CN101986002A - 发光二极管照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管(LED)照明装置，其包括：主框架；至少一个金属印刷电路板(PCB)，其设置在所述主框架处，并且在所述金属PCB的下表面上安装有至少一个LED灯泡；散热器，所述散热器设置在所述金属PCB的上侧上，吸收来自所述LED灯泡的热，并且使所述热消散到空气中；至少一个热电偶，所述热电偶设置在所述散热器的下侧上，并且具有位于所述热电偶的下部的吸热部和位于所述热电偶的上部的热辐射部；温度传感器，所述温度传感器测量所述散热器或所述金属PCB的温度；以及至少一个冷却风扇，所述冷却风扇位于所述散热器的上部或侧部上，并且将从散热器辐射出的热引导到外部以冷却该散热器。

Description

发光二极管照明装置
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)照明装置，该照明装置有效地使来自LED灯泡的热消散以确保高输出功率、高亮度以及高耐用性。
背景技术
称作白炽灯的照明装置的发明对人类有益，原因是它使人类从黑暗中释放出来，因此使人类能够在夜晚工作。因而，使人类文明更迅速地发展。
从那时起，人类尝试开发可以发出更明亮的光而功耗低的照明装置。结果，至今已经发明了许多照明装置(诸如荧光灯、节能灯、卤素灯等等)并且已在我们的日常生活中使用。
随着在电流流动时发光的发光二极管(LED)元件的最近进展，人们已经对将LED元件的特征用于这种照明装置产生兴趣。LED元件以低功率发出高亮度光，并且寿命长，因此被认为是下一代的照明装置。为此，继续积极研究LED元件，并且它们中的一些作为产品已经面市。
这些照明装置必须具有预定的亮度级。因此，为了生产利用LED元件的单个LED照明装置，必须将多个由LED元件构成的LED灯泡密集地布置在单个LED照明装置上。
同时，在将LED灯泡单独地用作家用电器(诸如电视、电话等等)的显示灯的情况下，由每个LED灯泡产生的热没有问题。然而，在密集地布置了许多LED灯泡的LED照明装置的情况下，由每个LED灯泡产生的热导致LED照明装置产生重大问题。
虽然LED照明装置比现有的灯具有起初长的多的寿命，但是由于众多LED灯泡产生的大量的热，所以LED照明装置遭受频繁故障和短寿命的困扰。因而，LED照明装置除使用低功率LED灯泡和少量LED灯泡外别无选择。此外，由于LED照明装置与现有灯(诸如白炽灯、汞灯或荧光灯)比较亮度低得多并且更贵，所以很难将LED照明装置广泛用作照明装置。
因此，急需一种提供LED照明装置的方法，该LED照明装置具有高输出功率、高亮度以及高耐用性。
发明内容
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题作出本发明，本发明的实施方式提供了一种发光二极管(LED)照明装置，所述照明装置更有效地控制由LED灯泡产生的热以确保高输出功率、高亮度以及高耐用性。
根据本发明的实施方式，提供一种LED照明装置，该LED照明装置包括：主框架；至少一个金属印刷电路板(PCB)，所述金属PCB设置在所述主框架处，并且在该金属PCB的下表面上安装有至少一个LED灯泡；散热器，所述散热器设置在所述金属PCB的上侧上，吸收来自所述LED灯泡的热，并且使所述热消散到空气中；至少一个热电偶，所述热电偶设置在所述散热器的下侧，并且具有位于所述热电偶的下部的吸热部和位于所述热电偶的上部的热辐射部；温度传感器，该温度传感器测量所述散热器或所述金属PCB的温度；以及至少一个冷却风扇，所述冷却风扇定位于所述散热器的上部或侧部，并且将从所述散热器辐射的热引导到外部以冷却该散热器。
这里，所述LED灯泡可以安装在一个金属PCB上。
此外，所述LED照明装置还可以包括固定板，所述固定板设置在所述金属PCB的上侧上。
而且，所述金属PCB均可以包括一个LED灯泡，并且可以固定至位于该金属PCB的上侧上的所述固定板。
同时，所述固定板可以形成为平板形状、或曲面板形状或多面板形状，使得所述LED灯泡可以沿各种方向安装并且可以以各种角度投射光。
此外，所述LED照明装置还可以包括绝热体，所述绝热体设置在所述散热器的下侧上，从而防止所述散热器的热传递到所述金属PCB。
另外，所述LED照明装置还可以包括用于控制该LED照明装置的操作的电路板。
根据本发明的实施方式，所述LED照明装置可以更有效地冷却由所述LED灯泡产生的热以确保高输出功率、高亮度以及高耐用性。
附图说明
当结合附图时从以下详述中将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及优点，其中：
图1是示出根据本发明的第一实施方式的发光二极管(LED)照明装置的立体图；
