱动电路调整所述LED光源亮度；所述三极管的集电极与所述LED驱动电路连接，发射极接地。

一种LED系统
技术领域
本发明属于灯光照明领域，尤其涉及一种LED系统。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的光衰是在照明应用中的首要问题之一，排除LED品质不良和使用不当的因素外，最大程度上的光衰是由于LED过热引起的，LED亮度受工作温度的影响较大，工作温度越高，LED亮度越低，光衰也就严重，而且会影响LED的寿命。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种LED系统，以使LED的照明亮度恒定。
本发明实施例是这样实现的，一种LED系统，包括LED光源，所述LED系统还包括：
检测所述LED光源的自发光参数和/或环境参数的检测单元；以及
亮度控制单元，与所述检测单元连接，根据所述检测单元的检测结果对所述LED光源所处环境进行降温处理，和/或调整所述LED光源的亮度。
本发明实施例通过检测LED光源的自发光参数，或通过检测LED光源的环境参数，实时进行降温处理或调整LED光源的发光亮度，从而保证LED发光亮度恒定或LED照明环境亮度恒定。
附图说明
图1是本发明实施例提供的LED系统的结构原理图；
图2A是本发明第一实施例提供的LED光源的结构示意图；
图2B是图2A所示LED光源结构沿A-B方向的截面示意图；
图3A是本发明第二实施例提供的LED光源的结构示意图；
图3B是图3A所示LED光源结构沿A-B方向的截面示意图；
图4是采用图3A和图3B所示光源结构的LED系统的结构示意图；
图5是图4所示LED系统的一种变形结构示意图；
图6是基于数字电路的控制模块的结构示意图；
图7是基于模拟电路的控制模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，检测LED光源的自发光参数，或检测LED光源的环境参数，实时进行降温处理或调整LED光源的发光亮度。
图1示出了本发明实施例提供的LED系统的结构原理，为了便于描述，仅示出了与本发明相关的部分。
参照图1，检测单元12检测LED光源11的自发光参数和/或环境参数，如LED光源11的自发光亮度、自发光温度、LED光源11所处环境的亮度、温度等参数，当用于检测LED光源11的自发光亮度、自发光温度等参数时，检测单元12可置于光源11的内部的LED芯片支承体、支承主体或壳体内壁等位置，当用于检测LED光源11所处环境的亮度、温度等参数时，检测单元12置于LED光源11外部，如亮度控制单元13上，也可同时在LED光源11内部和外部设置检测单元。
检测单元12与亮度控制单元13连接，当检测单元12检测出自发光参数和/或环境参数等超过亮度控制单元13的预设的阈值时，亮度控制单元13对LED光源11所处环境进行降温处理，和/或调整LED光源11的亮度。
进一步地，亮度控制单元13包括控制模块131，以及与LED光源11连接的LED驱动电路132和降温模块133中的一种或两种，控制模块131与检测单元12连接，将检测单元12的检测结果与阈值比较，当检测结果满足阈值条件时，控制模块131通过LED驱动电路132调整LED光源11的亮度以使LED系统的发光亮度保持恒定，或者控制降温模块133对系统进行降温处理，也可同时通过LED驱动电路132调整LED光源11的亮度和控制降温模块133进行降温处理，其中降温模块133可以采用风扇或水循环装置实现。
图2A为本发明第一实施例提供的LED光源的结构示意图，图2B为图2A所示LED光源结构沿A-B方向的截面示意图。参照图2A、图2B，一个或多个LED芯片2安装在芯片支承体1上，其中每个LED芯片2都不具有壳体，LED芯片2可以是白光LED芯片或者发其它颜色光的LED芯片，芯片支承体1优先选择陶瓷，以便散热。在芯片支承体1上固定有温度传感器3，温度传感器3可以是热电偶、热敏电阻、与温度相关的半导体部件和集成芯片等。温度传感器3与最近的LED芯片2之间的间距应在不影响LED芯片与发光质量的情况下尽可能小，使其得到的温度尽可能地接近LED芯片2自身实际温度，应优先选择多个LED芯片2之间的中央位置。在芯片支承体上1还固定有光敏传感器4，光敏传感器4可以是光敏电阻、光敏半导体部件、集成芯片等。光敏传感器4可以安装可以接收到LED芯片2光强的任一位置，优先选择离LED芯片2和温度传感器3较远的位置，以减少温度对光敏传感器4的影响。