專利名稱：用于優(yōu)化發(fā)光二極管系統(tǒng)的方法和數(shù)值工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成及優(yōu)化具有單個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)的LED系統(tǒng)的性能的方法和數(shù)值工具(numerical tool)，以最大化從LED系統(tǒng)的給定熱設(shè)計(jì)輸出的光通量。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是一種當(dāng)電流以正向流過時(shí)會(huì)發(fā)光的半導(dǎo)體器件。已知多種類型的LED，它們以包括紅外線、可見光和紫外線區(qū)的各種波長(zhǎng)發(fā)光。已知LED的多種應(yīng)用包括作為各種顏色的指示燈、用于廣告屏和視頻顯示器。在過去，LED趨于作為產(chǎn)生相對(duì)低的功率輸出的低功率器件，并未被用于一般的照明目的。然而，最近高功率LED器件已為人所知，其能夠提供白熾和熒光光源的替代品。 LED器件比白熾光源每瓦產(chǎn)生更多的光，因此可作為節(jié)能光源，而且LED器件相比熒光光源具有許多優(yōu)勢(shì)，包括容易變暗以及無需使用諸如汞這種潛在有毒和有污染性的元素來產(chǎn)生作為熒光光源的等離子體。因此，發(fā)光二極管(LED)已作為未來前景廣闊的發(fā)光器件脫穎而出。然而，迄今為止，LED仍主要限于裝飾、顯示和信號(hào)發(fā)送應(yīng)用，在很大程度上還沒有進(jìn)入一般照明市場(chǎng)。在光度測(cè)定方面，通常用于比較不同發(fā)光器件的一個(gè)重要因素是發(fā)光功效(流明每瓦)。LED廣泛使用于一般照明應(yīng)用的一個(gè)主要障礙在于LED的光通量隨著LED結(jié)溫而降低。典型地，溫度每升高一攝氏度，各種LED的發(fā)光功效(luminous efficacy)下降了將近0.2%到1%。由于老化效應(yīng)，發(fā)光功效的實(shí)際下降可能會(huì)高于這里引用的數(shù)字。經(jīng)加速老化試驗(yàn)表明，光輸出會(huì)進(jìn)一步下降45%。對(duì)于老化的LED，功效下降率可達(dá)到每攝氏度 1 %。在諸如汽車前照燈和緊湊型燈等一些應(yīng)用中，環(huán)境溫度可能非常高且散熱器的尺寸受限。由于熱問題造成的發(fā)光功效降低會(huì)很嚴(yán)重，這導(dǎo)致光輸出(luminous output)下降。在最近關(guān)于照明的題為“Let there be light”(哈里斯，馬克，IET Engineering & Technology (E&T)雜志，2009年11月21日-12月4日第20期第4卷第18-21頁(yè))的文章中評(píng)論至丨J，關(guān)于 LED 產(chǎn)品，"the majority of LED Α-type replacement lamps do not meet manufacturer performance claims”(大多數(shù)LED A型備用燈不能達(dá)到制造商聲稱的性能)以及"testing reveals that these lamps produce only 10 to 60 per cent of their claimed light output”(試驗(yàn)表明這些燈只產(chǎn)生它們所聲稱的光輸出的百分之10 到60)。除了質(zhì)量問題外，所聲稱的發(fā)光性能與實(shí)際發(fā)光性能如此不匹配的一個(gè)可能原因在于對(duì)LED器件的發(fā)光功效的數(shù)字(figure)的理解。LED器件制造商通常引用僅在25°C結(jié)溫時(shí)正確的高發(fā)光功效數(shù)字。實(shí)際上，發(fā)光功效會(huì)隨著LED結(jié)溫的升高而顯著降低。在正常運(yùn)行的結(jié)溫下，發(fā)光功效通常能夠下降25%或更多。圖1示出了常規(guī)LED。在該LED器件的中心為發(fā)光半導(dǎo)體材料，該材料例如為 InGaN，盡管對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言其他材料也為人所知曉。在圖1的示例中，發(fā)光InGaN 芯片1安裝于硅基板2上，并通過金絲4和焊接連接件5連接至例如陰極3等電極。該發(fā)光芯片1由硅密封劑6和塑料透鏡7覆蓋。
當(dāng)使用如圖1所示類型的LED來產(chǎn)生光時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不消除這些熱量，則將會(huì)損壞發(fā)光芯片。因此必須設(shè)置散熱器，且散熱座2位于發(fā)光芯片1下方。實(shí)際上， 當(dāng)用于提供照明光源時(shí)，通常會(huì)設(shè)置多個(gè)LED來形成LED系統(tǒng)，如圖2所示，這里，在單個(gè)散熱器11上設(shè)置多個(gè)LED 10。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方案中，本發(fā)明提供了一種形成或優(yōu)化LED系統(tǒng)以在一時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)期望的發(fā)光性能的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè)LED均具有結(jié)， 所述方法包括以下步驟(a)利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型來計(jì)算在所述時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)的發(fā)光性能；以及(b)修改所述LED系統(tǒng)以使所述預(yù)測(cè)的發(fā)光性能基本上與所述期望的發(fā)光性能匹配(match)。