CN101554087A - Led照明器材 - Google Patents

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Abstract

一种照明器材(20－23)机械封闭LED模块(30)，这种LED模块(30)包括至少一个LED(40)并且还可包括LED驱动器(50)，这种LED驱动器(50)与至少一个LED(40)电联通，以向该至少一个LED(40)提供LED驱动信号，这种LED模块(30)还包括热管理系统(60)和/或射束形成器(70)，这种热管理系统(60)与该至少一个LED(40)和该照明器材(20－23)热联通，以便于从该至少一个LED(40)至该照明器材(20－23)的热传递，这种射束形成器(70)与该至少一个LED(40)光学联通，以修正由该至少一个LED(40)所发射的辐射束的照明轮廓。

Description

LED照明器材
技术领域
本发明总体上涉及任何类型的照明器材。本发明尤其涉及在照明器材内机械封闭发光二极管(“LED”)模块。
背景技术
图1至图4示出了公知的照明器材20-23的总体视图。白炽灯通常用在照明器材20-23中，且功率通常在二十(20)瓦特至五十(50)瓦特的范围内。本发明基于一种发现，即在照明器材20-23内机械封闭LED模块可提供优于目前用在照明器材20-23中的白炽灯的多种好处。例如，50,000小时的LED模块的总体使用寿命大大高于白炽灯所能够实现的最大工作寿命。而且，可将LED模块设计成使用在五(5)瓦特至十五(15)瓦特之间的功率，这种功率大大低于白炽灯的功率范围。此外，LED模块可实现较低的工作温度。
发明内容
基于这种发现，本发明是一种照明设备，这种照明设备包括机械封闭在照明器材(参看示于图1至图4中的照明器材20-23)内的LED模块。
在本发明的第一种形式中，LED模块包括一个或多个LED和一种LED驱动器(也称为LED镇流器)，这种LED驱动器与该一个或多个LED电联通，以操作性地向LED提供LED驱动信号。这种LED模块还包括热传感器，这种热传感器可操作性地便于LED驱动器在由这种热传感器所感测的LED的工作温度的基础上对这种LED驱动信号的大小进行控制。
在本发明的第二种形式中，LED模块包括安装在热管理系统上的一个或多个LED，这种热管理系统与这种照明器材热联通，以便于从LED到照明器材的热传递。
在本发明的第三种形式中，LED模块包括发射辐射束的LED，这种辐射束具有照明轮廓(illumination frofile)和射束形成器，这种射束形成器与该LED光学联通，以修正所发射的辐射束的照明轮廓。射束形成器包括一个或多个光学器件，该一个或多个光学器件与该一个或多个LED光学对齐，从而修正由一个或多个LED发射的辐射束的照明轮廓。这种射束形成器还包括一个或多个热缩管，该一个或多个热缩管安装在该一个或多个光学器件周围，以安全地保持光学器件与LED的光学对齐。
结合附图阅读下面的本发明的各种实施例的详细描述，就会明白本发明的前面的形式和其它形式以及本发明的各种特征和优点。详细描述和附图仅仅是对本发明的示范而不是进行限制，本发明的范围由所附的权利要求书及等同的描述限定。
附图说明
图1至图4示出了本领域中所公知的各种照明器材；
图5示出了根据本发明的LED模块的一个实施例的框图；
图6示出了根据本发明的LED驱动器的第一实施例的示意图；
图7示出了根据本发明的LED驱动器的第二实施例的示意图；
图8示出了根据本发明的LED驱动器的第三实施例的示意图；
图9和图10分别示出了根据本发明的热管理系统的第一实施例的俯视图和侧视图；
图11和图12分别示出了根据本发明的热管理系统的第二实施例的俯视图和侧视图；
图13示出了在示于图4的照明器材中的示于图9和图10的LED模块的示范性机械外壳；
图14示出了根据本发明的光学散射体的一个实施例的侧视图。
具体实施方式
示于图5中的LED模块30采用一个或多个LED 40、LED驱动器/镇流器50、热管理系统60和射束形成器70。一个或多个LED 40(如Luxeon LED)可体现为任何颜色的单LED，或者体现为任何颜色组合的LED的串行耦合、任何颜色组合的LED的并行耦合或它们的任何耦合组合。
