CN103827578A - 具有电路板底座的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种照明装置(1)。该照明装置包括光源(3)和配置用于控制所述光源的电路板(7)，以及电路板框架(10)，其中电路板框架包括槽(12)。此外，电路板的边缘(8)安装在槽中，使得电路板热接触电路板框架，由此能够使热从电路板传导至电路板框架。本发明有利之处在于提高了照明装置的热性能且降低了制造成本。

Description

具有电路板底座的照明装置
技术领域
本发明整体涉及具有用于控制照明装置的电路板的照明装置的领域。特别地，本发明涉及用于将这种电路板安装在照明装置中的装置。
背景技术
非炽热照明装置一般需要包括电路板的驱动电子器件，例如印刷电路板PCB，用于驱动和控制照明装置。例如，基于发光二极管LED的照明装置需要PCB用于驱动和控制LED。
在这种非炽热照明装置中，照明装置的基座通常包含金属。例如，基座可以是适用于配合且电接触灯具的金属螺丝(盖)，特别是在基于LED的照明装置中，基座可以包括用于冷却LED和驱动电子器件的金属散热器。有必要进行冷却，以维持充分低的工作温度，这会延长照明装置的使用寿命。照惯例，为了使PCB从照明装置的基座中的任何金属零件电绝缘，使用灌封来围起PCB。灌封还用于将PCB安装于照明装置的基座和将来自PCB的热传导至散热器。灌封可以包括环氧树脂或硅树脂。在不使用灌封的情况下，PCB变得绝热，并来自PCB的散热减少，因而降低照明装置的热性能，并限制最大输出功率。
美国2008／0232199示出具有金属螺丝基座的LED灯。用导热环氧树脂填充螺丝基座，以安装PCB，并将来自LED和安装于PCB上的镇流器电路的热量热传导至还形成散热器的金属螺丝基座。该装置的缺陷是导热环氧树脂较昂贵且由于基座需要用环氧树脂填充，所以材料成本较高。
发明内容
因此，需要提供克服或至少减轻至少某些以上所述缺陷的替代和／或新器件。本发明的目标是提供以上所述技术和现有领域的改进替代方案。更具体地，本发明的目标是提供与现有技术相比热性能提高和制造成本降低的照明装置。
本发明的这些和其他目标借助于具有相关权利要求中限定的特征的照明装置实现。本发明的优选实施例由从属权利要求中阐述的特征表征。
因此，根据本发明，提供一种照明装置。照明装置包括光源、配置为控制(供电或驱动)光源的电路板、以及包括槽的电路板框架。进一步，电路板的边缘安装在槽中，使得电路板热接触电路板框架，因而能够使热从电路板传导至电路板框架。优选地，随后热从电路板框架向前消散至环境，如，经由散热器(或散热部件)。
本发明基于下述洞察：利用灌封(如在现有领域中的技术)围起电路板降低可维修性，使回收利用更复杂，因为灌封材料粘附电路板。此外，在现有技术中，需要利用灌封材料填充基座，由此增加照明装置的重量和材料成本。
本发明基于的想法是：作为替代，利用电路板框架使电路板保持在照明装置中。电路板安装在电路板框架的槽中可提供来自电路板的热耗散，因为热可以从电路板通过电路板框架传导至例如照明装置的散热器或周围空气中。因为槽扣紧(或紧密地包围)电路板的边缘，在电路板和电路板框架之间的重叠(优选地在电路板的两个相对面)提供了增大的热接触面积，有利的是，照明装置的驱动电子器件的冷却得到改进，由此延长照明装置的使用寿命。因此，照明装置的热性能得到提高。可选地，在槽可以提供的夹紧之外，电路板可以借助于粘合或焊接而被紧固。
进一步，本发明有利的是，便于了照明装置的组装，因为电路板可以简单地滑入(插入)电路板框架的槽中。因此，还便于循环利用照明装置，因为通过将电路板拉出槽可容易使电路板与电路板框架分离。照明装置优选设计为允许沿着槽的方向插入和移除电路板，而不是通过迫使电路板边缘沿着法线方向进入槽，后者可能要求电路板有害地弯曲。进一步，根据本发明，需要更少材料将电路板固定到照明装置，这是有利的，因为降低了照明装置的重量和材料成本。此外，较小重量便于后勤处理照明装置产品。