在第二方案中，本發(fā)明提供了一種優(yōu)化LED系統(tǒng)的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè)LED均具有結(jié)，該方法包括以下步驟利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型來計(jì)算一時(shí)間段內(nèi)的結(jié)溫，從而如果計(jì)算出的峰值結(jié)溫超過最大額定結(jié)溫，則允許修改所述LED系統(tǒng)，由此優(yōu)化所述LED系統(tǒng)。在上述第一方案和第二方案中，在一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型為經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站可訪問的計(jì)算機(jī)上的軟件工具的形式。在另一實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型為存儲(chǔ)于便攜式計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件工具的形式。在第三方案中，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其為L(zhǎng)ED系統(tǒng)計(jì)算在一時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)的發(fā)光性能，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè) LED均具有結(jié)，從而為了形成或優(yōu)化所述LED系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)期望的發(fā)光性能，允許修改所述 LED系統(tǒng)以使得所述預(yù)測(cè)的發(fā)光性能基本上與期望的發(fā)光性能匹配。在第四方案中，本發(fā)明提供了一種與LED系統(tǒng)一起使用的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè)LED均具有結(jié)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具計(jì)算一時(shí)間段內(nèi)的結(jié)溫，從而如果計(jì)算出的峰值結(jié)溫超過最大額定結(jié)溫，則允許修改所述LED系統(tǒng)，由此優(yōu)化所述LED系統(tǒng)。在上述第三方案和第四方案中，在一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具為經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站可訪問的計(jì)算機(jī)上的軟件工具的形式。在另一實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型為存儲(chǔ)于便攜式計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件工具的形式。優(yōu)選地，在上述第一方案和第三方案中，發(fā)光性能為在所述時(shí)間段內(nèi)LED系統(tǒng)的光通量、LED系統(tǒng)的發(fā)光功效、散熱器溫度以及結(jié)溫中的一個(gè)或更多個(gè)。在第五方案中，本發(fā)明提供了一種形成LED照明系統(tǒng)的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建將所述LED系統(tǒng)發(fā)出的光通量作為所述散熱器熱阻和施加到每個(gè)LED的功率的函數(shù)的模型，以及(b)假設(shè)最大光通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇LED系統(tǒng)以使得所述最大光通量在等于或低于所述LED系統(tǒng)額定功率的功率下發(fā)出，或者(c)假設(shè)所述 LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇LED以使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出所述最大光通量時(shí)的功率。優(yōu)選地，在選擇(c)中，所述額定功率處于輸出最大通量時(shí)的功率的80%至96%之間。在第六方案中，本發(fā)明提供了一種形成LED照明系統(tǒng)的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建將所述LED系統(tǒng)發(fā)出的光通量作為散熱器熱阻和施加到每個(gè)LED的功率的函數(shù)的模型，以及(b)選擇所具有的熱阻能使得最大光通量在等于或低于所述LED的額定功率的功率下發(fā)出的散熱器，或者(c)假設(shè)所述LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇所具有的熱阻能使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出最大光通量時(shí)的功率的散熱器。優(yōu)選地，在步驟(c)中，所述額定功率處于輸出最大通量時(shí)的功率的80%至96% 之間。在第七方案中，本發(fā)明提供了一種LED照明系統(tǒng)，其包括位于散熱器上的多個(gè) LED，其中所述散熱器所具有的熱阻能使得最大光通量在低于所述LED的額定功率的功率下發(fā)出。在第八方案中，本發(fā)明還提供了一種形成LED照明系統(tǒng)的方法，該LED照明系統(tǒng)包括位于散熱器上的多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)假設(shè)最大光通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇LED系統(tǒng)以使得所述最大光通量在低于所述LED系統(tǒng)額定功率的功率下發(fā)出，或者(b)假設(shè)所述LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇LED以使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出最大光通量時(shí)的功率。