CN105351899A - 一种采用半导体制冷片及相变材料的led散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，包括LED器件、导热基板、散热翅片，还包括半导体制冷片、相变材料和散热风扇，所述LED器件封装于导热基板表面，所述半导体制冷片被夹紧设置于导热基板和散热翅片之间，所述散热翅片内设置有若干个空腔，空腔内填充有相变材料，所述散热风扇安装于散热翅片上方。本发明的采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置及方法，通过结合利用半导体制冷片强大的制冷能力及相变材料具有极大的相变潜热这两种优点，并引入闭环反馈控制，实现对LED器件进行高效的散热及可靠的热控。
Description
技术领域：
本发明涉及一种LED散热装置，特别是涉及了一种采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置。
背景技术：
LED是以半导体技术制成的固态照明光源，与传统的照明光源相比，具有高光效、长寿命、绿色和节能等明显的优点，正符合了资源节约型和环境友好型社会的需求，其大规模的推广应用将带来巨大的经济效益和社会效益。
然而，随着LED技术的不断发展，尤其是在大功率LED广泛应用的今天，LED已从以前的mW级上升至W级甚至100W级。由于LED工作时接近75％的能量会转化为热量，其产生的热量已成为严重影响LED性能及寿命的最主要因素之一，因此能否对LED器件进行有效散热及热控已经成为影响LED大规模运用的关键问题。
针对小功率的LED，通常将LED模组直接安装于型材散热器上，依靠环境中的空气进行自然对流散热。但是随着LED应用范围的增大，逐步应用于广场、体育场、会展和工矿等场合，工作功率不断提高，对其发光光品亦有更高的要求，因此对其散热性能提出更高的要求。
发明内容：
本发明针对LED光源应用中面临的散热问题，提出了一种采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，通过结合利用半导体制冷片强大的制冷能力及相变材料具有极大的相变潜热这两种优点，并引入闭环反馈控制电路，实现对LED器件进行高效的散热及可靠的热控。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，包括LED器件、导热基板、散热翅片，还包括半导体制冷片、相变材料和散热风扇，所述LED器件封装于导热基板表面，所述半导体制冷片被夹紧设置于导热基板和散热翅片之间，所述散热翅片内设置有若干个空腔，空腔内填充有相变材料，所述散热风扇安装于散热翅片上方。
进一步地，所述半导体制冷片的冷端紧贴于导热基板，热端紧贴于散热翅片，半导体制冷片与导热基板之间涂有导热硅胶，半导体制冷片与散热翅片之间涂有导热介质，所述导热介质包括导热硅胶或石墨，起到强化导入、减少热阻的目的。
进一步地，所述半导体制冷片与导热基板和散热翅片的连接方式为螺钉夹紧固定、树脂胶黏结或焊接。
进一步地，所述导热基板的材料为铜或铝。
进一步地，所述相变材料为具有一个熔点的单一相变材料或具有多个熔点的多种相变材料，熔点范围为30～90℃，且相变材料的熔点与半导体制冷片热端温度相匹配，半导体制冷片热端温度在变化过程中，所述不同熔点的多种相变材料可依次吸热相变。
进一步地，所述半导体制冷片连接有用于感应所述导热基板中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过PID控制并根据所感应的温度来调节半导体制冷片的工作电流，确保采用最合适的工作电流使LED器件工作温度不超过上限值，即通过所感应的导热基板温度自动调整半导体制冷片制冷效果来控制LED器件工作温度。
进一步地，所述散热风扇连接所述用于感应所述导热基板中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过温控开关控制，当感应到导热基板中心温度超过上限值时，开启散热风扇，增加装置的散热能力，当导热基板中心温度又减低到上限值以下时，关闭散热风扇，既增加了装置的散热能力，又能在温度合适时自动关闭，节能、环保。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)由于半导体制冷片结构简单、体积紧凑，无移动部件，使得整个散热装置体积不大，结构紧凑。制冷片冷端温度可控，可以准确控制LED的工作温度，保证LED工作时的温度始终不高于设定值，
(2)由于在散热翅片中填充具有超强储热能力的相变材料，提高了整个散热翅片的蓄热能力，再结合散热风扇的运用，不仅可以保证LED的正常工作，延长散热时间，而且有效地减少了散热器的体积。
附图说明：
图1为本发明实施例的示意原理图。
图2为本发明实施例的闭环控制电路原理示意图。
图中所示为：1-LED器件；2-导热基板；3-半导体制冷片；4-相变材料；5-散热翅片；6-散热风扇。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1和图2所示，一种采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，包括LED器件1、导热基板2、散热翅片5、半导体制冷片3、相变材料4和散热风扇6，所述LED器件1封装于导热基板2表面，所述导热基板2的材料为铜或铝，所述半导体制冷片3被夹紧设置于导热基板2和散热翅片5之间，所述散热翅片5内设置有若干个空腔，空腔内填充有相变材料4，所述散热风扇6安装于散热翅片5上方。