正如本领域中熟练的技术人员通常所理解的那样，在结构上将LED驱动器/镇流器50构造成根据一个或多个LED 40的结构性构造将数量为N的LED驱动信号IDS与一个或多个LED 40电联通。在实践中，本发明中的LED驱动器/镇流器50的每种结构性构造取决于其商业应用。因此，本发明并不对本发明中的LED驱动器/镇流器50的每种结构性构造施加任何限制或任何约束。在一个实施例中，LED驱动器/镇流器50包括示于图5中的变换器51，这种变换器51用于将输入的AC信号变换成N个LED驱动信号IDS。为了对一个或多个LED 40的照度强度进行控制，LED驱动器/镇流器还可包括调光器52、热传感器53和/或示于图5中的光学传感器54。
调光器52便于由变换器51对LED驱动信号IDS的大小进行控制，这种控制基于本领域中熟练的技术人员通常所理解的调光控制信号。热传感器53便于由变换器51对LED驱动信号IDS的大小进行控制，这种控制基于由热传感器53所感测的一个或多个LED 40的工作温度。
光学传感器54便于由变换器51对LED驱动信号IDS的大小进行控制，这种控制基于照明器材外部的环境灯的照度水平，这种照度水平由光学传感器54感测(如在光学传感器54感测照明器材的外部环境的日间光还是夜间光的基础上对一个或多个LED 40的动力开启和关闭进行控制)。
图6示出了(图5中的)变换器51的实施例151。参看图6，在以L4976形式的降压变换器U1的基础上操作变换器51，这种降压变换器U1是一种具有倍压输入的1A降压切换调节器(step down switchingregulator)。降压变换器U1具有连接到接地节点N4的管脚2GND、连接到节点N5的管脚3REF、连接到节点N6的管脚4OSC、连接到节点N9的一对管脚5和6OUT、连接到节点N3的管脚11VCC、连接到电容器C8的管脚12BOOT、连接到电容器C7的管脚13COMP和连接到节点N7的管脚14FB。
变换器51还包括连接到一个输入终端和节点N1的熔断器F1。电容器C1(如1μF)连接到节点N1和节点N2。二极管D1(如60V 3A)接到节点N1和节点N3。二极管D2(如60V 3A)接到节点N1和节点N4。电容器C2(如1000μF)连接到节点N3和节点N2。电容器C3(如1000μF)连接到节点N2和节点N4。电容器C4(如100nF)连接到节点N3和节点N4。
电容器C5(如1nF)和电阻器R1(如39kΩ)并联到节点N3和节点N6。电容器C6(如100nF)连接到节点N4和节点N5。电容器C7(如47nF)还连接到节点N4。电阻器R2(如10.5kΩ)连接到节点N5和节点N7。电阻器R3(如18kΩ)连接到节点N7和节点N8。电阻器R4(如2Ω)、电阻器R5(如2Ω)电阻器R6(如2Ω)和电阻器R7(如2Ω)并联到节点N4和节点N8。
电容器C8(如100nF)还连接到节点N9。二极管D3(如60V 3A)连接到节点N9和节点N4。感应器L1(如220μH)连接到节点N9和节点N10。电容器C9(如1μF)连接到节点N10和节点N4。
在一个替代实施例中，略去二极管D3且一个或多个LED 40连接到节点N9和节点N3，以便于降压变换器U1作为降压切换调节器的运行。
在另一个替代实施例中，略去电容器C2和C3且将变换器151转换成降压/增压构造，这是本领域中熟练的技术人员通常所理解的。
图7示出了(图6中的)变换器151的实施例251，该实施例251还采用串联到节点N7和节点N8的电阻器R9(如14kΩ)和热敏电阻器TM1(如PTC)，电阻器R9和热敏电阻器TM1改变电阻器R2(如1200)和电阻器R3(如2.43kΩ)的值。将热敏电阻器TM1相对于一个或多个LED 40策略性定位，以直接或间接感测一个或多个LED 40的工作温度，这一点将在下面结合图9至图12进一步进行描述。热敏电阻器TM1还向降压变换器U1提供反馈，这种反馈表明由热敏电阻器TM1所感测的一个或多个LED 40的工作温度。
图8示出了(图6中的)变换器151的实施例351，该实施例351还采用连接到节点N4和节点N11的电阻器R10。热敏电阻器TM2连接到节点N5和节点N11。PNP晶体管Q1还连接到节点N7，这种PNP晶体管Q1具有连接到节点N5的发射器、连接到节点N11的基部和连接到电阻器R11的集电器。将热敏电阻器TM2相对于一个或多个LED40策略性定位，以直接或间接感测一个或多个LED 40的工作温度，这一点将在下面结合图9至图12进一步进行描述。热敏电阻器TM2还向降压变换器U1提供反馈，这种反馈表明由热敏电阻器TM2所感测的一个或多个LED 40的工作温度，且晶体管Q1增强这种反馈，这是本领域中熟练的技术人员通常所理解的。