图2是示出根据本发明的第一实施方式的LED照明装置的分解图；
图3是示出根据本发明的第一实施方式的LED照明装置的变型的分解图；
图4是示出根据本发明的第二实施方式的LED照明装置的分解图；
图5是示出根据本发明的第三实施方式的LED照明装置的分解图。
具体实施方式
现将参照附图更详细地参考本发明的示例性实施方式。在全部附图和说明书中将尽可能使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。在下文中将避免对不必要地使本发明的主题变得模糊的已知功能和结构的对象的详述。将在下文中提及的术语是根据它们在本发明中的功能而定义的术语，该术语可以根据用户或操作者的意图或习惯而变化，使得术语应该基于本说明书的内容而定义。
图1是示出根据本发明的第一实施方式的发光二极管(LED)照明装置的立体图。图2是示出根据本发明的第一实施方式的LED照明装置的分解图。图3是示出根据本发明的第一实施方式的LED照明装置的变型的分解图。图4是示出根据本发明的第二实施方式的LED照明装置的分解图。图5是示出根据本发明的第三实施方式的LED照明装置的分解图。
根据本发明的实施方式的LED照明装置通常包括主框架10、多个LED灯泡70、金属印刷电路板(PCB)60、热电偶40、温度传感器50、散热器30以及冷却风扇20。
主框架10是LED照明装置的支撑件，从而用来支撑以下将描述的每个构件。
每个LED灯泡70是已知的使用在电流流动时发光的LED元件的发光装置，因此将省略对LED灯泡70的详述。
金属PCB 60是板，该板的下表面上附接有LED灯泡70，并且该金属PCB 60印有用于将电流供应至LED灯泡70的电路。金属PCB 60由具有高导热性的金属(例如铝材料)形成，以便容易地使由LED灯泡70产生的热消散。
这里，如图2和4所示，多个LED灯泡70可以布置在单个宽金属PCB 60上。如图5所示，单个LED灯泡70可以设置在单个小金属PCB60上。或者，均具有至少一个LED灯泡70的多个金属PCB 60可以连接和设置成彼此接近，或可以设置成以预定距离彼此间隔开。
另外，可以将多个金属PCB 60平行地设置在单个平板上，使得所有的LED灯泡70都可以沿相同方向投射光。如图5所示，可以将多个金属PCB 60设置在曲面板或多面板上，使得LED灯泡可以以不同角度投射光。
散热器30位于金属PCB 60上方，并且用来吸收来自LED灯泡70的热，然后使热消散到空气中。散热器30由高导热性的金属形成，并且如图4所示可以具有多个翅片，以便增加表面积从而提高热辐射效果。
此外，散热器30或金属PCB 60安装成可以和主框架10接触，并且主框架10也由高导热性的金属形成。因此，将来自LED灯泡70的热传递到金属PCB 60、主框架10以及散热器30，使得可以迅速地散热。换句话说，主框架10也可以构造成用作散热器。
冷却风扇20安装在散热器30上或定位于该散热器30的侧部，并且用来向该散热器30传送空气，使得该散热器30可以更迅速地使热消散到空气中。可以提供一个或更多个冷却风扇20。可以根据LED照明装置的尺寸和输出功率来确定冷却风扇20的数量。
热电偶40具体采用珀耳帖元件(Peltier element)。珀耳帖元件设计成当电流流动时在一侧吸热并且在另一侧散热。珀耳帖元件的工作原理已知，因此将省略详述。
热电偶40安装在散热器30和金属PCB 60之间，并且优选地定位成和散热器30的下表面接触。热电偶40用来有效地迅速地吸收来自LED灯泡70的热，并且将吸收到的热传递到散热器30。
热电偶40设置成使得和散热器30接触的该热电偶40的上部用作热辐射部，并且和金属PCB 60接触的该热电偶40的下部充当吸热部。更具体地讲，热电偶40的吸热部吸收来自和金属PCB 60接触的多个LED灯泡70的热，从而冷却LED灯泡70。换句话说，热电偶40的吸热部吸收传递到金属PCB 60的热，从而冷却LED灯泡70。相反，将由热电偶40的热辐射部产生的热传递到散热器30，然后向外部散热。通过冷却风扇20可以使该热更迅速地向外消散。
可以安装一个或更多个热电偶40。可以根据LED照明装置的尺寸和输出功率确定热电偶40的数量。
温度传感器50设置在散热器30和金属PCB 60之间，并且测量散热器30或金属PCB 60的温度。当然，温度传感器50可以与散热器30的上表面接触测量该散热器30的温度，或与金属PCB 60的下表面接触测量该金属PCB 60的温度。通过电路板90控制根据本发明的实施方式的LED照明装置。电路板90的控制器接收关于由温度传感器50测量的温度的信息，并且基于该温度信息控制冷却风扇20的驱动，以便防止LED照明装置上升超过预定温度。这里，电路板90的控制器控制冷却风扇20的开/关。如必要的话，控制器可以控制冷却风扇20的转数/分(rpm)。
