CN103348179A - 用于提供led照明的系统、方法和/或装置 - Google Patents
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Abstract
一种照明装置包括：多个LED；多个光学装置，与多个LED对应；至少一个光学分离器，用于基本上防止从一个LED所发射的光线影响其它LED；热电装置，配置成采集LED所生成的热量，并且将所采集热量转换为电能；以及低温材料，用于产生跨热电装置的温差。
Description
本申请要求2010年11日16日提交的美国临时申请No.61/413995和2011年9月8日提交的美国专利申请No.61/532104的优先权。本申请还涉及2011年11月16日提交的标题为“Systems，Methods and/or Apparatus forThermoelectric Energy Generation”的PCT申请No.PCT/_/__。通过引用将这些申请的每个完整地结合到本文中。
技术领域
一般来说，本公开涉及用于提供LED照明的系统、方法和装置。本公开还涉及用于以降低的能量消耗来提供LED照明的系统、方法和装置。
背景技术
LED照明作为提供家庭和商业照明的更有效部件已经到达最前沿。与最常规照明技术相比，LED一般要求沿一个方向或直流(“DC”)的电流，以便产生光。由于整个世界的标准建筑物布线是交流(“AC”)，所以LED照明设计通常采取两种主流方式之一来确保持续光。
第一方式利用将AC转换成DC、降压调节功率的驱动器电路。当前市场上的典型转换器设计利用多达80个组件来实现转换，并且在要求调光时可使用附加组件。第二方式是使用AC LED技术。
这些系统会是复杂且低效的，因为许多能量作为热量被发射，并且系统没有有效地管理热损失。另外，存在通过来自系统中的干扰所引起的低效。
相应地，期望具有一种更有效地管理所发射热量并且降低通过来自系统中的干扰所引起的低效的系统。
发明内容
在LED照明系统、方法和装置的示范实施例中，LED可相互隔离或者基本上相互隔离，以便避免或降低与产生可见光相关联的光、热和/或电干扰。
示范实施例可提供用于阻止LED阵列中的相邻LED所产生的光线对LED的不利影响。例如，当来自一个LED(第一LED)的光照射到另一个LED(第二LED)时，可能存在不利地影响第二LED产生光的能力的至少两个不同方面。首先，反射光在第二LED中产生电压(即，电干扰)，这不利地影响第二LED产生光子的能力。其次，由第一LED所发射的光线从覆盖第二LED的透镜反射(即，光干扰)，从而降低第二LED发射其自己的产生光子的光线的能力。
在示范实施例中，LED之间的透镜可用于阻挡从一个LED到另一个LED的光线的通路。这些透镜或屏蔽降低和/或消除第一LED对第二LED的电和光干扰中的至少一个或两者。
在示范实施例中，主动的热量管理可使用热电装置来实现，热电装置将LED或其它组件(例如例如太阳)所生成的热量转换为用于冷却LED的电能。
在示范实施例中，与LED和/或变压器相邻的热电生成器(thermoelectricgenerator)可用于将所发射热量转换为电能。在示范实施例中，电能可用于向主动冷却LED的热电装置供电。在示范实施例中，这种方式对典型无源铝散热器会是有利的，因为散热器只是去除热量，但无法将其用于任何目的。
在示范实施例中，具有相反极性的一对AC供电LED可用于产生恒定光线。在示范实施例中，成对LED在定位成相互接近时产生光的稳恒流，而没有显著选通效应，尽管每个LED在例如每秒50-60脉冲之间循环。
在示范实施例中，组件级的功率控制可用于使功率消耗为最小和/或降低，并且优化和/或改进性能。通过对组件适当确定大小以刚好吸取应用所需的功率，示范实施例可使被吸取并且作为热量被耗散的功率量降低和/或为最小。在示范实施例中，装置和/或系统可以仅利用几个组件从LED产生光。例如，在示范实施例中，主要组件可以是可由两个电阻器来控制的升降压变压器。在示范实施例中，可以不存在任何应用中所要求的特殊驱动器板或调光器板。另外，在示范实施例中，主动热量管理系统可以没有外部功率消耗，因为它可通过废能源来供电，并且可处于完全隔离电路上。
在示范实施例中，LED照明可以不要求将电力从AC转换成DC或者如电流系统所使用的电流的储存——其中的每个引起能量损失。因此，在示范实施例中，LED照明可：
消除和/或降低对电流系统用于将电力从AC转换成DC的高成本驱动器电路的需要；
消除和/或降低对电流系统储存电力供非周期使用的电容器电路的需要；
消除和/或降低对电流系统用于允许调光的特殊电路的需要。在示范实施例中，标准调光器可用于对LED照明进行调光；
比先前系统更为可靠；
更有效地管理热量；
延长LED的使用寿命，因为仅在一半工作时间向每个LED供电，实际上使其使用寿命加倍或者基本上加倍；
消除或者至少降低电路板的使用以获得更有效热管理。
消除或者至少降低回流(reflow)过程的使用以使器材制造过程中对LED的损坏为最小或者至少降低；以及
将LED照明装置的组件的类型减少到只是LED。
在示范实施例中，LED因如下任何组合而可延长：(1)如示范双串A/C实施例中所述的LED的一半工作；(2)通过在每个器材(fixture)中使用更多LED来降低通过每个LED的电流；(3)将LED保持在较凉工作和环境温度中；(4)没有使LED经过装载电路板中常常使用的回流过程的高温；(5)消除或者至少减少主要用于LED照明的印刷电路板，并且利用消除或者至少降低LED周围的热集结的衬底；和/或(6)消除或至少减少主要用于LED照明的印刷线路板，并且利用作为系统的组成部分的衬底来采集不希望的LED热能。