图2A中标识出了光敏传感器4可选位置之一，以虚线表示是因为该位置不是光敏传感器4最理想的位置。当光敏传感器4位于芯片支承体1上时，由于LED芯片2散射角大小影响可到达光敏传感器4上的光，所以在LED芯片2附近可设计一个光学元件，使光能到达光敏传感器4上，但可能会降低LED芯片2的利用率。因此光敏传感器4应优先选择LED芯片2散射范围内的又不影响其利用率的位置。光敏传感器4的测量值可以作为判断LED芯片2发光稳定性的可靠依据，可以用来反馈信号来调节流经LED芯片2的电流大小。其中温度传感器3和光敏传感器4可以通过印制方法制作到芯片支承体1上。
图3A为本发明第二实施例提供的LED光源的结构示意图，图3B为图3A所示LED光源结构沿A-B方向的截面示意图。参照图3A、图3B，一个或多个LED芯片2安装在一个芯片支承体上1，而该芯片支承体1、温度传感器3、光敏传感器4安装在支承主体5上。温度传感器3与最近的LED芯片2之间的间距应在不影响LED芯片2发光质量的情况下尽可能小，使其得到的温度尽可能的接近LED芯片2自身实际温度。光敏传感器4可以在支承主体5的任一位置。支承主体5应优先选择导热性好的材料如金属，以便散热。其中温度传感器3、光敏传感器4可以通过焊接或粘合到支承主体上。为使光敏传感器4可以接收到LED芯片的光强变化，在LED芯片2附近还要设计一个光学元件。光敏传感器4应优先选择LED芯片散射范围内的又不影响其利用率的位置。
图4为采用图3A和图3B所示光源结构的LED系统的结构示意图，在图2所示LED光源结构的外部安装一壳体6，温度传感器3通过两个引脚9与亮度控制单元13连接，光敏传感器4也通过两个引脚与亮度控制单元13连接(图中未示出)，LED芯片2也通过两个引脚与亮度控制单元13连接，亮度控制单元13位于壳体6之外。如果通过多个不同颜色的LED芯片来发出彩色光时，如红光LED、绿光LED、蓝光LED，还可以根据需要引出多对引脚分别驱动不同基色的LED芯片组达到混色效果。光敏传感器4应优先选择LED芯片散射范围内的又不影响其利用率的位置，为减少光学设计复杂度，可选择安置在壳体6内壁上。
为有利于LED芯片2发光光束满足设计要求，如使光线集中在预定角度内以满足不同照明场合的需求，可以在壳体6上安装二次透镜7，若发光太炫目的话，可以在二次透镜表面做花纹或磨砂处理；也可以在LED芯片2上或靠近LED芯片2上为每个LED芯片2或者多个LED芯片2组合设置光学元件8，以使LED芯片的发光到达光敏传感器4。
亮度控制单元13包含了对温度传感器3和光敏传感器4产生的温度信号和光敏信号的处理电路，也包含LED驱动电路132，该LED驱动电路可以根据处理电路，来调节LED光源的工作电流。
另外由于温度过高会引起光衰，所以当温度超过设置的一个温度阈值时，亮度控制单元13可启动降温措施，如打开风扇、减小电流等。也可以通过它来测量LED的光衰曲线，或根据已知的LED光衰曲线随温度来调节LED的工作电流。
应当理解，图4以图3A和图3B所示光源结构示出了LED光源和亮度控制单元13之间的关系，具体实施时还可采用图2A和图2B所示光源结构，控制原理如图4相同，此处不再赘述。
将图4所示LED系统的壳体内部的温度传感器3与光敏传感器4置于亮度控制单元13上，即可得到图5所示LED系统结构，适用于照明依赖LED系统所处环境因素的场合，温度传感器3和光敏传感器4检测反映环境温度和光照度变化的参数，根据其变化可由亮度控制单元13控制LED芯片2的工作电流来调节被照射环境亮度或保持被照射环境亮度不变，或控制降温操作。当温度传感器3和光敏传感器4距离控制单元较远时，可使用总线形式进行温度与光照度信号传输。其中，为有利于LED芯片2发光光束满足设计要求，可以在壳体6上安装二次透镜7，也可以在LED芯片上或靠近LED芯片上为每个LED或者多个LED组合设置光学元件8。
综上所述，具体实施时可以采用一个或多个内置于LED光源内部的温度传感器3和/或光敏传感器4来检测LED光源11的自发光参数，也可以采用一个或多个置于LED光源外部的温度传感器3和/或光敏传感器4来检测LED光源11所处环境的参数，或同时检测LED光源11的自发光参数和环境参数，而亮度控制单元13根据检测结果可以选择通过LED驱动电路132调整LED光源11的亮度，也可以控制降温模块133进行降温处理，或同时调整LED光源11亮度和降温处理。
