CN103649636A - 用于基于led的灯泡或灯具装置的传热组件 - Google Patents

Abstract

一种基于LED的灯泡（20）或灯具装置，包括灯泡本体（22）、LED组件（24）、LED散热器（26）、以及功率转换散热器（28）。LED组件（24）包括电路（102）和多个LED（34）。所述电路（102）包括功率转换部件，该功率转换部件适于改变所施加的功率以用于经由导电引线对LED供电。LED散热器以紧邻LED中的至少一个的方式安装于灯泡本体。功率转换散热器设置成与LED散热器分开，并且以紧邻功率转换部件中的至少一个的方式安装于灯泡本体。LED散热器使来自发光二极管灯中的至少一些的热消散，而分离的功率转换散热器使来自功率转换电路部件的热消散，从而使发热部件与其安装区以及热路径与散热器表面区域分离。

Description

用于基于LED的灯泡或灯具装置的传热组件

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35章第119(e)(1)节，本申请要求以下申请的优先权：于2011年3月23日提交的题为“LED-Based Light Bulb Device with FittedDriver Circuitry（具有适配驱动电路的基于LED的灯泡装置）”且代理人案号为No.F1043.103.101的第61/466,715号美国临时专利申请；以及于2011年10月11日提交的题为“Heat Transfer Assembly for LED-Based LightBulb or Lamp Device（用于基于LED的灯泡或灯具装置的传热组件）”且代理人案号为No.F1043.107.101的第61/545,904号美国临时专利申请；通过引证将上述申请中的每一者的全部教导结合于本文中。

背景技术

本公开涉及发光二极管（LED）照明装置和方法，更具体地说，涉及基于LED的照明装置的传热组件的解决方案，其形式类似于普通的白炽灯泡或灯具。作为参考，贯穿整个说明书，术语“灯泡”和“灯具”可互换地使用。

因为能量成本的增加，白炽灯泡或灯具的替换解决方案（诸如紧凑型荧光灯（CFL，compact fluorescent light）和LED灯泡）正越来越广泛地使用。不幸的是，对于CFL形式的“管”以及当前LED的环境性解决方案的不寻常形状存在审美上的担忧。消费者和商业的担忧在于，在许多情况下，已有的固定器（fixture）或灯座与这些新的替换灯泡产品相比看起来没有吸引力。在许多情况下，消费者为了保持普通白炽灯泡的外观而回避了在环境和经济方面而言正确的事情。

基于LED的灯为照明提供最持久的且随时间的推移成本最低的并且最环保的解决方案。两个主要的问题在于每流明的初始成本较高以及LED灯泡发射的光的定向性。近来，已开发射大大改进的基于LED的灯泡装置，其沿灯泡结构布置有多个单独的LED，该灯泡结构在外观上非常类似于常规的白炽灯泡。结合有这个形式的多种非常有前景的灯泡装置在美国专利第8,013,501号中记载，通过引证将该专利的全部教导结合于本文中。通过这些设计和类似的设计，灯泡装置旨在与常规的白炽灯灯泡的固定器或灯座（其从电源输送AC功率）一起使用。因此，灯泡装置必须载有或包括适当的电路，该电路在固定器或插座处将AC功率转换为适于为LED供电或驱动LED的功率。功率转换电路部件则产生长期而言必须消散的热。LED自身也产生必须去除的热。在这方面而言，小尺寸的LED芯片从LED封装件的背部每单位面积发射大量热。LED灯泡或灯具的设计通常使用散热器将该热传递至周围环境空气。

LED灯泡设计涉及LED部件的选择和数量、LED驱动参数、系统热学限制、系统寿命和性能目标之间的一系列复杂的权衡。所有这些权衡在成本目标的限制以及对与传统白炽灯泡接近的外观的期望下进行。实施难度随着高瓦特当量解决方案的光度输出要求而增大。

用于满足60W、75W、100W当量的光输出目标的功率转换系统的设计将越来越具有挑战性，需要精心的部件选择、电路板设计以及热学设计。来自于转换电子器件和LED的系统热的消散是特别具有挑战性的。内部安装的LED和功率转换部件必须安装在提供热路径的衬底上，在该热路径中，热被传导至外部表面以用于对流消散。任何解决方案都必须注意到，由一组部件产生的热不会不经意地传导至其他部件且促使其他部件的温度升高，从而导致单个部件的温度上升到它们的工作限度以上。

在基于LED的灯泡设计的领域中，相关传热问题为传热路径和表面系统。任何可接受的设计必须以还可避免电子危险路径的方式对热进行传输。符合法规的安全测试包括使灯具经受一系列非常高的瞬时电压，并确认灯具设计不允许电流以对使用者造成安全问题的方式到达人体可触及的表面。

基于LED的灯泡设计引起了多个与传热相关的担忧。对于这些问题的任何解决方案都将被很好地接受。

发明内容

本公开的一些方面涉及一种LED灯泡或灯具装置，其包括灯泡本体、LED组件、LED散热器、以及功率转换散热器。LED组件包括多个发光二极管灯和电路。该电路包括功率转换部件，功率转换组件适于改变所施加的功率以用于经由导电引线对发光二极管灯供电。LED散热器以紧邻发光二极管灯中的至少一个的方式安装于灯泡本体。功率转换散热器设置成与LED散热器分开，并且以紧邻功率转换部件中的至少一个的方式安装于灯泡本体。利用上述结构，LED散热器使来自发光二极管灯中的至少一些的热消散，而分离的功率转换散热器使来自功率转换电路部件的热消散，从而使发热部件与其安装区以及热路径与散热器表面区域分离。在一些实施例中，电路的滤波部件安装于第一或滤波衬底或电路板，而功率转换部件安装于第二或功率转换衬底或电路板。尽管被电连接，然而这些电路板在装置的基座部分内彼此物理地分离，其中功率转换电路板定位成紧邻功率转换散热器，并且在一些实施例中定位成物理地接触功率转换散热器。在其他实施例中，功率转换散热器为环，其中所述装置构造成使得散热环有利于灯泡本体与基座的组装。在相关构造中，散热器环可定位成紧邻所述装置的灯座连接基座，但在电气上被保护免受基座影响（例如通过介入的介电材料）。