示范实施例可提供一种照明装置，包括：多个LED；多个光学装置，与多个LED对应；至少一个光学分离器，用于基本上防止从一个LED所发射的光线影响其它LED；热电装置，配置成采集LED所生成的热量，并且将所采集热量转换为电能；以及低温材料，用于产生跨热电装置的温差。
在照明装置的示范实施例中，至少一个光学分离器基本上防止其它光线的折射率的变化。
在照明装置的示范实施例中，至少一个光学分离器基本上防止对其它光线的光伏效应。
在照明装置的示范实施例中，低温材料是相变材料。
在照明装置的示范实施例中，所生成电能用于帮助将低温材料保持在低温。
在照明装置的示范实施例中，所生成电能用于帮助向至少一个附加LED供电。
在照明装置的示范实施例中，照明装置提供有DC电压。
在示范实施例中，DC电力可从需要光线的地点来采集，例如来自水管线(water line)或其它本地过程、无线电波、阳光等的废热能。
在照明装置的示范实施例中，照明装置提供有AC电压，并且多个LED设置成使得大约50％处于第一极性而大约50％处于相反极性。
示范实施例可提供一种照明装置，包括：多个照明部件，用于提供光线；多个光学部件，与多个照明部件对应；至少一个光学分离器部件，用于基本上防止从一个照明部件所发射的光线影响其它照明部件；热电部件，配置成采集照明部件所生成的热量，并且将所采集热量转换为电能；以及低温部件，用于产生跨热电装置的温差。
在示范实施例中，照明部件可以是LED。
在照明装置的示范实施例中，至少一个光学分离器部件基本上防止其它光线的折射率的变化。
在照明装置的示范实施例中，可提供用于基本上防止对其它光线的光伏效应的至少一个光学分离器部件。
在照明装置的示范实施例中，低温部件是相变材料。
在照明装置的示范实施例中，所生成电能用于帮助将用于储存热能的低温部件保持在低温。
在照明装置的示范实施例中，所生成电能用于帮助向至少一个附加照明部件供电。
在照明装置的示范实施例中，所生成电能可用于帮助向与照明装置不相关、但是能够由所生成能量来供电的装置、例如烟雾探测器、运动探测器、照相装置等供电。
在照明装置的示范实施例中，所生成电能可用于帮助向与照明装置相关，并且能够由所生成能量来供电的装置、例如定时器、控制器、伺服器等供电。
在照明装置的示范实施例中，照明装置提供有DC电压。
在示范实施例中，DC电力可从需要光线的地点来采集，例如来自水管线或其它本地过程、无线电波、阳光等的废热能。
在照明装置的示范实施例中，照明装置提供有AC电压，并且多个照明部件设置成使得大约50％处于第一极性而大约50％处于相反极性。
在照明装置的示范实施例中，照明装置可提供有AC电压，并且多个LED部件设置成使得大约50％处于第一极性而大约50％处于相反极性，并且电压通过使用具有控制电阻的变压器来升高或降低。
在照明装置的示范实施例中，照明装置可提供有AC电压，其中串联设置的LED的数量等于A/C输入电压，以便降低(或者基本上消除)变压器的效率损失。
在照明装置的示范实施例中，照明装置可提供有AC电压，并且多个LED部件设置成使得大约50％处于第一极性而大约50％处于相反极性，并且照明装置提供有AC电压，其中串联设置的LED的正向电压匹配所提供的AC电压，以便消除变压器的效率损失。
在照明装置的示范实施例中，照明装置可提供有AC电压，并且前四个LED配置为典型整流模式的二极管，其中不超过对LED可允许的反向电流，从而给予其余LED DC电力，以及与所提供AC电压匹配的、串联设置的LED的正向电压。
在照明装置的示范实施例中，照明装置可提供有AC电压，并且前四个LED配置为典型整流模式的二极管，其中不超过对LED可允许的反向电流，从而给予其余LED DC电力，并且电压通过使用具有控制电阻的变压器来升高或降低。
附图说明
现在仅作为举例、参照附图来描述示范实施例，附图包括：
图1是示范LED照明装置的示意图；
图2是示范LED照明装置的示意图；
图3是示范LED照明装置的示意图；
图4是示范LED照明装置的示意图；
图5是供LED照明部件中使用的示范变压器部件的示意图；
图6是示范AC LED部件的示意图；
图7是供LED照明部件中使用的示范LED安装结构的示意图，其中热通路使用基本上固体通孔进行；
图8是供LED照明部件中使用的示范主动热量管理系统的示意图；
图9是供LED照明部件中使用的用于从四个本地热源采集热能、使用热电生成器(串联)将热能转换成电能以向热电冷却器供电的示范DC电路的示意图；
图10是LED照明部件中用于从一个本地热源采集热能并且使用热电生成器将热能转换成电能以向热电冷却器供电的示范DC电路的示意图；
图11是LED照明部件中用于从两个本地热源采集热能并且使用并联的两个热电生成器将热能转换成电能以向热电冷却器供电的示范DC电路的示意图；
图12是LED照明部件中用于从两个本地热源采集热能并且使用串联的两个热电生成器将热能转换成电能以向热电冷却器供电的示范DC电路的示意图；
图13是LED照明部件中用于从一个本地热源采集热能并且使用热电生成器将热能转换成电能以向例如照相装置、定时器或传感器等的另一个本地装置供电的示范DC电路的示意图；
图14是LED照明部件中用于从两个个本地热源采集热能并且使用并联的两个热电生成器将热能转换成电能以向例如照相装置、定时器或传感器等的另一个本地装置供电的示范DC电路的示意图；
图15是LED照明部件中用于从两个个本地热源采集热能并且使用串联的两个热电生成器将热能转换成电能以向例如照相装置、定时器或传感器等的另一个本地装置供电的示范DC电路的示意图；