在第九方案中，本發(fā)明提供一種形成LED照明系統(tǒng)的方法，所述LED照明系統(tǒng)包括位于散熱器上的多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)選擇所具有的熱阻能使得最大光通量在低于所述LED的額定功率的功率下發(fā)出的散熱器，或者(b)假設(shè)所述LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇所具有的熱阻能使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出最大光通量時(shí)的功率的散熱器。


現(xiàn)參照附圖以示例的方式描述本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中圖1示意性顯示常規(guī)LED的結(jié)構(gòu)；圖2顯示具有安裝在單個(gè)散熱器上的多個(gè)獨(dú)立LED的常規(guī)系統(tǒng)；圖3為L(zhǎng)ED的功效與結(jié)溫之間的典型關(guān)系的繪圖；圖4為散熱器溫度與功耗之間的典型關(guān)系的繪圖；圖5(a)和圖5(b)顯示(a)安裝在同一散熱器上的N個(gè)LED的簡(jiǎn)化了的動(dòng)態(tài)熱等效電路，以及(b)具有安裝在同一散熱器上的N個(gè)LED的簡(jiǎn)化了的穩(wěn)態(tài)熱等效電路；圖6顯示結(jié)殼(junction-to-case)熱阻Rje的假設(shè)線性函數(shù)；圖7顯示對(duì)于安裝在熱阻為6. 3°C /W的散熱器上的8個(gè)3W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總光通量與燈功率的關(guān)系曲線；圖8顯示對(duì)于安裝在熱阻為6. 3°C /W的散熱器上的8個(gè)3W的LED，計(jì)算處的及測(cè)量出的總發(fā)光功效與燈功率的關(guān)系曲線；圖9顯示對(duì)于安裝在熱阻為4. 5°C /W的散熱器上的8個(gè)3W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總光通量與燈功率的關(guān)系曲線；圖10顯示對(duì)于安裝在熱阻為4. 5°C /W的散熱器上的8個(gè)3W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總發(fā)光功效與燈功率的關(guān)系曲線；圖11顯示對(duì)于安裝在熱阻為2. 2V /W的散熱器上的8個(gè)3W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總光通量與燈功率的關(guān)系曲線；圖12顯示對(duì)于安裝在熱阻為2. 2V /W的散熱器上的8個(gè)3W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總發(fā)光功效與燈功率的關(guān)系曲線；圖13顯示對(duì)于安裝在熱阻為10°C /W熱阻的散熱器上的2個(gè)5W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總光通量與燈功率的關(guān)系曲線；圖14顯示對(duì)于安裝在熱阻為10°C /W的散熱器上的2個(gè)5W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總發(fā)光功效與燈功率的關(guān)系曲線；圖15顯示對(duì)于安裝在熱阻為6. 8°C /W的散熱器上的2個(gè)5W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總光通量與燈功率的關(guān)系曲線；圖16顯示對(duì)于安裝在熱阻為6. 8°C /W的散熱器上的2個(gè)5W的LED，計(jì)算出的及測(cè)量出的總發(fā)光功效與燈功率的關(guān)系曲線；圖17繪出作為L(zhǎng)ED的功率的函數(shù)而發(fā)出的總光通量；圖18更詳細(xì)地示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，LED以低于所發(fā)出的光通量的峰值運(yùn)行；圖19示出在強(qiáng)制冷卻條件下的運(yùn)行原理；圖20顯示可實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備；圖21顯示示出了本發(fā)明實(shí)施例的使用的流程圖；圖22顯示示出了本發(fā)明實(shí)施例的使用的另一流程圖；圖23顯示安裝于散熱器上的N個(gè)LED的另一種簡(jiǎn)化的熱等效電路；圖M顯示示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的使用的流程圖；圖25顯示示出了本發(fā)明又一實(shí)施例的使用的流程圖；圖沈顯示具有安裝在熱阻為1. 8°C /W的散熱器上的8個(gè)LED的LED系統(tǒng)的測(cè)量出的光通量的圖表；圖27顯示參考圖沈中的LED系統(tǒng)的計(jì)算出的光通量的圖表，所述光通量根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例計(jì)算出；圖28顯示具有安裝在熱阻為2. 9°C /W的散熱器上的8個(gè)LED的LED系統(tǒng)的測(cè)量出的光通量的圖表；圖四顯示參考圖28中的LED系統(tǒng)的計(jì)算出的光通量的圖表，所述光通量根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例計(jì)算出；圖30顯示參考圖沈和圖觀中的兩個(gè)LED系統(tǒng)，測(cè)量出的和計(jì)算出的光通量隨時(shí)間變化的圖表；圖31顯示安裝在熱阻為4. I0C /W的散熱器上的離線LED的結(jié)溫與時(shí)間的圖表，該結(jié)溫根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例計(jì)算；以及圖32顯示安裝在熱阻為2. 2V /W的散熱器上的離線LED的結(jié)溫與時(shí)間的圖表，該結(jié)溫根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例計(jì)算。
