CN102413619A - 风冷式散热的led灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风冷式散热的LED灯具，包括LED灯管、电源，其特征是：还包括保护控制器和风冷式散热器；所述保护控制器由单片机电路、分别与单片机电路连接的温度传感器和电子开关电路、电压转换电路组成，所述电压转换电路与所述电源连接并分别与单片机电路、温度传感器和电子开关电路连接；所述风冷式散热器由风扇和散热器组成，所述风扇与所述电源连接；所述LED灯管固定连接在所述散热器上，并与所述保护控制器的电子开关电路和电源连接。本发明在使用过程中，能够自动监测散热器的温度，对LED灯管具备自动过热保护功能，解决了灯具采用自然散热方式散热器体积大，成本高，灯具自重超重引起的抗风抗震能力差等问题。

Description

风冷式散热的LED灯具

技术领域

本发明涉及LED灯具，具体涉及一种风冷式散热的LED灯具。

背景技术

LED灯具正以迅猛的姿态进入市场，但是目前现有的大功率LED灯具却遇到以下的问题，严重阻碍了大功率LED灯具的市场推广。

（1）大功率LED灯具散热器过于笨重。现有模式下的大功率LED灯具散热器均采用铝质散热器，完全依靠自然方式散热。自然散热的铝质散热器外形大，重量较重，例如功率100瓦LED灯具的散热器自重就大于15公斤，整个灯具的重量和外形尺寸都难以降低和减小。在户外使用灯具时，自重过重和外观体积过大，使得灯具的抗风能力难以提高，增加了固定灯具的安装结构的设计难度和成本，对于运输，安装，维护都相应增加了不少难度。

（2）现有大功率LED灯具缺乏保护措施，散热不正常时，LED灯管作为灯具中的较为贵重的器件，得不到有效保护，长时间非正常工作以至于烧毁报废，增加了使用成本。

（3）现有大功率LED灯具散热器的散热效果出现问题后，不能及时发现，直到灯管烧毁才会发现灯具处于病态，这时处理付出代价太大。

由此可见，现有的大功率LED灯具在设计和生产存在缺陷和不便，如何让LED灯管在实际使用时达到理论使用寿命，提高灯具的质量水平，是本领域当前的重要研发课题之一，也是业界亟须改进的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种风冷式散热的LED灯具，其功率较大、重量较轻、外形尺寸较小，具有对LED灯管异常温度的保护功能，能避免在使用过程中因散热故障对LED灯管的毁坏。

本发明所述的风冷式散热的LED灯具，包括LED灯管、电源，其特征是：还包括保护控制器和风冷式散热器；所述保护控制器由单片机电路、分别与单片机电路连接的温度传感器和电子开关电路、电压转换电路组成，所述电压转换电路与所述电源连接并分别与单片机电路、温度传感器和电子开关电路连接；所述风冷式散热器由风扇和散热器组成，所述风扇与所述电源连接；所述LED灯管固定连接在所述散热器上，并与所述保护控制器的电子开关电路和电源连接。

温度传感器的位置尽量靠近LED灯管。灯具通电以后，温度传感器采集LED灯管的实时工作温度，输送到单片机电路，经过单片机电路分析比对，如果工作温度正常，则开通电子开关电路，LED灯管发光工作。如果单片机电路分析比对发现工作温度值异常，则关断电子开关电路，LED灯管关闭停止工作。这样就杜绝了非正常温度工作对LED灯管的损坏。如果温度恢复正常，电子开关电路会在单片机电路控制下重新打开，LED灯管又可以恢复照明。

进一步，所述单片机电路的单片机U1采用美国ATMEAL公司的89C52，单片机U1控制输出引脚有三个，分别是2、3、4脚的P1.0, P1.1，P1.2口，这三个引脚和电子开关电路的三个光耦U300，U301，U302的输入口DB1，DB2，DB3口相连接。

单片机电路定时访问温度传感器的实时温度值，要是在正常范围内就开通电子开关电路，使LED灯具发光。要是检测到风冷式散热器温度高于LED灯管的警戒工作温度，就关断电子开关电路，LED灯具停止照明，提醒使用者检查维修。

进一步，所述温度传感器U5采用美国达拉斯公司的数字式温度传感器DS18B20，固定连接在所述散热器上，温度传感器的信号输出端I/O端接单片机电路的26脚P2.2口。

进一步，所述的风冷式散热的LED灯具，其特征是：所述电子开关电路中的Q300，Q301，Q302采用美国国际整流器公司的场效应管IRF3205，电子开关电路的输出端口K1，K2，K3接LED灯管的负极。为了防止意外损坏单片机电路，在单片机电路和电子开关电路的接口采用光电隔离，保证在恶劣环境下，保护控制器的稳定使用。电子开关电路：采用大功率场效应管RF3205作为电子开关，该元件控制电流可以达到40A。电子开关电路设计了3组，以满足不同功率LED灯管的使用要求。