图16是供例如LED照明部件中使用的电磁和热能采集电力供应的示范实施例的示意图；
图17是供LED照明部件中使用的图16的示范电力供应的截面A的示范实施例的示意图；
图18是供LED照明部件中使用的图16的示范电力供应的截面B的示范实施例的示意图；
图19是供LED照明部件中使用的图16的示范电力供应的截面C的示范实施例的示意图；
图20是在无需使用附加组件的情况下使用串中的前4个LED对AC电力进行整流的示范AC LED部件的示意图；
图21是LED照明部件的一个示范实施例的示意图；以及
图22是供例如冷冻机室/箱中使用的LED照明部件的示范实施例的示意图。
具体实施方式
LED照明是在多种情形下提供照明的更有效方式。该技术还比常规照明更为环保并且常常更节省成本。如本领域的技术人员会理解，LED照明使用较少能量来产生相当数量的光线，由此减少所消耗的能量，LED一般还比常规照明持续更长时间，由此降低更换频度。但是，LED照明仍然存在一些低效。这些低效(即，热量生成)的一部分是LED本身的结果，但是其它则是系统设计的结果。通过降低这些缺陷的至少一个，LED照明甚至能够更为有用。
关于提供家庭和商业照明。与最常规照明技术相比，LED一般要求沿一个方向或直流(“DC”)的电流，以便产生光。由于整个世界的标准建筑物布线是交流(“AC”)，所以LED照明设计通常采取两种主流方式之一来确保持续光。
图1是示范LED照明装置的示意图。图1中，单独光学装置1用于示范器材中的每个LED。光学分离器2可设置在LED透镜3的边缘，并且是光学装置1的一部分或者与其分离。这个布置可帮助确保基本上较少、极少或者没有来自其它LED或其它位置的杂散光引起跨被保护LED的反射因而改变其折射率或者以其它方式引起对LED透镜3的基座的半导体的不希望光伏效应。如图1所示，LED透镜3可位于LED管芯4中。在示范实施例中，LED阳极5和LED阴极6可使用电和热传导环氧树脂8连接到器材电路层7，其中电和热传导环氧树脂8在低于70℃的温度下可固化，以便避免由电子工业在回流炉中通常使用的高温(例如＞260℃)。如本领域的技术人员会理解，炉温可高于对于LED被认为是安全的温度。暴露于这些高温引起有效期的损失。在示范实施例中，限制LED暴露于低于70℃(例如低于100℃、低于90℃、低于80℃、低于75℃、低于70℃、低于65℃、低于60℃、低于50℃等)的温度可延长LED的工作循环。
在示范实施例中，电路层7可以是直接施加到热电装置10的热传导但是非电传导的热电装置衬底(热侧)9的半导体装置特定的电传导片和迹线层。在示范实施例中，这可通过印刷、蚀刻或固定来实现，而这消除了电路板的使用。电路板的消除可实现两个有益效果：首先，可允许离开组件的组件废热能的直接通路，从而消除对组件具有不利影响的到电路板的介电层中的常见热量集结，以及其次，可使得有可能使用到衬底的印刷、蚀刻或固定的迹线作为电阻器，从而消除电路组件。
LED电路开始和结束于LED电力供应连接器11，以及在示范实施例中，可以不要求驱动器板，因为电路层7可设计成在交流的情况下包括LED组件特定电流和电压电阻和/或阻抗。热电装置10的热电装置衬底(冷侧)12使用对热电装置所实施的已知方法来固定到热传导衬底13。热传导衬底13可包括热传导垂直通路壁14，热传导垂直通路壁14附连到光学分离器2以冷却LED的环境温度，并且还可以是用于低温相变材料储存器15的封栏(containment)结构的一部分。
在操作中，当电能通过LED电力供应连接器11连接到电路层7时，所连接LED如预计的那样发射光线，但是还产生通过LED阳极5和LED阴极6的废热。沿可计算和可定义的高温流向17通过热电装置10朝低温相变材料储存器15拉走废热。低温相变材料储存器15的设计温度、低温流向16、由LED所产生的热能和热电装置10的热阻率确定转换回电能的废热能量。不期望是热传导的低温相变材料储存器15的一部分可使用热绝缘屏障18来构成，以便帮助保持低温相变材料储存器15的温度。
产生通过热电装置10朝向低温相变材料储存器15的高温流向17并且生成电能的另一个热源是器材的外壳体19——特别是白天期间在户外器材中，只要存在到低温相变材料储存器15的热传导链路23。本文所述过程所生成的电力作为直流20通过保护二极管21(设计成限定一个方向的流动)从热电装置10的正引线20.1移动，并且移动到连续冷却低温相变材料储存器15的热电冷却器22的正引线20.1上，以及通过保护二极管21移出负引线20.2并且移动到热电装置10的负引线20.2上，从而完成该电路。
在示范实施例中，这个电路可与向LED供电的电路基本上分离或者完全分离。在示范实施例中，由于电流和电压调节电路层7，LED电路的电力供应可在无需次级电路的情况下进行。在示范实施例中，在会是预期的DC电力的情况下，按LED制造商的规范的适当DC电源电压和安培数的选择对所需的是充分的。在AC电力的情况下，示范实施例可采用将输入电压和安培数转换成按LED制造商的规范的预期电源电压和安培数的变压器的使用。另外，在示范实施例中，LED电路可具有以相反极性设置在电路层7上并且设置成接近其相对LED的相等LED，以使得使用电波型的两侧。可提出变压器的高压部分的两个引线上的电阻器的使用，以便保持较大变压器使用寿命。消除变压器的方法可使用大量串联LED来匹配建筑物中的高电压，以及使用前四个LED充当整流电路配置中的阻塞二极管。四个LED的两个进行交替，并且其余LED得到直流。为了消除四个LED上的闪烁，在示范实施例中，交替对可相互靠近或者在LED照明预计用于其中的工作表面覆盖相同区域。