附图说明

图1是根据本公开原理的基于LED的灯泡装置的立体图；

图2是图1的装置的分解立体图；

图3是图1的装置的纵向截面图；

图4是图1的装置的灯泡本体部分的放大立体图；

图5是图1的装置的一部分的放大纵向截面图，并且示出了在图3的截面图中不可见的特征；

图6A是图1的装置的横向截面图，示出了LED相对于灯泡本体部分的可选布置；

图6B是在根据本公开原理的另一种基于LED的灯泡装置的横向截面图；

图7是根据本公开原理的另一种基于LED的灯泡装置的侧视图；

图8A是处于不同旋转定向上的图7的装置的立体图；

图8B是图8A的视图，其中移除了一些部分以示出该装置的内部部件；

图9是图7的灯泡装置的一部分的截面图；

图10是根据本公开原理的另一种基于LED的灯泡装置的立体图；

图11是图10的灯泡装置的分解立体图；以及

图12是图10的灯泡装置的一部分的截面图。

具体实施方式

在图1-图3中示出了根据本公开原理的LED灯泡装置20的一个实施例。该装置20包括灯泡状结构22、LED组件24（在图1中不可见且在图2和3中总体表示）、一个或多个LED散热器26、功率转换散热器28、以及绝缘衬套30。下文中提供了各个部件的细节。然而，总体而言，灯泡状结构22包括灯泡本体32，并且LED组件24提供一个或多个发光二极管（LED）34（在图2和3中示出，应当理解的是，在图1的最终结构状态中，LED34可“穿过”灯泡本体32而可见）。LED组件24安装至灯泡状结构22。所述一个或多个LED散热器26和功率转换散热器28共同限定用于装置20的传热组件。所述一个或多个LED散热器26传递并消散由LED34产生的热，而功率转换散热器28传递并消散由LED组件24的其他高工作温度部件（例如功率转换电气部件）所产生的热，如下文所述。LED散热器26通过绝热层而总体上与功率转换散热器28隔开。LED灯泡装置20在连接至标准的灯泡灯座或固定器并由其供电时发光。

灯泡状结构22类似于“标准”或已知的AC灯泡（例如爱迪生白炽灯泡），并且包括灯泡本体32和基座组件36。灯泡本体32可由玻璃、塑料（例如透明玻璃或塑料）等形成，并且可限定开阔的内部区域38（在图3中最佳地示出）。灯泡本体32可具有各种形状和尺寸（例如梨形（A19）、圆球、棱锥体（泛光灯）烛形等）以及允许所安装的一个或多个LED散热器26具有更加一体化的外观的其他可选特征。

在一些实施例中，为了易于制造，灯泡本体32可由两个（或更多个）区段40a、40b形成，所述区段单独地形成且随后组装（例如，如由图2的视图所表示的卡扣装配结构）。可替换地，灯泡本体32可为一体式均匀结构。

在图4中更详细地示出了灯泡本体32。无论用以形成灯泡本体32的区段的数量如何，通过最终结构灯泡本体32可被看作具有限定内部区域38（图3）的灯泡本体壁42。在一些实施例中，壁42是连续的结构，从封闭的顶端43延伸至开阔的下端44，该下端以其他方式通向内部区域38。因此，壁42有效地围住内部区域38。

图4进一步将壁42示出为形成沟槽46，每个沟槽的形状和尺寸形成为接收LED散热器26中的相应一个。如所示出的，沟槽46可相对于内部区域38（图3）而封闭。可替换地，沟槽46可穿过壁42的厚度形成并且因此通向内部区域38，如下文所述。灯泡本体32可形成或包括位于用于接收LED散热器26的其中之一的对应部件的每个沟槽46的顶端50处的或邻近于该顶端的闭锁件（latch）48（或类似的结构，诸如紧固件、钩挂件（catch）或粘合剂）。沟槽46可采用不同于图4中所示的形式的多种其他形式，并且可包括构造成与LED散热器26和/或LED组件24的部件匹配的多种表面特征。

灯泡本体32可包括或提供便于快速组装至装置20的其他部件的一个或多个特征。例如，多个锁定指状件60在图4中示出为从开口端44以大致纵向的方式延伸。如下所述，锁定指状件60构造成用于与功率转换散热器28的对应表面特征卡扣装配型组装。本申请所设想的可替换实施例可采用其他安装特征，所述其他安装特征可以或可以不采用卡扣装配（例如，在省去锁定指状件60的情况下，灯泡本体32可粘接或焊接至功率转换散热器28和/或基座组件36）。

返回到图1-图3，基座组件36包括外部基座70和可选的隔离壳体72（图2中总体上表示）。外部基座70类似于常规的灯泡基座，并具有带螺纹的外表面74，所述外表面用于接合标准螺纹AC灯座或固定器，以便将LED灯泡装置20保持于AC灯座或固定器并且其供电，如在现有技术中已知的。遵循这些同样的原则，外部基座70可选地由如传统灯泡所通常采用的导电材料（例如金属）形成。由外部基座70（或基座组件36的其他部件）所提供的灯泡-灯座式连接可为行业中常见的其他类型。外部基座70（以及基座组件36的其他部件）可具有用于连接于AC功率插座的各种结构，所述结构包括但不限于诸如E26中型螺纹基座的爱迪生螺纹基座。

