太阳城集团

  • / 12
  • 下载费用:30 金币  

一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201510323111.0

申请日:

2015.06.12

公开号:

CN105045955A

公开日:

2015.11.11

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20150612|||公开
IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
申请人: 中国地质大学(武汉); 中国科学院上海技术物理研究所
发明人: 张晶晶; 张涛; 袁士东
地址: 430074湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号
优先权:
专利代理机构: 武汉华旭知识产权事务所42214 代理人: 刘荣; 周宗贵
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201510323111.0

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.01.23|||2015.12.09|||2015.11.11

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供了一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法,首先选出M颗待选LED灯珠,确定各LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系,初始化一个由N个位置组成的等距LED阵列,从M颗待选LED灯珠中选出N颗,放置于LED阵列的相应位置,作为一组变量,对于每组变量,利用遗传算法对LED灯珠步进微调,选出各次步进后最大的结温值中的最小值,作为最优解确定选出的M颗LED灯珠及其安装位置,进行光源安装。本发明的方法具有在设计时即可预测光源的温度稳定性及工作寿命的优点,尤其适用于航天用LED光源的设计,可以大大提高产品的合格率。

权利要求书

1.一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)挑选出M颗待选LED灯珠{L1,…,Li,…,LM},其中Li表示第i颗灯珠,
每个LED灯珠的发热功率已知;
(2)对于每颗LED灯珠,利用热测试仪测试LED灯珠的热阻热容参数,根据热阻
热容参数得到LED灯珠的PN结至空气环境的热阻,其中对于第i颗LED灯珠,其PN
结至空气环境的热阻通过以下公式得到:
Rj-a(i)=Rj-c(i)+Rc-a
其中Rj-a(i)为第i颗LED灯珠的PN结至空气环境的热阻,Rc-a为第i颗LED灯
珠的散热器到空气环境的热阻,为固定值,Rj-c(i)为第i颗LED灯珠的PN结至散热
器的热阻,由热测试仪测试获得;
(3)初始化一个由N个位置组成的等距LED阵列,相邻LED灯珠的横向间距为H、
纵向间距为V;
(4)从M颗待选LED灯珠中选出N颗,放置于LED阵列的相应位置,作为一组
变量{x1,…,xk,…,xN},其中xk表示LED阵列上的第k个位置上的LED灯珠,则
共有组变量;
(5)设置各个LED灯珠的横向步进范围hmax以及纵向步进范围vmax,|hmax|<H,
|vmax|<V;对于每组变量,利用遗传算法依次进行以下步骤:
(5-1)利用随机函数产生本组变量中每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进量
vxk,|hxk|<|hmax|,|vxk|<|vmax|;
(5-2)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率计算每
个LED灯珠的结温,记录最大的结温值T;
(5-3)将每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进量vxk以二进制数表示作为遗
传的初代,对二进制数中的1位或1位以上的数字通过相互间的交叉选择和/或变异,产
生下一代子代,得到每个LED灯珠新的横向步进量hxk和纵向步进量vxk,|hxk|<|hmax|,
|vxk|<|vmax|;
(5-4)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率重新计
算每个LED灯珠的结温值T,记录本次步进后最大的结温值以及每个灯珠的横向步进
量hxk和纵向步进量vxk;
(5-5)重复步骤(5-3)至(5-4)1000至2000次;
(6)选出每次步进后最大的结温值中的最小值,以及其对应的变量、每个LED灯
珠的横向步进量hxk和纵向步进量vxk;
(7)重复步骤(5)和步骤(6),直到组变量均找出每次步进后最大的结温值中
的最小值,以组变量中最小的最大结温值所对应的变量、每个LED灯珠的横向步进
量hxk和纵向步进量vxk作为最优解,确定N颗LED灯珠及其安装位置,用于进行光源
安装。
2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的LED光源结温值降低方法,其特征在于:
步骤(1)中,利用航天升级筛选方法挑选出M颗待选LED灯珠{L1,…,Li,…,LM}。
3.根据权利要求1所述的基于遗传算法的LED光源结温值降低方法,其特征在于:
步骤(5)中,-H/2<hmax<H/2,-V/2<vmax<V/2。
4.根据权利要求2所述的基于遗传算法的LED光源结温值降低方法,其特征在于:
步骤(5-1)中,hxk=H/20,vxk=V/20。

