一种LED灯具寿命预测方法和驱动控制器与流程

一种led灯具寿命预测方法和驱动控制器
技术领域
1.本技术涉及照明灯具技术领域，特别涉及一种led灯具寿命预测方法和驱动控制器。


背景技术：

2.近年来，半导体照明在工业领域和日常生活中的应用越来越广泛，发光二极管(light emititing diode，简称led)是一种电子发光的半导体发光器件，属于新型固态冷光源，具有电压驱动低、能效高、寿命长和成本低等优点。
3.随着led技术的发展，在led的研发中有一不可忽视的限制因素，即其实际寿命与理论值的差距。因此，进行相应的寿命试验，并根据led的各项指标来估计led的寿命，提高其可靠性，延长其使用周期成为一种必要测量，如何准确的预测led等级寿命也成为一项重要的课题。
4.目前，由数据驱动的led寿命预测方法主要包括统计回归方法和经典的机器学习算法。受到模型选择的影响，传统的统计方法无法在多维影响因素条件下对led等级寿命进行推断；而经典的机器学习算法虽然具有较好的数据处理能力，但其自身在运行时间和预测精度方面仍具有一定的局限性，无法实现led灯具寿命预测的可靠性，并且无法掌握工作一段时间后的led灯具的剩余寿命。
5.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种led灯具寿命预测方法和驱动控制器，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
7.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
8.本技术提供了一种led灯具寿命预测方法，包括：步骤s101、根据所述led灯具的光通量，确定结温应力水平下所述led灯具的工作时长；步骤s102、基于所述led灯具的预设寿命分布模型，根据所述led灯具的工作时长，确定所述led灯具的分布函数与所述led灯具的特征寿命之间的关系；步骤s103、基于预设的加速模型，根据所述led灯具的分布函数与特征寿命之间的关系，确定所述led灯具的加速寿命模型，以对所述led灯具进行剩余寿命预测。
9.优选的，在步骤s101中，所述根据led灯具的光通量，确定结温应力水平下所述led灯具的工作时长，包括：根据预设的光通量衰减模型，确定所述led灯具的光衰退系数；
10.根据所述光衰退系数，按照公式：
[0011][0012]
确定结温应力水平下所述led灯具的工作时长t；
[0013]
其中，p0为所述led灯具的初始光通量，p
t
′
为所述led灯具工作t时间后的光通量，β为所述led灯具的所述光衰减系数。
[0014]
优选的，在步骤s102中，所述led灯具的预设寿命分布模型为韦布尔寿命分布模型；
[0015]
对应的，所述led灯具的分布函数f(t)与其特征寿命η
′
之间的关系为：
[0016]
y＝ax+b
[0017]
其中，y＝ln ln[1-f(t)]-1
，x＝lnt，a＝m，b＝-mlnη
′
；
[0018]
所述led灯具的寿命分布函数f(t)为：
[0019][0020]
其中，m为所述led灯具的寿命应力水平的形状参数；η
′
为所述led灯具的寿命应力水平下的特征寿命。
[0021]
优选的，所述加速模型为阿伦尼斯模型；对应的，在步骤s103中，所述基于预设的加速模型，根据所述led灯具的分布函数与特征寿命之间的关系，确定所述led灯具的加速寿命模型，以对所述led灯具进行剩余寿命预测，包括：基于所述阿伦尼斯模型，以温度作为加速应力对所述led灯具进行恒定应力试验，确定所述led灯具的剩余寿命与绝对温度的关系；其中，所述绝对温度为所述led灯具进行恒定应力试验时的测试温度；根据所述led灯具的剩余寿命与所述绝对温度的关系，以及，所述led灯具的分布函数与所述特征寿命之间的关系，确定所述led灯具的加速寿命模型，以对所述led灯具进行剩余寿命预测。
[0022]
优选的，所述led灯具的加速寿命模型为：
[0023][0024]
其中，η表示所述led灯具的剩余寿命，η
′
为所述led灯具的寿命应力水平下的特征寿命，t为以温度作为加速应力对所述led灯具进行恒定应力试验时的温度应力水平；t0为常数，t0＝25℃；b＝-mlnη
′
，m为所述led灯具的寿命应力水平的形状参数。
[0025]
本技术实施例还提供一种驱动控制器，包括：led控制器、温度传感器、计时器和光通量传感器；所述温度传感器的测量端与所述led灯具的引脚贴合，用于测量所述led灯具的测试温度；所述计时器用于记录所述led灯具在结温下的工作时长；所述光通量传感器用于测量所述led灯具的光通量；所述led控制器的输入端分别与所述温度传感器、计时器和光通量传感器电连接，以接收所述温度传感器、计时器和光通量传感器监测到的所述测试温度、工作时长和光通量，并将所述测试温度、工作时长和光通量发送至上位机，以由所述上位机根据上述任一所述的led灯具寿命预测方法对所述led灯具进行剩余寿命预测。
[0026]
优选的，所述led控制器通过无线收发模块与所述上位机进行通信，以将所述测试温度、工作时长和光通量发送至所述上位机。
[0027]