在被设置的情况下，隔离壳体72构造成用于如下所述地使外基座70与LED组件24的电路部件分隔，同时利于热向功率转换散热器28的热传递。在一些实施例中，壳体72可由第一壳体部分和第二壳体部分76a、76b形成，每个壳体部分提供利于两个壳体部分76a、76b安装于彼此的匹配特征（例如，在图2的视图中，第一壳体部分76a示出为包括栓（peg）78，该栓由通过壳体部分76b形成的对应开孔（未示出）摩擦地接收）。除了匹配特征之外，壳体部分76a、76b可以是相同的，其中下面的描述同等地适用于壳体部分76a、76b中的每一个。

壳体部分76a、76b具有半环形形状，并限定了支脚80和唇状件82。支脚80的外部84具有螺纹形形状，以用于套设于外部基座70的内螺纹表面74内。唇状件82从支脚80延伸，并形成间隙凹口（clearance notch）86和通道88。每个间隙凹口86的尺寸设计成接收与灯泡本体32一起设置的相应一个锁定指状件60。由于图2所总体示出的，间隙凹口86中的三个由最终结构下的壳体72形成，其中每个壳体部分76a、76b限定一个完整的凹口86以及第二凹口的一部分（即，在图2中，标记了与第一壳体部分76a一起设置的凹口部分86a，如与第二壳体部分76b一起设置的凹口部分86b一样，应当理解的是，凹口部分86a、86b在最终组装时组合以限定一个完整的凹口86）。在其他实施例中，与锁定指状件60的数量相称的或多或少的凹口86也是同等可接受的。此外，对于根据本公开的采用不同组件特征的其他装置而言，凹口86可被替代或者省去。

每个通道88的尺寸设置成接收与LED组件24一起设置的结构（例如突翼（tab））。如由图2总体示出的，通道88中的三个由壳体72在最终组装时形成（然而任何其他数量（或者更少或者更多）也是可接受的），其中每个壳体部分76a、76b限定一个完整的通道88以及第二通道的一部分（即，在图2中，标记了分别与第一壳体部分和第二壳体部分76a、76b一起设置的通道部分88a、88b，应当理解的是，通道部分88a、88b在最终组装时组合以限定一个完整的通道88）。

参照图2，在一些实施例中，LED组件24包括多个LED34、衬底条100、以及电路102（总体表示）。每个衬底条100均保持一组LED34，并且如下所述地耦接于电路102以建立用于对LED34供电的电路径。

LED34可采用在现有技术中已知的和常规用于无机发光二极管的各种形式。可替换地，LED34可以可替换地为有机发光二极管（OLED）。LED34的选出的形式可以或可以不产生白色光，并且可具有各种色温（例如，LED34可为高温（在6500Kelvin的量级上）产品）。另外，与LED34相关联的封装可以或可以不结合有颜色改进或Kelvin改进材料（诸如荧光体、量子点、纳米晶体、纳米纤维）和/或其他用于增强由LED34发射的光的涂覆物或层。LED34可以各种方式形成或组装于对应的衬底条100，所述方式包括允许例如基于非蓝宝石的LED等的标准封装、覆晶柔性件封装（die-on-flex packaging）、通过溅射涂覆的晶圆分层。LED34可安装成陶瓷封装或者作为已知良品晶片（known-good-die，KGD）安装成其他封装形式或者与上述不同而是使用各种已知的方法作为晶片直接安装至衬底上。

在一些结构中，每个衬底条100均为柔性非导电材料，与如在现有技术已知的柔性电路类似，并且衬底条载有用于形成于其上的每个LED34的电路迹线。可替换地，对于一些或所有衬底条100来说，可采用更为刚性的材料。例如，衬底条100可设置成绝缘铝材料系统（IAMS）的一部分，绝缘铝材料系统诸如为Hereaus Materials Technology可获得的InsulatedAluminum Material System。

电路102可采用适于将AC能量（例如120伏）转换成适于对LED34通电的DC能量的多种形式；或者在LED34构造成基于AC功率输入而操作的情况下，电路102可结合有构造成将所提供的AC功率转换或转化成适于对LED34供电的AC功率形式的部件。无论如何，并且如在图5中更好地示出的，电路102包括一个或多个高工作温度功率转化或转换部件104a、104b（例如，MOSFET和电感器）。

考虑到上述情况，在一些结构中，电路102包括第一板或滤波板110以及第二板或功率转换板112。板110、112均可为刚性的、柔性的、或者刚性柔性混合型印刷电路衬底或印刷电路板，其具有或形成各种电路迹线。电功率滤波部件114（总体表示）安装并电连接于滤波板110，并且构造成对所传递的功率进行滤波和/或在将滤波后的功率传送至功率转换板112之前执行如在现有技术已知的其他相关功能。常规的电功率滤波部件的实例包括熔断器、EMI滤波器、瞬态电压抑制器等。功率转换电气部件104a、104b安装并电连接于功率转换板112，并构造成将AC功率改变为DC功率和/或如在现有技术中已知地以其他方式执行如对于驱动LED34可能期望或需要的相关功率改变功能。

滤波板110和功率转换板112的尺寸和形状设计成如下所述地以间隔开的、物理上分离的方式套设在隔离壳体72内，并且滤波板和功率转换板可具有示出的圆形周边形状。一个或多个连接引线将滤波板110与功率转换板112电连接，将滤波后的功率传递至功率转换板112。例如，火线和中线也连接于滤波板110。功率转换板112构造成接收在壳体72内，并具有大致盘状的形状。在一些实施例中，功率转换板112是传热的，并且形成一个或多个突翼116（突翼中的两个在图2中示出）。出于在下文中清楚描述的原因，突翼116中每个的尺寸和形状均设计成通过与壳体72一起设置的通道88中的对应一个通道而被接收。最终，衬底条100安装于功率转换板112且从其延伸，其中与每个衬底条100一起设置的电路迹线电连接于功率转换电路的输出功率（例如，衬底条100可一体形成于可选地更为刚性的板112中和/或可由与板112一起设置的突翼支撑）。

