CN107407476B - 照明单元 - Google Patents

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Abstract

LED照明单元，该LED照明单元可以包括具有正面和反面的柔性电路基板。所述正面可以包括多个用于LED的安装点且所述反面可以包括热传导材料。多个LED可以安装在多个安装点并可以与热传导材料进行热传递。散热器可以连接于基板的反面并可以具有中空截头圆锥形几何形状。散热器可以包括顶圆周、底圆周、顶开口、底开口以及延伸到散热器的内部的至少一个散热片。

Description

照明单元
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年02月17日申请的美国正式申请序列号14/623,879的权益，其内容通过引用的方式结合于此。
技术领域
本发明总体涉及LED照明，并且特别地涉及用于管理发光二极管(LED)的散热的照明单元。
背景技术
LED是半导体光源。LED在宽种类的照明应用中被使用的越来越多，且部分地由于其效率、可靠性以及使用寿命而越来越受欢迎。
高顶棚金卤灯应用可以包括设计用于高天花板建筑或“高棚”(例如仓库、制造车间等，其天花板可以例如是30-40英尺高)的光结构，高棚设施典型地在天花板或其附近安装照明设备。因此，高功率LED(例如耗散超过1瓦特的LED)可以用于这种设备以提供足够的照明。
但是，高功率LED产生相当大量的热，这必须被管理以防止过早故障并提高效率。因此期望提供解决这些问题的灯设备。
发明内容
LED照明单元可以包括具有正面和反面的柔性电路基板。正面可以包括多个用于LED的安装点且反面可以包括热传导材料。多个LED可以安装在多个安装点并可以与热传导材料进行热传递。散热器可以连接到基板的反面并可以具有中空截头圆锥形几何形状。散热器可以包括顶圆周、底圆周、顶开口、底开口以及延伸到散热器的内部的至少一个散热片。
具体说明
图1是示例LED照明单元的平面视图；
图2A、图2B和图2C是可以与图1的LED照明单元使用的散热器的侧视图、俯视图和仰视图；
图3是显示图1中示出的LED照明单元和图2A、图2B和图2C示出的散热器的组合的立体视图；
图4是显示另外特征的图3中示出的组合的立体视图；
图5是用于图2示出的散热器的可替换几何形状的立体视图；
图6是用于图2示出的散热器的另一可替换几何形状的立体视图；
图7是用于图2示出的散热器的又一可替换几何形状的立体视图。
具体实施方式
一个或多个LED模块与LED驱动器(也称为电子控制装置或ECG)的组合可以称为LED灯引擎(LLE)。LLE可以包括集成驱动器，或者可以包括与分开的驱动器一起的一个或多个LED模块。LLE可以集成到灯具或灯器材，或可以是可更换元件。灯具或灯器材可以包括辅助光学元件，例如透镜、遮光罩、柔光罩、滤镜以及反光镜或用于修改来自LLE的光输出的机械元件。用于直接更换常规灯(例如白炽灯)的LED照明元件可以称为LED灯。LED灯可以不需要辅助光学或机械元件来修改LED灯光输出。
包含一个或多个LED的被提供作为光源的单元可以称为LED模块。术语LED模块不包括LED驱动器。LED驱动器或ECG可以位于电源与一个或多个LED模块之间，以给一个或多个LED模块提供合适的电压或电流。LED驱动器可以包括一个或多个分开的组件，并可以包括另外的功能，例如调暗、功率因子校正或无线电干扰抑制。
LLE、LED灯以及LED模块可以总体称为LED照明单元。
图1示出了包括电路基板110和LED 120的示例LED照明单元(LED lighting unit)100。基板110包括设置在突出部(tab)140上的LED驱动器130以及上边缘150和下边缘160。
基板110可以是柔性的并可以具有适合卷绕、套在或以其他方式包围散热器200(图2)的形状和尺寸。基板110可以包括在上表面170上的安装点120’。安装点120’可以提供用于LED 120的电连接和/或热界面。例如，每个安装点120’可以提供电连接，例如用于LED120的焊接点，该LED 120与一个或多个电导线(未示出)或其他合适的设置在表面170上或基板110内的导电元件进行电通信。每个安装点120’可以在LED 120与设置在基板110的反面(未示出)上或基板110内的导热层(未示出)之间提供热界面，例如聚合物或其他合适的绝缘或电介质层，其阻止电传导但是允许或促进LED 120与导热层之间的温度传导。导热层可以是柔性的且可以包括铝层或其他合适的导热材料层。基板110可以包括市面上可得的电路基板，例如
Figure BDA0001381942290000031
注意在一些实施方式中，电路基板110可以基本非柔性的。
LED 120可以包括典型地用于照明应用的高功率LED(即LED的每一个耗散(dissipating)超过1瓦特)。LED 120可以布置在基板110的表面上并可以通过一个或多个串行和/或并行电路(未示出)中的安装点120’与LED驱动器130互连。在一些实施方式中，LED 120可以以配置成优化散热、光传递并且/或者与基板110的导热层和/或散热器200(图2A、图2B、图2C)的热传导的方式布置，本文对此进一步描述。
