PDF《有关大功率LED实时热阻分析》

2 所示.大功 率LED 的总热阻 Rth,即为从 LED 芯片到外界环境的散 热路径上的各个热阻的和,主要包括 LED 芯片内部热阻 RS- B,即在热传导过程中 LED 芯片到金属线路板之间的热 阻;

金属线路板到外部热沉之间的热阻 RB- S;

热对流过程 中外部热沉到外界空气之间的热阻 RS- A,还有芯片与空气 热对流过程的热阻,但是由于芯片与外界环境的散热作用 不明显,因此可以忽略不计,所以大功率 LED 热阻的总和 .

3 LED 热阻分析 根据大功率 LED 的热阻分析主要从以下四个方面阐述: 大功率 LED 热阻分析数据的采集方案设计、大功率 LED 的 实时热阻分析以及利用 Hilbert-Huang 变换对热阻的进一步 分析. 3.1 数据采集设计 以单片机为核心的数据采集系统的硬件设计和软件设 计,系统的结构图如图

3 所示. 以PIC 单片机为核心应用数字温度传感器对大功率 图1 大功率LED散热结构图 图2 大功率LED热阻模型 图3 系统总体结构图 图4 DS18B20的引脚配置图

89 88 LED 多点温度数据进行采集,通过数字温度传感器将数字温 度信号直接送到 PIC 单片机进行处理,实现对大功率 LED 的多点温度数据采集.同时对大功率 LED 两端的电压电流 信号进行采集,并且通过 PIC 单片机进行 A/D 转换,将处理 后的电压值送入计算机中.最后将处理后的多点温度数据和 电压、电流数据通过 RS-232 接口传递给上位机,为大功率 LED 的实时热阻分析提供数据支持. 3.2 数据采集系统硬件设计 本文核心控制芯片采用 Microchip 公司生产的 PIC16F877 单片机.本系统的多点温度数据检测采用了美国 Dallas 公 司推出的新一代单总线式数字温度传感器 DS18B20.采取 单总线形式,即将多个 DS18B20 挂在同一管脚上,根据 ROM 码分别进行操作.其硬件原理图如图

4 所示,其中, GND 为地线;

DQ 为数据线,即可以向外部发送数据,也可 以接受数据,该脚为漏极开路输出,常态下呈高电平;

VDD 是可选外部电源端, 可接+5V, 当使用寄生电源供电时应接地. 本系统是采用 VDD 供电,DQ 与单片机相连的方式来实现温 度检测的. 本文将运算放大器 AD620AN 的输入端即其 +IN 脚和 - IN 脚接 R2 的两端, 输出端 OUT 的电压即为 R2 两端的电压, 把得到的电压信号送到单片机的 A/D 转换端口 AN0 端处理, 再根据 R

1、R2 的阻值比求出 LED 两端的电压.具体电路 如图

5 所示. 接阻值为 1K 采样电阻,测量采样电阻的电压信号,送 入单片机的 A/D 转换端口 AN1 端处理,获得通过 LED 的电 流值. 最后把 DS18B20 的温度数据和大功率 LED 两端的电 压电流数据传入到 PIC16F877 单片机,再由 PIC16F877 统一通过串口传给计算机进行处理.本系统采用 RS-232 连 接单片机与上位机进行串行通信. 3.3 数据采集系统的软件设计 PIC16F877单片机是温度数据采集系统的数据采集端, 它主要完成对三个数字温度传感器 DS18B20 的控制,实现 读取温度数据,采集 DS1302 的实时时间数据以及同上位机 的通讯功能.根据系统功能的要求,多点温度数据采集系统 的程序主要有四个模块:主程序、温度数据采集模块、电压 数据采集模块以及串行通信模块.其流程图如图

6 所示.

4 大功率 LED 实时热阻分析 本文通过单片机与计算机之间的 RS-232 串口实现了数 据的实时传输,并且根据大功率 LED 热阻的分析方法通过 图6 温度采集流程图 系统初始化 读取 ROM 序列号 存储 ROM 序列号 是否存在 DS18B20 初始化 DSl8B20 跳过 ROM 匹配 启动温度转 初始化 DS18B20 匹配 ROM 指令 发送序列号 读取当前温度值 所有 DS18B20 是否访问完毕 N N Y Y 开始 图5 电压采集原理图 VC++ 编程,实现了对热阻的实时分析,包括全部暂态和稳 态过程. 数据采集完成后,需要完成大功率 LED 热阻分析的可 视化系统设计,通过 RS-232 串口将温度及电压数据传给计 算机,显示并处理数据.主要包括以下三个模块:串口通信 模块、数据显示模块以及数据处理模块,下面将对它们进行 详细阐述.本系统采用 MSComm 控件来完成串口通信模块 的设计. 通过串口实现了三点温度数据、电压以及电流数据传递 后,就要实现对数据处理了,包括热阻分析实时显示、温度 和功率参数的显示. 为了能够实时分析热阻,本文将热阻用实时绘制动态曲 线的方式给出.先将热阻分析结果存放在全局数据结构中, 通过传递的数据触发事件,在函数中实现读取数据以及根据 数据绘制曲线的功能,并实时显示温度及功率值,具体如图