根据本发明的实施例，电路板框架可以包括电绝缘材料(例如，塑料)，用于电绝缘电路板。可以沿着槽和／或电路板框架的涂层提供电绝缘材料。优选地，大多数或所有电路板框架可以由电绝缘材料制造而成。本实施例中有利的是，电路板与其周围部件电绝缘，例如金属散热器、金属螺丝基座、或由导电材料制造的照明装置的任何其他部件，因而降低人可够到照明装置的带电零件的风险。替代地，或作为补充，单独的绝缘构件可以提供在照明装置中，以使电路板与其周围部件电绝缘。
在本发明的实施例中，电路板框架可以至少部分地由热塑料制造，这是有利的，因为热塑料提供电绝缘和提高的热导率。在本发明中，术语“热塑料”是指具有增强塑料热导率的填料的塑料材料。因此，电路板可以电绝缘但不热绝缘于周围部件(包括在照明装置基座中的金属零件，例如散热器)，因而进一步提高照明装置的热性能，同时降低电力被传导至人可够到照明装置的零件的风险。
根据本发明的实施例，槽可以是直的，电路板可以轻微弯曲，因而提高电路板和电路板框架之间的物理接触并且进一步将电路板固定到电路板框架。一般地，在制造期间由于部件焊接的结果导致的翘曲，电路板自然地轻微弯曲。由于槽是直的，当电路板划入槽中时提供轻微的机械应力，这会使电路板摩擦地保持在电路板框架中。有利地，槽充分窄，以至于只有当电路板被迫进入轻微变平形状中时才接收电路板。更大和／或更紧的物理接触面积进而提高在电路板和电路板框架之间的热接触。替代地，直PCB可以与轻微弯曲的槽组合起来，以获得类似结果。
根据本发明的实施例，电路板框架可以进一步包括槽在其中延伸的肋。槽可以由肋的一个或多个内表面限定。在本发明中，术语“肋”是指细长的优选伸出地构件。肋可以从支撑构件伸出，所述支撑构件可以是照明装置的基座或适用于支撑照明装置中的肋的环形元件。槽可以沿肋的纵向延伸。进一步，肋可以是独立式的或可以与相切于肋的直或弯曲表面成一体。肋可以沿着包围电路板的壳体的内侧或沿着散热器的内侧延伸。本发明中有利的是，可以降低材料消耗和成本，特别是如果肋是独立式的且围起电路板不需要额外材料。进一步，凭借有关厚度等的设计自由度，肋可以为电路板提供刚性支撑、提高电路板边缘的扣紧、以及增加电路板和电路板框架之间的重叠，即热接触面积。
在本发明的实施例中，电路板框架可以进一步包括围起(或包围)电路板的电绝缘壳体，因而保护电路板并且使电路板与周围部件(例如散热器)电绝缘。进一步，壳体增加电路板框架的散热面积，因为热可以从槽壁／区域传导至壳体。电绝缘壳体例如是基本上管状的，并围起包围电路板。槽可以提供在壳体的内壁，例如沿管状壳体的纵向延伸。壳体可以由热塑料制造，由此提高来自电路板框架的散热。在实施例中，肋可以与围起电路板的壳体成一体，由此增加电路板框架和电路板之间的热接触面积。
根据本发明的实施例，电路板框架可以进一步包括电绝缘箔，例如聚酰亚胺薄膜，其中箔和肋共同围起(或包围)电路板。例如，箔和肋一起都是基本上管状的，肋可以沿着管状的纵向延伸。本发明有利的是，提高对电路板的保护和电绝缘。进一步，由于箔可以由比由热塑料材料制造地肋(和电绝缘壳体)更便宜的材料制造，所以可以降低材料成本。
替代地，如果电路板的电学部件和散热器的内壁之间的距离足够长以降低电学部件和散热器(或基座中的任何其他金属零件)之间出现电火花的风险，那么不需要任何壳体或箔围起电路板。
在本发明的实施例中，照明装置可以进一步包括基座，其中电路板框架与基座的外部成一体。本实施例中有利的是，增加了电路板框架的散热面积，特别是如果基座是由热塑料制造的。进一步，由于电路板框架与照明装置的基座成一体，减少了照明装置中的部件数量，因而便于制造和回收利用。将理解的是，照明装置的基座可以是布置为支撑照明装置和其驱动电子器件，并且将照明装置支撑在灯具中的零件。
根据本发明的实施例，照明装置可以进一步包括布置为热接触电路板框架的散热器(优选地由金属制造)，有利的是，热可以从电路板通过电路板框架传导离开至散热器，由此进一步提高对电路板的冷却。
