一種基于遺傳算法的led光源結(jié)溫值降低方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于遺傳算法的LED光源結(jié)溫值降低方法，屬于LED空間照明領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于航天應(yīng)用的特殊性，要求航天用大功率LED光源具有很高的穩(wěn)定性及長(zhǎng)的工 作壽命。
[0003] 目前，大功率LED光源在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，燈珠一般采用等間距的設(shè)計(jì)方式，等間距 安裝完成后，由于安裝在光源中心位置的LED燈珠其散熱環(huán)境較差，會(huì)造成LED燈珠實(shí)際工 作時(shí)的結(jié)溫溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于散熱環(huán)境好的地方的LED燈珠的結(jié)溫溫升。而且，各顆LED燈珠 在實(shí)際工作時(shí)的結(jié)溫直接影響著由LED燈珠組成的LED光源的工作可靠性及其工作壽命。
[0004] 在LED光源加工完成后，進(jìn)行LED結(jié)溫的檢測(cè)，可評(píng)估其可靠性并預(yù)測(cè)其工作壽 命。但是，若測(cè)出LED光源中某顆LED的結(jié)溫過(guò)高，由于航天產(chǎn)品的特殊要求整個(gè)光源可能 被報(bào)廢而重新制造，造成了大量的人力與物力損失。
[0005] 如果在LED光源的設(shè)計(jì)階段即能預(yù)測(cè)LED光源加工成形后工作結(jié)溫，并且在設(shè)計(jì) 模型基礎(chǔ)上對(duì)LED的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行調(diào)整，修正LED的結(jié)溫，降低LED結(jié)溫的最大值，則可以 在設(shè)計(jì)階段防止按照設(shè)計(jì)模型進(jìn)行加工成形后LED的結(jié)溫出現(xiàn)過(guò)高的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于遺傳算法的LED光源結(jié)溫值降 低方法，能夠解決現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)階段無(wú)法預(yù)估光源加工成形后的各顆LED結(jié)溫即 工作可靠性的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種基于遺傳算法的LED 光源結(jié)溫值降低方法，包括以下步驟：
[0008] (1)挑選出M顆待選LED燈珠 IL1，…，L1，…，LJ，其中L1表示第i顆燈珠，每個(gè) LED燈珠的發(fā)熱功率已知；
[0009] (2)對(duì)于每顆LED燈珠，利用熱測(cè)試儀測(cè)試LED燈珠的熱阻熱容參數(shù)，根據(jù)熱阻熱 容參數(shù)得到LED燈珠的PN結(jié)至空氣環(huán)境的熱阻，其中對(duì)于第i顆LED燈珠，其PN結(jié)至空氣 環(huán)境的熱阻通過(guò)以下公式得到：
[0010] Rja(i) =Rjc ⑴+Rca
[0011] 其中Rj a⑴為第i顆LED燈珠的PN結(jié)至空氣環(huán)境的熱阻，R。a為第i顆LED燈珠 的散熱器到空氣環(huán)境的熱阻，為固定值，R,。(i)為第i顆LED燈珠的PN結(jié)至散熱器的熱阻， 由熱測(cè)試儀測(cè)試獲得；
[0012] (3)初始化一個(gè)由N個(gè)位置組成的等距LED陣列，相鄰LED燈珠的橫向間距為H、 縱向間距為V ;
[0013] (4)從M顆待選LED燈珠中選出N顆，放置于LED陣列的相應(yīng)位置，作為一組變量 Ix1，…，Xk，…，xN}，其中Xk表示LED陣列上的第k個(gè)位置上的LED燈珠，則共有P=組變 量；
[0014] (5)設(shè)置各個(gè)LED燈珠的橫向步進(jìn)范圍h_以及縱向步進(jìn)范圍v_，|h_|〈H， kJ〈v ;對(duì)于每組變量，利用遺傳算法依次進(jìn)行以下步驟：
[0015] (5-1)利用隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生本組變量中每個(gè)LED燈珠的橫向步進(jìn)量hxk和縱向步進(jìn) 里 vxk，I hxk I〈 I hmax I，I vxk I〈 I vmax I ;
[0016] (5-2)利用每個(gè)LED燈珠的PN結(jié)至鋁基板的熱阻熱容關(guān)系及其發(fā)熱功率計(jì)算每個(gè) LED燈珠的結(jié)溫，記錄最大的結(jié)溫值T ;
[0017] (5-3)將每個(gè)LED燈珠的橫向步進(jìn)量hxk和縱向步進(jìn)量V xk以二進(jìn)制數(shù)表示作為 遺傳的初代，對(duì)二進(jìn)制數(shù)中的1位或1位以上的數(shù)字通過(guò)相互間的交叉選擇和/或變異， 產(chǎn)生下一代子代，得到每個(gè)LED燈珠新的橫向步進(jìn)量h xk和縱向步進(jìn)量V xk，|hxk|〈 |hmax|， Vxkl < I Vmaxl ；
[0018] (5-4)利用每個(gè)LED燈珠的PN結(jié)至鋁基板的熱阻熱容關(guān)系及其發(fā)熱功率重新計(jì)算 每個(gè)LED燈珠的結(jié)溫值T，記錄本次步進(jìn)后最大的結(jié)溫值以及每個(gè)燈珠的橫向步進(jìn)量h xk和 縱向步進(jìn)量Vxk;