返回图1-图3，LED散热器26构造成使来自LED34中的对应一些LED的热消散，并且构造成相对于灯泡本体32支撑衬底条100中的对应一些衬底条。LED散热器26的数量与衬底条100的数量相对应；因此，在示出的一个实例中，提供了三个衬底条100，并因此包括三个LED散热器26。大于或小于三个的任何其他数量也是可接受的。LED散热器26在材料和设计方面可以是相同的，并且可由适当的散热材料（例如金属、模制塑料、陶瓷等）形成。每个LED散热器26均可结合有或形成散热器120或栓（未示出）和/或具有改进散热的其他表面特征（例如成形通道）。LED散热器26可成形为限定台肩（shoulder）122和臂124。LED散热器26质量的主体或大部分（如大于75％）位于台肩122处，其中臂124从台肩122延伸并终止于夹持端126处。在一些实施例中，内表面128（在图2和3中对散热器26中的一个示出）是相对平坦的以用于接收对应的衬底条100（例如，压敏粘合剂将衬底条100粘结于内表面128），并且可如所示出地形成为槽的一部分。在其他实施例中，内表面128的整体可为平坦的，或者可具有其他形状或表面特征。在另一些构造中，LED34与电路102之间的电连接可穿过灯泡本体32的表面后方。无论如何，安装框架129可选地设置在内表面128的前端（leading end）处。

功率转换散热器28与LED散热器26分离，并且由适当的散热材料（例如金属、模制塑料、陶瓷等）。在一些实施例中，功率转换散热器28为环130或包括环，该环成形为用于组装于灯泡状结构22。更特别地，功率转换散热器环130的前部区域132的环形形状的尺寸设计成套设在灯泡本体32的对应外部区域周围，从而形成流线型整体外观并且允许点亮的表面区域“看起来”更像普通的白炽灯泡（相比于其他可用的基于LED的灯泡设计）。尾部区域134终止于脊部136处，所述脊部的尺寸设计成在最终组装时接收绝缘衬套30并与锁定指状件60匹配。可替换地，功率转换散热器28可具有包括除环130之外的一个或多个结构的多种不同构造。

绝缘衬套30由非导电材料形成，并且构造成用于安装于功率转换散热器28。特别地，衬套30包括用于改进脊部136上的摩擦锁定的各种表面特征。如下所述，衬套30使功率转换散热器28与外部基座70电隔离。可替换地，绝缘衬套30可由涂覆于功率转换散热器20上的电绝缘材料替代。

图3和图5示出了最终组装时的LED灯泡装置20。总体而言，壳体72在功率转换板112下方或相对于功率转换板围住电路102的部分，并且壳体72的至少一部分（例如，支脚80（图2））安装在外部基座70内。另外参照图2，由功率转换电路板112提供的指状件116穿过壳体通道88中的相应一些而伸出。功率转换散热器28则在示出的位置中安装在壳体72之上（例如通过粘接密封剂和/或互锁特征）。在最终组装时，功率转换散热器28接触突出的突翼116。衬底条100（或对应的导电突翼表面）从功率转换板112并沿着和/或超出灯泡本体32延伸。在这方面，散热层可组装于衬底条100中的相应一些（例如通过压敏粘接剂）或突翼表面，以变得邻近于功率转换散热器28。无论如何，高工作温度功率转化或转换部件104a、104b定位成直接地邻近于功率转换板112，并且因此紧邻功率转换散热器28。功率转换板112处的热通过突翼116（所述突翼以其他方式与散热器28接触）被有效地直接传导至功率转换散热器28。因此，在功率转换板112和相关的功率转换部件104a、104b的操作过程中产生的相对多的热容易地传递至功率转换散热器28并且通过该功率转换散热器而消散。电路102的其余部件（例如滤波部件114）策略性地定位在壳体72内的或者邻近于壳体的其他位置处；由于这些部件产生更少的热（如相比于功率转换部件104a、104b），因而仅需最小限度地关注热消散问题（如果有的话）。显然地，由滤波板110的电路部件产生的少的热将朝向外部基座70发生对流，并且随后如常规白炽灯泡一样通过固定插座消散（且然后消散至空气）。

LED散热器26定位成紧邻衬底条100中的相应一些（并因此紧邻由衬底条承载的LED34），并可以各种方式相对于灯泡本体32被保持（例如衬底条100粘性地结合于对应LED散热器26的内表面128，而该LED散热器则安装于灯泡本体32）。可替换地，该连接可通过直接安装的LED和引线、带或柔性引线在LED散热器26上的丝网印刷电路的底部处形成，所述LED和引线、带或柔性引线形成与功率转换电路的连接。无论如何，由LED34所产生的热容易地传递至对应的LED散热器26且通过该LED散热器消散。特别地，每个LED散热器26的质量的主体或大部分（即台肩122）与功率转换散热器28分离。通过使LED散热器26的质量的至少大部分与功率转换散热器28物理分离，使得散热器26、28之间的热传递（如果有的话）被限制。

通过本公开内容的一些实施例，功率转换散热器环130进一步协助完成装置20的组装。特别地，LED散热器26安装在灯泡本体沟槽46中的相应一些内，并且散热框架129附接于对应的灯泡本体闭锁件48且夹持端126摩擦地保持在灯泡本体开口端44上。灯泡本体32的锁定指状件60则穿过壳体72（经由凹口86）伸出并且由环130摩擦地保持（于该环内）。因此，环130用于将灯泡本体32/LED散热器26与基座组件36连接。尽管本公开包括各种其他的设计特征和/或组装技术，然而上述图2的特征极好地改进了装置20的快速、大规模生产。