优选的，所述温度传感器为热电偶温度传感器；和/或，所述led控制器为lnx-378型led控制器；和/或，所述计时器为ds3232m型i2c实时时钟模块；和/或，所述光通量传感器为漫反射式光电传感器。
[0028]
优选的，所述驱动控制器还包括：霍尔传感器，与所述led控制器电连接，用于测量所述led灯具的工作电压和工作电流。
[0029]
优选的，所述驱动控制器还包括：存储器，所述存储器与所述led控制器电连接，用于存储所述led控制器传输的所述测试温度、工作时长和光通量。
[0030]
与最接近的现有技术相比，本技术实施例的技术方案具有如下有益效果：
[0031]
本技术实施例提供的技术方案中，首先，根据led灯具的光通量，确定结温应力水平下led灯具的工作时长，然后，基于led灯具的预设寿命分布模型，根据led灯具的工作时长，确定led灯具的分布函数与led灯具的特征寿命之间的关系；最后，基于预设的加速模型，根据led灯具的分布函数与特征寿命之间的关系，确定led灯具的加速寿命模型，以对led灯具进行剩余寿命预测。籍此，通过在结温应力水平下对led灯具进行加速寿命测试，反映出led灯具的寿命特征，实现对led灯具寿命的可靠预测，有效掌握led灯具的剩余寿命。
附图说明
[0032]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0033]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种led灯具寿命预测方法的流程示意图；
[0034]
图2为根据本技术的一些实施例提供的一种驱动控制器的结构示意图。
[0035]
附图标记说明：
[0036]
101-led控制器；102-温度传感器；103-计时器；104-光通量传感器；105-无线收发模块；106-霍尔传感器；107-存储器；108-上位机。
具体实施方式
[0037]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0038]
在本技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术而不是要求本技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。本技术中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0039]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种led灯具寿命预测方法的流程示意图；如图1所示，该led灯具寿命预测方法包括：
[0040]
步骤s101、根据led灯具的光通量，确定结温应力水平下led灯具的工作时长；
[0041]
首先，根据预设的光通量衰减模型，确定led灯具的光衰退系数。
[0042]
具体的，光通量衰减模型如公式(1)所示，公式(1)如下：
[0043]
p
t
′
＝p0e-βt
………………………………
(1)
[0044]
其中，p0为led灯具的初始光通量，p
t
′
为led灯具工作t时间后的光通量，β为led灯
具的光衰减系数。
[0045]
在本技术实施例中，当led处于缓慢退化时，其输出光通量随时间变化；在光通量衰减模型中，led灯具的光通量衰减为初始光通量的70％为led灯具的寿命，即：p
t
′
＝0.7p0。籍此，通过led样本灯具的样品寿命即可计算出该类led灯具的光衰退系数β。
[0046]
然后，根据led灯具的光衰退系数，即可对各应力水平下led灯具的工作时长进行计算。具体的，根据led灯具的光衰退系数，按照公式(2)确定结温应力水平下led灯具的工作时长t。公式(2)如下：
[0047][0048]
步骤s102、基于led灯具的预设寿命分布模型，根据led灯具的工作时长，确定led灯具的分布函数与led灯具的特征寿命之间的关系；
[0049]
在本技术实施例中，led灯具的寿命分布符合韦布尔寿命分布模型，其寿命分布函数f(t)如公式(3)所示，公式(3)如下：
[0050][0051]
其中，m为led灯具的寿命应力水平的形状参数；η
′
为led灯具的寿命应力水平下的特征寿命。
[0052]
由公式(3)可知，led灯具的分布函数f(t)与其特征寿命η
′
之间的关系如公式(4)所示，公式(4)如下：
[0053]
y＝ax+b
……………………………………
(4)
[0054]
其中，y＝ln ln[1-f(t)]-1
，x＝lnt，a＝m，b＝-mlnη
′
。籍此，即可确定led灯具的分布函数f(t)与其特征寿命η
′
之间的关系为线性关系还是非线性关系。
[0055]
在此，需要说明的是，m的取值与led灯具的韦布尔分布函数的函数图像相关，不同的韦布尔分布函数的函数图像，m的取值的取值不同。通过led样本灯具进行对应的加速试验，即可通过试验数据得到你合成的线性函数(公式(4))的具体表达，线性函数(公式(4))的比例系数即led灯具的韦布尔分布函数的形状参数m。
[0056]
步骤s103、基于预设的加速模型，根据led灯具的分布函数与特征寿命之间的关系，确定led灯具的加速寿命模型，以对led灯具进行剩余寿命预测。
[0057]
在本技术实施例中，将阿伦尼斯模型作为led灯具的加速模型。具体的：