说明书

一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法

技术领域

本发明涉及一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法,属于LED空间照明领
域。

背景技术

由于航天应用的特殊性,要求航天用大功率LED光源具有很高的稳定性及长的工
作寿命。

目前,大功率LED光源在设计的过程中,灯珠一般采用等间距的设计方式,等间
距安装完成后,由于安装在光源中心位置的LED灯珠其散热环境较差,会造成LED灯
珠实际工作时的结温温升远远高于散热环境好的地方的LED灯珠的结温温升。而且,
各颗LED灯珠在实际工作时的结温直接影响着由LED灯珠组成的LED光源的工作可
靠性及其工作寿命。

在LED光源加工完成后,进行LED结温的检测,可评估其可靠性并预测其工作寿
命。但是,若测出LED光源中某颗LED的结温过高,由于航天产品的特殊要求整个光
源可能被报废而重新制造,造成了大量的人力与物力损失。

如果在LED光源的设计阶段即能预测LED光源加工成形后工作结温,并且在设计
模型基础上对LED的结构布局进行调整,修正LED的结温,降低LED结温的最大值,
则可以在设计阶段防止按照设计模型进行加工成形后LED的结温出现过高的情况。

发明内容

为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种基于遗传算法的LED光源结温值降
低方法,能够解决现有的设计方法在设计阶段无法预估光源加工成形后的各颗LED结
温即工作可靠性的问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:提供了一种基于遗传算法的LED
光源结温值降低方法,包括以下步骤:

(1)挑选出M颗待选LED灯珠{L1,…,Li,…,LM},其中Li表示第i颗灯珠,
每个LED灯珠的发热功率已知;

(2)对于每颗LED灯珠,利用热测试仪测试LED灯珠的热阻热容参数,根据热阻
热容参数得到LED灯珠的PN结至空气环境的热阻,其中对于第i颗LED灯珠,其PN
结至空气环境的热阻通过以下公式得到:

Rj-a(i)=Rj-c(i)+Rc-a

其中Rj-a(i)为第i颗LED灯珠的PN结至空气环境的热阻,Rc-a为第i颗LED灯
珠的散热器到空气环境的热阻,为固定值,Rj-c(i)为第i颗LED灯珠的PN结至散热
器的热阻,由热测试仪测试获得;

(3)初始化一个由N个位置组成的等距LED阵列,相邻LED灯珠的横向间距为H、
纵向间距为V;

(4)从M颗待选LED灯珠中选出N颗,放置于LED阵列的相应位置,作为一组
变量{x1,…,xk,…,xN},其中xk表示LED阵列上的第k个位置上的LED灯珠,则
共有组变量;

(5)设置各个LED灯珠的横向步进范围hmax以及纵向步进范围vmax,|hmax|<H,
|vmax|<V;对于每组变量,利用遗传算法依次进行以下步骤:

(5-1)利用随机函数产生本组变量中每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进量
vxk,|hxk|<|hmax|,|vxk|<|vmax|;

(5-2)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率计算每
个LED灯珠的结温,记录最大的结温值T;

(5-3)将每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进量vxk以二进制数表示作为遗
传的初代,对二进制数中的1位或1位以上的数字通过相互间的交叉选择和/或变异,产
生下一代子代,得到每个LED灯珠新的横向步进量hxk和纵向步进量vxk,|hxk|<|hmax|,
|vxk|<|vmax|;

(5-4)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率重新计
算每个LED灯珠的结温值T,记录本次步进后最大的结温值以及每个灯珠的横向步进
量hxk和纵向步进量vxk;

(5-5)重复步骤(5-3)至(5-4)1000至2000次;

(6)选出每次步进后最大的结温值中的最小值,以及其对应的变量、每个LED灯
珠的横向步进量hxk和纵向步进量vxk;

(7)重复步骤(5)和步骤(6),直到组变量均找出每次步进后最大的结温值中
的最小值,以组变量中最小的最大结温值所对应的变量、每个LED灯珠的横向步进
量hxk和纵向步进量vxk作为最优解,确定N颗LED灯珠及其安装位置,用于进行光源
安装。

