CN101118052A

CN101118052A - 一种应用空气对流仓的led灯散热方法

Info

Publication number: CN101118052A
Application number: CNA2007101223774A
Authority: CN
Inventors: 王其林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2008-02-06

Abstract

本发明涉及一种应用空气对流仓的LED灯的散热方法，特征是：在LED灯壳体内的电路板、电源和恒流源周围设置由散热板和散热板、散热板和壳体构成的空气流动仓和空气流通道，在散热板上设置空气流通孔，在壳体上设置配套的空气进、出孔，在空气流动仓内和周边设置散热板和散热片组成的散热结构，冷空气流可以随时进入壳体内，电路板、电源和恒流源工作时产生的热量被随时进入壳体内的冷空气流流经空气流动仓和空气流通道，经过与散热板和散热片的冷热交换后将热量带出壳体外，达到散热的目的；空气流动仓，能够带走25％的壳体内热量，消除了LED灯在发光时热量的积累效应，有效的解决了大功率LED灯散热难，成本高和不通用的问题。

Description

一种应用空气对流仓的LED灯散热方法

技术领域

本发明涉及一种应用空气对流仓的半导体LED(Lingt emitting diode)灯的散热方法。

背景技术

LED灯耗电量低、有巨大的节能效果。一个100W距地面高度为8米，照度为30LUX，光通亮为4800LM的节能灯，与同一指标的LED灯比，LED灯耗电量仅为节能灯的五分之一、普通钨丝灯的二十分之一至三十分之一。LED还具有寿命长、体积小、可设计强(即实现照明光的随意布置)等优点。近十年来，为更进一步开发LED的潜在优势、在实现大功率、高效率的LED芯片生产技术的产业化技术等等方面，世界上有许多国家不惜投入巨资。如日本于1998年，美国于2000年相继启动了“国家半导体照明计划”。我国2001年863计划立项，2003年6月紧急启动了“国家半导体照明工程”。当今，由于在芯片数、载流子注入产生不同色彩的激发源与光亮度的配比关系等工艺过程、制作难度已被逐渐破解与掌握，使LED灯实现了使用电压低、效能高、体积小、性能稳定性强、响应时间短、颜色可多变的优点。作为LED发光体的动力源，即电压和电流则是LED灯的关键。电源、恒流源是由许多电子器件组成，工作中它们散发的热量造成电子器件损毁，直接影响全系统的工作性能乃至于寿命。原本能正常工作5万小时以上的LED灯，就因工作中高热量无法排出，在实际应用中很难突破一万小时，有的只能工作几百小时就不再发光。为解决LED灯在发光过程中所散发出来的热量和供LED发光电路系统散发出来的热量，目前世界上对10W以上大功率LED灯基本上都是将电源、恒流源、LED分成二部份组装，将热量分散处理。在解决散热问题上几乎都采用在LED发光体的背面以弧形方式通过散热片散热的办法。为了达到一定的散热面积使体积很大且重量很重。不仅成本高，使用不方便，体积大，还没有从根本上解决如何以足够的散热面积或散热方式实现全电路处于正常温度下工作的问题。此缺陷在很大程度上限制了LED灯的广泛应用。这是造成LED灯特别是大功率LED灯不能普遍应用和推广的原因之一。原因之二是LED灯价格昂贵，这是因为LED发光体自身价格高，加之在灯具制造和装配过程中为减少热量堆积则将电源和恒流源独立制作与装配，不仅制作成本高，采用的专用安装设备也使价格居高不下。散热的关键取决于散热材料和散热面积及通风程度。而空气对流散热却是LED灯的禁区，为防止空气进入LED灯具，保护电路和电器元件不被氧化和腐蚀，几乎都采用密封的办法，强调防水性能，这就给散热造成困难。目前，世界上LED灯的应用也仅限于功率在10W以下，如何解决LED灯用作照明技术中出现的上述难题，使LED灯特别是大功率LED灯能普遍应用和推广则是当今LED灯应用技术中人们关注和攻克的焦点。

发明内容

本发明的目的是设计一种具有空气对流仓的LED灯散热结构，应用空气对流的方法，使LED灯体内的热气与体外的低温气体形成对流，冷热气体的流动和交换带走热气，加速散热和加大散热面积及通风程度，解决在有限范围内LED灯散热难的问题。