LED34相对于灯泡本体32布置成以便将所发射的光朝向灯泡本体的内部区域38引导。例如，如在图6A中相对于LED散热器的第一LED散热器26a所示，灯泡本体壁42可形成相对于内部区域38封闭的沟槽46。由对应衬底条100承载的且由第一LED散热器26a保持的LED34设置在沟槽46内，其中从LED34发射的光被引导通过灯泡本体壁42并且进入内部区域38中。可替换地，如在图6A中相对于LED散热器中的第二LED散热器26b所示，灯泡本体壁42可形成通向内部区域38的沟槽46'。由对应衬底条100承载的且由第二LED散热器部26b保持的（或直接安装于LED散热器上的丝网印刷电路的）LED34布置在沟槽46'内，以将所发射的光引导到内部区域38中。然而，由此发射的光并不在一路径上不穿过灯泡本体壁42的厚度而进入内部区域38；相反，所发射的光直接传送到内部区域38中。装置20可结合有用于每一个LED散热器26组装区域的封闭沟槽46或开口沟槽46'。

不管灯泡本体壁42结构如何，且返回到图1-图3，传热组件（例如LED散热器26和功率转换散热器28）增加表面积，并且划分散热器区域且使其成比例（proportion，均衡），以使温度保持在每个部件的操作限度内。作为参考，一些成品LED相当有效地操作，并在高达150摄氏度下具有合理的寿命，而用于功率转换的一些常用部件受限于相当低的温度。为了解决分立的但同等重要的传热需要，本公开的传热组件使这些部件与它们的安装区、热路径和散热器表面区分离。

分离的LED散热器26沿着普通灯泡本体形状32的最宽部分有效地“浮动”，并且由此热对流可：由于位于灯泡本体32的最宽部分中而较大；在基座朝上或基座朝下的定向上为最佳的，这是因为散热器肋条是竖直的且对流空气流被最少地限制；通过将LED34划分成组且使它们彼此远离地间隔而改进热消散；通过用不同的散热路径将LED34与功率转换部分104a、104b隔离而允许两个不同级别的散热器温度。与LED散热器26的杆连接可连接于LED散热器26的直接部分或可为该LED散热器的直接部分、或者可连接于功率转换散热器28，但并非连接于这两者。

功率转换散热器28可与其他部件结合作为对LED连接器引线的保护。本发明公开的一种形式的装置20将功率转换部件（即，MOSFET和电感器）中最热的部件放置在它们自身的柔性衬底上，以对功率转换散热器28的特定区域提供加宽的路径。这可与LED连接器引线结合作为柔性电路102的单独的层。这利用压敏粘接材料或类似材料来应用，所述材料在保护电路免于功率传递的同时允许热渗透，因此可实现UL高压测试（high-pot test）。

在本公开的一些结构中，LED34可在较高的电流（与采用常规的基于LED的白炽灯灯泡的替换设备的电流级别相比）下运行，并且不使功率转换部件104a、104b过热。它还提供了增加空间和间距以改善所有部件的对流的能力。它允许散热器26、28之间的面积增加灯泡表面积，以用于流明均匀性和每平方英寸的灯泡壳体面积上的较低流明。它还提供散热器26、28的区段，用以更直接地冷却功率转换系统的最热部件。例如，功率转换散热器28的突翼或条状导体（例如，突翼116）可定向成更直接地邻接最热部件。灯泡装置20可在更少LED34的情况下更明亮（与传统设计相比），以更为普通-常规的白炽灯泡形状和表面发光区域来提供更多的流明。

可利用题为“Lightweight Heat Sinks and LED Lamps Employing Same（轻型散热器和采用该轻型散热器的LED灯）”的美国专利公开第2011/0242826号中描述的一个或多个特征采用上述的方法和系统，通过引证将该美国专利结合于本文中。在应用上述的散热器特征的分离时，被涂覆的散热器本体（其在一些实施例中是塑料散热器本体）将以这样的方式应用设置在散热器本体上的所描述的传热层，即，在所设置的层（在一些情况下是铜）中形成间隙以提供散热器区域的分离。这些散热器区域中的每一个均连接于LED或功率转换热源。可如期望地使用额外的散热器，以用于通过一个或多个部件部分单独地满足热消散的要求的目的。例如，图6B相对于LED散热器中的第三LED散热器26c示出了灯泡本体壁42，该灯泡本体壁连续地形成第三LED散热器26的芯部190以及涂覆或以其他方式设置在芯部190上的导热层192。

根据本公开原理的另一LED灯泡装置200在图7-图8B中示出。作为参考，图8A示出了从图7的定向略微转动的装置200，而图8B从与图8A相同的视角示出了装置200，但是其中多个内部组件（下面描述）是可视的。该装置200包括灯泡状结构202、如上所述的LED组件24（在图8B中总体表示）、一个或多个LED散热器206、功率转换散热器208、绝缘衬套210。在下文提供各个部件的细节。然而，总体而言，灯泡状结构202包括灯泡本体212，并且LED组件24提供如上所述的一个或多个发光二极管（LED）34（其中一些LED在图8B中示出为“穿过”灯泡本体212为可视的以便于理解）。LED组件24安装于灯泡状结构202。所述一个或多个LED散热器206和功率转换散热器208设置成彼此分开，并且共同地限定用于装置200的传热组件。所述一个或多个LED散热器206传递由LED34产生的热，而功率转换散热器208传递由LED组件24的其他高工作温度的部件（例如功率转换电子部件）所产生的热，如下文所述。LED灯泡装置200在连接于标准的灯泡灯座或固定器并且由其通电时发光。

灯泡状结构202类似于“标准的”或已知的AC灯泡（例如爱迪生灯泡），并且包括灯泡本体212和可选的基座216。灯泡本体212可由玻璃、塑料（例如透明玻璃或塑料）等形成，并且包括限定一内部区域的壁218。灯泡本体212可具有各种形状和尺寸（例如梨形（A19）、圆球、棱锥体（泛光灯）烛形等）以及允许所安装的LED散热器206具有更为一体化的外观的其他可选的特征。在一些结构中，灯泡本体壁218可为连续的，有效地围住所述内部区域。在其他实施例中，壁218可形成穿过其厚度的沟槽，并且LED34中的选出的LED在所述沟槽内以如上所述的方式设置。