在示范实施例中，LED组件在用于照明系统之前在2.86V和350mA下可具有150lm/w的功效，其中具有25℃环境和焊接点温度以及100000小时的生命周期(生命周期可以是70％效率)，如可由LED制造商指定。
典型工业器材可具有下列特征的一个或多个：
驱动器板，设计用于3V和500mA(功率失配和电流过驱动)：-30lm/w-生命周期损失5％；
驱动器板损失(A/C到D/C和整流-平滑)：-40lm/w-生命周期损失0％；
灯可使用回流炉(对LED集成光学器件的热损坏)安装在PCB上：-2lm/w-生命周期损失18％；
器材的热设计可能没有去除/降低环境热量：-5lm/w-生命周期损失22％；
器材的热设计可能不去除/降低焊接点热量：-5lm/w-生命周期损失10％；
光学光溢出：-12lm/w-生命周期损失5％。
由于这些低效，典型照明解决方案可具有下列限制的一个或多个：
LED功效可从150lm/w下降到56lm/w；
LED生命周期可从100000小时下降到40000小时(制造商一般不给予5年以上的保证)；
其它缺点可包括：
驱动器板上的其它组件可在不久出故障；
驱动器板可因更多组件而引起更大热量；
热传递方法在例如吸顶灯等的器材壳体中可能不工作；
每天受到热和冷变化的户外器材通过膨胀和收缩可引起对PCB的损坏；
更多组件和更大散热器费用更大；
由于大多数器材共享阵列中的光学器件，所以不是因上述原因损失的大百分比(有时高达80％)的流明(lumen)可能没有照射器材预计用于其中的工作表面。
使用本文所述示范实施例的特征，LED照明可具有下列特征的一个或多个：
用于大约2.78V和80mA的电源设计(例如与LED规范基本上功率匹配)：+72.57lm/w(例如20lm/w、30lm/w、40lm/w、50lm/w、60lm/w、70lm/w、75lm/w、80lm/w、90lm/w等)-生命周期增益600％(例如50％、100％、200％、300％、400％、500％、700％、800％)；
LED可使用导电胶安装在TEG衬底上：+/-0lm/w-生命周期损失0％(例如基本上没有生命周期损失)；
去除/降低环境热量的器材的有源热设计：+8lm/w(例如4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w、9lm/w、10lm/w、15lm/w等)-生命周期增益100％(例如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％)；
去除焊接点热量的器材的有源热设计：+5lm/w(例如4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w、9lm/w、10lm/w、15lm/w等)-生命周期增益100％(例如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％)；
采集热能可转换回光：+6lm/w(例如4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w、9lm/w、10lm/w、15lm/w等)-生命周期增益0％(例如基本上没有生命周期损失)。
来自透镜或反射器的最小光学损失：-3％lm/w(例如1lm/w、2lm/w、3lm/w、4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w等)-生命周期损失0％(例如基本上没有生命周期损失)。
由于这些特征的一个或多个，示范实施例可经历下列改进的一个或多个：
LED功效：从150lm/w升高到234.32lm/w(例如25％、30％、40％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、90％、100％等的改进)；
LED生命周期：从100000小时上升到800000小时(例如150000、200000、250000、300000、350000、400000、450000、500000、550000、600000、650000、700000、750000、800000、850000、900000、1000000小时等)或者例如100％、200％、300％、400％、500％、600％、700％等的生命周期延长；
其它优点可包括下列一个或多个：
需要极少/不需要其它组件；
易于制造，更小的BOM；
热传递方法在多个器材壳体和环境中可工作；
户外器材可获益于采集来自太阳的热量、晚上的冷热能；
更少组件，因此成本更小；
在单独LED级的光学设计改进到达目标工作表面的流明的百分比；
会有可能采集更多热能，以便运行另一种类型的子系统，例如照相装置、信号、传感器等。
图2是示范LED照明装置的示意图。图2所示的实施例与以上针对图1所述的实施例相似，只是热电装置的冷侧与热传导外壳体19相接触。这个布置假定环境温度低于废热的温度，因此热电装置提供电能。当然，如本领域的技术人员会理解，所生成的电能可用于多个目的，例如向照相装置、传感器、报警器等或者它们的组合供电。
图3是示范LED照明装置的示意图。在这个实施例中，很像图2的实施例，不存在相变材料。但是，在这种情况下，也不存在热电装置。相应地，壳体19按照已知方式起作用以耗散来自LED的热量。当然，如本领域的技术人员会理解，这个实施例仍然可使用本文所述的光学器件。另外，如这个示范实施例所示，壳体19包括采取衬底13的形状的“孤岛”(island)片以便获得更好的热量隔离。
