基于引脚热电耦合的直插式LED光源自适应调控方法与流程

本发明涉及led光源控制，尤其涉及基于引脚热电耦合的直插式led光源自适应调控方法。

背景技术：

1、直插式led光源模组因其结构紧凑、光效高且成本低廉，在照明与显示领域获得了广泛应用。led芯片的结温直接影响光通量维持率、色温漂移速率及器件的使用寿命，热管理因此成为该类光源设计中的核心环节。当前工程实践中，针对直插式led模组的散热调控普遍采用被动散热与主动保护相结合的策略。被动散热依赖于基板材料的热导率优化、散热翅片的几何扩展以及导热界面材料的填充，力求将发光单元产生的焦耳热快速传导至外部环境。主动保护则依托于在模组基板或散热器关键位置预埋负温度系数热敏电阻或热电偶，实时采集局部温度信号，当监测值超出预设阈值时，通过降低驱动电流或实施脉宽调制占空比限制来削减输入功率，从而防止热失控。

2、这种以温度传感器为核心的反馈调控方式在工程应用中展现出一定有效性，但其固有缺陷亦十分明显。传感器通常只能布置于模组表面或散热器底座等可触及区域，所获取的温度数据是经过热扩散后的平均化结果，难以真实映射各发光单元结区的瞬态热状态。实际工况下，各引脚与散热结构之间的热耦合路径存在差异，加之封装工艺中焊料空洞率及芯片贴装位置的离散性，导致同一模组内不同发光单元的温度分布呈现显著不均匀性。检测点与热源之间的热阻层级延后了温度信息的响应速度，使调控动作总是滞后于热应力的产生，在高频动态驱动场景下尤为突出。

3、更关键的是，现有常规做法将热管理视为单向下行的“检测-响应”过程，即测量温度、判断阈值、削减功率，缺乏对热流传输路径的主动干预能力。全部发光单元共享同一驱动电源的降额策略，使得温度较高的单元无法得到精准的功率削减，而温度较低的单元反而被无差别地限制了光输出，造成系统整体光效的不必要损失。各引脚与散热结构之间的热流通道始终处于被动导通状态，既无法识别各通道的传输效率差异，也不能在运行过程中调节通道间的热流分配关系。这种粗放式的热平衡方式在功率密度持续攀升的发展趋势下，已逐步成为制约直插式led模组可靠性提升与光输出能力极限释放的瓶颈。

技术实现思路

1、本发明实施例提供基于引脚热电耦合的直插式led光源自适应调控方法，能够解决现有技术中的问题。

2、本发明实施例的第一方面，提供基于引脚热电耦合的直插式led光源自适应调控方法，包括：

3、在直插式led光源模组的各引脚上施加双向脉冲探测电流，采集各引脚在正向脉冲与反向脉冲作用下的电阻差值序列；

4、基于电阻差值序列对各引脚与散热结构之间的热流传输特性进行辨识，得到各引脚的热流可逆传输系数；

5、依据热流可逆传输系数构建各引脚在不同驱动功率下的温度响应预测模型，并基于温度响应预测模型对各发光单元在未来多个驱动周期内的温升轨迹进行预测，得到各发光单元对应的温度演化曲线；

6、根据温度演化曲线识别散热能力富余的引脚，对散热能力富余的引脚注入反向电流脉冲产生局部温度梯度，驱动热流向相邻散热不足的引脚再分配，得到热流再分配后的各引脚温度分布；

7、基于热流再分配后的引脚温度分布，以最小化发光单元温度方差为目标函数对各发光单元的驱动功率进行优化分配，生成功率分配策略，根据功率分配策略对各发光单元施加差异化驱动功率。