在本发明的实施例中，槽可以至少1mm深，优选地至少2mm深，更优选地至少4mm深。更深的槽提供更大的重叠，因而增加在电路板和电路板框架之间的接触区域的尺寸和导热性。进一步，槽可以不深于，而是基本上对应(或比其略浅)，电路板的电学部件和电路板的边缘之间的最短距离。重叠可以优选地尽可能大，同时不阻碍照明装置的其他部件。
在本发明的实施例中，电路板的自加热部件可以布置在接近电路板边缘的位置，由此降低那些部件和电路板框架之间的距离，这提高了部件的冷却性能。进一步，通过提高导电材料(例如Ag或Cu)覆盖的电路板区域的百分比，以及朝着安装在电路板框架中的边缘延伸(或定位)该覆盖区域，进一步提高对电路板的冷却。
根据本发明的实施例，电路板框架可以包括额外的槽，电路板的另一边缘可以安装在该额外槽中，从而电路板还热接触在额外槽中的电路板框架。为了接收基本直的电路板，可以定位槽，以使槽彼此面对。本实施例中有利的是，扩大了电路板和电路板框架之间的热接触面积，增强了电路板到电路板框架的扣紧。优选地，电路板框架的两个槽可以相对地布置，从而电路板的两个相对边缘可以安装在(或滑进)电路板框架的槽中。
根据本发明的实施例，肋可以模压到散热器的内侧。然后，肋可以在制造过程中固化在散热器的内侧，这提高肋和散热器之间的热接触。因此，金属散热器在注塑成型过程期间起到模具的作用。而且，可以利用塑料材料二次模压(overmould)(优选地，热电)照明装置的外部，如金属散热器，以提高照明装置的电气安全。二次模压的塑料件可以是如1mm厚，并覆盖至少一部分金属散热器。有利地，电路板框架可以用与二次模压相同的加工步骤模压。
当研究下列详细说明书、附图和相关权利要求时，将理解本发明的更多目标、特征和优点。本领域的技术人员认识到，本发明的不同特征可以组合起来，以产生不同于下列说明书和权利要求中描述的实施例。
附图说明
参考示出本发明的实施例的相关附图将更详细地描述本发明的这些方面和其他方面。
图1A示出根据本发明的实施例的照明装置；
图1B示出图1A中所示的照明装置的分解图；
图2A示出根据本发明的实施例的电路板框架；
图2B是沿着图2A中的线A-A截取的电路板框架的肋的截面图，其中电路板被插入到肋中；
图3A是根据本发明的另一实施例的电路板框架；
图3B是图3A中所示的电路板框架的俯视图；
图4A示出根据本发明的另一实施例的电路板框架；
图4B是图4A中所示的电路板框架的俯视图；
图5是根据本发明的实施例的照明装置的基座的截面图。
所有附图都是示意性的，不一定按比例绘制，且一般只示出必要的零件以阐明说明本发明，其中可以省略其他零件，或仅仅是建议使用其他零件。
具体实施方式
现在将参考图1A和图1B来描述根据本发明的实施例的照明装置。
图1A和图1B示出包括基座2和布置在基座处的光源3(例如LED)的照明装置1。光源3可以覆盖有可选地包括透镜或散射光学器件的保护屏6。替代地，光源3可以围起在球形封壳中(未示出)。基座2包括用于冷却光源3和其驱动电学器件的金属散热器4和适用于连接到灯具的部分5。照明装置1进一步包括用于控制和驱动光源3的印刷电路板PCB7。PCB7安装在电路板框架10，或PCB框架10中，所述框架将PCB7固定于照明装置1的基座2。PCB7的至少一个边缘8，但是优选地PCB7的两个相对边缘8都由PCB框架10保持。优选地，PCB框架10实体地接触散热器4，布置为包围(或围起)PCB7和PCB框架10，由此便于其之间的热传导。照明装置1进一步包括布置在基座2的所述部分5处的连接器9，以电连接照明装置至灯具。
参考图2A和图2B，将更详细地描述根据本发明的实施例的PCB框架10。