图4是示范LED照明装置的示意图。这个实施例与图3的实施例相似，只是外壳体19包括烧结热管24和工作流体25。热管24和工作液体25帮助拉走来自LED的废热。
图5是供LED照明部件中使用的示范变压器部件的示意图。在示范实施例中，LED照明部件可利用热隔离标准降压功率变压器26来更准确地将输入电压和电流与LED制造商规范进行匹配。电阻器28可确定大小为限制从变压器26所吸取的电力，以免使变压器过热和降低其使用期限。来自针对热传导衬底13所钳制的变压器26和电阻器28的废热能也可如图8所示来采集。
图6是示范AC LED部件的示意图。图6中，两组LED串38以相反极性来连线，使得它们被供电，并且交替地产生光，而无需LED驱动器电路。尽管在示范实施例中，可使用LED驱动器电路。
图7是供LED照明部件中使用的示范LED安装结构的示意图。图7中，具有相反极性的LED29成对地安装在热改性印刷电路板即PCB30上，使得一对产生光的稳恒流。在示范实施例中，相反LED间隔不超过其隔离透镜的直径加上用于易于制造的附加距离的距离，以便防止或降低可能的选通效应。备选地，在示范实施例中，照明可设置在相互之间的其它距离，只要它们针对相同或基本上相同的表面。
其上安装了LED的热片30.1为“I”形，经过电隔离，并且具有与PCB制造将允许在PCB的背面的相同或基本上相似的热片同样靠近间隔的0.25mm实心铜通孔30.2。这种被热技术帮助将热量从LED29管芯焊接点传递到PCB30的背面。LED29可使用LED制造商所指定的回流方法和/或电和热传导环氧树脂附连到PCB30。
图8是具有供LED照明部件中使用的示范主动热量管理系统的ACLED照明部件的示意图。主动热量管理系统拉走PC30背面的被传递废热，并且将其转换为电能。在图8的示范实施例中，PCB30可在机械上附连到主散热器板13，主散热器板13成形为匹配LED29的热片30.1，以免允许热量跨PCB30的背面耗散。片到板的热连接通过使用热粘合剂来增强。在示范实施例中，变压器26可在机械上附连到主散热器板13，但是通过将其下降到隔离壁18之下与PCB30隔离。变压器26到板的热连接通过使用热粘合剂来增强。
在示范实施例中，电阻器28可使用电阻器夹27在机械上附连到主散热器板13，并且还通过将其下降到隔离壁18之下与PCB30充分隔离。电阻器28和电阻器夹27到板的热连接通过使用热粘合剂来增强。
在示范实施例中，匹配LED29的热片30.1的热传导衬底13的散热器叠层可通过压缩来附连到主热传导衬底13。主热传导衬底13到叠层的热连接通过使用热粘合剂来增强。
在示范实施例中，包含其“热侧”面向散热器叠层13的热电装置22的隔离壁18可通过压缩来附连到散热器叠层13。叠层到热电装置22的热连接可通过使用热粘合剂来增强。
在示范实施例中，热电装置10可如本文所述接收由LED29、变压器26和电阻器28所生成的废热的大多数，并且以串联、并联或者两者的混合来配置，以便定义对它们从废热生成的电力(电压和安培)的预期配置的输出。热电装置10的这些配置是本领域的技术人员易于理解的。附加热电装置还可堆叠在示为分阶段传递热量以产生附加电力并且进一步移动来自PCB30的热量的热电装置10后面。
在示范实施例中，相变材料分组环可由通过来自废热的回收能量供电的热电装置22来冷却，以便使冷却为最大。热电装置22在以相反极性施加DC电力时成为热电冷却器。阻塞二极管通过不允许(或者降低可能性)热电装置22成为热电加热器来保持冷却效果。相变材料分组15材料可具有20℃的目标温度。在示范实施例中，次级DC电源对LED增加基本上较少、极少或没有增加附加功率消耗，因为它通过通常被浪费的能量来回收。这种配置在图9中示出，图9是供主动冷却LED照明部件中使用的示范DC电路的示意图。
大多数LED器材中使用的透镜引起干扰，并且因一个LED所生成的光对相邻LED工作在最佳效率的能力的干扰(“LED-LED干扰”)而减少流明输出。一般来说，LED-LED干扰采取两种形式。首先，由一个LED所生成的光从另一个LED的透镜的反射引起光学干扰。这个光学干扰减小LED照明器材的效率。其次，LED所生成的光由相邻LED的吸收产生小光伏效应，从而在电路中引起干扰运行LED所部署的电力的效力的反向电压。
为了减轻所述干扰，示范实施例可使用具有隔离壳体或反射器的单独透镜来停止或者基本上减小从一个LED到另一个LED的光线通路及其不利影响。在示范实施例中，透镜还可收紧对预期扩展的光束角。在示范实施例中，预期扩展可基于整个阵列而不是单独LED来确定。
在利用透镜而不是反射器的情况下，指数匹配凝胶还可在透镜和LED圆顶的接合点处用于降低接合点处的衍射所引起的损失。示范光学粘合剂是NOA88。一般来说，粘合剂可具有与下表1详细描述的一个或多个相似的性质的各种组合：
表1：示范光学粘合剂性质
图10是供主动冷却LED照明部件中使用的示范DC电路的示意图。图10中，单个热电生成器10在一侧(描述为高温流17)从源、例如LED、器材箱上的太阳热量等接收废热，以及在其相对侧(描述为低温流16)从源、例如较冷环境温度、低温相变材料或者冷凝线等接收较冷温度。电路生成流经阻塞二极管21的直流电能，其中阻塞二极管21作为保护装置来设置以确保电流到单个热电冷却器22的单一方向。热电冷却器22接收电能，并且从一侧抽掉热量，从而引起一侧的低温流16以及另一侧的高温流17。另一个阻塞二极管21可在又闭合热电生成器10处的电路之前设置在热电冷却器22之后。