具体来说，所述半导体制冷片3的冷端紧贴于导热基板2，热端紧贴于散热翅片5，半导体制冷片3与导热基板2之间涂有导热硅胶，半导体制冷片3与散热翅片5之间涂有导热介质，所述导热介质包括导热硅胶或石墨，起到强化导入、减少热阻的目的。
所述半导体制冷片3与导热基板2和散热翅片5的连接方式为螺钉夹紧固定、树脂胶黏结或焊接。
所述相变材料4为具有一个熔点的单一相变材料或具有多个熔点的多种相变材料，熔点范围为30～90℃，且相变材料的熔点与半导体制冷片3热端温度相匹配，半导体制冷片3热端温度在变化过程中，所述不同熔点的多种相变材料可依次吸热相变。
所述半导体制冷片3连接有用于感应所述导热基板2中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过PID控制并根据所感应的温度来调节半导体制冷片3的工作电流，确保采用最合适的工作电流使LED器件1工作温度不超过上限值，即通过所感应的导热基板温度自动调整半导体制冷片3制冷效果来控制LED器件1工作温度。
所述散热风扇6连接所述用于感应所述导热基板2中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过PID控制，当感应到导热基板2中心温度超过上限值时，开启散热风扇6，增加装置的散热能力，当导热基板2中心温度又减低到上限值以下时，关闭散热风扇6，既增加了装置的散热能力，又能在温度合适时自动关闭，节能、环保。
本发明的工作原理及过程如下：
本发明利用半导体制冷片3对LED器件1进行冷却及热控；在散热翅片5内成形若干个空腔，选择一种或多种熔点基本匹配半导体制冷片3热端的工作温度的相变材料4，并将该一种或多种相变材料4填充进空腔后对空腔进行密封，该一种或多种相变材料4中吸收和储存半导体制冷片3工作时热端产生的一部分热量，在半导体制冷片3停止工作后耗散该一种或多种相变材料4吸收的热量；对流传导半导体制冷片3工作时热端产生的另一部分热量。在散热翅片5上面安装散热风扇6，当仅依靠散热翅片6的自然对流传热不能实现对LED器件1的热控目的时，利用散热风扇6进行强迫对流传热。如图2所示，所述半导体制冷片3连接到用于感应所述导热基板2中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过PID控制并根据所感应的温度来调节半导体制冷片的工作电流，确保采用最合适的工作电流使LED器件工作温度不超过上限值。所述散热风扇6连接到用于感应所述导热基板2中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过温控开关控制，当感应到导热基板2中心温度超过上限值时，开启散热风扇6，增加装置的对流传热，当导热基板2中心温度又减低到上限值以下时，关闭散热风扇6。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，包括LED器件(1)、导热基板(2)、散热翅片(5)，其特征在于：还包括半导体制冷片(3)、相变材料(4)和散热风扇(6)，所述LED器件(1)封装于导热基板(2)表面，所述半导体制冷片(3)被夹紧设置于导热基板(2)和散热翅片(5)之间，所述散热翅片(5)内设置有若干个空腔，空腔内填充有相变材料(4)，所述散热风扇(6)安装于散热翅片(5)上方。
2.根据权利要求1所述的采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，其特征在于：所述半导体制冷片(3)的冷端紧贴于导热基板(2)，热端紧贴于散热翅片(5)，半导体制冷片(3)与导热基板(2)之间涂有导热硅胶，半导体制冷片(3)与散热翅片(5)之间涂有导热介质，所述导热介质包括导热硅胶或石墨。
3.根据权利要求1所述的采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，其特征在于：所述半导体制冷片(3)与导热基板(2)和散热翅片(5)的连接方式为螺钉夹紧固定、树脂胶黏结或焊接。
4.根据权利要求1所述的采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，其特征在于：所述导热基板(2)的材料为铜或铝。
5.根据权利要求1所述的采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，其特征在于：所述相变材料(4)为具有一个熔点的单一相变材料或具有多个熔点的多种相变材料，熔点范围为(30)～(90)℃，且相变材料的熔点与半导体制冷片(3)热端温度相匹配。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，其特征在于：所述半导体制冷片(3)连接有用于感应所述导热基板(2)中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过PID控制并根据所感应的温度来调节半导体制冷片(3)的工作电流，确保采用最合适的工作电流使LED器件(1)工作温度不超过上限值。
7.根据权利要求6所述的采用半导体制冷片及相变材料的LED散热装置，其特征在于：所述散热风扇(6)连接所述用于感应所述导热基板(2)中心温度的闭环控制电路，该闭环温控电路通过温控开关控制，当感应到导热基板(2)中心温度超过上限值时，开启散热风扇(6)，增加装置的散热能力，当导热基板(2)中心温度又减低到上限值以下时，关闭散热风扇(6)。
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