CN109860382A - 一种用于功率型led散热的集成式离子风热沉 - Google Patents

一种用于功率型led散热的集成式离子风热沉 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种于功率型LED散热的集成式离子风热沉，包括：金属热沉，金属热沉包括金属基座和若干按一定间距平行设置于金属基座上的金属翅片；绝缘热沉，绝缘热沉包括绝缘基座和若干按一定间距平行设置于绝缘基座上的绝缘翅片；若干线电极，绝缘热沉中，每相邻两个绝缘翅片之间均设有一根线电极，若干线电极之间并联连接；多层压电陶瓷变压器模块；其中，金属热沉的一端与绝缘热沉的一端连接，使得金属翅片与绝缘翅片一一对应于同一条直线上，多层压电陶瓷变压器模块的输入端与电源连接，接地端与金属翅片连接，输出端与并联的线电极连接，本发明结构简单、占用空间小、功耗低、工作可靠。

Description

一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉
技术领域
本发明涉及电子器件强化散热技术领域，尤其涉及一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉。
背景技术
随着电子集成技术的快速发展，电力电子器件不断小型化和集成化，对散热装置的性能提出更高的要求。LED由于其自身的发光特性，在工作时产生的高温会使发光主波长发生偏移，从而导致光效下降、使用寿命缩短。
现有的LED散热方式存在着各种缺陷：自然对流式装置所占空间较大，散热效率低；风冷式散热装置工作可靠性差，风扇需要消耗额外功耗；热电制冷式散热方案的成本过高，亦需较高的额外功耗；热管式散热系统容易自然失效，使用寿命短。
因此，亟需寻求一种结构紧凑、功耗低、工作可靠的用于大功率LED强化散热的装置。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其结构简单、占用空间小、功耗低、工作可靠。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，包括：
金属热沉，所述金属热沉包括金属基座和若干按一定间距平行设置于所述金属基座上的金属翅片；
绝缘热沉，所述绝缘热沉包括绝缘基座和若干按一定间距平行设置于所述绝缘基座上的绝缘翅片；
若干线电极，所述绝缘热沉中，每相邻两个绝缘翅片之间均设有一根所述线电极，所述线电极垂直于所述绝缘基座，若干所述线电极之间并联连接；
多层压电陶瓷变压器模块，包括若干压电陶瓷变压器；
其中，所述金属热沉的一端与所述绝缘热沉的一端连接，使得所述金属翅片与所述绝缘翅片一一对应于同一条直线上，所述多层压电陶瓷变压器模块的输入端与电源连接，接地端与所述金属翅片连接，输出端与并联的线电极连接。
优选地，所述线电极的表面涂覆有石墨烯涂层。
优选地，所述金属翅片的表面涂覆有MnO2催化剂涂层。
优选地，所述线电极位于相邻两个绝缘翅片之间的中间位置。
优选地，所述线电极与所述金属热沉之间的最短间距G为1mm。
优选地，所述多层压电陶瓷变压器模块的输入端与8～11V的直流电压连接。
优选地，所述金属基座和金属翅片由铝合金材料制成，所述绝缘基座和绝缘翅片由绝缘电积木制成，所述线电极由不锈钢制成。
优选地，所述线电极的直径为0.25～0.8mm，所述金属热沉和所述绝缘热沉的长度均为L， L为52.5mm，所述金属热沉的宽度W1为20mm，所述绝缘热沉的宽度W2为6mm，所述金属翅片和所述绝缘翅片的厚度t为1.2mm，相邻两个金属翅片之间的间隙d为1.5mm。
本发明的有益效果：
1)本发明中通过金属热沉和线电极形成离子风发生器，当施加于线电极和接地极之间的直流高电压足够高时，离子风发生器内部产生电晕放电现象，以线电极为中心向外辐射离子风，安装于金属基座上的大功率LED芯片工作时产生的热量大部分以热传导的方式传递至金属翅片处，产生的离子风进入金属翅片间隙内，形成强制对流换热，进而完成对LED芯片的强化散热。由于产生离子风的电晕电流为毫安级，电压为几千伏，因此，系统功耗低，通常不超过1W，并且本发明结构较为简单，尺寸相比于自然对流方式减小了28％左右。
