在明确发光二极管（LED）器件输出动态光通量、负载电功率、发光效率、热功率系数之间关系的基础上，将理论模型拓展至包含LED驱动控制器的参数（频率、增益系数、电压幅值）以及散热器温度，从而通过调节LED器件参数以及驱动特性，控制白光LED照明系统最佳工作点的范围，进而分析照明系统闪烁指数、闪烁百分比、电压幅值、频率和LED光源参数之间的内在规律。提出一种基于纹波特性的白光LED器件动态光通量特性理论模型，该理论模型可准确预估白光LED照明系统在不同纹波特性下的动态照度变化、闪烁指数、闪烁百分比。通过测试不同工作条件下LED照明器件的照度、闪烁指数以及闪烁百分比，并与计算值进行比较，二者的平均误差为7.1%，计算结果和测量结果具有良好的一致性，证明了所提出的基于纹波特性动态及稳态光通量模型的有效性。由测试结果可知，LED光源在不同工作条件下闪烁指数以及闪烁百分比发生明显变化，这意味着需要通过合理地控制LED光源和驱动系统的参数，使照明系统的闪烁指数和闪烁百分比变化最小，从而满足IEEE国际标准对闪烁效应的要求。

为分析白光LED的光-电-热特性及其变化, 在热沉温度和驱动电流可控的条件下, 测试了温度、电流对白光LED光谱分布的影响, 建立了白光LED光功率和光谱蓝白比(蓝光光谱光功率与白光光谱光功率的比值)预测模型。相关性分析显示光谱蓝白比、色温及司辰节律因子之间高度相关, 光谱蓝白比与色温、光谱蓝白比与司辰节律因子均存在线性关系, 表明由光谱分布变化预测光谱色温漂移及其非视觉生物效应的可能性。实验结果表明, 白光LED光功率、蓝白比、色温及司辰节律因子的预测值与实测值吻合较好, 最大预测误差分别不超过4.22%、1.54%、1.31%和2.15%; 同时, 白光LED光谱蓝白比可作为一种有效手段, 用于预测光谱色温及司辰节律因子, 进而评估其光学特性和非视觉生物效应。

由于芯片之间存在的热耦合效应, 多芯片LED器件内部存在复杂热学规律。本文通过多芯片LED热学模型描述多芯片LED器件系统内部热阻支路路径, 进而通过有限体积数值计算多芯片LED器件结温。通过本文试验验证, 单颗芯片、2颗芯片、3颗芯片以及4颗芯片在负载不同电功率(0.3~1.2 W)情况下,结温的测试值和计算值的最小误差值为0.8%, 最大误差值为6.8%, 平均误差值为3.4%, 计算结果与测试结果基本保持一致, 因此有利论证了多芯片LED热学模型可为评价多芯片LED器件热学性能提供重要的参考作用, 有助于更全面分析多芯片LED热阻内部芯片之间的热耦合效应。该实验结果为准确预测多芯片LED器件内部结温提供了重要理论依据。

通过双向热阻模型描述LED系统内部双向散热路径, 进而构建光电热一体化模型。基于双向热阻模型参数, 光电热一体化模型可高精度预测LED系统的结温以及光通量。实验验证结果表明, 基于所提出的双向热阻模型的结温计算值和实验值的平均误差在5.3%之内, 而采用传统的单向热阻模型的结温计算值和实验值的平均误差达到11.2%。基于双向热阻模型的光电热一体化理论, 光通量的计算值与实验值的平均误差在6.3%之内。

LED灯的色温受到注入电流和结温变化的同步影响。通过分析实验系统采集到的HL001WY 型GaN 基白光LED在不同管脚温度和注入电流作用下色温变化的实验数据, 利用曲线拟合与趋势回归方法建立色温、注入电流以及管脚温度三者之间动态变化的非线性预测模型, 并对非线性模型的系数采用二次回归来补偿模型系数引起的预测值波动, 提高模型计算精度。抽样测验和模型计算对比表明, 利用该方法建立的动态非线性色温控制模型得到的计算数值与实验测量值的相对误差小于1.5%。

在单颗LED中,以1℃/W~30.5℃/W范围的散热器热阻值和0.5 W~6.5 W范围的负载电功率作为优化变量,40 lm~460 lm范围的光通量和7 100 K~8 600 K范围的色温作为目标变量,通过光-电-热理论和多重光谱模型优化白光LED的光谱功率分布.计算获得白光LED的光通量和相关色温在系统中变化时所对应的光谱功率分布,目标值与理论值的误差在5%以内.该理论模型可为LED照明系统的设计提供参考.

针对包含暖白光和冷白光两种不同LED光源的混合白光LED系统, 提出一种非线性控制混合白光LED系统照度模型的方法论。该混合白光LED系统包含暖白光及冷白光两种不同LED光源。混合白光LED系统总照度取决于两个LED光源所占的光通量比例, 据此提出三维空间下不同电流负载情况下的混合白光LED系统的照度模型,通过简单的光学及电学测试方法校准, 并实验测试验证该三维照度模型的真实性。该方法对混合白光LED系统的应用具有一定参考价值, 而且其适用于多个光源的LED系统, 并不仅限于白光LED。

本文结合有限体积数值模拟建立散热器热学模型，可准确计算散热器系统中温度场以及流体场分布，为有效评价散热器的散热效率提供重要参考依据。基于散热器热学模型，分析比较叉排式以及顺排式散热器的温度场以及流体场分布，发现叉排式散热器中交错分布翅片可有效破坏散热器层流底层，增强了流体扰动，加大了换热效果，为优化叉排式散热器结构提供了可靠依据，进而通过分析优化散热器系统送风方向、粘结层材料、散热器材料对总体散热性能以及重量的交叉影响。

在不同的交流电压、频率和热沉温度下，对交流发光二极管(AC-LED)的光学和电学参数进行了测试。通过对AC-LED电流电压特性、光通量和光功率的深入研究，发现在交流和直流有功功率相同的情况下，器件的光通量、光功率和发光效能在交流驱动下要比直流驱动时低。随着有功功率的增大，器件的发光效能呈现先增大后减小的趋势，器件热效应、GaN基LED的效率衰减现象以及等效串联电阻是造成这一现象的主要因素。同时还在改变热沉温度的条件下，讨论了温度对器件的峰值波长、光功率与发光效能的影响。

研究如何快速、精确地匹配三基色RGB的比例得到任意颜色的光具有重要意义.提出一种结构简单易于实现的RGB-LEDs配色模型，通过振幅调制电流来改变三基色LED辐射功率，从而调节各基色在混合色中的亮度比例，使得RGB-LEDs能够匹配到任意颜色.同时给出使用该模型进行配色的精确度评价指标.在此模型基础上提出一种基于二分法的RGB配色算法，使得混合颜色的色品坐标能够快速、精确地匹配到指定范围.仿真实验证明了算法的正确性和有效性.该算法收敛速度快，配色精确度高，具有很高的实用价值.