步骤(1)中,利用航天升级筛选方法挑选出M颗待选LED灯珠{L1,…,Li,…,
LM}。

步骤(5)中,-H/2<hmax<H/2,-V/2<vmax<V/2。

步骤(5-1)中,hxk=H/20,vxk=V/20。

本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于:

(1)本发明在LED光源的设计阶段即能预测LED光源加工成形后工作结温,可
普遍应用于工业领域的LED光源设计;

(2)由于航天应用的特殊性,要求航天用大功率LED光源具有很高的稳定性及
长的工作寿命,本发明利用航天升级筛选方法挑选出M颗待选LED灯珠,尤其能够满
足航天应用的特殊要求;

(3)本发明引入了遗传算法,可以对LED的结构布局进行优化设计,以使LED
的最高结温值达到最小,则可以在设计阶段防止按照设计模型进行加工成形后LED的
结温出现过高的情况,提高航天级LED光源的成品率。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是LED灯珠结构示意图。

图3是LED灯珠的热阻热容关系示意图。

图4是LED阵列示意图。

图5是LED灯珠的步进过程示意图。

图6是LED灯珠的热阻热容连接示意图。

图7是LED阵列中的热阻连接示意图。

图中:1-透镜,2-外延层,3-PN结,4-固晶层,5-环氧树脂,6-焊料,7-铝基板,
8-导热双面胶,9-散热器,10-热流路径,11-分界点;21-LED灯珠,22-LED光源散热
器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法,包括以下步骤:

(1)利用航天升级筛选方法挑选出M颗符合航天升级筛选标准的待选LED灯珠
{L1,…,Li,…,LM},其中Li表示第i颗灯珠,每个LED灯珠的发热功率已知;

(2)LED灯珠的结构如图2所示,包括透镜1和外延层2,PN结3的产生热量经
过固晶层4、环氧树脂5、焊料6、铝基板7、导热双面胶8、散热器9组成的热流路径
10,最终传导至空气环境中。对于每颗LED灯珠,利用MentorGraphics公司的热测试
仪T3Ster测试LED灯珠的热阻热容参数,根据热阻热容参数得到LED灯珠的PN结至
空气环境的热阻,其中对于第i颗LED灯珠,其PN结至空气环境的热阻通过以下公式
得到:

Rj-a(i)=Rj-c(i)+Rc-a

其中Rj-a(i)为第i颗LED灯珠的PN结至空气环境的热阻,Rc-a为第i颗LED灯
珠的散热器到空气环境的热阻,为固定值,Rj-c(i)为第i颗LED灯珠的PN结至散热
器的热阻,由热测试仪测试获得;

图3所示为LED灯珠的热阻热容关系示意图,每个离散点之间均存在热阻热容值,
各个离散点之间的热阻热容值等效为从PN结3到空气环境的一系列热阻、热容相连,
如图6所示,并且根据铝基板7的热阻小但是热容相对大、导热双面胶8的热阻大但是
热容小的特点,两者之间在曲线上存在一个突变,根据图3的热阻热容关系即可区分出
铝基板与导热双面胶8的分界点11,分离出LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关
系;

(3)根据LED光源的光分布、外观及材料设计需求,初始化一个由N个位置组成
的等距LED阵列,用于安装在LED光源散热器22上,如图4所示,相邻LED灯珠21
的横向间距为H、纵向间距为V;

(4)从M颗待选LED灯珠中选出N颗,放置于LED阵列的相应位置,作为一组
变量{x1,…,xk,…,xN},其中xk表示LED阵列上的第k个位置上的LED灯珠:

x1表示LED阵列上的第1个位置上的LED灯珠,其范围为{L1,…,Li,…,LM};
x1确定后,x2的范围为{L1,…,Li,…,LM}去除x1的选择值;x1和x2确定后,x3的
范围为{L1,…,Li,…,LM}去除x1和x2的选择值;以此类推;

则共有组变量;

接下来进行LED阵列上LED灯珠的距离微调;

(5)设置各个LED灯珠的横向步进范围hmax以及纵向步进范围vmax,设横向步进
范围hmax为-H/2至H/2,纵向步进范围vmax为-V/2至V/2;对于每组变量,利用遗传算
法依次进行以下步骤:

(5-1)利用随机函数产生本组变量中每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进量
vxk,设hxk=H/20,vxk=V/20;

(5-2)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率计算每
个LED灯珠的结温,记录最大的结温值T;

LED阵列中的热阻连接示意图如图7所示,结温值的计算过程如下:

发热功率Pheat1在电热仿真中等效于电学单位中的电流I,温度T在电热仿真中等效
于电学单位中的电压V。第1颗LED的发热功率Pheat1在散热器到空气环境的热阻Rc-a上
产生的热功率如下式所示:

P R c - a ( 1 ) = P heart 1 · R j - c ( 2 ) | | . . . | | R j - c ( n ) | | R c - a R j - c ( 1 ) + R j - c ( 2 ) | | . . . | | R j - c ( n ) | | R c - a R c - a ( 1 ) ]]>

第i颗LED的发热功率Pheat2在散热器到空气环境的热阻Rc-a上产生的热功率如下式
所示:

P R c - a ( i ) = P hearti · R j - c ( 1 ) | | . . . | | R j - c ( i - 1 ) | | R j - c ( i ) | | . . . | | R j - c ( n ) | | R c - a R j - c ( 1 ) + R j - c ( 1 ) | | . . . | | R j - c ( i - 1 ) | | R j - c ( i ) | | . . . | | R j - c ( n ) | | R c - a R c - a ]]>

第n颗LED的发热功率Pheatn在散热器到空气环境的热阻Rc-a上产生的热功率如下式所
示:

P R c - a ( n ) = P heartn · R j - c ( 1 ) | | R j - c ( 2 ) | | . . . | | R j - c ( n - 1 ) | | R c - a R j - c ( 1 ) + R j - c ( 1 ) | | R j - c ( 2 ) | | . . . | | R j - c ( n - 1 ) | | R c - a R c - a ]]>

N颗LED的发热功率在散热器到空气环境的热阻Rc-a上产生的热功率之和PRc-a(∑)如
下式所示:

P R c - a ( Σ ) = P R c - a ( 1 ) + . . . + P R c - a ( i ) + . . . + P R c - a ( n ) ]]>

散热器到空气环境的热阻Rc-a上的温升Tc-a如下式所示:

T c - a = P R c - a ( Σ ) · R c - a ]]>

第i颗LED的PN结至空气环境的温升Tj-a(i)如下式所示:

Tj-a(1)=Tj-c(1)+Tc-a=Pheati·Rj-c(i)+Tc-a

第i颗LED的结温等于其PN结至空气环境的温升Tj-a(i)与空气环境温度Ta之和。即
Tj(i)=Tj-a(i)+Ta

(5-3)将每个LED灯珠的横向步进量hxk和纵向步进量vxk以二进制数表示作为遗
传的初代,对二进制数中的1位或1位以上的数字通过相互间的交叉选择和/或变异,产
生下一代子代,得到每个LED灯珠新的横向步进量hxk和纵向步进量vxk,|hxk|<|hmax|,
|vxk|<|vmax|;

(5-4)利用每个LED灯珠的PN结至铝基板的热阻热容关系及其发热功率重新计
算每个LED灯珠的结温值T,记录本次步进后最大的结温值以及每个灯珠的横向步进
量hxk和纵向步进量vxk;

(5-5)重复步骤(5-3)至(5-4)1000至2000次;

如图5中的图5(1)至图5(9)所示为步进过程示意图,图中v和h分别表示所示
LED灯珠每次的横向步进量和纵向步进量;

(6)选出每次步进后最大的结温值中的最小值,以及其对应的变量、每个LED灯
珠的横向步进量hxk和纵向步进量vxk;

(7)重复步骤(5)和步骤(6),直到组变量均找出每次步进后最大的结温值中
的最小值,以组变量中最小的最大结温值所对应的变量、每个LED灯珠的横向步进
量hxk和纵向步进量vxk作为最优解,确定N颗LED灯珠及其安装位置,用于进行光源
安装。

关 键 词:
一种 基于 遗传 算法 LED 光源 结温值 降低 方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
太阳城集团本文
本文标题:一种基于遗传算法的LED光源结温值降低方法.pdf
链接地址:http://zh228.com/p-6401653.html
太阳城集团我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
葡京赌场|welcome document.write ('');