2)本发明中的线电极表面涂覆石墨烯涂层可以降低起晕电压、提高离子风速度。金属热沉模块翅片内表面涂覆MnO2催化剂涂层，可以降低电晕放电过程中产生的O3浓度。
3)本发明的离子风发生器的供电电源由多层压电陶瓷变压器构成，相比于传统电晕放电供电电源，结构更为简单，尺寸更小，安装布置更为灵活。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉的结构示意图。
图2为根据本发明实施例的离子风发生器模块的结构示意图。
图3为根据本发明实施例的金属热沉、绝缘热沉、线电极的安装位置及尺寸示意图。
图4为根据本发明实施例的绝缘翅片和绝缘基座的尺寸示意图。
图5为根据本发明实施例的离子风发生器电源连接示意图。
附图标记：
10-金属热沉；11-金属基座；12-金属翅片；20-绝缘热沉；21-绝缘基座；22-绝缘翅片； 30-线电极；40-大功率LED芯片；50-多层压电陶瓷变压器模块。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉。
请参阅图1至图3，根据本发明实施例的一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，包括金属热沉10、绝缘热沉20、若干线电极30和多层压电陶瓷变压器模块50。
如图1和图2所示，所述金属热沉10包括金属基座11和若干按一定间距平行设置于所述金属基座11上的金属翅片12，金属基座11和金属翅片12有铝合金材料制成，所述绝缘热沉20包括绝缘基座21和若干按一定间距平行设置于所述绝缘基座21上的绝缘翅片22，绝缘基座21和绝缘翅片22由绝缘电积木制成，所述金属热沉10的一端与所述绝缘热沉20 的一端采用绝缘粘合剂连接牢靠，使得所述金属翅片12与所述绝缘翅片22一一对应于同一条直线上，且各对应面保证平整对齐。
如图1和图2所示，绝缘热沉20中每相邻两个绝缘翅片22之间均设有一根所述线电极 30，所述线电极30垂直于所述绝缘基座21，并且位于相邻两个绝缘翅片22之间的中间位置，绝缘基座21上开有小孔，用以安装线电极30，若干所述线电极30之间并联连接，线电极30 由不锈钢制成。
如图1和图5所示多层压电陶瓷变压器模块50包括若干压电陶瓷变压器，多层压电陶瓷变压器模块50的输入端与电源连接，接地端与所述金属翅片12连接，输出端与并联的线电极30连接，线电极30与金属热沉10形成了离子风发生器，发射极为线电极30，金属热沉10模块作为接地极。
将本发明实施例的一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉应用于汽车前照灯上，如图3所示，汽车前照灯的两个大功率LED芯片40对称安装于金属基座11的下表面，接触面涂以热阻系数较小的导热胶，以保证大功率LED芯片40产生的大部分热量都以热传导的方式传递给金属热沉10。
进一步地，根据本发明的一个实施例，线电极30的表面涂覆有石墨烯涂层，金属翅片 12的表面涂覆有MnO2催化剂涂层，石墨烯可以降低离子风发生器的起晕电压、提高离子风速度，从而强化金属热沉10翅片间隙内的对流换热作用，提高LED芯片的强化散热效率，MnO2催化剂涂层可以进一步降低电晕放电过程中产生的O3浓度。
进一步地，根据本发明的一个实施例，所述线电极30的直径为0.25～0.8mm，为了使得 LED芯片的温度降到最低，同时本发明的尺寸达到最小，经过优化设计计算，如图3和图4 所示，线电极30与所述金属热沉10之间的最短间距即有效放电间距G为1mm，所述金属热沉10和所述绝缘热沉20的长度均为L，L为52.5mm，所述金属热沉10的宽度W1为20mm，所述绝缘热沉20的宽度W2为6mm，所述金属翅片12和所述绝缘翅片22的厚度t为1.2mm，相邻两个金属翅片12之间的间隙d为1.5mm，金属翅片12和绝缘翅片22的高度H1分6mm，金属基座11和绝缘基座21的厚度H2为2mm。