参看图5，将热管理系统60在结构上构造成用作一种用于一个或多个LED 40和LED驱动器/镇流器50的底座，这种底座以朝向这种照明器材的内部的方向从一个或多个LED 40和LED驱动器/镇流器50传递热。在实践中，本发明的热管理系统60的每种结构性构造取决于其商业应用。因此，本发明并不对本发明中的热管理系统60的每种结构性构造施加任何限制或任何约束。在一个实施例中，热管理系统60采用金属芯印刷电路板(“MCPCB”)61，这种MCPCB 61与散热器62结合，如图5所示。MCPCB 61可具有用于向安装在MCPCB 61上的一个或多个LED 40和/或LED驱动器/镇流器50提供动力的垂直连接器和前向或反向或以任何方向的水平连接器。
图9和图10示出了(图5中的)热管理系统60的一个实施例160。明确地来讲，热管理系统160采用MCPCB 61，这种MCPCB 61具有一个或多个LED 40、LED驱动器/镇流器50和安装在MCPCB 61的顶侧上的垂直连接器165。若用在LED驱动器/镇流器50中，则以热敏电阻器TM1(图7)或热敏电阻器TM2(图8)的形式的热传感器可置于尽可能靠近一个或多个LED 40的位置，以在MCPCB 61将热从一个或多个LED 40传导至热传感器时间接感测一个或多个LED 40的工作温度。
MCPCB 61与散热器162对齐并结合，散热器162的形状为倒置的杯状并带有腔体163。穿过MCPCB 61和散热器162的贯通孔164低于反向垂直连接器165，以便于通过散热器162从MCPCB 61的底侧到反向垂直连接器165的动力连接。可将反向垂直连接器164牢固地固着到MCPCB 61的顶侧，以在将反向垂直连接器164连接到电源(未示出)时降低在反向垂直连接器164上的任何应力。可在反向垂直连接器164的动力连接之后将沥青填充物或等同的材料插入腔体163内，以便于LED模块的温度的降低、在LED模块中更均匀地散热并消除动力线连接的应变。
在替代实施例中，前向垂直连接器或水平连接器可由反向垂直连接器165替代。在此情形中，被替代的连接器会从贯通孔164偏置，以便于线在贯通孔164内或在照明器材与散热器162之间的间隙中延伸。
图11和图12示出了(图5中的)热管理系统60的一个实施例260。热管理系统260包括FR4印刷电路板(“PCB”)166，FR4PCB 166设置在散热器162的腔体163内，由此进行从FR4PCB 166到反向垂直连接器165的动力连接。在此实施例中，可像如图所示的那样将整个LED驱动器/镇流器50安装在FR4PCB 166上或者可将LED驱动器/镇流器50分布在MCPCB 161与FR4PCB 166之间。例如，若用在LED驱动器/镇流器50中，则可将以热敏电阻器TM 1(图7)或热敏电阻器TM2(图8)的形式的热传感器安装在FR4PCB 166上并置于尽可能靠近一个或多个LED 40的位置，以因此而直接感测一个或多个LED 40的工作温度，或者可安装在FR4PCB 166上，以通过散热器腔体163内的填充材料间接感测一个或多个LED 40的工作温度。
图13示出了基于前面所描述的本发明的创造性原理的带有照明器材20(图1)的LED模块130的示范性机械外壳。可用本领域中熟练的技术人员通常所理解的任何方式将LED模块130安装在照明器材20内。此外，LED模块130的外部尤其是散热器应尽可能地靠近照明器材20的内部，以便于用于从LED模块130到照明器材20的外部的热传递的低热阻路径。而且，为了补充LED模块130的外部与照明器材20的内部之间的极小间隙内的低热阻路径，可像如图所示的那样将热阻比空气低的材料(如热润滑脂、散热垫和填充材料)180插入该极小间隙内。
再参看图5，将射束形成器70在结构上构造成修正从一个或多个LED 40发射的辐射束的照明轮廓，如增加这种轮廓的尺寸、减小这种轮廓的尺寸和以一个或多个特定方向聚焦这种轮廓。这对具有可在一个或多个LED 40的照明轮廓中产生阴影的物理结构的照明器材来讲尤为重要，如分别在图1至图4中示出的照明器材20-23。
