Trang chủ Bằng phát minh, sáng chế • Liên hệ     • Giới thiệu     • Tài liệu hướng dẫn

Phương pháp xác định quang thông của nhiều led công suất cao gắn trên bảng mạch không sử dụng bộ ổn nhiệt độ

Cập nhật Thứ ba - 13/06/2017 10:37 In bài viết

1. Tên sáng chế, phát minh, giải pháp:
Phương pháp xác định quang thông của nhiều led công suất cao gắn trên bảng mạch không sử dụng bộ ổn nhiệt độ
2. Số bằng,ký hiệu: 1-0015439
3. Thuộc lĩnh vực KH&CN Công nghệ khác (Sáng chế)
4. Ngày công bố 27/06/2016
5. Ngày cấp 27/06/2016
6. Chủ sở hữu chính Cao Xuân Quân
7. Tác giả Cao Xuân Quân (VN), Võ Thạch Sơn (VN)
8. Điểm nổi bật
Sáng chế đề cập đến phương pháp xác định quang thông của nhiều LED công suất cao gắn trên bảng mạch (HPCOBLED: High power chip on board light-emitting diode) không sử dụng bộ tản nhiệt độ, phương pháp này bao gồm các bước: (i) gắn một HPCOBLED lần lượt trên hai đế tản nhiệt có năng lực tản nhiệt khác nhau để tạo ra hai nhiệt độ hoạt động Tc khác nhau, được gọi lần lượt là T1 và T2; (ii) xác định quang thông và công suất tiêu tán P của HPCOBLED tại hai nhiệt độ T1 và T2 tương ứng, (iii) ngoại suy trị số quang thông của HPCOBLED tại nhiệt độ Tc = 25°C dựa trên sự thay đổi quang thông của HPCOBLED theo sự thay đổi của nhiệt độ.
9. Mô tả về sáng chế, phát minh, giải pháp

Lĩnh vực kỹ thuật được đề cập

Sáng chế đề cập đến phương pháp xác định quang thông của LED công suất cao gắn trên bảng mạch (HPCOBLED: High power chip on board light-emitting diode) không sử dụng bộ ổn nhiệt độ TEC (Thermo Electric Cooler).

Tình trạng kỹ thuật của sáng chế

Để có thể kiểm soát chất lượng của LED (Light-Emitting Diode), vấn đề quan tâm hàng đầu là độ chính xác của các phép đo trắc quang dùng để đánh giá các thông số đặc trưng của chúng. Tuy nhiên, các phép đo trắc quang đối với

LED lại phụ thuộc rất nhiều vào các đặc trưng của LED như phân bố phổ công suất, phân bố cường độ sáng, quang thông,... Các thông số này lại dễ bị ảnh hưởng bởi chế độ làm việc của LED như dòng nuôi và nhiệt độ. Vì vậy, hiện nay các nhà khoa học đang tập trung phát triển các hệ đo, các phương pháp đo mới để nâng cao độ chính xác phép đo trắc quang đối với LED và COB LED.

Hiện nay, trên thị trường ở Việt Nam có rất nhiều LED rời rạc và COB LED được nhập khẩu từ các nhà sản xuất khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết các sản phẩm này, đặc biệt là các COB LED đêu chưa được đánh giá các thông số ban đầu. Có thể thấy, các nghiên cứu về LED chủ yếu tập trung ở các cơ sở khoa học và công nghệ như Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, trường đại học, các công ty sản xuất đèn, ... Ở các cơ sở này, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào công nghệ chê tạo ra các linh kiện LED và các sản phẩm nguồn sáng rắn.

Một thực tế hiện nay là, để tính toán thiết kế chế tạo các sản phẩm nguồn sáng rắn từ COB LED, các dữ liệu ban đầu đều được lấy từ nhà sản suất công bố tại Tc =25°C và một trong các thông số đặc trưng của COB LED được sử 15439 dụng để tính toán là đại lượng quang thông. Tuy nhiên, các sản phẩm được tạo ra từ COB LED có kết quả không giống như cách tính toán đối với LED rời rạc. Điều này cho phép chúng ta nhận ra rằng có sự khác biệt lớn giữa LED rời rạc và COB LED.

Như vậy, có thể thấy rằng, một trong các vấn đề cần quan tâm nhất hiện nay trong lĩnh vực đo lường quang là cần phải có các phương pháp đo quang thông, hệ đo quang thông LED, COB LED có độ chính xác cao.

Đã biết, để xác định quang thông của LED có thể sử dụng mô hình Mark. W Hoddap được công bố năm 1997, Mark W.Hodapp đã đưa ra một mô hình mô tả sự suy giảm quang thông của một LED công suất thấp, riêng rẽ khi nhiệt độ thay đổi. Mô hình này được biểu diễn dưới dạng biểu thức sau đây:

trong đó, Φv(T) là quang thông ở nhiệt độ T, Φv (T=25°C) là quang thông ở nhiệt độ phòng (T= 25°C) và k là hệ số đặc trưng của vật liệu LED.