在提供基座的情况下，基座216类似于常规的灯泡基座，并且具有带螺纹的外表面220以用于接合标准的螺纹AC灯座或固定器，以将LED灯泡装置200保持于AC灯座或固定器并且对LED灯泡装置供电，如在在现有技术中已知的。遵循这些同样的原则，基座216可选地通过如传统灯泡通常采用的其他连接标准而由导电材料（例如金属）形成。

参考图8B和图9，LED组件24符合以上描述，并且在一些实施例中包括多个LED34、衬底条100、以及电路102（总体表示）。衬底条100中的每一个均保持一组LED34，并且耦接于电路102，以建立用于对LED34供电的电通道。

返回到图7-图8B，LED散热器206构造成使LED34中的对应一些LED的热消散，并且相对于灯泡本体212支撑衬底条100中的对应一些衬底条。LED散热器206的数量与衬底条100的数量相对应；因此，在所示的一个实例中，提供三个衬底条100（在图8B中示出了其中一个衬底条），并且因此包括三个LED散热器206。任何大于三个或小于三个的其他数量也是可接受的。LED散热器206在材料和设计方面可为相同的，并且可由适当的散热材料（例如金属、模制塑料、陶瓷等）形成。每个LED散热器206可结合有或形成改进热消散的鳍片230或栓（未示出）。在一些实施例中，每个LED散热器206的尾部表面232（在图8B中示出）是相对平坦的，以用于接收对应的衬底条100（例如，压敏粘接剂将衬底条100粘结于尾部表面232）。在其他实施例中，尾部表面232可形成槽，该槽构造成用于衬底条100中的相应一个的通道。

功率转换散热器208与LED散热器206分离，并且由适当的散热材料（例如金属、模制塑料、陶瓷等）制成。在一些实施例中，功率转换散热器208包括支腿240和基座242。支腿240连接在基座242处，并且支腿240的数量对应于衬底条100的数量（因此，在所示的一个实施例中，提供了三个支腿240）。基座242可具有环状形状，以用于组装于灯泡状结构202。当结合在一起时，支腿240和基座242的尺寸和形状设计为使得，出于在下文清楚说明的原因，在最终组装时在每个支腿240与LED散热器206中的对应一个LED散热器之间限定有间隙244。

如在图9中最佳示出的，绝缘衬套210由非导电材料形成，并且构造成安装于功率转换散热器208，并形成了通道250，该通道的尺寸设计成围住电路102的主体。绝缘衬套210由非导电材料形成，并且在与功率转换散热器208组装的过程中能够围绕电路102安装。绝缘衬套210具有拧入基座216的内表面中的带螺纹的外表面252。

图9示出了在最终组装时的LED灯泡装置200的一部分。总体而言，绝缘衬套210相对于功率转换板112围住电路102，并且安装于功率转换散热器208。功率转换散热器208则在示出的位置中安装于灯泡本体212（例如通过粘接密封剂）。衬底条100从功率转换板112延伸，并且相对于灯泡本体212延伸。在这方面，热消散层254可以邻近功率转换散热器208的方式组装于衬底条100中的相应一些（例如通过压敏粘接剂256）。无论如何，高运行温度功率转化或转换部件104a、104b直接邻近功率转换板112定位，并且因此紧邻功率转换散热器208。因此，在功率转换板112和相关功率变换部件104a、104b的操作过程中产生的相对较高的热容易地传递至功率转换散热器208并且由其消散。电路102的其余部件策略性地定位在通道250内的其他位置处；由于这些部件产生更少的热（相比于功率转换部件104a、104b），因此散热问题（如果有的话）仅需最少限度的关注。特别地，支腿240在衬底条100中的对应一个衬底条上并且沿该衬底条延伸至与LED散热器206中的对应一个LED散热器略微间隔开的位置，从而防止使用者意外地接触由衬底条100承载的电路迹线。

LED散热器206紧邻衬底条100中的相应一些衬底条定位（并且因此相对于由衬底条承载的LED34定位），并且可以各种方式安装于灯泡本体212（例如通过压敏粘接剂258）。因此，由LED34产生的热容易地传递至对应的LED散热器206且由其消散。特别地，LED散热器206通过间隙244而与对应的功率转换散热器支腿240分离。可替换地，由低传热材料制成的间隔件可插入在间隙244中，以进一步使对应的衬底条100（以及由该衬底条承载的任何电路迹线）与可能的使用者接触绝缘。无论如何，通过使LED散热器206与功率转换散热器208物理分离，散热器206、208之间的热传递（如果有的话）被限制。

LED34相对于灯泡本体212布置成将发射的光朝向灯泡本体212内部引导。灯泡本体壁218可具有任何上述的形式（例如开口的或封闭的沟槽），其中源自每个LED34的光路径进入灯泡本体212的内部区域中，并且然后从该内部区域向外延伸。

分离的LED散热器206沿着普通灯泡本体形状212的最宽部分有效地“浮动”，并且由此热对流可：由于位于灯泡本体212的最宽部分中而较大；通过充分且直接穿过的空气空间提高了在向上或向下的应用中的对流；通过将LED34划分成组且使它们彼此远离地间隔而改进热消散；通过使用不同的热消散路径和分隔间隙244将LED34与功率转换部分104a、104b隔离而允许两个不同级别的散热器温度。

功率转换散热器208并且特别是支腿240与其他部件结合作为对LED连接器引线的保护。本发明公开的一种形式的装置200的将将功率转换部件（即，MOSFET和电感器）中最热的部件放置在它们自身的柔性衬底上，以对功率转换散热器208的特定区域提供加宽的路径。这可与LED连接器引线结合作为柔性电路102的单独的层。这利用压敏粘接材料或类似材料来应用，所述材料在保护电路免于功率传递的同时允许热渗透，因此可实现UL高压测试。