8、基于电阻差值序列对各引脚与散热结构之间的热流传输特性进行辨识，得到各引脚的热流可逆传输系数包括：

9、对电阻差值序列按照脉冲施加时刻进行分段，提取各引脚在正向脉冲阶段与反向脉冲阶段的电阻差值变化曲线；

10、分别对正向脉冲阶段与反向脉冲阶段的电阻差值变化曲线进行指数衰减拟合，得到正向脉冲激励下的热时间常数与反向脉冲激励下的热时间常数；

11、基于正向脉冲激励下的热时间常数与反向脉冲激励下的热时间常数，结合引脚材料的热扩散率分别计算正向脉冲激励条件下的等效热阻与反向脉冲激励条件下的等效热阻；

12、比较正向脉冲激励条件下的等效热阻与反向脉冲激励条件下的等效热阻，将数值较小的等效热阻对应的脉冲激励条件标记为优势热传输条件；

13、计算正向脉冲激励条件下的等效热阻与反向脉冲激励条件下的等效热阻的差值与优势热传输条件对应等效热阻的比值，得到各引脚的热流可逆传输系数。

14、依据热流可逆传输系数构建各引脚在不同驱动功率下的温度响应预测模型包括：

15、将热流可逆传输系数分解为正向热流工况下的正向热阻分量与反向热流工况下的反向热阻分量；

16、分别将正向热阻分量和反向热阻分量与各引脚的材料热阻进行叠加，再与散热结构的对流热阻进行叠加，得到各引脚在正向热流工况下的正向总热阻和反向热流工况下的反向总热阻；

17、根据驱动功率的正负极性判断引脚的热流传输方向，当热流传输方向为正向时选取正向总热阻，当热流传输方向为反向时选取反向总热阻，建立驱动功率与对应总热阻之间的非对称热阻函数关系；

18、将驱动功率与非对称热阻函数关系中的对应总热阻相乘计算温升值，将温升值与环境基准温度相加，得到引脚温度与驱动功率之间的解析表达式，形成各引脚在不同驱动功率下的温度响应预测模型。

19、基于温度响应预测模型对各发光单元在未来多个驱动周期内的温升轨迹进行预测，得到各发光单元对应的温度演化曲线包括：

20、获取各发光单元在未来多个驱动周期内的驱动功率变化序列，将第一个驱动周期的驱动功率值代入温度响应预测模型，计算第一个驱动周期结束时刻的温度值；

21、将第一个驱动周期结束时刻的温度值作为第二个驱动周期的温度累积基准，将第二个驱动周期的驱动功率值代入温度响应预测模型并与温度累积基准叠加，依次迭代计算得到各发光单元在每个驱动周期结束时刻的累积温度值序列；

22、从累积温度值序列中识别各驱动周期的温度峰值，计算相邻驱动周期温度峰值的时刻偏移量与幅度变化量，提取温度峰值漂移特征；

23、根据温度峰值漂移特征确定样条插值的节点密度分布，在幅度变化量大于预设变化阈值的区间增加节点密度，对累积温度值序列进行自适应样条插值，生成各发光单元对应的温度演化曲线。

24、根据温度演化曲线识别散热能力富余的引脚，对散热能力富余的引脚注入反向电流脉冲产生局部温度梯度，驱动热流向相邻散热不足的引脚再分配，得到热流再分配后的各引脚温度分布包括：

25、从温度演化曲线中提取各发光单元对应引脚在全部驱动周期内的温度峰值，计算各引脚温度峰值与预设温度上限之间的温度裕量，将温度裕量大于零的引脚标记为散热能力富余的引脚；

26、基于散热能力富余的引脚与其他引脚之间的空间位置关系构建引脚间热耦合拓扑网络，在热耦合拓扑网络中标注各引脚之间的热传导路径与热传导距离；

27、根据热传导距离计算散热能力富余的引脚与其他引脚之间的热流传输效率，选取热流传输效率最高的相邻引脚作为相邻散热不足的引脚；

28、对散热能力富余的引脚注入反向电流脉冲，反向电流脉冲在散热能力富余的引脚处产生局部温度梯度，基于局部温度梯度与热耦合拓扑网络中的热传导路径驱动热流从散热能力富余的引脚向相邻散热不足的引脚再分配，计算热流再分配的流量；

29、将热流再分配的流量转换为各引脚的温度变化量，将温度变化量与温度演化曲线中各引脚的温度值进行叠加，得到热流再分配后的各引脚温度分布。

30、基于局部温度梯度与热耦合拓扑网络中的热传导路径驱动热流从散热能力富余的引脚向相邻散热不足的引脚再分配，计算热流再分配的流量包括：

31、提取局部温度梯度中散热能力富余的引脚与相邻散热不足的引脚之间的温度差值；

32、从热耦合拓扑网络中提取散热能力富余的引脚与相邻散热不足的引脚之间的热传导路径，识别热传导路径中存在的引脚交叉节点与引脚汇聚节点，基于引脚交叉节点与引脚汇聚节点对热传导路径进行分段，得到各路径段的起止节点与路径段长度；