具體實(shí)施例方式為了增強(qiáng)常規(guī)LED系統(tǒng)所發(fā)射的光，需要增大施加到LED上的電流。但是，由于 LED溫度的增加將降低其效率并對(duì)LED有潛在的損害，因而持續(xù)增大LED功率將使收效遞減。由于散熱器對(duì)于從LED帶走熱量從而避免引起任何損壞是必不可少的，因而，散熱器很重要。如果能移除所產(chǎn)生的熱量，LED發(fā)出的光將隨著所施加電流的增加而增加，但是對(duì)于任何單獨(dú)的LED設(shè)計(jì)，將會(huì)出現(xiàn)由于熱量不再被有效移除而使得施加到LED的增加的功率并不會(huì)導(dǎo)致發(fā)出更多的光。識(shí)別所施加的功率與發(fā)出的光之間的關(guān)系是本發(fā)明的一個(gè)重要方面。以下為表示這種關(guān)系的光電熱(PET)理論。設(shè)Φ v為由N個(gè)LED器件組成的LED系統(tǒng)的總光通量。Φν = NXEXPd(1)這里，E為功效(流明/瓦)，Pd為一個(gè)LED的實(shí)際功率(W)眾所周知，LED的功效(E)會(huì)隨著LED結(jié)溫的增加而降低。圖3顯示由LED制造商提供的典型關(guān)系。可以看出當(dāng)Tj 彡 T。且 E 彡 0 時(shí)，E = E。[l+ke(TrT。)](2)這里，E0為在額定溫度T。(典型為25°C )下的額定功效，ke為隨著溫度的升高，功效的相對(duì)降低率。例如，如果溫度增加100°c，E降低了 20%，那么= 0. 002。一般而言，可將LED功率定義為Pd = VdX Id，這里，％和Id分別為二極管電壓和電流。但只有部分功率會(huì)作為熱量被發(fā)散。因此，一個(gè)LED中產(chǎn)生的熱量被定義為Pheat = khPd = khVdId(3)這里，kh為小于1的常數(shù)?，F(xiàn)在考慮如圖4所示的散熱器溫度與LED系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量之間的典型關(guān)系。圖 5(a)顯示LED系統(tǒng)簡(jiǎn)化了的動(dòng)態(tài)熱等效電路，假設(shè)(i) N個(gè)LED被放置于熱阻為Rhs的同一散熱器上，(ii)每一 LED具有結(jié)殼熱阻民。，以及(iii)具有電絕緣性的熱導(dǎo)體(例如散熱器填料)用于將LED與散熱器隔離，并具有熱阻I ins。由于散熱器的尺寸相對(duì)較大，因而其使用分布式熱模型。若要研究動(dòng)態(tài)響應(yīng)，則需要相應(yīng)的熱容。在穩(wěn)態(tài)條件下，熱模型可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為如圖5(b)所示的穩(wěn)態(tài)模型。實(shí)際上，LED與散熱器之間可使用散熱器填料或其等效物來保證良好的熱接觸。與LED的1^_。相比，這種熱導(dǎo)體/電絕緣體的熱阻相對(duì)較小，因而在圖5(b)及下面的等式中被忽略不計(jì)。基于圖5(b)中的模型，穩(wěn)態(tài)散熱器溫度可表示為Ths = Ta+Rhs (NPheat) = Ta+Rhs (NkhPd)(4)這里，Ta=環(huán)境溫度。由圖5 (b)和(4)可知，每個(gè)LED的結(jié)為Tj = Ths+RJc (Pheat) = Ths+RJc (khPd)(5a)Tj = Ta+(RJc+NRhs)khPd(5b)現(xiàn)在，可將從(5)中得到的Tj用于O)中E = E0 [l+ke (TrT0)]E = E0{l+ke [Ta+ (RJc+NRhs) khPd_T。)]}
E = E0[l+ke (Ta-T0)+kekh(RJc+NRhs)Pd](6)因此，總光通量(^為φ v = NEPdΦν = N{E。[l+ke(Ta_T。)+kekh(RJc+NRhs)Pd]}PdΦν = NE。{[l+ke(Ta_T。)]Pd+kekh(RJc+NRhs)Pd2}(7a)等式(7a)也可如下表示為Φ v = NE0 {Pd+ [ke (Ta-T0) ] Pd+kekh (RJc+NRhs) Pd2}(7b)可從等式(7a)和(7b)中得出一些重要的觀察結(jié)果。1.等式(7)將光通量(Φν)與LED的電功率(Pd)、散熱器的熱阻(Rhs)以及LED結(jié) (Rjc)聯(lián)系到一起。這是將LED系統(tǒng)的光度(photometric)、電以及熱量方面結(jié)合在一起的
等式ο2.對(duì)于給定的散熱器(其可由特定的應(yīng)用限制尺寸)，可以確定最大的Φν出現(xiàn)時(shí)的工作點(diǎn)P/?？蛇x地，在設(shè)計(jì)散熱器時(shí)具有靈活性的情況下，可將該等式用于熱設(shè)計(jì)以優(yōu)化給定LED陣列的散熱器(Rhs)尺寸。3.因?yàn)閗e是負(fù)數(shù)且小于1，因此(7)為Φν= Q1Pd-Ci2Pd2的形式，這里、和α2 為兩個(gè)正的系數(shù)。隨著Pd從零開始增加，Φν近似線性增加，這是因?yàn)楫?dāng)Pd很小時(shí)，第二項(xiàng)可忽略不計(jì)。隨著Pd的增加，與Pd的平方成比例的第二負(fù)項(xiàng)會(huì)使Φν顯著減小。在到達(dá)最大點(diǎn)后，Φν將隨著Pd和Rj。的增加而更迅速地降低(由于(7b)中的負(fù)項(xiàng)顯著增大)。這意味著Φν的拋物線并不對(duì)稱。由于光通量函數(shù)為拋物線，因此具有最大值，這個(gè)最大的點(diǎn)
φ