Tuy nhiên đối với HPCOBLED, mô hình Mark nêu trên không áp dụng được do chưa tính đến sự hình thành građient nhiệt trên đường truyền dẫn nhiệt theo hướng vuông góc với bề mặt đế. Sự chênh lệch nhiệt độ (∆T) này của HPCOBLED đặc trưng cho sự suy giảm công suất khi nhiệt độ gia tăng.

Đã biết phương pháp xác định quang thông của HPCOBLED, trong đó HPCOBLED này được khống chế nhiệt độ hoạt động ổn định ở 25°C và xác định quang thông theo các phương pháp và thiết bị đã được người có hiểu biết trung bình về lĩnh vực kỹ thuật biết đến. Nhược điểm của phương pháp này là cần có thiết bị TEC có công suất phù hợp để khống chế nhiệt độ của HPCOBLED do HPCOBLED sinh nhiệt lớn vượt quá 25°C. Ngoài ra, các hệ đo quang thông trong thiết kế không có bộ ổn định nhiệt độ TEC hoặc có bộ ổn định nhiệt độ TEC có công suất thấp không thể xác định được quang thông của HPCOBLED ở nhiệt độ 25°C. 15439

Do đó, có nhu cầu cao về phương pháp đo quang thông của

HPCOBLED ở nhiệt độ bất kỳ, tức là không cần phụ thuộc vào bộ ổn định nhiệt độ TEC mà vẫn xác định được giá trị quang thông ở 25°C cho kết quả đo đáng tin cậy.

Bản chất kỹ thuật của sáng chế

Mục đích của sáng chế là khắc phục nhược điểm của phương pháp nêu trên, tức là có thể xác định được quang thông của HPCOBLED tại nhiệt độ hoạt động bất kỳ (25°C ≤ Tc ≤ Tcmax (nhiệt độ làm việc cao nhất)) và không cần sử dụng bộ ổn định nhiệt độ TEC. Theo một phương án ưu tiên của sáng chế, giải pháp theo sáng chế sẽ xác định quang thông của HPCOBLED tại nhiệt độ chuẩn Tc = 25°C.

Mục đích của sáng chế đạt được dựa trên các nghiên cứu của tác giả sáng chế trên sự thay đổi của quang thông HPCOBLED theo nhiệt độ hoạt động kết hợp với mô hình cho một LED riêng biệt của Mark W.Hodapp. Vì vậy, sự chênh lệch nhiệt độ của HPCOBLED theo hướng truyền dẫn nhiệt có thể biểu diên theo biểu thức sau đây:

∆T = Rc-a.∆P (2) trong đó, ∆P = P(Tc=25°C) - P(Tc) và P(Tc=25°C) là công suất của HPCOBLED tại Tc=25°C, P(Tc) là công suất của HPCOBLED tại nhiệt độ Tc. Cần lưu ý rằng, Tc ≥ 25°C.

Kết hợp biểu thức (1) và (2), mô hình HPCOBLED mô tả phụ thuộc của quang thông vào nhiệt độ được biểu diễn như sau:

Φv(T) = Φv(T = 25°C)ek(T+∆T-25°C) (3) 15439

Dựa trên công thức này, sáng chế đề xuất phương pháp xác định quang thông theo mô hình HPCOBLED ở Tc=25°C như sau.

Để xác định quang thông bằng mô hình HPCOBLED ở Tc=25°C mà không cần sử dụng bộ ổn định nhiệt độ TEC, cần phải xác định quang thông của HPCOBLED ở hai nhiệt độ Tc khác nhau (Tc > 25°C).

Các bước tiến hành thực hiện như sau:

1) Gắn một HPCOBLED lần lượt trên hai đế tản nhiệt cho HPCOBLED, để xác định hai nhiệt độ Tc khác nhau là T1 và T2.

2) Xác định quang thông và công suất tiêu tán P của HPCOBLED tại hai nhiệt độ T1 và T2 tương ứng.

3) Thay hai giá trị quang thông Φv (T1) và Φv (T2) vào biểu thức (3) chúng ta thu được các biểu thức:

trong đó :

Chia biểu thức (4) cho (5) chúng ta có:

Suy ra:

Trong đó, Rc-a nghĩa là nhiệt trở từ điểm đo Tc đến điểm đo ở nhiệt độ môi trường Ta, Vf là điện áp đặt vào HPCOBLED (V), If là dòng nuôi HPCOBLED 15439

(A), Ở đây, k là hệ số đặc trưng của vật liệu, có thể lấy ra bằng cách tra bảng thông số vật liệu hoặc tính ra.