进一步地，根据本发明的一个实施例，多层压电陶瓷变压器模块50输入端接入8～11V 的直流电压，如需更高的输出电压，可通过多个压电陶瓷变压器的组合使用来实现。相比于传统电晕放电供电电源，结构更为简单，尺寸更小，安装布置更为灵活。如图4所示，多层压电陶瓷变压器模块50与线电极30之间的分压电阻R1的阻值为100kΩ，多层压电陶瓷变压器模块50与金属翅片12之间的分压电阻R2的阻值为1kΩ。
根据本发明的实施例的一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉的工作原理：
当施加于线电极30和接地极之间的直流高电压足够高时，离子风发生器内部产生电晕放电现象，以线电极30为中心向外辐射离子风，离子风主流动方向如图2中箭头方向所示，安装于金属基座11上的大功率LED芯片40工作时产生的热量大部分以热传导的方式传递至金属翅片12处，产生的离子风进入金属翅片12间隙内，形成强制对流换热，进而完成对大功率LED芯片40的强化散热。由于产生离子风的电晕电流为毫安级，电压为几千伏，所以，系统功耗低，通常不超过1W。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，包括：
金属热沉(10)，所述金属热沉(10)包括金属基座(11)和若干按一定间距平行设置于所述金属基座(11)上的金属翅片(12)；
绝缘热沉(20)，所述绝缘热沉(20)包括绝缘基座(21)和若干按一定间距平行设置于所述绝缘基座(21)上的绝缘翅片(22)；
若干线电极(30)，所述绝缘热沉(20)中，每相邻两个绝缘翅片(22)之间均设有一根所述线电极(30)，所述线电极(30)垂直于所述绝缘基座(21)，若干所述线电极(30)之间并联连接；
多层压电陶瓷变压器模块(50)，包括若干压电陶瓷变压器；
其中，所述金属热沉(10)的一端与所述绝缘热沉(20)的一端连接，使得所述金属翅片(12)与所述绝缘翅片(22)一一对应于同一条直线上，所述多层压电陶瓷变压器模块(50)的输入端与电源连接，接地端与所述金属翅片(12)连接，输出端与并联的线电极(30)连接。
2.根据权利要求1所述的用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，所述线电极(30)的表面涂覆有石墨烯涂层。
3.根据权利要求1所述的用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，所述金属翅片(12)的表面涂覆有MnO2催化剂涂层。
4.根据权利要求1所述的用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，所述线电极(30)位于相邻两个绝缘翅片(22)之间的中间位置。
5.根据权利要求4所述的用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，所述线电极(30)与所述金属热沉(10)之间的最短间距G为1mm。
6.根据权利要求1所述的用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，所述多层压电陶瓷变压器模块(50)的输入端与8～11V的直流电压连接。
7.根据权利要求1所述的用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，所述金属基座(11)和金属翅片(12)由铝合金材料制成，所述绝缘基座(21)和绝缘翅片(22)由绝缘电积木制成，所述线电极(30)由不锈钢制成。
8.根据权利要求1所述的用于功率型LED散热的集成式离子风热沉，其特征在于，所述线电极(30)的直径为0.25～0.8mm，所述金属热沉(10)和所述绝缘热沉(20)的长度均为L，L为52.5mm，所述金属热沉(10)的宽度W1为20mm，所述绝缘热沉(20)的宽度W2为6mm，所述金属翅片(12)和所述绝缘翅片(22)的厚度t为1.2mm，相邻两个金属翅片(12)之间的间隙d为1.5mm。
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