[发明专利]一种白光LED色温控制方法及系统

权利要求书

1.一种白光LED色温控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型；所述根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型，具体包括：

根据所述二极管肖特莱模型确定所述白光LED的电流-电压特性：

其中I为电流，β为与掺杂浓度和结面积相关的常数，T_j为结温，e为单位电荷，V为电压，R_s为串联电阻，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数；

获取半导体PN结负载电压和禁带宽度能量之间的关系：

E_g＝Ve-IR_se-eΔV_el (2)

其中E_g为禁带宽度能量，ΔV_el为物理常数；

将所述公式(1)代入所述公式(2)，获得禁带宽度能量公式：

其中V₀为势垒电压；

根据半导体材料光子跃迁能量平衡原则确定所述白光LED的峰值波长与禁带宽度能量之间的关系：

其中λ_p为峰值波长，h为普朗克常数，c为光速，E_g为禁带宽度能量，E_D为施主束缚电子能量，E_A为受主束缚电子能量，e为单位电荷，ε为介电常数，R为受主-施主对距离，ε₀为真空介电常数；

将所述公式(3)代入所述公式(4)，获得所述第一峰值波长模型：

获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式；所述获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式，具体包括：

获取所述平均驱动电流公式：

I_ave＝DI_H+(1-D)I_L (6)

其中I_ave为所述双脉冲驱动模式下的平均电流，D为占空比，I_H、I_L为二阶电流；

根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件；所述根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件，具体包括：

获取所述白光LED的结温理论表达式：

T_j＝(R_jc+R_hs)*(IV)k_h+T_a (7)

其中R_jc为器件热阻，R_hs为所述白光LED的散热器热阻，k_h为热耗散功率系数，T_a为环境温度；

将所述公式(6)代入所述公式(7)，获得所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的结温表达式：

T_j＝(R_jc+R_hs)[(I_H-I_L)k_hV_aveD+I_LV_avek_h]+T_a (8)

其中V_ave为所述双脉冲驱动模式下的平均电压；

根据所述公式(8)获得所述结温与所述占空比之间的关系：

根据所述公式(5)和所述公式(8)获得所述峰值波长、所述结温以及所述占空比D之间的关系：

根据所述公式(5)获得所述白光LED的第一等效峰值波长模型：

其中λ'_p为等效峰值波长；

将所述公式(11)代入所述公式(5)，获得所述等效峰值波长与所述结温之间的关系：

将所述公式(5)、(9)、(12)代入所述公式(10)，获得所述等效峰值波长与所述占空比之间的关系：

dλ'_p＝{nkT_j[ln(I_H)-ln(I_L)]+nk[ln(I_L)-ln(β)-2ln(T_j)-2](R_jc+R_hs)(I_H-I_L)k_hI_aveV_ave}dD (13)

根据所述公式(13)获得所述等效峰值波长对所述占空比求导为0情况下的最小条件表达式：

(dλ'_p)_min＝nkT_j[ln(I_H)-ln(I_L)]+nk[ln(I_L)-ln(β)-2ln(T_j)-2](R_jc+R_hs)(I_H-I_L)k_hI_aveV_ave＝0 (14)

根据所述公式(14)确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件为：

根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态；所述根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态，具体包括：

控制所述白光LED的所述平均电流I_ave、所述二阶电流I_H和I_L、所述器件热阻R_jc、所述散热器热阻R_hs、所述热耗散功率系数k_h以及所述平均电压V_ave满足所述公式(15)，使得所述白光LED的色温保持稳定状态。

2.一种白光LED色温控制系统，其特征在于，所述系统包括：

第一峰值波长模型获取模块，用于根据二极管肖特莱模型确定直流驱动模式下白光LED的第一峰值波长模型；所述第一峰值波长模型获取模块具体包括：

电流电压特性获取单元，用于根据所述二极管肖特莱模型确定所述白光LED的电流-电压特性：

其中I为电流，β为与掺杂浓度和结面积相关的常数，T_j为结温，e为单位电荷，V为电压，R_s为串联电阻，n为理想因子，k为玻尔兹曼常数；

负载电压和禁带宽度能量关系获取单元，用于获取半导体PN结负载电压和禁带宽度能量之间的关系：

E_g＝Ve-IR_se-eΔV_el (2)