4)Xác định Φv(T=25oC)

Thay biểu thức (7) vào biểu thức (4) chúng ta thu được giá trị quang thông của HPCOBLED tại Tc = 25°C như sau (ở đây sử dụng -25°C = AT2 - T2):

Φv(T=25°C) = Φv(T1)/exp(k[(T1 - T2) + ( ∆T2 + ∆T1])] (8)

Nhiệt độ hoạt động Tc được xác định dễ dàng bằng các nhiệt kế tiếp xúc với đế của HPCOBLED, việc đo này đã được người có biểu biết trung bình về lĩnh vực kỹ thuật này biết rõ.

Như vậy, từ kết quả xác định quang thông của HPCOBLED tại T1 và T2, ngoại suy ra được giá trị quang thông tại nhiệt độ tiêu chuẩn 25oC. Đây rõ ràng là một ưu điểm lớn của mô hình HPCOBLED để có thể ứng dụng mô hình này trong các điêu kiện thực.

Bất kỳ hệ đo quang thông hiện có nào đều có thể được sử dụng trong phương pháp theo sáng chế. Tốt hơn nếu sử dụng hệ đo quang thông VMI-PR-001 của chính các tác giả sáng chế và đã được mô tả chi tiết trong Đơn yêu cầu cấp bằng độc quyền sáng chế Việt Nam số 1-2014-02311.

Mô tả vắn tắt các hình vẽ

Hình 1 là hình ảnh thể hiện một HPCOBLED được gắn lần lượt trên hai đế tản nhiệt cùng loại nhưng có kích thước (năng suất tản nhiệt) khác nhau. 15439

Mô tả chi tiết sáng chế

Sau đây để giúp hiểu rõ hơn về giải pháp theo sáng chế, một phương án thực hiện ưu tiên sẽ được minh hoa dựa vào hình vẽ kèm theo.

Chuẩn bị thực nghiệm

Để tiến hành thực nghiệm, các thiết bị cần có là:

1) HPCOBLED, công suất P = 35 W (Nichia, Nhật Bản) 2) Hai đế tản nhiệt cùng loại có kích thước khác nhau 3) Hệ đo VMI-PR-001 4) Thiết bị đo nhiệt độ Tc 5) Thiết bị đo điện áp (3458A, Agilent) 6) Điện trở chuẩn, R = 0,01 Ω ± 0,01% 7) Nguồn cấp DC

Thực nghiệm

Hình ảnh một HPCOBLED lân lượt được gá trên hai đê tản nhiệt khác nhau và được minh họa như trên Hình 1a và Hình 1b.

Việc đặt HPCOBLED trên hai đế tản nhiệt có kích thước (năng suất tản nhiệt) khác nhau nhằm mục đích đo quang thông của HPCOBLED ở hai nhiệt độ khác nhau T1 và T2, từ đó thu được dữ liệu để ngoại suy ra quang thông của HPCOBLED ở nhiệt độ Tc, ví dụ, Tc= 25°C.

Kết quả thực nghiệm và thảo luận

Kết quả xác định giá trị quang thông của HPCOBLED trên các để tản nhiệt khác nhau được tổng hợp trong Bảng 1 dưới đây. 15439

Bảng 1. Các giá trị quang thông của HPCOBLED trên hai đế tản nhiệt

Từ kết quả thu được trong Bảng 1, chúng ta có thể xác định được quang thông của HPCOBLED tại nhiệt độ Tc=25°C theo mô hình HPCOBLED và kết quả tính tổng hợp trong Bảng 2 kèm theo kết quả của nhà sản xuất.

Bảng 2. Quang thông của HPCOBLED tại nhiệt độ Tc=25°C theo mô hình HPCOBLED

Có thể thấy, giá trị quang thông tính theo mô hình HPCOBLED sai khác so với giá trị mà nhà sản xuất công bô với sai lệch tương đối là 1,40%. Giá trị sai số này hoàn toàn có thể chấp nhận.

Hiệu quả đạt được của sáng chế 15439

Sáng chế đã thành công trong việc đề xuất phương pháp xác định quang thông của HPCOBLED mà không cần phụ thuộc vào thiết bị ổn nhiệt độ TEC có công suất phù hợp. Phương pháp theo sáng chế đơn giản do chỉ cần xác định được quang thông của HPCOBLED tại hai nhiệt độ hoạt động khác nhau, từ đó ngoại suy ra quang thông tại nhiệt độ tiêu chuẩn 25°C.

10. Nội dung có thể chuyển giao

Liên hệ trực tiếp

11. Thị trường ứng dụng
12. Hình ảnh minh họa
In bài viết
Các phát minh, sáng chế khác
 
Banner
Banner home right