在实践中，本发明中的射束形成器70的每种结构性构造取决于其商业应用。因此，本发明并不对本发明中的射束形成器70的每种结构性构造施加任何限制或任何约束。在一个实施例中，射束形成器70采用光学散射体71和/或透明板72，光学散射体71和/或透明板72用于每个LED 40或一个或多个LED 40的组群，在这种组群中，每个光学散射体71/透明板72是一种独立光学器件或者与另一种光学器件(如透镜)结合。此外，可将一个或多个热缩管73用作保持光学散射体71/透明板72与LED 40或一个或多个LED 40的组群的光学对齐的基础。这种热缩管73还通过将射束形成器70的其它器件之间的间隙密封来保护不受外界的影响。
图14示出了射束形成器70的实施例170。射束形成器170采用与LED 40光学对齐的透镜准直仪175，LED 40和透镜准直仪175均安装在透镜托架174内。光学散射体171位于透镜准直仪175的上开口的上方，且照明器材的用玻璃和/或塑料制成的透明板172位于散射体171的上方。热缩管173用于耦合和对齐所示出的所有器件。明确地来讲，起初将热缩管173如图15所示的那样松散地安装在射束形成器170的其它光学器件的周围，这样，本领域中熟练的技术人员通常所理解的适当程度的热的应用就会导致热缩管173收缩，从而紧紧地安装在射束形成器170的其它的这些光学器件的周围，以保持射束形成器170的其它的这些光学器件与LED 40的光学对齐，并且保护这些器件不受外界的影响。为了增强其它的这些光学器件周围的热缩管173的紧密配合，板172可包括用虚线表示的圆柱形延长部176。
参看图5至图14，结合带有LED模块的适当的照明器材20-23(图1至图4)示出并描述了本发明的创造性原理，以便于对本发明的各种创造性原理的理解。本领域中熟练的技术人员会从这些图示和描述理解如何将本发明的各种创造性原理应用于除了照明器材20-23之外的其它照明器材中。
虽然目前认为优选在本说明书中所公开的本发明的实施例，但在并不背离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变化和修改。本发明的范围在权利要求书中说明，且旨在等同的描述的意义和范围内的所有变化均包括在本发明的范围之内。

Claims (20)

1.一种照明设备，所述照明设备包括：
照明器材(20-23)；以及
LED模块(30)，所述LED模块(30)由所述照明器材(20-23)机械封闭，其中，所述LED模块(30)包括：
至少一个LED(40)，
LED驱动器(50)，所述LED驱动器(50)与所述至少一个LED(40)电联通，以操作性地向所述至少一个LED(40)提供LED驱动信号，以及
热传感器(53)，所述热传感器(53)可操作性地便于所述LED驱动器(50)在由所述热传感器(53)所感测的所述至少一个LED(40)的工作温度的基础上对所述LED驱动信号的大小进行控制。
2.如权利要求1所述的照明设备，其特征在于：所述LED模块(30)还包括：
热管理系统(60)，所述热管理系统(60)与所述至少一个LED(40)和所述照明器材(20-23)热联通，以便于从所述至少一个LED(40)至所述照明器材(20-23)的热传递。
3.如权利要求1所述的照明设备，其特征在于：所述LED模块(30)还包括：
射束形成器(70)，所述射束形成器(70)与所述至少一个LED(40)光学联通，以修正由所述至少一个LED(40)所发射的辐射束的照明轮廓。
4.如权利要求1所述的照明设备，其特征在于：所述LED驱动器(50)包括变换器(51)，所述变换器(51)操作性地将AC输入信号变换成所述LED驱动信号。
5.如权利要求4所述的照明设备，其特征在于：所述LED驱动器(50)还包括调光器(52)，所述调光器(52)与所述变换器(51)电联通，以便于由所述变换器(51)在调光控制信号的基础上对所述LED驱动信号的大小进行控制。
6.如权利要求4所述的照明设备，其特征在于：所述热传感器(53)与所述变换器(51)电联通，以便于由所述变换器(51)在由所述热传感器(53)所感测的所述至少一个LED(40)的工作温度的基础上对所述LED驱动信号的大小进行控制。
7.如权利要求4所述的照明设备，其特征在于：所述LED模块(50)还包括光学传感器(54)，所述光学传感器(54)与所述变换器(51)电联通，以便于由所述变换器(51)在由所述光学传感器(54)所感测的所述照明器材(20-23)外部的环境灯的照度水平的基础上对所述LED驱动信号的大小进行控制。
8.如权利要求4所述的照明设备，其特征在于：所述变换器(51)包括降压变换器(U1)，所述降压变换器(U1)作为降压切换调节器运行。