分离的散热器206、208之间的间隙244可为用非热或非常低热的非导电分离区段模制形成的插入件，或者可为散热器206、208的用于形成间隙244的布置。

在图10中示出了根据本公开原理的LED灯泡装置300的另一实施例。装置300包括LED组件302（总体表示）、灯泡状结构304、散热框架306、以及绝缘衬套308。在下文提供各个部件的细节。然而，总体而言，灯泡状结构304包括灯泡本体310，并且LED组件302提供如上所述的一个或多个LED34（其中一些LED在图10中用虚线示出，以“穿过”灯泡本体310可视，以便于理解）。LED组件302安装于灯泡状结构304，例如通过散热框架306和/或绝缘衬套304。LED灯泡发光装置300在连接于标准的灯泡灯座或固定器并由其通电时发光。

参考图11，在一些实施例中，LED组件22包括多个LED34、衬底条314、以及电路316（总体表示）。每个衬底条314保持一组LED34，并且如文所述地耦接于电路316以建立用于对LED34供电的电通路。

在一些结构中，每个衬底条314均为与如在现有技术中已知的柔性电路类似的柔性非导电材料，并且承载用于形成在衬底条上的每个LED34的电路迹线。可替换地，对于某些或全部的衬底条314来说，可采用更为刚性的材料。

电路316可采用适于将AC能量（例如120伏）转换成用于对LED34通电的DC能量的各种形式；或者在LED34构造成基于AC功率输入而操作的情况下，电路316可结合有这样的部件，所述部件构造成将所提供的AC电源转化为适于对LED34供电的AC功率形式。

考虑到上述情况，在一些结构中，该电路316包括第一板或滤波板320以及第二板或功率转换板322。板320、322中的每一个均可为具有或形成各种电路迹线的刚性或柔性的印刷电路板。电功率滤波部件324（总体表示）安装并电连接于滤波板320，并且构造成对功率进行滤波和/或在将适当的功率传送至功率转换板322之前以如在现有技术中已知的方式执行其他相关的功能。功率转换或转化电部件326（总体表示）安装并电连接于功率转换板322，并且构造成将AC功率改变为DC功率和/或以如对于驱动LED34而言可能期望或要求的其他方式执行相关的功率改变功能，如在现有技术中已知的。

滤波板320和功率转换板322的尺寸和形状设计成用于以间隔开、物理分离的方式套设组装在绝缘衬套308内（如下文所述），并且因此可具有示出的圆形周边形状。一个或多个连接器引线328将滤波板320与功率转换板322电连接，将滤波后的功率输送至功率转换板322。出于在下文清楚说明的原因，火线330和中线332（在图11的视图中部分地隐藏）也连接于滤波板320。

灯泡状结构304类似于“标准的”或已知的AC灯泡（例如爱迪生灯泡），并且包括灯泡本体310和基座340。灯泡本体310可由玻璃、塑料（例如透明玻璃或塑料）等形成，并且包括限定一内部区域的壁342。灯泡本体310可具有各种形状和尺寸（例如梨形（A19）、圆球、棱锥体（泛光灯）烛形等）以及允许所安装的散热框架306的更为一体化的外观的其他可选特征。基座340类似于常规的灯泡基座，并且具有带螺纹的外表面344以用于接合标准的螺纹AC灯座或固定器，以将LED灯泡装置300保持于AC灯座或固定器并向该LED灯泡装置供电，如在现有技术中已知的。遵循这些相同的原则，基座340可选地由如传统灯泡所通常采用的导电材料（例如金属）形成。

散热框架306构造成相对于灯泡本体310支撑衬底条314（以及因此对应的LED34），并且使热消散。散热框架306由适当的散热材料（例如金属、模制塑料、陶瓷等）形成。散热框架306包括或形成支腿350，并且可包括台352。支腿350的数量与衬底条314的数量相对应，并且每个支腿可结合有或形成改进热消散的鳍片354或栓（未示出）。台352居中地设置于支腿352内，并且形成沟槽356（其中一个沟槽在图11的视图中可见），所述沟槽构造成用于衬底条314中的相应一个衬底条的通道，如下所述。可替换地，台352的元件可为组装于散热框架306或者功率转换板322的分立部件。

绝缘衬套308由非导电材料形成，并且构造成安装于散热框架306，并且形成通道358，该通道的尺寸设计成围住电路316的主体。绝缘衬套308由非导电材料形成，并且可在与散热框架306组装过程中围绕电路316形成。绝缘衬套308具有拧入基座340的内表面中的带螺纹的外表面360。

图12示出在最终组装时的LED灯泡装置300的一部分。总体而言，绝缘衬套308相对于台352围住电路316，并且安装于散热框架306。衬底条314从功率转换板322穿过台352中的沟槽356中的对应一个沟槽延伸，并且沿着灯泡本体310延伸。散热框架306的臂350紧邻LED34定位，其中LED34相对于灯泡本体壁342定位，以便将发射的光朝向灯泡本体310内部引导。功率转换板322紧邻台352定位，其中安装于功率转换板322的一个或多个部件326通过传热带370或其他结构而连接至台352。利用这种布置，由功率转换板322和相关的功率转换组件326的操作产生的热容易地传递至散热框架306且由其消散。相反，滤波板320与功率转换板322（以及散热框架306）间隔开。由于滤波板320和对应的电滤波部件324的操作几乎不产生热，与滤波板320相关的热消散仅需最少限度的关注。基座340如所示出地组装在绝缘衬套308之上，其中火线330穿过基座340伸出。基座340和绝缘衬套308共同限定保持电路316的基座单元372。中线332穿过绝缘衬套308，并且被暴露以用于在基座的外部处以焊接的方式连接至基座340。利用这种结构，在基座340螺纹插入于常规的灯泡灯座或固定器内时，在火线330和中线332处形成必要的电连接。绝缘体374设置在基座单元372内，以将火线330电隔离。