本发明的方案是：首先将电源和恒流源一体化，然后在外表面为矩齿形的圆锥形、圆柱形、椭圆形或长方形构成的LED灯壳体内的电路板、电源和恒流源周围设置由散热板和散热板、散热板和壳体构成的空气流动仓和空气流通道，在散热板上设置空气流通孔，在壳体上设置配套的空气进、出孔，在空气流动仓内和周边设置散热板和散热片组成的散热结构，冷空气流可以随时进入壳体内，电路板、电源和恒流源工作时产生的热量被随时进入壳体内的冷空气流，流经空气流动仓和空气流通道，经过与散热板和散热片的冷热交换后将的热量带出壳体外，达到散热。

为解决在有限范围内提高散热面积和散热能力，散热板和散热片采用铝材。为把散热面积提高到最大，壳体采用圆柱形、椭圆形和长方形增加散热面积。根据空气对流原理，壳体内的热气与壳体外的低温气体会形成对流，冷热气体的流动和交换会不断带走热气，加速散热，在圆锥形、圆柱形、椭圆形、长方形的LED灯壳内设置的空气流动仓，即热对流场所，在壳体上设置空气进出孔，在空气流动仓内设置散热片组成散热结构，从下孔进入的冷空气经过散热片从上孔把热量带走，使LED灯具有内外双重散热功效。没有空气流动仓和设有空气流动仓的LED灯对比表明：设有空气流动仓的LED灯仅空气流动仓就能将内部25％以上的热量带走。LED灯在发光时热量会随着工作时间的增加不断积累，由于有了空气流动仓，空气对流的速度加快，带走的热量就越多，25％的散热比消除了LED灯在发光时热量会随着工作时间的增加的积累效应，这种内部自我调节的热量散发与外壳稳定的热量自然散发的完美结合，有效的解决了LED灯散热难的问题。

应用空气对流原理打破了目前世界上LED灯制作的禁区，为防止空气进入LED灯具，保护电路和电器元件不被氧化和腐蚀，几乎都采用密封的办法，强调防水性能，给散热造成困难。

发明效果：

1、由于散热效果大大提高，有效的提高了LED发光体及电器元件的寿命，从目前世界上大功率LED灯的使用寿命从最长一万小时变成了最短超过一万小时，实现了寿命达五万小时以上。

2、现有产品为了分散散热，通常是把电源和恒流源分开组装，由于不是一体，不仅需要特殊安装，还不能通用。我们将电源和恒流源改为一体组装，不仅安装方便，可通用，还节约了成本。例如目前大街上的路灯，要改换用上LED灯，用以往的LED灯，除了不美观外还需将除灯杆以外的其它设施全部拆除掉，重新安装上LED灯。这样不仅材料(配件)的成本要提高，人工安装费用也将增加。这样一拆一装，每一盏路灯大约要增加安装成本五百元(特制灯的灯具、配体、外罩、电源盒可节约四百元，人工费用一百元)。而本发明只须将LED灯在现有的路灯上一拧即可，使用高登车、人工费的费用约为五十元。

3、本发明的LED灯的制作成本大幅降低，原有市场上的LED灯是在LED发光体的背面以弧形或锥形方式来增加散热面积，面积很大、体积很重。

4、由于LED灯的体积和体重减小和减轻，使得灯头可以使用通用的螺口和插口，便于LED灯的普及使用。

以21W的LED灯为例：

原有市场上的LED灯重量为2.5公斤。

本发明的LED灯重量不足1公斤。每一盏LED灯可节约铝材1.5公斤。按目前铝锭的最低市场价：每公斤为22元计算，每一盏LED灯可节约铝材价为33元。

除此之外，电源单独组装约需增加成本费50元。

仅此例表明：使用本发明的LED灯与使用原有市场上的LED灯相比，每一盏21W的LED灯可节约使用费533元。

本发明解决了LED灯产品的又一最终目的即LED灯成本昂贵问题。

附图说明

图121W横式LED灯结构示意图。

图221W横式LED灯A-A面结构示意图。

其中1.进气孔，2.进气孔，3.外罩，4.LED发光体，5.电路板，6.铝散热板，7.铝散热板，8.进气孔，9.空气流动仓，10.空气流通道，11.电源和恒流源一体化电路板，12铝散热板，13.壳体，14.铝散热板，15.铝散热板，16.灯盖，17.出气孔，18.灯头，19.进气孔，20.出气孔，21.铝散热板，22.外罩，23.内散热片，24.螺钉。