同时，热电偶40构造成一旦通电就被驱动。如必要的话，电路板90的控制器可以构造成控制电热偶40的驱动。
这样，使用温度传感器50和控制器、根据温度控制电气装置的开/关的设备称为自动调温器。在本发明的实施方式中，由温度传感器和控制器组成的自动调温器根据温度控制冷却风扇20和/或热电偶40。
同时，为防止传递到散热器30的热被传递到金属PCB 60，可以在散热器30的下表面安装绝热体35。绝热体35设置在散热器30的下表面内的未设置热电偶40的区域上。因此，如图2和3所示，绝热体35设有可以在其中装配热电偶40的通孔36。此外，由于温度传感器50可以安装在散热器30的下表面上，以便测量散热器30的温度，所以绝热体35可以设有可以在其中装配温度传感器50的另一个通孔。
同时，固定板65还可以安装在金属PCB 60上。详细地，固定板65可以构造成使得该固定板65的上表面和热电偶40的吸热部接触，并且该固定板65的下表面和金属PCB 60的上表面接触。
当金属PCB 60较薄时，在邻近和远离LED灯泡70的部分之间的温差有些大，因此热不能在金属PCB 60上均匀地分布，使得不能迅速地散热。在这种情况下，固定板65可以附加地安装在金属PCB 60的上表面上，以便和热电偶40接触。
固定板65可以具有平板或多面板形状，该多面板具有以预定角度相交的表面。当然，固定板65可以包括曲面板。多个金属PCB 60安装在固定板65上，在多个金属PCB 60中的每一个上安装至少一个LED灯泡70。由于此结构，LED灯泡70可以沿若干方向发光。
固定板65还由高导热性的金属(优选铝)形成，但不限于此，以便能够迅速地将来自LED灯泡70和金属PCB 60的热传递到热电偶40。
同时，LED照明装置包括下罩80，该下罩80固定地安装在该LED照明装置的下部，包围多个LED灯泡70，使光在LED照明装置的周围漫射，并且提供具有漂亮外观的LED照明装置。此外，LED照明装置包括上罩85，该上罩85固定地安装在LED照明装置的上部。
仅由散热器构成的现有空气冷却系统或现有的油冷却系统未能有效地控制由LED照明装置产生的热，因此散热器的温度上升到50℃或更高。结果，现有的冷却系统缩短了LED照明装置的寿命，因此LED照明装置未能达到高输出功率和高亮度。然而，在根据本发明实施方式的应用于LED照明装置的冷却系统的情况下，散热器30维持在大约35℃的温度，使得LED灯泡的寿命提高到最高80,000小时，因此大大地提高LED灯泡的耐用性。从而，具有高输出功率的LED灯泡用于小尺寸的LED照明装置，使得可以获得具有高亮度的LED照明装置。此外，可以容易地制造具有许多高输出功率的LED灯泡的LED照明装置。因此，可以将LED照明装置制造成具有较高的输出功率、亮度以及耐用性，用于家用或商业用途以及公共事业，例如用作路灯。
在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。
第一实施方式
图1至3说明了根据本发明第一实施方式的LED照明装置。本LED照明装置可以替代现有的照明装置(诸如卤素灯或白炽灯)。
本实施方式的LED照明装置装备有散热器30。冷却风扇20安装在散热器30的上表面上。热电偶40安装在散热器30的下表面上。此外，温度传感器50安装在散热器30的下表面上。
此外，本实施方式的LED照明装置装备有主框架10以形成外观。前述构件被容纳在主框架10中。
同时，灯组件77安装在主框架10的下部。灯组件77包括金属PCB60和安装在该金属PCB 60的下表面上的多个LED灯泡70。每个LED灯泡70均覆盖有漫射透镜75。此外主框架10和下罩80结合，该下罩80可以覆盖所有的LED灯泡70。
从安装在主框架10的下部上的灯组件77的金属PCB 60传递的热可以通过热电偶40被传递到散热器30以及主框架10，使得可以更迅速地冷却LED灯泡70，通过冷却风扇20使冷却效率加倍。
同时，绝热体35安装在散热器30的下表面上，该绝热体35防止传递到散热器30的热被传递回金属PCB 60。绝热体35设置在散热器30的下表面内的未设置热电偶40的区域上。为此，绝热体35在设置有热电偶40的其余区域中设有通孔36。当然，虽然未示出，但是绝热体35在设置有温度传感器50的区域中设有另一个通孔。
电路板90安装在主框架10中，该电路板90控制LED照明装置。电路板90用来接收关于温度传感器50的温度的信息，以控制冷却风扇20和/或热电偶40的操作。
上罩85安装在主框架10上，该上罩85覆盖LED照明装置的上部。固定装置87安装在上罩85的上端，该固定装置87固定地将LED照明装置连接至电气连接器(诸如插座)。
如图所示，固定装置87是旋转式固定装置。虽然未示出，但固定装置87可以是接头式固定装置。