本发明实施例中，亮度控制单元13中的控制模块131可以基于数字电路，如图6所示，也可以基于模拟电路，如图7所示。
参照图6，控制模块131可以是单片机、可编程逻辑器件或其他数字控制芯片和电路，若来自温度传感器3和/或光敏传感器4的电压、电流信号为数字信号，则可以直接输入至控制模块131；若来自温度传感器3和/或光敏传感器4的电压、电流信号为模拟信号，则需经过A/D转换电路136进行模/数转换后输入至控制模块131，若控制模块131选用自带模/数转换功能的单片机，也可以由该单片机自行转换。如当使用的传感器将温度或光照度反映在电阻特性上时，可用另一个标准电阻串联分压，将与温度或光照度相关的电阻值转换成与温度或光照度相关的电压值，这个电压值即为模拟信号。为避免数字部分和模拟部分的信号干扰，来自温度传感器3和/或光敏传感器4的模拟信号应先经过隔离器134，隔离器134可以选择光电隔离电路或者基于运算放大器的电压跟随电路或者其它隔离电路，隔离器134的输出端连接有放大电路135，作用为使放大的信号处于A/D转换电路136的有效区间内且具有足够的分辨率，放大电路135可以是基于运算放大器的比例放大电路。经过隔离、放大、模/数转换的信号传送给控制模块131，如果使用的温度传感器3和/或光敏传感器4是集成数字芯片，则传感器芯片与控制模块131直接可按照一定的通讯协议进行数据传输。
控制模块131的内部程序根据采集到的温度和亮度信息进行相应的处理，并可以通过显示器137(如数码管或LCD屏)显示，也可以通过按键接口138进行功能选择。控制模块131进行的处理，可以是当温度超过一个阈值时，给出开关电路139开启信号，从而打开降温模块133，如风扇或水循环。开关电路139可以是基于可控硅，也可以是基于继电器或其它开关器件的电路；控制模块131进行的处理，也可以是改变LED光源11中芯片的工作电流，控制模块131先根据采集的信号和/或光衰曲线来判断要改变的电流大小，通过D/A转换电路1310进行数模转换，控制LED驱动电路132改变LED光源11的亮度。其中数模转换可以是D/A转换电路1310也可以是控制模块131给出PWM(脉宽调制)信号，给予LED驱动电路132，从而改变LED光源的工作条件。LED驱动电路132优先选择由PWM式开关电源组成的LED驱动电源，其PWM信号由单片机给出，由PWM信号来改变开关电源的输出驱动电流，当然LED驱动电路132也可以是其它元器件组成的电流LED驱动电路。
参照图7，控制模块131基于比较电路，包括第一比较电路1311和第二比较电路1312，温度传感器3和/或光敏传感器4不选用集成芯片。比较电路可以是电压比较器组成的比较电路，也可以是由多个三极管组成的比较电路。由温度传感器3和/或光敏传感器4所获取的电信号转换成适当范围内的模拟电压信号，输入到第一比较电路1311的同相输入端，而参考电压输入第一比较电路1311的反相输入端。参考电压可以是外部电源提供，也可以是电阻分压提供或其它方法提供。当模拟信号大于参考电压时，第一比较电路1311输出高电平(或低电平)，当模拟信号小于参考电压时，比较电路输出低电平(或高电平)。第一比较电路1311的输出电平可以用来直接控制开关电路134(如继电器或其它开关器件)接通或关断，以便开启或关闭降温模块133。第一比较电路1311的输出电平也可以用来控制LED光源11的LED驱动电路132，当环境光照不足时，开启LED驱动电路132，使LED光源11工作。
第二比较电路1312是基于误差放大器的电路，输出PWM信号，同相输入端与温度传感器3和/或光敏传感器4连接，反相输入端输入参考信号，输出端与三极管T的基极连接，三极管T的集电极连接LED驱动电路132，发射极接地，参考信号与模拟信号同类型，即同为电流或同为电压。用来开启和关闭与其相连接的三极管T，从而调节LED驱动电路132的输出电流，调整LED光源11的工作电流，其中LED驱动电路132优先选择PWM式开关电源，其PWM信号由三极管T集电极提供。
本发明实施例中，通过在LED光源内部检测LED光源的自发光参数，或通过在LED光源外部检测LED光源的环境参数，实时进行降温处理或调整LED光源的发光亮度，从而保证LED发光亮度恒定或LED照明环境亮度恒定，同时也在一定程度上延长了LED的使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。