图321W直式LED灯A-A结构示意图。

图421W直式LED灯结构示意图。

其中：25.外罩 26.LED发光体 27.电路板 28.散热铝板 29.壳体30.内散热片 31.进气孔 32.空气流动仓 33.空气流动孔 34.电源和恒流源一体化电路板 35.通风道 36.圆筒形铝散热板 37.出气孔 38.散热铝板 39.灯盖 40.出气孔 41.灯头 42.放置仓 43.散热铝板

图5空气流动仓气流流动示意图。

图6电源和恒流源一体化电路电路图。

具体实施方式

实施例1

本实施例以21W横式LED灯为例，见图1、2，本实用新型所述的具有空气对流仓的横式LED灯是由具有散热功能的壳体13、电源和恒流源一体化电路板11、LED发光体4、电路板5、铝散热板、内散热片、灯盖16、灯头18、外罩3组成；

具有散热功能的壳体13外表面后半部为凹凸的矩齿形圆筒，前半部为凹凸的矩齿形半圆筒，圆筒和半圆筒的结合部设一块与圆筒直径相同的圆形铝散热板7，圆形铝散热板7与半圆筒连接的部分设有进气孔19，在圆筒上设有进气孔8，在半圆筒上设有出气孔20，LED发光体4连接电路板5固定在一块宽度与半圆筒直径相同，长度与半圆筒相同的矩形铝散热板6上，矩形铝散热板6固定在半圆筒壳体上，顶端当置一块上面开有进气孔1的半圆形铝散热板21，形成一个空气流动仓，在空气流动仓内设有垂直于矩形铝散热板6的用螺钉23固定在壳体13上的内散热片24，在圆筒壳体内固定两块周围设有通气孔的圆形铝散热板14、15将其内分隔为空气流动仓9、电源和恒流源一体化电路板11放置仓，电源和恒流源一体化电路板11放置在圆筒形铝散热板12和两块圆形铝散热板14、15构成的放置仓中，圆筒形铝散热板12和圆筒壳体13内壁构成空气流通道10，灯盖16装在圆筒壳体的顶端，与灯头18连接，灯盖16和灯头18连接处设有出气孔17，端部外罩22为弧形，上面带有进气孔，外罩3罩在LED发光体4上，灯头为通用的螺口和插口灯头。

实施例2

本实施例以21W直式LED灯为例见图3、4，对具有空气对流仓的直式LED灯结构进行具体的叙述。

本实施例所述的具有空气对流仓的直式LED灯是由具有散热功能的壳体29、电源和恒流源一体化电路板34、LED发光体26、电路板27、三块铝散热板、圆筒形铝散热板36、内散热片30组成；具有散热功能的壳体29由外表面为凹凸矩齿形的圆锥形、圆柱形、椭圆形或长方形管体构成，下端周围壁上开有二排共36个圆孔为进气孔31，上端周围壁上开有二排共36个圆孔为出气孔37，LED发光体26安装在电路板27上，电路板固定在下铝散热板28上，下铝散热板28固定在壳体29内进气孔31下方，内散热片30为矩齿形散热片，紧固在电路板27和下铝散热板28周围，安装电源和恒流源一体化电路板34的上铝散热板43固定在内散热片30的上方壳体29上，上下两块铝散热板28、43和壳体29内壁形成一个空气流动仓32，上铝散热板43的周边上开有36个空气流动孔33，由圆筒形铝散热板36紧固在电源和恒流源一体化电路板34周围，其上加盖一块铝散热板38构成放置电源和恒流源一体化电路板34的放置仓42，圆筒形铝散热板36和壳体29内壁构成通风道35，灯盖39与壳体29上端部连接，灯头41连接灯盖39，连接处开有出气口40，外罩25设在壳体29下端部，灯头为通用的螺口和插口灯头。