[0019] (5-5)重復(fù)步驟（5-3)至（5-4) 1000 至 2000 次；
[0020] (6)選出每次步進(jìn)后最大的結(jié)溫值中的最小值，以及其對(duì)應(yīng)的變量、每個(gè)LED燈珠 的橫向步進(jìn)量h xk和縱向步進(jìn)量V xk;
[0021] (7)重復(fù)步驟（5)和步驟（6)，直到P、!；組變量均找出每次步進(jìn)后最大的結(jié)溫值中 的最小值，以Pi組變量中最小的最大結(jié)溫值所對(duì)應(yīng)的變量、每個(gè)LED燈珠的橫向步進(jìn)量hxk 和縱向步進(jìn)量vxk作為最優(yōu)解，確定N顆LED燈珠及其安裝位置，用于進(jìn)行光源安裝。
[0022] 步驟（1)中，利用航天升級(jí)篩選方法挑選出M顆待選LED燈珠 IL1，…，L1，…， LM} 〇
[0023] 步驟（5)中，-H/2〈h_〈H/2, -V/2〈v_〈V/2。
[0024] 步驟（5-1)中，hxk= H/20, v xk= V/20。
[0025] 本發(fā)明基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于：
[0026] (1)本發(fā)明在LED光源的設(shè)計(jì)階段即能預(yù)測(cè)LED光源加工成形后工作結(jié)溫，可普遍 應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的LED光源設(shè)計(jì)；
[0027] (2)由于航天應(yīng)用的特殊性，要求航天用大功率LED光源具有很高的穩(wěn)定性及長(zhǎng) 的工作壽命，本發(fā)明利用航天升級(jí)篩選方法挑選出M顆待選LED燈珠，尤其能夠滿足航天應(yīng) 用的特殊要求；
[0028] (3)本發(fā)明引入了遺傳算法，可以對(duì)LED的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使LED的最 高結(jié)溫值達(dá)到最小，則可以在設(shè)計(jì)階段防止按照設(shè)計(jì)模型進(jìn)行加工成形后LED的結(jié)溫出現(xiàn) 過(guò)尚的情況，提尚航天級(jí)LED光源的成品率。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
[0030] 圖2是LED燈珠結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖3是LED燈珠的熱阻熱容關(guān)系示意圖。
[0032] 圖4是LED陣列不意圖。
[0033] 圖5是LED燈珠的步進(jìn)過(guò)程示意圖。
[0034] 圖6是LED燈珠的熱阻熱容連接示意圖。
[0035] 圖7是LED陣列中的熱阻連接示意圖。
[0036] 圖中：1_透鏡，2-外延層，3-PN結(jié)，4-固晶層，5-環(huán)氧樹(shù)脂，6-焊料，7-鋁基板， 8-導(dǎo)熱雙面膠，9-散熱器，10-熱流路徑，11-分界點(diǎn)；21-LED燈珠，22-LED光源散熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0038] 本發(fā)明提供了一種基于遺傳算法的LED光源結(jié)溫值降低方法，包括以下步驟：
[0039] (1)利用航天升級(jí)篩選方法挑選出M顆符合航天升級(jí)篩選標(biāo)準(zhǔn)的待選LED燈珠 IL1，…，L1，…，LM}，其中L1表示第i顆燈珠，每個(gè)LED燈珠的發(fā)熱功率已知；
[0040] ⑵LED燈珠的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括透鏡1和外延層2, PN結(jié)3的產(chǎn)生熱量經(jīng)過(guò) 固晶層4、環(huán)氧樹(shù)脂5、焊料6、鋁基板7、導(dǎo)熱雙面膠8、散熱器9組成的熱流路徑10,最終傳 導(dǎo)至空氣環(huán)境中。對(duì)于每顆LED燈珠，利用Mentor Graphics公司的熱測(cè)試儀T3Ster測(cè)試 LED燈珠的熱阻熱容參數(shù)，根據(jù)熱阻熱容參數(shù)得到LED燈珠的PN結(jié)至空氣環(huán)境的熱阻，其中 對(duì)于第i顆LED燈珠，其PN結(jié)至空氣環(huán)境的熱阻通過(guò)以下公式得到：
[0041] RjaQ) =Rjc ⑴+Rca
[0042] 其中Rj a (i)為第i顆LED燈珠的PN結(jié)至空氣環(huán)境的熱阻，R。a為第i顆LED燈珠 的散熱器到空氣環(huán)境的熱阻，為固定值，R,。(i)為第i顆LED燈珠的PN結(jié)至散熱器的熱阻， 由熱測(cè)試儀測(cè)試獲得；
[0043] 圖3所示為L(zhǎng)ED燈珠的熱阻熱容關(guān)系示意圖，每個(gè)離散點(diǎn)之間均存在熱阻熱容值， 各個(gè)離散點(diǎn)之間的熱阻熱容值等效為從PN結(jié)3到空氣環(huán)境的一系列熱阻、熱容相連，如圖 6所示，并且根據(jù)鋁基板7的熱阻小但是熱容相對(duì)大、導(dǎo)熱雙面膠8的熱阻大但是熱容小的 特點(diǎn)，兩者之間在曲線上存在一個(gè)突變，根據(jù)圖3的熱阻熱容關(guān)系即可區(qū)分出鋁基板與導(dǎo) 熱雙面膠8的分界點(diǎn)11，分離出LED燈珠的PN結(jié)至鋁基板的熱阻熱容關(guān)系；
[0044] (3)根據(jù)LED光源的光分布、外觀及材料設(shè)計(jì)