进一步，所述电压转换电路中的U 6采用美国国家半导体公司的开关集成稳压芯片LM2596。由于灯具的电源根据灯的功率不同，提供的是12V到32V电压的电源，不能直接满足保护控制器要求的5V电压的使用要求，这个电压转换的功能是由电压转换电路来完成的。

进一步，所述风扇固定连接在散热器上，风扇的电源端口VCC和GND直接接电源的电源输出口VOUT端和GND端。风冷式散热器：散热器采用铝质散热器，在散热器上加装风扇，风扇直接接电源，开始就自动运转。风扇的运转，大大加强了空气对流导热，在相同热量散发的条件下，风冷散热需要散热片尺寸小，重量轻。以100瓦灯具为例，自然散热的铝质散热器重量一般都在10到15公斤。而散热器加上风扇，也才0.5公斤。

进一步，所述LED灯管通过螺丝固定在散热器上，LED灯管的正极接在电源的VOUT端。

本发明在使用过程中，能够自动监测散热器的温度，对LED灯管具备自动过热保护功能，解决了灯具采用自然散热方式散热器体积大，成本高，灯具自重超重引起的抗风抗震能力差等问题。

本发明和现有技术相比具有以下优点：

（1）使用成本低廉，现有灯具的散热器采用自然散热，就要求采用大型的铝质散热器，成本昂贵，其成本占用灯具成本的30%到50%左右，本发明后，散热器成本只占用总成本的10%以内。对LED灯具的市场推广极为有利。

（2）使用本发明后，降低了灯具的重量，对安装led灯具的支撑架的支撑能力抗风能力的要求大大降低，进一步降低了支撑架的设计制作难度和成本。降低灯具自重，整个灯具的支架的支撑稳定度和抗冲击，抗风能力将显著提高。灯具的自重的降低，对于提高整个灯具系统日常的安全性意义重大。

（3）灯具自重的降低，可以降低运输成本，降低安装时起重工具的要求，也便于维修时的拆卸。

（4）本发明保护控制器的过热保护功能，可以起到保护LED灯管作用，防止环境温度过高对LED灯管的损坏。LED灯管的损坏一个最为主要的原因就是高温工作造成灯管光衰，产生的LED灯管报废。

附图说明

图1是本发明的示意框图；

图2是保护控制器的电路图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是图3的后视图；

图5是图3的左视图；

图6是保护控制器的端口图；

图7是电源的端口图；

图8 是保护控制器的软件控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1、图2、图3、图4和图5所示的风冷式散热的LED灯具，包括LED灯管1、电源4，还包括保护控制器3和风冷式散热器2；所述保护控制器3由单片机电路3－2、分别与单片机电路连接的温度传感器3－1和电子开关电路3－3、电压转换电路3－4组成，所述电压转换电路3－4与所述电源4连接并分别与单片机电路、温度传感器和电子开关电路连接；所述风冷式散热器2由风扇2－1和散热器2－2组成，所述风扇2－1与所述电源4连接；所述LED灯管1固定连接在所述散热器2－2上，并与所述保护控制器3的电子开关电路3－3和电源4连接。

所述单片机电路3-2的单片机U1采用美国ATMEAL公司的89C52，单片机U1控制输出引脚有三个，分别是2、3、4脚的P1.0, P1.1，P1.2口，这三个引脚和电子开关电路3-3的三个光耦U300，U301，U302的输入口DB1，DB2，DB3口相连接。

所述温度传感器3－1U5采用美国达拉斯公司的数字式温度传感器DS18B20，固定连接在所述散热器2－2上，温度传感器的信号输出端I/O端接单片机电路3-2的26脚P2.2口。

所述电子开关电路3-3中的Q300，Q301，Q302采用美国国际整流器公司的场效应管IRF3205，电子开关电路的输出端口K1，K2，K3接LED灯管1的负极7。为了防止意外损坏单片机电路，在单片机电路和电子开关电路的接口采用光电隔离，保证在恶劣环境下，保护控制器的稳定使用。电子开关电路：采用大功率场效应管RF3205作为电子开关，该元件控制电流可以达到40A。电子开关电路设计了3组，以满足不同功率LED灯管的使用要求。

所述电压转换电路3-4中的U 6采用美国国家半导体公司的开关集成稳压芯片LM2596。所述风扇2-1固定连接在散热器2-2上，风扇的电源端口VCC和GND直接接电源4的电源输出口VOUT端和GND端。