实施例3

本发明的电源和恒流源一体化电路板电路结构如下：

恒流源电路如下：

电阻R2的1脚与LED发光体的正极连接，并与+24V电源正极连接；电阻R2的2脚与三极管Q2的2脚和三极管Q3的1脚的连接点连接；三极管Q2的1脚与电阻R6的1脚连接后与三极管Q3的3脚连接，电阻R7的1脚与三极管Q2的1脚和三极管Q3的3脚的连接点连接；三极管Q2的3脚、电阻R6的2脚、电阻R7的2脚接地；三极管Q3的2脚与LED发光体的负极连接；

电源电路如下：

电容C1的1脚分别与涡流圈T1的1脚和市电+220V连接；电容C1的2脚分别与涡流圈T1的2脚和市电-220V连接；涡流圈T1的3脚与温度电阻RT的1脚连接；温度电阻RT的2脚与整流器D1的1脚连接；涡流圈T1的4脚与整流器D1的3脚连接；整流器D1的4脚接地；整流器D1的2脚连接稳压管D2的2脚和变压器T2的1脚后与电容C2的1脚连接，电容C2的2脚接地；稳压管D2的1脚与快恢复二极管D3的2脚连接；快恢复二极管D3的1脚连接变压器T2的2脚后与脉宽调制变换器Q1的1脚连接；脉宽调制变换器Q1的2脚接地；脉宽调制变换器Q1的3脚连接光耦U2的3脚与电阻R5的1脚的连接点后与二极管D6的1脚连接，二极管D6的2脚接地；电阻R5的2脚接电容C8的1脚；电容C8的2脚、电容C7的1脚、电容C5的2脚、变压器T2的6脚接地；变压器T2的3脚与快恢复二极管D5的1脚连接；快恢复二极管D5的2脚与电容C3的1脚、L1的1脚、光耦U2的1脚、二极管D7的1脚连接；变压器T2的4脚、电容C3的2脚、电容C4的2脚接地；变压器T2的5脚与二极管D4的1脚连接；二极管D4的2脚、电容C5的1脚、光耦U2的4脚连接；变压器T2的6脚、电容C5的2脚接地；光耦U2的2脚与电阻R1的一端连接；电阻R1的另一端、电压基准U1的3脚、二极管D7的2脚、电容C6的1脚连接；电压基准U1的2脚、电容C7的2脚、电阻R4的2脚与地连接；电压基准U1的1脚连接电容C6的2脚和电阻R4的1脚后与电阻R3的2脚连接；电感L1的2脚连接电阻R3的1脚和电容C4的1脚连接，再与+24V电源正极连接，电容C4的2脚接地。

Claims

1.一种应用空气对流仓的LED灯散热方法，其特征在于：在LED灯壳体内的电路板、电源和恒流源周围设置由散热板和散热板、散热板和壳体构成的空气流动仓和空气流通道，在散热板上设置空气流通孔，在壳体上设置配套的空气进、出孔，在空气流动仓内和周边设置散热板和散热片组成的散热结构，冷空气流可以随时进入壳体内，电路板、电源和恒流源工作时产生的热量被随时进入壳体内的冷空气流流经空气流动仓和空气流通道，经过与散热板和散热片的冷热交换后将热量带出壳体外，达到散热。

2.根据权利要求1所述的一种应用空气对流仓的LED灯散热方法，其特征在于：散热板和散热片为铝材。

3.根据权利要求1所述的一种应用空气对流仓的LED灯散热方法，其特征在于：LED灯壳体为圆锥形、圆柱形、椭圆形或长方形的外表面为矩齿形的散热结构。

4.根据权利要求1所述的一种应用空气对流仓的LED灯散热方法，其特征在于：在通用的螺口或插口灯头和灯盖连接处设有出气孔。

5.根据权利要求1所述的一种应用空气对流仓的LED灯散热方法，其特征在于：电源和恒流源为一体结构。

6.根据权利要求1所述的一种应用空气对流仓的LED灯散热方法所制备的LED灯，其特征在于：灯头是通用的螺口或插口灯头。