LED驱动器130可以包括用于控制和/或供电于LED 120的电路，并且可以包括至少一个集成电路和/或电源。LED驱动器130可以包括一个或多个电源连接线、功率变换器、LED驱动器电路、调光器、远程控制传感器或者用于供电于和/或控制LED的其他LED驱动器电路。注意在一些实施方式中，LED驱动器130可以与基板110分开或不包括在照明单元100中。在这样的情况中，LED照明单元100可以认为是LED模块。
图2A示出了具有中空截头圆锥形几何形状的散热器200。散热器200具有顶直径210、顶开口215、底直径220、底开口225以及高度230。散热器200还包括槽240。注意在一些实施方式中，槽240可以省略。顶直径210大于底直径220，以及相应地顶开口215大于底开口225。散热器200可以部分或全部由铝或另一种合适的散热材料制成并可以是铸造成型、通过板材形成、部分铸造成型和部分通过板材形成或者使用另一种合适的工艺构造的。
图2B是通过顶开口215示出散热片260、内表面270、外表面280以及内部290的加热器200的俯视图。图2C是通过底开口225示出这些部件的散热器200的俯视图。散热片260可以与散热器200一体成型，或者可以与散热器200分开形成并连接到散热器200上。散热片260从内表面270延伸到内部290，并可以延伸不同的距离到内部290(如图所示)。在用于设置或连接突出部140的一些实施方式中，散热片260中的一个可以设置为邻近槽240，这将进一步描述。
图3是安装在散热器200上的LED照明元件100的立体视图。照明元件100可以使用压合胶粘剂(PSA)、导热膏、紧固件、热熔、超声波焊接盒/或其他合适的元件或技术(未示出)安装在散热器200上。突出部140示出插入到槽240中，以使得突出部140和LED驱动器130延伸到散热器200的内部290。突出部140示出为连接于散热片260中的一个。突出部140和LED驱动器130的这种设置可以提供LED驱动器130的改进的散热。在一些实施方式中，突出部140可以不用连接到散热片而延伸到内部290。在一些实施方式中，突出部140和/或槽240可以省略。
在工作期间，LED 120可以产生热，所产生的热可以通过安装点120和/或基板110传导至散热器200。而来自LED 120的热可以传导到散热片260。散热器200的内部290中的空气由于从LED 120传递的热而温度升高。随着内部290内的空气温度升高，所述空气可以膨胀、上升并通过散热器200的顶开口215排出。这可以通过散热器200的几何形状通过抽吸效应(chimney effect)和/或其他促成或辅助，并可以取决于散热器200的几何形状、LED 120产生的热、环境条件和/或其他考虑因素。
例如，散热器200的中空截头圆锥形几何形状允许由于内部290中的加热膨胀的空气更容易通过顶开口215排出。此外，内部290中的加热空气的浮力可以使其上升从而从顶开口215排出。此外，散热器200中的加热空气与散热器200外部的空气之间的气压差使得外部空气被吸入底开口225、穿过散热器200后从顶开口215排出。
这种效应或效应组合可以使得较冷的空气进入底开口225，且加热空气从顶开口215排出而较冷空气进入底开口225的这种对流可以促进通过散热器200和散热片260从LED120到外部空气的热传递。这可以具有在不需要例如风扇的有源散热元件的情况下提供增强的冷却的优点。但是在一些实施方式中，可以设置风扇(未示出)以产生或增强通过散热器200的气流。
图4是安装在如图3所示的散热器200的LED照明元件100的立体视图，并示出了附加特征。在图4中，LED照明元件100包括开口400，且散热器200包括突起410。突起410在图4中显示为肋条，但是这种突起如需要可以包括其他几何形状，且开口400的尺寸和形状相应地可以为适合突起400。突起410可以具有通过增加接触散热器200外部空气的散热器200的表面面积来增加散热的优点。
图5、图6和图7示出了分别具有顶开口510、顶开口610、顶开口710以及底开口520、底开口530和底开口540的散热器500、散热器600和散热器700。散热器500、散热器600和散热器700是可以用作散热器200(图2A、图2B)的中空截头圆锥形几何形状的可替换方式的散热器几何形状。散热器500示出了非截头锥体，散热器600示出了圆筒，以及散热器700示出了例如四角棱柱体，且注意可以使用其他几何形状，例如矩形或非四角的多角棱柱体或截头锥体(未示出)。开口510大于开口520，而开口610的大小与开口620相同以及开口710的大小与开口720相同。与LED照明单元100(图1)类似的LED照明单元的尺寸和LED布局(未示出)可以用于散热器500、散热器600和散热器700中的每一个。相应地，这种LED照明单元可以安装于散热器500、散热器600和散热器700，以形成与参考图3示出并描述的散热器200和LED照明单元100的组合类似的组合(未示出)。
虽然以上以特定的组合描述了特征和元件，但是本领域技术人员可以理解每个特征或元件可以单独使用或与其他特征或元件以任何组合的方式使用。

