CN106090838A - 高功率led散热系统及其控制方法 - Google Patents

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肖承地
廖海龙
何虎
陈卓
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Abstract

本发明公开了一种高功率LED散热系统及其控制方法，以实现高功率LED器件智能散热。本发明公开的高功率LED散热系统，包括：热管散热器，所述热管散热器的翅片上固定有PWM风扇，所述热管散热器的热沉上固定有用于探测高功率LED器件基底温度的热电偶，所述热电偶与所述PWM风扇之间连接有微控制器，所述微控制器的一输出端还与所述高功率LED器件的电源开关连接；以及所述微控制器，用于根据所述热电偶所探测到的温度切换所述PWM风扇的至少两种工作模式，并在所述高功率LED器件温度失控条件下，向所述高功率LED器件的电源开关输出关闭指令。

Description

高功率LED散热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及高功率LED(Light Emitting Diode,发光二极管)技术领域，尤其涉及一种高功率LED散热系统及其控制方法。
背景技术
LED作为新型照明光源与传统照明光源相比，具有寿命长、能耗低、安全、绿色环保、色彩丰富、微型化等显著优点。随着LED产品价格下跌和全球“禁白”计划的实施，LED在照明领域正加速迈向普及化。但随着尺寸的减小以及功率的大幅提高，导致高功率LED芯片结温急剧上升，降低LED的使用寿命和稳定性，并产生色飘，加速老化等一系列问题。研究表明，当温度超过一定值时，器件的失效率将呈指数规律攀升，温度每升高1℃，发光强度减少约1％，波长变化0.2-0.3nm。因此，高功率LED的散热问题成为大功率LED照明发展的重要技术瓶颈之一。
但是这种散热方式不能调节散热能力，没有意外保护功能，不够智能。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明目的在于提供一种高功率LED散热系统及其控制方法，以实现高功率LED器件智能散热。
为实现上述目的，本发明公开的高功率LED散热系统，包括：
热管散热器，所述热管散热器的翅片上固定有PWM风扇，所述热管散热器的热沉上固定有用于探测高功率LED器件基底温度的热电偶，所述热电偶与所述PWM风扇之间连接有微控制器，所述微控制器的一输出端还与所述高功率LED器件的电源开关连接；以及
所述微控制器，用于根据所述热电偶所探测到的温度切换所述PWM(Pulse WidthModulation,脉冲宽度调制)风扇的至少两种工作模式，并在所述高功率LED器件温度失控条件下，向所述高功率LED器件的电源开关输出关闭指令。
为实现上述目的，本发明还公开一种高功率LED散热系统的控制方法，包括：
微控制器经固定在热管散热器热沉上的热电偶探测高功率LED器件的基底温度；
所述微控制器根据所述热电偶所探测到的温度切换PWM风扇的至少两种工作模式，并在所述高功率LED器件温度失控条件下，向所述高功率LED器件的电源开关输出关闭指令。
本发明具有以下有益效果：
适用于大功率LED自动散热系统，散热智能且高效，极大提高了大功率LED照明灯具的可靠性和稳定性。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明优选实施例公开的高功率LED散热系统的微控制器的结构框图。
图2是本发明优选实施例公开的高功率LED散热系统的控制方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本实施例公开一种高功率LED散热系统，包括热管散热器和微控制器。热管散热器是本领域技术人员熟知的器件(故未具体图示)，通常包括热沉、热管和翅片。本实施例中，热管可具体采用U型热管，其冷凝端与翅片连接，其蒸发端嵌入热沉中(可与热沉的热盘平齐)。其中，可选的，热沉与产生热源的高功率LED器件之间经导热绝缘胶粘连有热盘(热盘，又称为集热盘、集热罩、聚热盖等)。本实施例中，各接触面可采用硅胶或其他导热性能良好的材料粘接，下述不再赘述。
进一步的，本实施例的热管散热器的翅片上固定有PWM风扇，且该热管散热器的热沉上固定有用于探测高功率LED器件基底温度的热电偶(具体可采用K型热电偶传感器)，该热电偶与该PWM风扇之间连接有微控制器，且该微控制器的一输出端还与高功率LED器件的电源开关连接；以便于该微控制器根据热电偶所探测到的温度切换PWM风扇的工作模式，并在高功率LED器件温度失控条件下，向高功率LED器件的电源开关输出关闭指令。较佳的，本实施例中可采用PWM双风扇，分别安装在翅片的两侧，一个以吹风散热方式工作，一个以抽风散热方式工作。
可选的，本实施例中，PWM风扇的工作模式至少为两种，具体的工作模式包括但不限于风扇档位的模式切换，和/或温控模式的切换，例如：温控模式一基于环境温度与热电偶的温度差进行控制，温控模式二基于设定温度与热电偶的温度差进行控制。
本实施例中，如图1所示，具体微控制器的结构可以采用以下框架：