图2A示出PCB框架10，为了简洁起见，未插入PCB7。PCB框架10包括至少一个，但是优选地两个，设置有槽12的肋11，其中槽12沿着肋11的纵向延伸。槽12布置为彼此相对，使得PCB7的两个相对边缘可以滑进槽12中。槽12是直的，槽的宽度适用于略宽于PCB7的厚度。由于部件焊接，PCB7还轻微弯曲(或翘曲)。图2B示出沿着图2A中的线A-A截取的肋11的截面图，但是槽12中插入了PCB。随着轻微弯曲的PCB7插入直槽12中，机械应力将PCB边缘8的部分21压抵肋11中的槽12的内侧的部分，如图2B中所示。所述机械应力将PCB7摩擦地固定于槽12，并提供PCB7和肋11之间的物理接触，便于两者之间的热传导。在PCB边缘8的不直接物理接触肋11的那些部分之间的较小空气隙足够小，仍使PCB7和肋11之间能够有一些热接触。
PCB框架10延伸以形成基座2的下部5的一部分或连接到基座2的下部5。换句话说，肋11伸出基座2的部分5。优选地，肋11沿照明装置的纵向伸出基座2的部分5，即，沿基本平行于照明装置的光轴的方向。因此，PCB7可以滑进槽12(朝着基座2的部分5)，用沿着平行于槽12的纵向方向的滑动。由于PCB框架10形成基座2的部分5的一部分，PCB框架10的散热面积扩大，因为热不是仅仅从肋11传导至散热器4，而且传导至基座2的部分5，后者进而将热散到环境空气。
PCB框架10部分或(至少几乎)全部由电绝缘材料制造成，用于将PCB7从散热器4电绝缘。例如，PCB框架10可以由陶瓷制作而成，但是优选地由塑料制造成，其中塑料相对于陶瓷更便宜。塑料可以是如热塑性塑料，例如聚碳酸酯(PC)，一般用于模塑成型。常见热塑料通常具有大约0.2／m-K的热导率，其有利之处在于相对便宜。替代地(或结合常见热塑性塑料)，PCB框架10可以部分地或(至少几乎)全部由热塑料制造而成。热塑料的填料可以是如陶瓷填料或纤维形式颗粒的石墨填料。热塑料的热导率可以是大约1到15W／m-K。具有陶瓷填料的热塑料通常具有从1到8W／m-K范围的热导率，具有石墨填料的热塑料具有高达15W／m-K的热导率。该热塑料比诸如PC的常见热塑性塑料更贵，但是提供更好的热传导性，这增强了PCB7和散热器4之间的热路径。然而，热导率在0.4到1.0W／m-K范围的材料同样适用于本发明。
槽12可以优选地至少1mm深，更优选地至少2mm或4mm深。
利用传统的LED灯具，实验已经示出，在利用具有0.5W／m-K热导率的灌封材料填充散热器之后，PCB和散热器之间的平均温度差是8℃。在无灌封材料(且无PCB框架)的实验中，平均温度差是20℃。
在无灌封的实验中，但是应用具有由大约2W／m-K热导率和2mm深槽的热塑料制造成的肋的PCB框架，PCB和散热器之间的平均温度差是14℃。对于由具有0.2W／m-K热导率的聚碳酸酯塑料制造成的PCB框架，发现平均温度差是17℃。因此，与灌封技术相比较，根据本发明的实施例的PCB框架提供有竞争力的散热。
参考图3A和图3B，将描述根据本发明的另一实施例的PCB框架30。图3B示出图3A中所示的PCB框架30的俯视图。
PCB框架30包括从形成照明装置的基座的一部分的所述部分35伸出的肋31，特别地，部分35形成基座的外部。优选地，肋31和部分35模压在相同件中，和／或在相同材料中，从而提高从肋到部分35的热传导。槽32在肋31中延伸，槽32适用于接收PCB的边缘(为了简洁起见未示出)。PCB框架30进一步包括电绝缘箔33，其中箔33和肋31适用于共同围起PCB。肋31沿着基本上管状箔33的纵向延伸，由此便于PCB插入PCB框架30。槽32布置为彼此相对，从而PCB的两个相对边缘可以滑进槽32。箔可以由紧固在肋31中的两个矩形箔部分形成。箔33降低PCB和散热器之间打火的风险，可以例如是卡
Figure BPA0000186283400000091
箔。
参考图4A和图4B，将描述根据本发明的另一实施例的PCB框架40。图4B是图4A中所示的PCB框架40的俯视图。
PCB框架40包括适用于围起PCB的电绝缘壳体43(为了简洁起见未示出)。肋41沿着基本管状壳体43的纵向在壳体43内侧延伸。在肋41中，槽42布置为接收PCB。槽42布置为在壳体43中彼此相对，从而PCB的两个相对边缘可以滑进槽42。如图4A和图4B中所示，肋41可以与壳体43成一体。替代地，槽42可以布置为直接提供在可能缺乏任何肋的壳体43中的凹陷42。壳体43降低了在PCB和散热器之间打火的风险，并且可以由塑料制造而成，例如热塑料或任何其他电绝缘材料。壳体43还扩大了PCB框架40的散热面积，因为热可以从槽42传导至壳体43，随后传导至散热器，如果散热器设置在壳体43周围。
