CN110793006A - 散热装置及大功率电光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散热装置及大功率电光源，散热装置包括主体散热器及散热风扇，主体散热器包括散热主体及散热机构，散热主体具有安装面和连接面，散热机构包括多个安装于连接面的散热片，多个散热片大致沿左右方向延伸且间隔设置并共同形成沿左右方向延伸的散热通道，散热机构开设有第一避让空间，其中，连接面上具有垂直于散热片延伸方向的中心线，主体散热器以中心线为分界的左右两部分在自然状态下散热能力相同，第一避让空间设于中心线右侧；散热风扇安装于第一避让空间并用于在散热通道内产生从左向右流动的气流。本散热装置不仅提高了整体散热性能，同时也减小了散热风扇左右两侧的温差，使得散热通道内的整体温度分布更加均衡。

Description

散热装置及大功率电光源

技术领域

本发明属于照明灯具技术领域，尤其涉及一种散热装置及大功率电光源。

背景技术

大功率LED电光源通常用于替换传统HID光源(高压气体放电光源)，可以直接安装在传统Hight Bay类灯具(传统高棚灯、工矿灯等顶棚安装的传统灯具的统称)内使用，应用便捷。大功率电光源由于尺寸限制不能设计的很大，进而制约了电光源的散热能力。为了提高散热性能，通常会使用散热风扇，并且由于在传统Hight Bay类灯具内使用的电光源，其发光方式通常设计成水平向下发光，此时若按照常规的风扇散热方案来设计散热，通常会在向下发光的LED模组上开设垂直向下延伸的散热通道，且散热风扇设置在散热通道之上。这种风扇散热方案可以更好的把热空气排走，进而尽快的把热量排走。但若这样设计，散热通道需要占用较大安装空间，导致向下发光的LED模组上的灯板面积减少，进而使LED灯珠排布更加紧密，提高了LED灯珠的温升。因此电光源功率难以做得很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种散热装置及大功率电光源，旨在解决现有电光源功率无法大幅度提升的技术问题。

本发明的一个目的在于提供一种散热装置，用于供电光源散热，包括：

主体散热器，包括散热主体以及散热机构，所述散热主体具有安装面和连接面，所述安装面用于安装所述电光源，所述散热机构包括多个安装于所述连接面的散热片，多个所述散热片大致沿左右方向延伸且间隔设置并共同形成沿左右方向延伸的散热通道，所述散热机构开设有第一避让空间，其中，所述连接面上具有垂直于所述散热片延伸方向的中心线，所述主体散热器以所述中心线为分界的左右两部分在自然状态下散热能力相同，所述第一避让空间设于所述中心线右侧；

散热风扇，至少设有一个，其安装于所述第一避让空间并用于在所述散热通道内产生从左向右流动的气流。

本发明相对于现有技术的技术效果：

(1)本发明的散热装置通过将散热风扇设于第一避让空间并使得左右延伸的散热通道内产生由左向右流动的气流，使得散热通道不占用安装面的安装空间，当电光源为灯珠发光时，本散热装置便于在安装面上布置更多的灯珠，而不至于由于灯珠之间排列过于紧密而造成热量集中。将散热风扇设置在左右延伸的散热通道内的设计减小了散热通道的上下高度，节省了安装空间。

(2)散热通道左右方向延伸，散热风扇使得散热通道内各区域的气流方向均为从左向右流动，减少了各散热片之间及个散热风扇之间的散热干扰；

(3)散热风扇设置于中心线右侧，提高了右侧的散热能力，使得主体散热器整体散热更加均匀，进一步降低整个系统的最高温度。

(4)由于散热装置的整体散热能力增强，电光源可用的安装面面积增大，使得本散热装置能够供更大功率的电光源使用，且同一电光源能够在更大的功率下进行工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是电光源安装在传统Hight Bay类灯具内的工作状态剖视图，其中，散热风扇未画出；

图2是电光源的主视图；

图3是当散热风扇安装于中心线时的主体散热器俯视图；

图4是本发明实施例提供的散热装置的立体结构图；

图5是本发明实施例提供的散热装置的剖视图；

图6是本发明实施例提供的散热装置的局部剖视图；

图7是本发明实施例提供的散热风扇与备用风扇的电路图；

图8是本发明实施例提供的大功率电光源的立体结构图；

图9是本发明实施例提供的大功率电光源的一个视角下的爆炸图；

图10是本发明实施例提供的大功率电光源的另一个视角下的爆炸图；

图11是本发明实施例提供的大功率电光源的局部爆炸图；

图12是本发明实施例提供的大功率电光源的剖视图；

附图标记说明

10、900、散热装置；101、定位孔；102、连接槽；11、911主体散热器； 111、散热主体；112、散热机构；1121、902、散热通道；1122、第一避让空间； 1123、第二避让空间；12、散热风扇；13、备用风扇；14、防护网；15、第一温度控制开关；16、第二温度控制开关；17、保险丝；20、发光器件；201、限位件；21、底部发光模组；211、底部灯板；212、灯珠；22、底部灯罩；221、透镜结构；222、凸台；30、电光源壳体；301、容置腔；302、进风孔；303、出风孔；31、底座部；32、头部；321、加强肋条；41、93、驱动电源；42、电源散热器；43、灌封胶；44、导线；50、固定板；501、绕线柱；502、固定槽； 503、通孔；51、定位柱；52、接线板；60、背部发光模组；61、背部灯板；62、背部灯罩；63、反光杯结构；70、控制插座；80、传统Hight Bay类灯具；9、电光源；901、中心线