单片机10，其经A/D转换器20与热电偶30连接，并连接用于驱动PWM风扇的驱动器40；且还包括：分别与单片机连接的矩阵键盘50和显示屏60，以及还设有一环境温度传感器70与单片机连接，以及一与高功率LED器件的电源开关连接的继电器80。藉此，则上述切换信息可通过矩阵键盘设置和获取，并通过显示屏显示相关的切换信息。其中矩阵键盘主要用于采集录入及修改用户所设置的具体参数，例如，PWM风扇的启动、暂停及关闭条件等，以及配套档位的温控条件及切换条件等，可选的，相应条件在出厂前也可以设置相应的默认值，以自动模式供用户选择；而显示屏则用于输出直观的界面供用户操作。与之配套的，该单片机在初始化前还需要烧录相应的中控程序。具体的，上述微控制器的配件选型可以采用MCS-52单片机、1602LCD显示屏、MAX6675A/D转换器、L298N PWM风扇驱动器、DS18B20环境温度传感器、以及4x4的矩阵键盘(按键)组成。
实施例2
与上述实施例1相对应的，本实施例公开一种高功率LED散热系统的控制方法，如图2所示，包括：
步骤S1、微控制器经固定在热管散热器热沉上的热电偶探测高功率LED器件的基底温度。
步骤S2、微控制器根据热电偶所探测到的温度切换PWM风扇的至少两种工作模式，并在高功率LED器件温度失控条件下，向高功率LED器件的电源开关输出关闭指令。所谓温度失控，是指PWM风扇最大功率运转条件下，高功率LED器件的基底温度达到或超过了相应的安全用电的温度最大值。
本实施例中，上述工作模式可以由厂家设定相应的默认值，以自动模式显示供用户选择，也可以由用户人为设定及修改，相关信息包括但不限于：PWM风扇的启动、暂停及关闭条件等，以及配套档位的温控条件及切换条件等。例如，当微控制器部署有环境温度传感器时，温控模式可以基于环境温度与热电偶的温度差进行控制，也可以基于设定温度与热电偶的温度差进行控制。
综上，基于本发明的技术方案，大功率LED器件工作时的热流量传递至紧密接触的热盘和热管的蒸发端；一方面，热流量分别经热沉(通常不规则分布，以增大散热面积)导出到环境中；一方面，经热管内相变填充材料的相变过程，将热量传导至热管的冷凝端与翅片(可选铝合金材质)，最终由翅片将传输过来的热量传给环境。与此同时，当热电偶将探测到的高功率LED器件基底温度信号输送给微控制器后，微控制器可以根据设定的散热模式进行切换；例如，微控制器在确定检测温度已高出高功率LED器件设定的工作温度或超过环境温度一定值时，确定启动PWM风扇工作，并进一步确定启动运转的工作时间及档位等，并在高功率LED器件的基底温度达到或超过了相应的安全用电的温度最大值，关闭PWM风扇并切断高功率LED器件的电源，从而形成安全的热量快速导出、制冷、散热的综合系统，以实现高功率LED器件智能散热。
此外，本发明上述所公开的高功率LED散热系统及其控制方法，软硬件都可以灵活设置，比如风扇及热管的数量及温控的范围等等，适配于各种功率及型号的高功率LED器件，兼容性强，可以预见商业上的巨大成功。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高功率LED散热系统，其特征在于，包括：
热管散热器，所述热管散热器的翅片上固定有PWM风扇，所述热管散热器的热沉上固定有用于探测高功率LED器件基底温度的热电偶，所述热电偶与所述PWM风扇之间连接有微控制器，所述微控制器的一输出端还与所述高功率LED器件的电源开关连接；以及
所述微控制器，用于根据所述热电偶所探测到的温度切换所述PWM风扇的至少两种工作模式，并在所述高功率LED器件温度失控条件下，向所述高功率LED器件的电源开关输出关闭指令。
2.根据权利要求1所述的高功率LED散热系统，其特征在于，所述热管散热器还包括：
U型热管，其冷凝端与所述翅片连接，其蒸发端嵌入所述热沉中；所述热沉与所述高功率LED器件之间经导热绝缘胶粘连有热盘。
3.根据权利要求1所述的高功率LED散热系统，其特征在于，所述微控制器包括：
单片机，其经A/D转换器与所述热电偶连接，并连接用于驱动所述PWM风扇的驱动器。
4.根据权利要求3所述的高功率LED散热系统，其特征在于，所述微控制器还包括：
分别与所述单片机连接的矩阵键盘和显示屏。
5.根据权利要求3或4所述的高功率LED散热系统，其特征在于，还设有一环境温度传感器与所述单片机连接。
6.一种高功率LED散热系统的控制方法，其特征在于，包括：
微控制器经固定在热管散热器热沉上的热电偶探测高功率LED器件的基底温度；
所述微控制器根据所述热电偶所探测到的温度切换PWM风扇的至少两种工作模式，并在所述高功率LED器件温度失控条件下，向所述高功率LED器件的电源开关输出关闭指令。
7.根据权利要求6所述的散热系统的控制方法，其特征在于，所述工作模式包括风扇档位的模式切换，和/或温控模式的切换，其中，温控模式一基于环境温度与热电偶的温度差进行控制，温控模式二基于设定温度与热电偶的温度差进行控制。
8.根据权利要求6或7所述的散热系统的控制方法，其特征在于，所述微控制器包括：
单片机，其经A/D转换器与所述热电偶连接，并连接用于驱动所述PWM风扇的驱动器；
分别与所述单片机连接的矩阵键盘和显示屏；以及
还设有一环境温度传感器与所述单片机连接；
所述热管散热器还包括：
U型热管，其冷凝端与翅片连接，其蒸发端嵌入热沉中；所述热沉与所述高功率LED器件之间经导热绝缘胶粘连有热盘；
其中，切换信息通过矩阵键盘设置和获取，并通过显示屏显示相关的切换信息。
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