参考图5，将描述本发明的另一实施例。图5是照明装置的基座50的截面图。在本实施例中，PCB框架包括肋51，槽52在肋51中延伸，附接和优选地模压(或粘合)至照明装置的散热器58的内侧。进一步，二次模压件56附接，优选地模压，至散热器58的外部。二次模压件56可以是大约1mm厚。二次模压件56的一部分可以延伸到(或伸进)基座50的螺丝基座57(或下部)中。PCB7可以插入基座50，如通过使PCB的边缘8滑进槽52。当照明装置工作时，热可以从PCB传导至肋51，然后进一步传导至散热器58。通过模压或粘合实现的肋51与散热器58内侧的紧密配合提高了两者之间的热传导。
尽管已经描述具体实施例，但是本领域的技术人员将理解，各种改进和改变在相关权利要求中限定的保护范围内。例如，参考图2A和图2B描述的槽尺寸和PCB框架的位置与方位也适用于参考图3A、图3B、图4A、图4B和图5描述的实施例。进一步，将理解的是，本发明不仅适用于基于LED的照明装置，而且适用于包括具有需要冷却以驱动／控制照明装置的部件的PCB或电路板的照明装置。

Claims (14)

1.一种照明装置，包括：
光源(3)；
配置为控制所述光源的电路板(7)；以及
包括槽(12)的电路板框架(10)，
其中，所述电路板的边缘(8)安装在所述槽中，使得所述电路板与所述电路板框架热接触。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述电路板框架包括用于电绝缘所述电路板的电绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述电路板框架至少部分由热塑料制造而成。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述槽是直的，所述电路板是轻微弯曲的。
5.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述电路板框架进一步包括肋(11)，所述槽在所述肋中延伸。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述电路板框架进一步包括包围所述电路板的电绝缘壳体(43)。
7.根据权利要求5和6所述的照明装置，其中，所述肋与所述壳体成一体。
8.根据权利要求5所述的照明装置，其中，所述电路板框架进一步包括电绝缘箔(33)，其中，所述箔和肋一起包围所述电路板。
9.根据权利要求1所述的照明装置，进一步包括基座(2)，其中，所述电路板框架与所述基座的外部成一体。
10.根据权利要求1所述的照明装置，进一步包括被布置为与所述电路板框架热接触的散热器(4)。
11.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述槽至少1mm深，优选地至少2mm深，甚至更优选地至少4mm深。
12.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述电路板的自加热部件布置在接近所述电路板的所述边缘处。
13.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述电路板框架包括额外的槽(12)，所述电路板的另一边缘(8)安装在所述额外的槽(12)中，使得所述电路板还与所述额外槽中的所述电路板框架热接触。
14.根据权利要求5和10所述的照明装置，其中，所述肋被附接，以及优选地被模压到所述散热器的内侧。
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