所述LED灯管1通过螺丝5固定在散热器2-2上，LED灯管1的正极6接在电源4的VOUT端。

参见图6是保护控制器的端口图：

参见图7所示的电源4的端口图: L端接外线220V交流火线,N端接外线220V交流零线,VOUT是电源的输出直流正极,GND是电源的输出直流地线。

参见图8所示的保护控制器的软件控制流程图。

本发明的控制单片机是通过软件设计来完成的：第一步“开始”，灯具通电，单片机电路3-2上电复位开始，接着第二步“系统初始化”，软件完成单片机的初始化设置和温度传感器3-1的始化设置。结束后，进入第三步“读取温度传感器数值”，这时单片机电路3-2通过P2.2口读入温度传感器3-1当前温度值，转化后把这个值存放到相应的寄存器。然后第四步判断“温度值是否大于设定极限温度值”,这时软件完成读入温度值和预先设定的比较温度值相比较。预先设定温度值，是厂家设计者根据灯具的功率，散热器的效率值和LED灯管的耐热极限统一考虑后的设计极限值。灯具不同会有差异。比较后，如果读入温度大于设定极限温度值，就说明灯具工作在不正常环境，这时，单片机电路3-2的P1.0，P1.1，P1.2口全部置为高电平，使电子开关的K1，K2，K3口关断，LED灯管熄灭。要是比较时温度值小设定极限温度值，这说明环境温度正常，单片机电路3-2的P1.0，P1.1，P1.2口全部置为低电平，使电子开关的K1，K2，K3口打开，LED灯管工作。这时进入下一步“30秒”，这时，电路保持灯具照明的状态30秒，等待下一次温度比对。30秒结束后，重新回到“读取温度传感器数值”这个步骤，重新开始新的循环。

本发明的散热器采用铜质和铝质的散热片均可，尺寸大小根据灯具的实际功率要求进行选择，在同一散热器上加装多个风扇或者多个LED灯管，灯管选择是采用本示例图示的大功率集成LED灯管还是选用小功率灯管多组串并联方式，这些简单修改、等同变化与修饰都属于本实例所揭示的技术。

Claims (7)

1.风冷式散热的LED灯具，包括LED灯管（1）、电源（4），其特征是：还包括保护控制器（3）和风冷式散热器（2）；所述保护控制器（3）由单片机电路（3－2）、分别与单片机电路连接的温度传感器（3－1）和电子开关电路（3－3）、电压转换电路（3－4）组成，所述电压转换电路（3－4）与所述电源（4）连接并分别与单片机电路、温度传感器和电子开关电路连接；所述风冷式散热器（2）由风扇（2－1）和散热器（2－2）组成，所述风扇（2－1）与所述电源（4）连接；所述LED灯管（1）固定连接在所述散热器（2－2）上，并与所述保护控制器（3）的电子开关电路（3－3）和电源（4）连接。

2.根据权利要求1所述的风冷式散热的LED灯具，其特征是：所述单片机电路（3-2）的单片机U1采用美国ATMEAL公司的89C52，单片机U1控制输出引脚有三个，分别是2、3、4脚的P1.0, P1.1，P1.2口，这三个引脚和电子开关电路（3-3）的三个光耦U300，U301，U302的输入口DB1，DB2，DB3口相连接。

3.根据权利要求1或2所述的风冷式散热的LED灯具，其特征是：所述温度传感器（3－1）U5采用美国达拉斯公司的数字式温度传感器DS18B20，固定连接在所述散热器（2－2）上，温度传感器的信号输出端I/O端接单片机电路（3-2）的26脚P2.2口。

4.根据权利要求1或2所述的风冷式散热的LED灯具，其特征是：所述电子开关电路(3-3)中的Q300，Q301，Q302采用美国国际整流器公司的场效应管IRF3205，电子开关电路的输出端口K1，K2，K3接LED灯管（1）的负极（7）。

5.根据权利要求1或2所述的风冷式散热的LED灯具，其特征是：所述电压转换电路（3-4）中的U 6采用美国国家半导体公司的开关集成稳压芯片LM2596。

6.根据权利要求1或2所述的风冷式散热的LED灯具，其特征是：所述风扇（2-1）固定连接在散热器（2-2）上，风扇的电源端口VCC和GND直接接电源（4）的电源输出口VOUT端和GND端。

7.根据权利要求1或2 所述的风冷式散热的LED灯具，其特征是：所述LED灯管（1）通过螺丝（5）固定在散热器（2-2）上，LED灯管（1）的正极（6）接在电源（4）的VOUT端。

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