图11是供主动冷却LED照明部件中使用的示范DC电路的示意图。图11中，多个热电生成器10在一侧(描述为高温流17)从多个源、例如LED、器材箱上的太阳热量等接收废热，以及在其相对侧(描述为低温流16)从多个源、例如较冷环境温度、低温相变材料或者冷凝线等接收较冷温度。电路生成流经阻塞二极管21的并联连接在一起的多个直流电能源，其中阻塞二极管21作为保护装置来设置以确保电流到热电冷却器22的单一方向，热电冷却器22接收电能并且从一侧抽掉热量，从而引起一侧的低温流16以及另一侧的高温流17。另一个阻塞二极管21可在又闭合热电生成器10处的电路之前设置在热电冷却器22之后。
图12是供主动冷却LED照明部件中使用的示范DC电路的示意图，其中多个热电生成器10在一侧(描述为高温流17)从多个源、例如LED、器材箱上的太阳热量等接收废热，以及在其相对侧(描述为低温流16)从多个源、例如较冷环境温度、低温相变材料或者冷凝线等接收较冷温度。电路生成流经阻塞二极管21的串联连接在一起的多个直流电能源，其中阻塞二极管21作为保护装置来设置以确保电流到热电冷却器22的单一方向，热电冷却器22接收电能并且从一侧抽掉热量，从而引起一侧的低温流16以及另一侧的高温流17。另一个阻塞二极管21可在又闭合热电生成器10处的电路之前设置在热电冷却器22之后。
图13是供主动冷却LED照明部件以及采集该热能并且将其转换回电能中使用的示范DC电路的示意图。图13中，单个热电生成器10在一侧(描述为高温流17)从一个LED或多个LED接收废热，以及在相对侧(描述为低温流16)从源、例如较冷环境温度、低温相变材料或者冷凝线等接收较冷温度。该电路生成流经阻塞二极管21的直流电能，其中阻塞二极管21作为保护装置来设置以确保电流到能够使用示为“做功”的所提供电力的任何类型的电气装置的单一方向。另一个阻塞二极管21可在又闭合热电生成器10处的电路之前设置在热电冷却器22之后。
图14是供主动冷却LED照明部件以及采集该热能并且将其转换回电能中使用的示范DC电路的示意图。图14中，多个热电生成器10在一侧(描述为高温流17)从多个源、例如LED、器材箱上的太阳热量等接收废热，以及在其相对侧(描述为低温流16)从多个源、例如较冷环境温度、低温相变材料或者冷凝线等接收较冷温度。该电路生成流经阻塞二极管21的并联连接在一起的多个直流电能源，其中阻塞二极管21作为保护装置来设置以确保电流到能够使用示为“做功”的所提供电力的各种类型的电气装置的单一方向。另一个阻塞二极管21可在又闭合热电生成器10处的电路之前设置在热电冷却器22之后。
图15是供主动冷却LED照明部件以及采集该热能并且将其转换回电能中使用的示范DC电路的示意图。图15中，多个热电生成器10在一侧(描述为高温流17)从多个源、例如LED、器材箱上的太阳热量等接收废热，以及在其相对侧(描述为低温流16)从多个源、例如较冷环境温度、低温相变材料或者冷凝线等接收较冷温度。该电路生成流经阻塞二极管21的串联连接在一起的多个直流电能源，其中阻塞二极管21作为保护装置来设置以确保电流到能够使用示为“做功”的所提供电力的各种类型的电气装置的单一方向。另一个阻塞二极管21可在又闭合热电生成器10处的电路之前设置在热电冷却器22之后。
图16是供例如LED照明部件中使用的电磁和热能采集电力供应的示范实施例的示意图。图17是供LED照明部件中使用的图16的示范电力供应的截面A的示范实施例的示意图。图18是供LED照明部件中使用的图16的示范电力供应的截面B的示范实施例的示意图。图19是供LED照明部件中使用的图16的示范电力供应的截面C的示范实施例的示意图。
参照图16，示出供选择的装置(例如LED照明部件)中使用的电磁和热能采集电力供应的示范实施例的示意图。在示范实施例中，电力供应可用于向任何装置供电，只要装置的输入功率要求匹配所述电力供应的输出功率。在示范实施例中，环境电磁辐射可使用围绕不同尺寸和圈数的电传导轴(例如圆柱铁氧体磁芯46)的一系列漆包(或者绝缘)线线圈来采集以匹配多个频率，以便采集多个波长和频率的能量，其中能量则使用整流电路47中的阻塞二极管来转换成直流，并且用于填充设计用于与热电冷却器22和镍铬线圈加热元件37的输入匹配的输出电力的超级电容器阵列35。在示范实施例中，线圈可在没有传导轴的情况下实现。如果需要，则电磁采集可以是恒定的，而与是否操作选择的装置无关。镍铬线圈加热元件37与热电生成器10的热电装置衬底(热侧)9相接触。热电冷却器22与低温相变材料15相接触，如作为图16的垂直截面示意图的图17以及作为图16的水平截面示意图的图18和图19所示，从而将热电装置保持在所计算的恒定温度。现在参照图17、图18和图19，热电生成器10的热电装置衬底(冷侧)12与低温相变材料15相接触，热电生成器10的热电装置衬底(热侧)9与镍铬线圈加热元件27相接触，镍铬线圈加热元件37引起热电生成器10两侧之间的热差，这将热能转换为能够向所选择的装置供电的可计算电能。在电气装置处于操作中的时间期间，来自一个或多个组件的废热可路由到热电生成器10的热电装置衬底(热侧)9，以便向那些组件提供被动冷却并且采集热能。在电气装置没有处于工作中的时间期间，环境温度和低温相变材料15引起热电生成器10两侧之间的可计算热差，这将热能转换为能够向热电冷却器22供电以用于冷却低温相变材料15的可计算电能。低温相变材料15与热电生成器10的和热电冷却器22的低热电装置衬底(冷侧)12相接触。低温相变材料15的所有其它区域与例如低温相变团粒绝缘33绝缘，其中低温相变团粒绝缘33与聚丙烯箱壁34分离。整个电力供应则密封在选择的外部材料、例如玻璃纤维、塑料或金属中。