[0058]
首先，基于阿伦尼斯模型，以温度作为加速应力对led灯具进行恒定应力试验，确定led灯具的剩余寿命与绝对温度的关系；其中，绝对温度为led灯具进行恒定应力试验时的测试温度。
[0059]
在本技术实施例中，基于阿伦尼斯模型，以温度作为加速应力，采用恒定应力的方式对led灯具进行试验，led灯具的剩余寿命与绝对温度之间的关系如公式(5)所示，公式(5)如下：
[0060][0061]
其中，η表示led灯具的剩余寿命，a为阿伦尼斯模型中的指前因子，也即阿伦尼斯常数，e为激活能级，即实验活化能，t为以温度作为加速应力对led灯具进行恒定应力试验
时的温度应力水平，k为玻尔兹曼常数。
[0062]
在此，需要说明的是，指前因子a、激活能级e为led样本灯具的实验数据。
[0063]
由公式(5)可得：
[0064][0065]
其中，a＝lna，b＝e/k，因此，led灯具的特征寿命的对数与绝对温度的导数是线性关系。
[0066]
然后，根据led灯具的剩余寿命与绝对温度的关系，以及，led灯具的分布函数与特征寿命之间的关系，确定led灯具的加速寿命模型，以对led灯具进行剩余寿命预测。
[0067]
具体的，led灯具的加速寿命模型如公式(7)所示，公式(7)如下：
[0068][0069]
其中，η表示led灯具的剩余寿命，η
′
为led灯具的寿命应力水平下的特征寿命，t为以温度作为加速应力对led灯具进行恒定应力试验时的温度应力水平；t0为常数，t0＝25℃；b＝-mlnη
′
，m为led灯具的寿命应力水平的形状参数。
[0070]
在本技术实施例中，led灯具在各个加速应力水平下拟合直线的斜率和截距，可计算出led灯具的特征寿命，进而，计算出正常应力水平下led灯具的剩余寿命。
[0071]
本技术实施例中，根据led灯具的光通量，确定结温应力水平下led灯具的工作时长，然后，基于led灯具的预设寿命分布模型，根据led灯具的工作时长，确定led灯具的分布函数与led灯具的特征寿命之间的关系；最后，基于预设的加速模型，根据led灯具的分布函数与特征寿命之间的关系，确定led灯具的加速寿命模型，以对led灯具进行寿命预测。籍此，通过在结温应力水平下对led灯具进行加速寿命测试，反映出led灯具的寿命特征，实现对led灯具剩余寿命的可靠预测，有效掌握led灯具的剩余寿命。
[0072]
图2为根据本技术的一些实施例提供的一种驱动控制器的结构示意图；如图2所示，该驱动控制器包括：led控制器101、温度传感器102、计时器103和光通量传感器104。
[0073]
温度传感器102的测量端与led灯具的引脚贴合，用于测量led灯具的测试温度；计时器103用于记录led灯具在结温下的工作时长；光通量传感器104用于测量led灯具的光通量；
[0074]
led控制器101的输入端分别与温度传感器102、计时器103和光通量传感器104电连接，以接收温度传感器102、计时器103和光通量传感器104监测到的测试温度、工作时长和光通量，并将测试温度、工作时长和光通量发送至上位机108，以由上位机108根据上述任一实施例的led灯具寿命预测方法对led灯具进行剩余寿命预测。
[0075]
在本技术实施例中，led控制器101通过无线收发模块105与上位机108进行通信，以将测试温度、工作时长和光通量发送至上位机108。具体的，无线收发模块105可以为wi-fi模块、4g通信模块、5g通信模块、蓝牙模块中任意一种。
[0076]
在本技术实施例中，温度传感器102为热电偶温度传感器102；和/或，led控制器101为lnx-378型led控制器101；和/或，计时器103为ds3232m型i2c实时时钟模块；和/或，光通量传感器104为漫反射式光电传感器。
[0077]
在一具体的例子中，驱动控制器还包括：霍尔传感器106，与led控制器101电连接，
用于测量led灯具的工作电压和工作电流。具体的，霍尔传感器106的磁芯套接led灯具的电源输入线。
[0078]
在另一具体的例子中，驱动控制器还包括：存储器107，存储器107与led控制器101电连接，用于存储led控制器101传输的测试温度、工作时长和光通量。具体的，存储器107为32mb容量的sd卡。
[0079]
在本技术实施例中，led控制器101用于发出led灯具开关信号、led灯具结温测量和存储信号、led灯具电压电流测量和存储信号、led灯具工作时长测量和存储信号、led灯具光通量测量和存储信号，以分别实现对led灯具、温度传感器102、霍尔传感器106、计时器103、光通量传感器104进行控制，实现led灯具的开关、电压电流测量和存储、led灯具工作时长测量和存储、led灯具光通量测量和存储；并将测量得到的led灯具的电压、电流、工作时长、光通量通过无线收发模型上传至上位机108。
[0080]
本技术实施例提供的驱动控制器，能够与上位机108相协同，通过对led灯具的测试温度、工作时长和光通量进行实时监测，并上传至上位机108，由上位机108根据上述任一实施例的led灯具寿命预测方法，实现对led灯具的剩余寿命预测。
[0081]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。