Claims (13)

1.一种照明单元，该照明单元包括：
柔性电路基板，该柔性电路基板具有正面、反面和突出部，所述正面包括用于发光二极管(LEDs)的多个安装点，所述反面包括导热材料；
多个LED，该多个LED安装到所述多个安装点并且与所述导热材料进行热传递；
散热器，该散热器具有中空截头圆锥形几何形状，并且包括顶圆周、底圆周、顶开口、底开口、延伸到所述散热器的内部的至少一个散热片以及连接于所述反面的外表面，其中所述底圆周比所述顶圆周短；
LED驱动器，该LED驱动器设置在所述突出部上；
其中所述散热器包括槽，并且其中所述突出部插入到所述槽中，以使得所述LED驱动器设置在所述散热器的内部的内侧。
2.根据权利要求1所述的照明单元，其中，所述突出部连接于至少一个散热片。
3.根据权利要求1所述的照明单元，其中，所述柔性电路基板具有开口，所述散热器的外表面包括贯穿所述柔性电路基板上的所述开口延伸的突起。
4.一种照明单元，该照明单元包括：
电路基板，该电路基板具有正面、反面和突出部，所述正面包括用于发光二极管(LEDs)的多个安装点；以及
散热器，该散热器具有中空几何形状，该散热器包括伸入到所述散热器的内部的至少一个散热片和结合到所述电路基板的所述反面的外表面；
其中所述散热器的底圆周比所述散热器的顶圆周短；
控制器，该控制器设置在所述突出部上；
其中所述散热器包括槽，并且其中所述突出部插入到所述槽中，以使得所述控制器设置在所述散热器的内部的内侧。
5.根据权利要求4所述的照明单元，其中，所述电路基板的所述反面包括导热材料。
6.根据权利要求5所述的照明单元，其中，所述安装点中的每一个包括在至少一个LED与所述导热材料之间的热界面。
7.根据权利要求4所述的照明单元，其中，该照明单元还包括设置在所述散热器的外表面与所述电路基板的反面之间的导热膏或导热胶。
8.根据权利要求4所述的照明单元，其中，所述散热器具有截头圆锥形几何形状。
9.根据权利要求4所述的照明单元，其中，所述散热器具有截头锥体几何形状、圆筒几何形状或者棱柱体几何形状。
10.根据权利要求4所述的照明单元，其中，所述电路基板包括至少一个开口，并且所述散热器包括突出穿过所述至少一个开口的至少一个突起。
11.一种用于照明单元散热的方法，该方法包括：
提供柔性电路基板，该柔性电路基板具有正面、反面和突出部，所述正面包括用于发光二极管(LEDs)的多个安装点，所述反面包括导热材料；
将多个LED安装到所述多个安装点，并且使所述多个LED与所述导热材料能够进行热传递；
将散热器连接到所述柔性电路基板的所述反面，所述散热器具有中空截头圆锥形几何形状，并且包括顶圆周、底圆周、顶开口、底开口以及延伸到所述散热器的内部的至少一个散热片，其中所述底圆周比所述顶圆周短；
LED驱动器，该LED驱动器设置在所述突出部上；
其中所述散热器包括槽，并且其中所述突出部插入到所述槽中，以使得所述LED驱动器设置在所述散热器的内部的内侧。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，该方法还包括将所述突出部附着到至少一个散热片上。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述柔性电路基板具有开口，所述散热器的外表面包括贯穿所述柔性电路基板上的所述开口延伸的突起。
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