图20是在无需使用附加组件的情况下使用串中的前4个LED对AC信号进行整流的示范AC LED部件的示意图。在电气示意图的图20中，不同色温和颜色渲染指数的两个独立LED串38串联设置(正或负)，以便构成输入电压的电压。为了计算这个电压，将输入电压除以单独LED的预期正向电压。分数能够以使用直插(inline)电阻器28加入电阻来向下舍入以组成该分数，或者如果LED的数量足够大，则向上舍入以将附加LED加入LED串38。两个LED串38均开始于按照电气工业通常已知的模式作为整流电路47所设置的四个LED。这能够进行，只要没有超过LED制造商所指定的最大反向电流。在LED串38的输入的一个分支上，在整流电路47之前，加入常驻存储器开关芯片45，以便允许控制LED串38的哪一个是激活的。常驻存储器开关芯片45是由例如Texas Instruments制造的半导体开关，它“记住”开关的位置，除非用户快速两次开/关电源开关，在这种情况下，常驻存储器开关芯片45改变位置，并且“记住”它的新位置，直到再次快速两次开/关。这样，单个器材能够具有多个色温和颜色渲染指数。
图21是LED照明部件的一个示范实施例的示意图。参照被发明以取代流行但极低效的白炽灯泡的本发明的灯泡实施例的细部剖面的图21，其中由常驻存储器开关芯片45所控制的两个色温和两个颜色渲染指数在玻璃熔丝外壳44之后被添加到LED串38的一个分支，从而允许控制LED串38的哪一个是激活的。LED串38按照图20来电连线，以便接受A/C电流，而无需变压器或次级整流电路。借助于单独光学分离器-反射器2，将LED串38的单独LED保持为没有对其透镜折射率的负面变化并且防止因LED串38中对其发光的其它LED引起的负光伏效应，其中光学分离器-反射器2的一半附连到LED阴极6，而另一半连接到LED阳极5。LED串38阴极6和阳极5夹入陶瓷短程(geodesic)衬底和轴39超结构的孔中，从而接触陶瓷短程衬底和轴39背面上的铜箔电路层40。铜箔电路层40电附连到漆包连接线41，漆包连接线41采用连接线触点42电附连到灯泡螺丝帽43内部。在典型灯泡工业标准玻璃熔丝外壳44中增加熔丝保护。为了将灯泡气氛50环境温度保持为冷却，要求独立直流电路来运行热电冷却器22。这通过将围绕圆柱铁氧体磁芯42的漆包线(enameled)线圈绕漆包连接线37设置来实现，其中漆包线线圈将接收在电力接通时经过漆包连接线37的电力的一部分。围绕圆柱铁氧体磁芯46的漆包线线圈两端通过各分支上的直插电阻器45并且通过或围绕将电流从AC改变成DC的阻塞二极管46来连接到整流电路47AC连接器44。热电冷却器48连接到整流电路47的直流正引线20.1和直流负引线20.2，其中冷侧在加电时面向灯泡气氛50中，以及热侧在加电时嵌入陶瓷填充剂中。灯泡的上部外壳是三乙酸纤维素散射灯泡51，三乙酸纤维素散射灯泡51成形为匹配它取代的白炽灯泡，以及制作成两半，并且热焊接在一起，以便适合陶瓷短程衬底和轴39超结构周围，并且附连到标准灯泡螺丝帽43。
图22是供例如冷冻机室/箱中使用的LED照明部件的示范实施例的示意图。图22中，LED29使用电和热传导环氧树脂附连到一对光学分离器-反射器2。一个直接附连到LED阳极5，另一个附连到LED阴极6，光学分离器-反射器2连接到电力供应，LED阳极5连接到正引线20.1，以及LED阴极6连接到负引线20.2。将LED29所产生的废热传递到光学分离器-反射器2，从而防止或者基本上降低它们受通常需要次级外壳来减轻的冷凝的影响。
在本文所述的示范实施例中，以下参考标号具有所标识标记/结构/操作：
1)单独光学器件(透镜或反射器)
2)光学分离器-反射器
3)LED透镜
4)LED管芯
5)LED阳极(+)
6)LED阴极(-)
7)电路层
8)电和热传导环氧树脂
9)热电装置衬底(热侧)
10)热电生成器
11)LED电源连接器
12)热电装置衬底(冷侧)
13)热传导衬底
14)热传导垂直通路壁
15)低温相变材料储存器
16)低温流
17)高温流
18)绝缘屏障
19)外壳体
20)直流
20.1正引线
20.2负引线
21)阻塞二极管
22)热电冷却器
23)热传导链路
24)烧结热管
25)工作流体
26)A/C变压器
26.1初级引线
26.2次级引线
27)电阻器夹
28)直插电阻器
29)LED
30)热改性PCB
30.1电隔离热片
30.2实心铜通孔
31)螺丝
32)螺母
33)低温相变材料团粒绝缘
34)聚丙烯箱壁
35)超级电容器阵列
36)双金属条开关
37)镍铬线圈加热元件
38)LED串
39)陶瓷短程衬底和轴
40)铜箔电路层
41)漆包连接线
42)连接线触点
43)标准灯泡螺丝帽
44)玻璃熔丝外壳
45)常驻存储器开关芯片
46)围绕圆柱铁氧体磁芯的漆包线线圈
47)整流电路
48)A/C连接器
49)陶瓷填充剂
50)灯泡气氛
51)三乙酸纤维素散射灯泡
示例：
一种照明装置，包括：多个LED；多个光学装置，与多个LED对应；至少一个光学分离器，用于基本上防止从一个LED所发射的光线影响其它LED；热电装置，配置成采集LED所生成的热量，并且将所采集热量转换为电能；以及低温材料，用于产生跨热电装置的温差。
照明装置可包括基本上防止其它光线的折射率的变化的至少一个光学分离器。
照明装置可包括基本上防止对其它光线的光伏效应的至少一个光学分离器。
照明装置可包括作为相变材料的低温材料。
照明装置可生成用于帮助将低温材料保持在低温的电能。
照明装置生成的电能用于帮助向至少一个附加LED供电。
照明装置可通过DC电压供电。
DC电力可从需要光线的地点来采集，例如来自水管线或其它本地过程、无线电波、阳光等的废热能。
照明装置可提供有AC电压，以及多个LED可设置成使得大约50％处于第一极性而大约50％处于相反极性。