可以由I = 0來獲得。 dpd通過相對(duì)于Pd對(duì)(7)求微分，
權(quán)利要求
1.一種形成或優(yōu)化LED系統(tǒng)以在一時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)期望的發(fā)光性能的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè)LED均具有結(jié)，所述方法包括以下步驟(a)利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型來計(jì)算在所述時(shí)間段內(nèi)預(yù)測(cè)的發(fā)光性能；以及(b)修改所述LED系統(tǒng)以使所述預(yù)測(cè)的發(fā)光性能基本上與所述期望的發(fā)光性能匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)光性能為在所述時(shí)間段內(nèi)LED系統(tǒng)的光通量、 LED系統(tǒng)的發(fā)光功效、散熱器溫度以及結(jié)溫中的一個(gè)或更多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型包括用于計(jì)算在所述時(shí)間段內(nèi)LED系統(tǒng)的光通量、LED系統(tǒng)的發(fā)光功效、散熱器溫度以及結(jié)溫的以下等式
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型為經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站可訪問的計(jì)算機(jī)上的軟件工具的形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型為存儲(chǔ)于便攜式計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件工具的形式。
6.一種計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其為L(zhǎng)ED系統(tǒng)計(jì)算在一時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)的發(fā)光性能， 所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè)LED均具有結(jié)，從而為了形成或優(yōu)化所述LED系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)期望的發(fā)光性能，允許修改所述LED系統(tǒng)以使得所述預(yù)測(cè)的發(fā)光性能基本上與所述期望的發(fā)光性能匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其中所述發(fā)光性能為在所述時(shí)間段內(nèi)LED系統(tǒng)的光通量、LED系統(tǒng)的發(fā)光功效、散熱器溫度以及結(jié)溫中的一個(gè)或更多個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其使用以下等式計(jì)算在所述時(shí)間段內(nèi)LED系統(tǒng)的光通量、LED系統(tǒng)的發(fā)光功效、散熱器溫度以及結(jié)溫中的一個(gè)或更多個(gè)
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具為經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站可訪問的計(jì)算機(jī)上的軟件工具的形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具為存儲(chǔ)于便攜式計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件工具的形式。
11.一種優(yōu)化LED系統(tǒng)的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè)LED均具有結(jié)，該方法包括以下步驟利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型來計(jì)算在一時(shí)間段內(nèi)的結(jié)溫，從而如果計(jì)算出的峰值結(jié)溫超過最大額定結(jié)溫，則允許修改所述LED系統(tǒng)，由此優(yōu)化所述LED系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型包括用于計(jì)算所述結(jié)溫的以下等式
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型包括用于計(jì)算&。的以下等式對(duì)于
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型為經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站可訪問的計(jì)算機(jī)上的軟件工具的形式。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的動(dòng)態(tài)模型為存儲(chǔ)于便攜式計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件工具的形式。
16.一種與LED系統(tǒng)一起使用的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，每個(gè)LED均具有結(jié)，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具計(jì)算一時(shí)間段內(nèi)的結(jié)溫，從而如果計(jì)算出的峰值結(jié)溫超過最大額定結(jié)溫，則允許修改所述LED系統(tǒng)，由此優(yōu)化所述LED系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其使用以下等式計(jì)算所述時(shí)間段內(nèi)的結(jié)溫
