基于STM32的大功率LED阵列高精度制冷控制系统
2021年电子技术应用第9期
钱依凡，薛凌云，洪哲扬
杭州电子科技大学 自动化学院，浙江 杭州310018
摘要： LED结温动态严重影响其光学特性变化规律，针对大功率LED阵列散热需求，利用半导体制冷器(Thermoelectric Cooler，TEC)设计一套制冷控制系统。开关电源易产生较强电磁干扰，设计具有快响应时间、高稳定度特点的可编程线性电源驱动TEC稳定工作。针对常规线性PID对具有非线性特征的TEC制冷控制系统存在快速性和超调量难以兼得的问题，于STM32嵌入式实现模糊RBF神经网络PID控制，并用6×3 W大功率LED阵列进行测试，实验结果证明相比于常规线性PID控制，调节时间缩短，超调量减少，温度波动仅为±0.1 ℃，该系统在保持大功率LED阵列工作环境温度稳定的同时可提升其输出光效。
中图分类号： TP273；TN364+.2；TB69
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211353
中文引用格式： 钱依凡，薛凌云，洪哲扬. 基于STM32的大功率LED阵列高精度制冷控制系统[J].电子技术应用，2021，47(9)：75-81.
英文引用格式： Qian Yifan，Xue Lingyun，Hong Zheyang. High-power LED array high-precision refrigeration control system based on STM32[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(9)：75-81.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211353
中文引用格式： 钱依凡，薛凌云，洪哲扬. 基于STM32的大功率LED阵列高精度制冷控制系统[J].电子技术应用，2021，47(9)：75-81.
英文引用格式： Qian Yifan，Xue Lingyun，Hong Zheyang. High-power LED array high-precision refrigeration control system based on STM32[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(9)：75-81.
High-power LED array high-precision refrigeration control system based on STM32
Qian Yifan，Xue Lingyun，Hong Zheyang
School of Automation，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China
Abstract： The dynamics of the LED junction temperature seriously affect the changing laws of its optical characteristics. Aiming at the heat dissipation requirements of high-power LED arrays, a refrigeration control system is designed using thermoelectric cooler.Switching power supplies are prone to strong electromagnetic interference, a programmable linear power supply with fast response time and high stability is designed to drive TEC to work stably.Aiming at the problem that conventional linear PID has difficulty in achieving both rapidity and overshoot for the TEC refrigeration control system with nonlinear characteristics, this system is embedded in STM32 to realize fuzzy RBF neural network PID control, uses 6×3 W high-power LED array for testing, the experiment results proved that compared with the conventional linear PID control, the TEC refrigeration control system has shortened the adjustment time, reduced the overshoot, and the temperature fluctuation is only ±0.1 ℃. The refrigeration control system can improve the output light efficiency while maintaining the stable working environment temperature of the high-power LED array.
Key words : STM32；high-power LED array；thermoelectric cooler；fuzzy RBF neural network PID
0 引言
LED以其小体积、高亮度、长寿命、节能环保、可DC供电与调光等优势被广泛应用于各种指示、显示以及照明系统中。限于当前材料、封装和工艺等技术水平，LED量子效率低，在工作过程中会产生大量的热[1]。由多颗LED组成的大功率LED阵列不仅表现为单颗LED产热严重且LED间相互耦合，其散热问题更加突出。随着LED研究与应用的深入，LED阵列中LED功率和集成度亦随之增加，其单位面积上所产生的热量愈来愈多，若非在重量和尺寸上指数增加，单纯依靠被动散热已无法及时散发大功率LED阵列热量[2]，由此导致LED阵列热沉温升问题严重影响LED阵列的光学性能与可靠性，如发光效率降低、波长偏移、颜色偏移、寿命缩短等[3-5]，而良好的制冷控制不仅能保持LED阵列工作环境温度的稳定，更能提高LED的发光效率。
半导体制冷器(Thermoelectric Cooler，TEC)结构简单，具有热惯性小、制冷速度快、体小质轻、易于调控、寿命长、无噪声、无污染等优点，应用范围广泛且非常适合应用于微型制冷领域，如激光器、医疗器械和空间飞行器上的仪器设备冷却等[6-7]。TEC驱动电源大致发展为开关电源和线性电源，开关电源具有转换效率高的优点，但易产生较强的电磁干扰；线性电源的电磁干扰小，输出电压电流纹波小[8]，设计线性电源驱动TEC可使其工作更稳定。
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作者信息：
钱依凡，薛凌云，洪哲扬
(杭州电子科技大学 自动化学院，浙江 杭州310018)
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