电源可设计成提供大约2.78V和大约80mA。
电力供应可以是与LED规范匹配的实际电力。
匹配电力供应可通过将输出增加+72.57lm/w(例如20lm/w、30lm/w、40lm/w、50lm/w、60lm/w、70lm/w、75lm/w、80lm/w、90lm/w等)使照明装置获益。
匹配电力供应可引起大约600％(例如50％、100％、200％、300％、400％、500％、700％、800％)的生命周期。
照明装置中的LED可使用导电胶安装在TEG衬底上：+/-0lm/w-生命周期损失0％(例如基本上没有生命周期损失)。
照明装置去除/降低环境热量的主动热设计引起+8lm/w(例如4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w、9lm/w、10lm/w、15lm/w等)的输出的增加和/或大约100％(例如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％)的生命周期增益。
照明装置去除焊接点热量的主动热设计引起大约+5lm/w(例如4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w、9lm/w、10lm/w、15lm/w等)的输出的增加和/或大约100％(例如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％)的生命周期增益。
采集热能可转换回光，这可引起大约+6lm/w(例如4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w、9lm/w、10lm/w、15lm/w等)的有效改进和/或大约0％的生命周期增益(例如基本上没有生命周期损失)。
照明装置可具有设计成降低来自透镜和反射器的光学损失的透镜，这可将透镜/反射器损失降低到-3％lm/w(例如1lm/w、2lm/w、3lm/w、4lm/w、5lm/w、6lm/w、7lm/w等)和/或大约0％的生命周期损失(例如，基本上没有生命周期损失)。
照明装置可具有从150lm/w升高到234.32lm/w(例如25％、30％、40％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、90％、100％等的改进)的功效。
照明装置可具有LED生命周期：从100000小时上升到800000小时(例如150000、200,000、250000、300000、350000、400000、450000、500000、550000、600000、650000、700000、750000、800000、850000、900000、1000000小时等)或者例如100％、200％、300％、400％、500％、600％、700％等的生命周期延长。
照明装置可具有比常规装置更少的组件，并且可具有较小制造成本。
照明装置可更易于制造，并且具有较小BOM；
照明装置可具有在任何器材壳体和环境中工作的热传递方法。
照明器材的户外版本可具有获益于采集来自太阳的热量、晚上的冷热能。
照明装置可具有改进到达目标工作表面的流明的百分比在单独LED级的光学设计。
照明装置可以能够采集更多热能，以便运行另一种类型的子系统，例如照相装置、信号、传感器等。
在本公开的示范实施例的描述中，为了简化本公开并且帮助理解各个所公开方面的一个或多个，各种特征有时集中在单个实施例、附图或者其描述中。然而，本公开的这种方法不应当被理解为反映了要求保护的本发明要求超过各权利要求中明确描述的特征的目的。如以下权利要求所反映的那样，发明的方面而是可在于少于以上公开的单个实施例的全部特征。
因此，详细描述之后的权利要求书明确地结合到本描述中，其中各权利要求本身代表本公开的独立实施例。
此外，虽然本文所述的一些实施例包括其它实施例中包含的一部分特征而没有包括其它特征，但是不同实施例的特征的组合意在落入本公开的范围之内，并且形成不同实施例，这是本领域的技术人员会理解的。
虽然本公开具体参照其示范实施例，但是在以下权利要求书的精神和范围之内能够实现变更和修改。
Claims (8)
1.一种照明装置，包括：
多个LED；
多个光学装置，与所述多个LED对应；
至少一个光学分离器，用于基本上防止从一个LED所发射的光线影响到其它LED；
热电装置，配置成采集由所述LED所生成的热量，并且将所采集热量转换为电能；以及
低温材料，用于产生跨所述热电装置的温差。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述至少一个光学分离器基本上防止其它光线的折射率的变化。
3.如以上权利要求中的任一项所述的照明装置，其中，所述至少一个光学分离器基本上防止对其它光线的光伏效应。
4.如以上权利要求中的任一项所述的照明装置，其中，所述低温材料是相变材料。
5.如以上权利要求中的任一项所述的照明装置，其中，所生成的电能用于帮助将所述低温材料保持在低温。
6.如以上权利要求中的任一项所述的照明装置，其中，所生成的电能用于帮助向至少一个附加LED供电。
7.如以上权利要求中的任一项所述的照明装置，其中，所述照明装置提供有DC电压。
8.如以上权利要求中的任一项所述的照明装置，其中，所述照明装置提供有AC电压，并且所述多个LED设置成大约50％处于第一极性而大约50％处于相反极性。
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