同时，虽然在第一实施方式中未描述，但是典型LED照明装置的必需部件自然地应用于第一实施方式的LED照明装置。
第二实施方式
图4说明了根据本发明的第二实施方式的LED照明装置。本LED照明装置可以代替现有的照明装置(诸如路灯、泛光灯等等)。
根据第二实施方式的LED照明装置包括具有宽平板形状的主框架10，该主框架10的中间部分是开口的。散热器30安装在主框架10的中间开口中。多个热电偶40和温度传感器安装在散热器30的下部。固定板65安装在热电偶40的下部。金属PCB 60安装在固定板的下表面上。具有LED灯泡70的灯组件77安装在金属PCB 60的下表面上，其中每个LED灯泡均设有透镜。
开关式电源(SMPS)15设置在主框架10的下表面的一侧上。固定装置87设置在主框架10的上表面上，使得LED照明装置可以固定到路灯的柱上。
此外，冷却风扇20设置在主框架10的上表面的另一侧上，并且邻近散热器30定位。冷却风扇20将空气传送到邻近冷却风扇20的散热器30，从而冷却该散热器30。
覆盖冷却风扇20的上罩85设置在主框架10的上部，并且覆盖包括灯组件77、SMPS15等的主框架10的整个下表面的下罩80设置在该主框架10的下部。
同时，虽然在第二实施方式中未描述，但是典型LED照明装置的必需部件自然地应用于第二实施方式的LED照明装置。
第三实施方式
图5说明了根据本发明第三实施方式的LED照明装置。本LED照明装置可以替代现有的照明装置(诸如安全提灯)。
根据第三实施方式的LED照明装置包括支撑以下构件的主框架10。散热器30设置在主框架10的上部。冷却风扇20设置在散热器30的上侧上。
此外，热电偶40、自动调温器51、陶瓷电阻12等等安装在散热器30的下表面上。陶瓷电阻12通常用于LED照明装置，并且起作用以防止LED被电压降损坏。
固定板65设置在主框架10的下部。多个灯组件77安装在固定板65的下表面上，其中每个灯组件77均包括金属PCB 60和LED灯泡70。
此外，覆盖灯组件77和固定板65的下罩80设置在主框架10的下部。
另外，用于将LED照明装置固定到外部结构的固定装置87设置在该LED照明装置的上端。
同时，虽然在第三实施方式中未描述，但是典型LED照明装置的必需部件自然地应用于第三实施方式的LED照明装置。
通过前述实施方式的结构，可以实现由于冷却效率优良而具有高输出功率和优良耐用性的LED照明装置。
虽然已经为说明目的描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员应当理解，在没有脱离如附的权利要求所公开的发明的范围和精神的情况下，可以进行各种变型、增加和替代。

Claims (7)

1.一种发光二极管照明装置，其包括：
主框架；
至少一个金属印刷电路板，所述金属印刷电路板设置在所述主框架处，并且在所述金属印刷电路板的下表面上安装有至少一个发光二极管灯泡；
散热器，所述散热器设置在所述金属印刷电路板的上侧上，吸收来自所述发光二极管灯泡的热，并且使所述热消散到空气中；
至少一个热电偶，所述热电偶设置在所述散热器的下侧上，并且具有位于所述热电偶的下部的吸热部和位于所述热电偶的上部的热辐射部；
温度传感器，所述温度传感器测量所述散热器或所述金属印刷电路板的温度；以及
至少一个冷却风扇，所述冷却风扇定位于所述散热器的上部或侧部上，并且将从所述散热器发出的热引导到外部以冷却该散热器。
2.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置，其中，所述发光二极管灯泡安装在一个金属印刷电路板上。
3.根据权利要求2所述的发光二极管照明装置，该发光二极管照明装置还包括设置在所述金属印刷电路板的上侧上的固定板。
4.根据权利要求1所述的发光二极管照明装置，其中，所述金属印刷电路板均包括一个发光二极管灯泡，并且所述金属印刷电路板被固定到位于该金属印刷电路板的上侧上的固定板。
5.根据权利要求4所述的发光二极管照明装置，其中，所述固定板形成为平板形状、或曲面板形状或多面板形状，使得所述发光二极管灯泡沿各种方向安装并且以各种角度投射光。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的发光二极管照明装置，该发光二极管照明装置还包括绝热体，所述绝热体设置在所述散热器的下侧上，从而防止该散热器的热传递到所述金属印刷电路板。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的发光二极管照明装置，该发光二极管照明装置还包括用于控制该发光二极管照明装置的操作的电路板。
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