利用上述结构，用于滤波并将AC功率转换成DC功率的LED灯具驱动电路316将装配在或大致装配在普通灯泡基座340与内部电绝缘衬套308共同的限定范围内。这通过使用具有部件的特定定向和分离的两板形式（即物理分离的滤波板320和功率转换板322）来实现。滤波板320是用于滤波的并且定位成用于功率的接收（通过火线330和中线332）；功率转换板322构造成实现AC至DC的功率转化，紧邻散热框架306定位，并且热连接于散热框架306。火线330和中线332承载来自固定器灯座的电流。接触器穿过基座340/绝缘衬套308而接线，以将电流提供给滤波板320，该滤波板以其他方式定位成最靠近基座340且大体垂直于基座340的中心线。滤波板320在其两侧上包含所安装且电连接的功率滤波部件324，其中部件324安装成一侧适配于基座340/绝缘衬套308形状，并且另一侧与功率转换板322的部件套设。功率转换电路板322大体定位成平行于滤波板320且与其同心，其中板320、322两者大体为圆形，以适配于绝缘衬套308的内部空间内。功率转换组件326将功率AC改变成DC，并且以其他方式执行对于驱动LED34而言可能期望或要求的相关功率改变行为。

所产生的板划分（即分离的滤波板320和功率转换板322）的目的在于有益于通过滤波板320获取功率并且有益于功率转换板322的散热要求。因此，散热框架306“连接”于功率转换板322和/或功率转换部件326以用于如功率转换部件326所要求的热消散，并且使滤波板320远离滤波部件324，这并非是需要直接法的热消散，而是出于使滤波部件324旨在其用于对进入的功率进行滤波的目的来对滤波部件进行布置。该定向和部件划分的结合允许更大程度的包含和套设的解决方案，以改进灯泡本体310内部的用于光散发的“开口性（openness）”。部件的划分允许所产生的两板堆叠方案仅仅需要两个引线（火线330和中线332）对滤波板320、位于滤波板320与功率转换板322之间的两个连接引线348、以及从功率转换板322到LED电路中的一个或多个中的每一个的两个连接部（未示出）供电，其中功率转换板322的连接部理想地定位成LED安装件的定向。两板320、322的结构、尺寸和定向更适合地被包含，以满足如由基座340、绝缘衬套308、灯泡本体310壳体、以及散热框架306所包含的高压测试的要求。所产生的隔离且定向的LED驱动方法提供用于自动化（对于使每个部分建立电接触而言直接相关的目的）的构建，并且使得灯泡本体310壳体内的障碍消除以用于最大的光发出。

尽管已参照优选实施例描述了本公开，然而本领域技术人员应当认识到的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对形式和细节进行改变。例如，尽管LED灯泡装置已被描述为使LED定向为“外部朝里”（意思是LED的指向的方向），位于灯泡壳体外部之外或者在壳体的沟槽中且套设于该沟槽中沿着灯泡壳体之外，然而在其他实施例中LED可面向外。LED可以一角度朝内指向以利于散热器阴影的“缩短”。另外，根据本公开原理的LED灯泡装置可结合有以期望的方式影响从LED散发的光或使其发生漫射的附加特征，诸如涂层、膜、织物、表面纹理化等，所述附加特征。

Claims (19)

1.一种LED灯泡装置，包括：

灯泡本体；

LED组件，包括电路和多个发光二极管灯，所述电路包括功率转换部件，所述功率转换部件适于改变所施加的功率以用于经由导电引线对所述发光二极管灯供电；

LED散热器，以紧邻所述发光二极管灯中的至少一个发光二极管灯的方式安装于所述灯泡本体；以及

功率转换散热器，设置成与所述LED散热器分开，并且以紧邻所述功率转换部件中的至少一个功率转换部件的方式安装于所述灯泡本体。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述功率转换散热器形成用于所述导电引线的保护盖。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述散热器沿着普通白炽灯泡形状的外部形成。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路包括柔性衬底，所述柔性衬底将来自所述功率转换部件中的至少一个功率转换部件的热交换至所述功率转换散热器。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述衬底为形成有至少一个突翼的电路板，所述突翼接触所述功率转换散热器。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述LED散热器的质量的至少大部分位于所述灯泡本体的最宽部分中。

7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括组装于所述灯泡本体的基座，并且其中所述功率转换散热器包括直接邻近所述基座设置的环。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述散热器从所述灯泡本体的表面延伸，并且进一步地，其中所述灯泡本体具有普通白炽灯泡壳体形状。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述散热器的表面区域的尺寸设计成提供用以使预期的部件的热消散所需的对流，以使部件温度保持在规格范围内。

10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括组装于所述灯泡本体的基座，其中所述功率转换部件位于所述基座内。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述电路进一步包括保持所述功率转换部件的第一衬底板以及保持滤波部件的第二衬底板，并且进一步地，其中所述第一衬底板与所述第二衬底板间隔开。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一衬底板比所述第二衬底板更靠近所述灯泡本体。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，在所述第一衬底板处产生的热被直接传导至所述功率转换散热器。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述灯泡本体限定开阔的内部区域，并且进一步地，其中所述LED中的至少一个朝向所述灯泡本体的内部向内指向。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，来自所述至少一个发光二极管灯的光被向内地引导至所述内部区域中并且然后从所述内部区域被向外地引导。

16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述LED安装在刚性衬底和柔性衬底中的一者上。

17.根据权利要求1所述的装置，进一步包括多个LED散热器。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述LED散热器安装于所述灯泡本体的外部，并且进一步地，其中所述灯泡本体的外部并不延伸越过所述至少一个发光二极管灯。

19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述LED散热器包括具有铜涂层的塑料。

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