33、对各路径段的起止节点施加电压探测信号，采集各路径段在电压探测信号作用下的响应电流，根据响应电流识别各路径段的导通状态与阻断状态，将处于导通状态的路径段标记为有效热流传输通道；

34、基于温度差值与有效热流传输通道的路径段长度，确定热流沿有效热流传输通道从散热能力富余的引脚向相邻散热不足的引脚传输的驱动能力；

35、基于驱动能力与有效热流传输通道在热耦合拓扑网络中的空间分布密度，计算热流从散热能力富余的引脚向相邻散热不足的引脚再分配的流量。

36、基于热流再分配后的引脚温度分布，以最小化发光单元温度方差为目标函数对各发光单元的驱动功率进行优化分配，生成功率分配策略，根据功率分配策略对各发光单元施加差异化驱动功率包括：

37、从热流再分配后的引脚温度分布中提取各发光单元对应引脚的温度值，计算各发光单元对应引脚温度值的平均温度，计算各发光单元对应引脚的温度值与平均温度之间的温度偏差，对全部发光单元对应引脚的温度偏差进行平方求和，得到发光单元温度方差；

38、建立各发光单元的驱动功率与对应引脚温度值之间的温度响应函数，将温度响应函数代入发光单元温度方差中，将发光单元温度方差转化为关于各发光单元驱动功率的目标函数；

39、对各发光单元的驱动功率设置总功率约束条件与单发光单元功率上下限约束条件，基于目标函数与约束条件构建各发光单元的驱动功率优化分配问题；

40、求解驱动功率优化分配问题，得到使发光单元温度方差最小化的各发光单元驱动功率优化值，将各发光单元驱动功率优化值组合生成功率分配策略；

41、根据功率分配策略对各发光单元施加对应驱动功率优化值的差异化驱动功率。

42、本发明实施例的第二方面，提供一种基于引脚热电耦合的直插式led光源自适应调控系统，包括：

43、脉冲探测单元，用于在直插式led光源模组的各引脚上施加双向脉冲探测电流，采集各引脚在正向脉冲与反向脉冲作用下的电阻差值序列；

44、系数辨识单元，用于基于电阻差值序列对各引脚与散热结构之间的热流传输特性进行辨识，得到各引脚的热流可逆传输系数；

45、温度预测单元，用于依据热流可逆传输系数构建各引脚在不同驱动功率下的温度响应预测模型，并基于温度响应预测模型对各发光单元在未来多个驱动周期内的温升轨迹进行预测，得到各发光单元对应的温度演化曲线；

46、热流分配单元，用于根据温度演化曲线识别散热能力富余的引脚，对散热能力富余的引脚注入反向电流脉冲产生局部温度梯度，驱动热流向相邻散热不足的引脚再分配，得到热流再分配后的各引脚温度分布；

47、功率分配单元，用于基于热流再分配后的引脚温度分布，以最小化发光单元温度方差为目标函数对各发光单元的驱动功率进行优化分配，生成功率分配策略，根据功率分配策略对各发光单元施加差异化驱动功率。

48、本发明实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

49、处理器；

50、用于存储处理器可执行指令的存储器；

51、其中，所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行前述所述的方法。

52、本发明实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现前述所述的方法。

53、本发明双向脉冲探测电流在正反脉冲作用下采集到的电阻差值序列，能够还原引脚内部热传导路径上的细微差异，热流可逆传输系数的辨识结果精准刻画了各引脚与散热结构之间的热交换能力，使热特性表征不再依赖间接估算，为后续温度调控建立了高保真的参数基础。基于热流可逆传输系数构建的温度响应预测模型，将驱动功率与温升轨迹的映射关系显式化，在多驱动周期尺度上提前预见温度演化趋势，散热能力富余引脚与不足引脚的空间分布得以预先锁定，避免了临界过热状态发生后的被动响应，为热流调度预留了充足的时间窗口。对散热能力富余引脚注入反向电流脉冲产生的局部温度梯度，使热量沿预定路径向相邻散热不足区域主动迁移，热流再分配过程充分利用闲置散热资源，无需增加外部散热元件，温度分布的空间均匀性得到实质性改善，散热结构的整体利用效率提升。以温度方差最小化为目标函数的功率分配策略，将各发光单元驱动功率与其实际散热状态精确匹配，兼顾热平衡与光输出均衡，发光单元间的温度离散度大幅下降，光通量一致性、色温稳定性及长期可靠性同步增强，模组在宽功率范围下均能保持稳定运行。