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其使用以下等式計(jì)算
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具為經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站可訪問的計(jì)算機(jī)上的軟件工具的形式。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具，其中所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)值工具為存儲(chǔ)于便攜式計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件工具的形式。
21.—種形成LED系統(tǒng)的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建將所述LED系統(tǒng)發(fā)出的光通量作為所述散熱器的熱阻和施加到每個(gè)LED的功率的函數(shù)的模型，以及(b)若最大光通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇LED系統(tǒng)以使得在等于或低于所述LED系統(tǒng)額定功率的功率下發(fā)出所述最大光通量，或者(c)若所述LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量， 則選擇LED以使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出所述最大光通量時(shí)的功率。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中在步驟(c)中，所述額定功率處于將會(huì)輸出最大通量時(shí)的功率的80%至96%之間。
23.一種形成LED系統(tǒng)的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的單個(gè)或多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建將所述LED系統(tǒng)發(fā)出的光通量作為所述散熱器的熱阻和施加到每個(gè)LED的功率的函數(shù)的模型，以及(b)選擇具有這樣的熱阻的散熱器，其使得所述最大光通量在等于或低于所述LED的額定功率的功率下發(fā)出，或者(c)若所述LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量， 則選擇具有這樣的熱阻的散熱器，其使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出所述最大光通量時(shí)的功率。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在步驟(c)中，所述額定功率處于將會(huì)輸出最大通量時(shí)的功率的80%至96%之間。
25.—種LED系統(tǒng)，包括位于散熱器上的多個(gè)LED，其中所述散熱器具有這樣的熱阻，其使得最大光通量在低于所述LED的額定功率的功率下發(fā)出。
26.一種形成LED系統(tǒng)的方法，該LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)若最大光通量等于或大于所述期望的輸出通量，則選擇LED系統(tǒng)以使得所述最大光通量在低于所述LED系統(tǒng)額定功率的功率下發(fā)出，或者(b)若所述LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量， 則選擇LED以使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出所述最大光通量時(shí)的功率。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的方法，其中在步驟(b)中，所述額定功率處于將會(huì)輸出最大通量時(shí)的功率的80%至96%之間。
28.一種形成LED系統(tǒng)的方法，所述LED系統(tǒng)包括位于散熱器上的多個(gè)LED，并具有期望的輸出通量，該方法包括以下步驟(a)選擇具有這樣的熱阻的散熱器，其使得最大光通量在低于所述LED的額定功率的功率下發(fā)出，或者(b)若所述LED系統(tǒng)在所述額定功率下發(fā)出的通量等于或大于所述期望的輸出通量， 則選擇具有這樣的熱阻的散熱器，其使得所述LED系統(tǒng)的額定功率低于發(fā)出最大光通量時(shí)的功率。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中在步驟(b)中，所述額定功率處于將會(huì)輸出最大通量時(shí)的功率的80%至96%之間。
全文摘要
提供用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化LED系統(tǒng)的方法和數(shù)值工具，以實(shí)現(xiàn)期望的發(fā)光性能并增加可靠性和運(yùn)行壽命。此外，還公開用于設(shè)計(jì)LED照明系統(tǒng)的方法，其在給定LED額定功率和散熱器的情況下，確定用于期望的輸出光通量的最佳運(yùn)行功率。利用本發(fā)明，可通過選擇適當(dāng)?shù)腖ED和/或散熱器來設(shè)計(jì)LED照明系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102356478SQ201080007728
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者許樹源 申請(qǐng)人:香港城市大學(xué)