9.如权利要求8所述的照明设备，其特征在于：所述热传感器(53)包括热敏电阻器(TM1、TM2)，所述热敏电阻器(TM1、TM2)用于向所述降压变换器(U1)提供反馈，所述反馈表明所述至少一个LED(40)的工作温度。
10.如权利要求9所述的照明设备，其特征在于：所述热传感器(53)还包括晶体管(Q1)，所述晶体管(Q1)用于增强由所述热敏电阻器(TM2)提供给所述降压变换器(U1)的反馈，所述反馈表明所述至少一个LED(40)的工作温度。
11.如权利要求8所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个LED(40)用作便于使所述降压变换器(U1)作为降压切换调节器运行的装置。
12.一种照明设备，所述照明设备包括：
照明器材(20-23)；以及
LED模块(30)，所述LED模块(30)由所述照明器材(20-23)机械封闭，其中，所述LED模块(30)包括至少一个LED(40)，所述至少一个LED(40)安装在热管理系统(60)上，所述热管理系统(60)与所述照明器材(20-23)热联通，以便于从所述至少一个LED(40)至所述照明器材(20-23)的热传递。
13.如权利要求12所述的照明设备，其特征在于：所述LED模块(30)还包括：
射束形成器(70)，所述射束形成器(70)与所述至少一个LED(40)光学联通，以修正由所述至少一个LED(40)所发射的辐射束的照明轮廓。
14.如权利要求12所述的照明设备，其特征在于：所述热管理系统(60)包括：
金属印刷电路板(61)，所述金属印刷电路板(61)具有安装在其上的至少一个LED(40)；以及
散热器(62)，所述散热器(62)与所述金属印刷电路板(61)和所述照明器材(20-23)热联通，以便于从所述至少一个LED(40)至所述照明器材(20-23)的热传递。
15.如权利要求16所述的照明设备，其特征在于：所述热管理系统(60)还包括穿过所述金属印刷电路板(61)和所述散热器(62)的贯通孔(164)，所述贯通孔(164)与所述散热器(62)的腔体(163)对齐，以便于到所述金属印刷电路板(61)的动力布线连接。
16.如权利要求14所述的照明设备，其特征在于：
所述LED模块(30)还包括LED模块(50)，其中，所述散热器(62)与所述至少一个LED(40)电联通，以操作性地向所述至少一个LED(40)提供LED驱动信号；以及
其中，所述散热器(62)包括腔体(163)，所述腔体(163)封闭非金属印刷电路板(166)，所述LED驱动器(50)的至少一部分安装在所述非金属印刷电路板(166)上。
17.如权利要求16所述的照明设备，其特征在于：所述热管理系统(60)还包括穿过所述金属印刷电路板(61)和所述散热器(62)的贯通孔(164)，所述贯通孔(164)与所述散热器(62)的腔体(163)对齐，以便于所述金属印刷电路板(161)到所述非金属印刷电路板(166)的布线。
18.一种照明设备，所述照明设备包括：
照明器材(20-23)；以及
LED模块(30)，所述LED模块(30)由所述照明器材(20-23)机械封闭，其中，所述LED模块(30)包括：
至少一个LED(40)，以及
射束形成器(70)，所述射束形成器(70)与所述至少一个LED(40)光学联通，以修正由所述至少一个LED(40)所发射的辐射束的照明轮廓，其中，所述射束形成器包括：
至少一个光学器件，所述至少一个光学器件与所述至少一个LED(40)光学对齐，以修正由所述至少一个LED(40)所发射的辐射束的照明轮廓，以及
至少一个热缩管(73)，所述至少一个热缩管(73)安装在所述至少一个光学器件周围，以安全地保持所述至少一个光学器件与所述至少一个LED(40)的光学对齐。
19.如权利要求18所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个光学器件包括光学散射体(71)与透明板(72)中的至少一个。
20.如权利要求18所述的照明设备，其特征在于：所述至少一个光学器件包括透明板(172)，所述透明板(172)具有延长部(176)，所述延长部(176)用于增强所述至少一个热缩管(73)在所述至少一个光学器件周围的牢固配合。
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