其中E_g为禁带宽度能量，ΔV_el为物理常数；

禁带宽度能量公式单元，用于将所述公式(1)代入所述公式(2)，获得禁带宽度能量公式：

其中V₀为势垒电压；

峰值波长与禁带宽度能量获取单元，用于根据半导体材料光子跃迁能量平衡原则确定所述白光LED的峰值波长与禁带宽度能量之间的关系：

其中λ_p为峰值波长，h为普朗克常数，c为光速，E_g为禁带宽度能量，E_D为施主束缚电子能量，E_A为受主束缚电子能量，e为单位电荷，ε为介电常数，R为受主-施主对距离，ε₀为真空介电常数；

第一峰值波长模型获取单元，用于将所述公式(3)代入所述公式(4)，获得所述第一峰值波长模型：

平均驱动电流公式获取模块，用于获取双脉冲驱动模式下所述白光LED的平均驱动电流公式；所述平均驱动电流公式获取模块具体包括：

平均驱动电流公式获取单元，用于获取所述平均驱动电流公式：

I_ave＝DI_H+(1-D)I_L (6)

其中I_ave为所述双脉冲驱动模式下的平均电流，D为占空比，I_H、I_L为二阶电流；

等效峰值波长变化幅度最小条件确定模块，用于根据所述第一峰值波长模型和所述平均驱动电流公式确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件；所述等效峰值波长变化幅度最小条件确定模块具体包括：

结温理论表达式获取单元，用于获取所述白光LED的结温理论表达式：

T_j＝(R_jc+R_hs)*(IV)k_h+T_a (7)

其中R_jc为器件热阻，R_hs为所述白光LED的散热器热阻，k_h为热耗散功率系数，T_a为环境温度；

结温表达式获取单元，用于将所述公式(6)代入所述公式(7)，获得所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的结温表达式：

T_j＝(R_jc+R_hs)[(I_H-I_L)k_hV_aveD+I_LV_avek_h]+T_a (8)

其中V_ave为所述双脉冲驱动模式下的平均电压；

结温与占空比关系获取单元，用于根据所述公式(8)获得所述结温与所述占空比之间的关系：

峰值波长与结温和占空比关系获取单元，用于根据所述公式(5)和所述公式(8)获得所述峰值波长、所述结温以及所述占空比D之间的关系：

第一等效峰值波长模型获取单元，用于根据所述公式(5)获得所述白光LED的第一等效峰值波长模型：

其中λ'_p为等效峰值波长；

等效峰值波长与结温关系获取单元，用于将所述公式(11)代入所述公式(5)，获得所述等效峰值波长与所述结温之间的关系：

等效峰值波长与占空比关系获取单元，用于将所述公式(5)、(9)、(12)代入所述公式(10)，获得所述等效峰值波长与所述占空比之间的关系：

dλ'_p＝{nkT_j[ln(I_H)-ln(I_L)]+nk[ln(I_L)-ln(β)-2ln(T_j)-2](R_jc+R_hs)(I_H-I_L)k_hI_aveV_ave}dD (13)

最小条件表达式获取单元，用于根据所述公式(13)获得所述等效峰值波长对所述占空比求导为0情况下的最小条件表达式：

(dλ'_p)_min＝nkT_j[ln(I_H)-ln(I_L)]+nk[ln(I_L)-ln(β)-2ln(T_j)-2](R_jc+R_hs)(I_H-I_L)k_hI_aveV_ave＝0 (14)

等效峰值波长变化幅度最小条件确定单元，用于根据所述公式(14)确定所述双脉冲驱动模式下所述白光LED的等效峰值波长变化幅度最小条件为：

色温控制模块，用于根据所述等效峰值波长变化幅度最小条件控制所述白光LED的色温保持稳定状态；所述色温控制模块具体包括：

色温控制单元，用于控制所述白光LED的所述平均电流I_ave、所述二阶电流I_H和I_L、所述器件热阻R_jc、所述散热器热阻R_hs、所述热耗散功率系数k_h以及所述平均电压V_ave满足所述公式(15)，使得所述白光LED的色温保持稳定状态。