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。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1，电光源9安装在传统Hight Bay类灯具80内工作，电光源9用于替换传统光源，比如大功率的高压钠灯、金卤灯等。由于传统Hight Bay类灯具80尺寸固定，导致电光源9的尺寸不能设计的很大。我们以其中一款开口直径约

的半开式的传统HightBay类灯具80来做设计分析和试验。

如图2，适用上述灯具的电光源9的尺寸大致可以设计成用于给电光源9提供散热的散热装置900尺寸大约可以设计成

近似这个尺寸的电光源9的功率约为150W-200W，我们拟定改进后新方案电光源功率为350W。

由于散热装置900尺寸为如果我们选择中国台湾建准型号为MF50152VX-1000C-A99的大风量风扇(规格：尺寸50*50*15mm，电压12Vdc，电流110mA，功率1.32W，转速7200RPM，风量18.6CFM)作为本方案的散热风扇12，那么一排最多可以设置4个散热风扇12。所以我们以4个散热风扇 12做为本方案的设计基础。

如图4至图6，散热装置10包括主体散热器911，主体散热器911包括散热主体111和散热机构112，散热主体111具有安装面和连接面，安装面用于安装所述电光源的热源面，也就是用于安装LED灯珠的灯板，散热机构112包括多个安装于连接面的散热片。

(1)为了获得更大的散热面积和布置更多的LED灯珠，将散热风扇12设置成水平吹风，并限定风向为向右吹风，从而更好的体现风向和散热风扇12 安装位置的关系。

(2)为了节省散热机构112在电光源9中的安装体积，将散热风扇12设置在散热片之间的避让空间之中，而不是设置在散热片的顶部；这样设计还可以一定程度上加高散热片的高度，提高散热性能。

(3)为了避免散热风扇12吹出的空气相互干扰，将散热片设计成大致沿左右方向延伸的结构，从而形成多个沿左右方向延伸的散热通道1121，散热风扇12设计在散热通道902内。

基于(1)(2)(3)的设计，我们通常会按常规经验把4个散热风扇12 设计在主体散热器911中间位置，也就是，设计在如图3所示的中心线901上。中心线901是在连接面上虚拟的参考线，我们假定中心线901垂直于散热片延伸方向，且中心线左右两侧的主体散热器911在自然状态下散热能力相同。也就是说若主体散热器911是左右对称结构的话，那么中心线901是直线；若主体散热器911不是左右对称结构的话，那么中心线901可能是曲线。自然状态是指主体散热器911周围的环境温度、空气流动方向等外部散热条件都相同。

基于以上方案条件，在电光源9功率为350W，灯珠排布均匀，主体散热器材质为普通铝合金(ADC12)等常规条件下，通过实验，我们发现将4个散热风扇12设计在中心线901上时，中心线901右侧的主体散热器111温度会比左侧的主体散热器111温度要高。这个结论和主观推测的结果不一致，按通常的理解是：由于散热风扇12向右吹风，中心线901右侧的风速更快，可以更快的将热量带走，中心线901右侧的散热性能会更好，从而使中心线901右侧的主体散热器111温度更低。很明显，试验结论证明了这种常规理解是错误的。

通过散热模拟，我们发现其散热过程是：散热风扇12出风方向为向右吹风，各散热通道902的空气温度会从左往右逐步升高，尽管由于散热风扇12右侧的空气流速更快，但于散热风扇12右侧的主体散热器911温度仍然是高于散热风扇12左侧的主体散热器911温度。这也间接说明了在本方案的散热过程，空气和主体散热器911表面的温度差对散热性能的影响要大于空气流速对散热性能的影响。

基于以上试验和分析，如图2，当散热风扇12设置在中心线901上，右侧主体散热器911温度会高于左侧主体散器热911温度，因此，我们可以将散热风扇12安装在中心线901右侧，如图4，左侧主体散热器11温度会适当提高，右侧主体散热器11温度会适当下降，从而使主体散热器11各区域温度更加均匀，且主体散热器11最高温度可以获得进一步的降低。也就是说散热风扇12 设置在中心线901右侧的第一避让空间1122，可以获得更好的散热性能。

以上的实施例的验证，4个散热风扇12同时工作时，可以为350W的电光源提供散热保证，但是当某一个或多个散热风扇12出现故障时，会导致LED 灯珠的温度升高，进而影响电光源的使用寿命。所以我们在散热风扇12左侧的主体散热器11上设有第二避让空间1123，并且在第二避让空间1123内设置有备用风扇13，当散热风扇12停止工作时，备用风扇13可以接替散热风扇12 工作。本实施例备用风扇13的数量为4个，分别和4个散热风扇12设置在对应散热通道内。

如图4，在散热风扇12左侧的进风通道或在备用风扇13右侧的出风通道，都有可能飞进昆虫或叶片等杂物，从而可能影响散热风扇12或备用风扇13的正常工作。所以在散热通道1121上还有设有防护网14，防护网14可以设置在进风通道或出风通道，也可以在进风通道和出风通道都设置有防护网14。

如图4和图7，4个散热风扇12之间可以并联连接从同一个供电端获得供电，本实施例的供电端提供12V电压的直流电，该供电端还可以同时以并联方式给4个备用风扇13供电。另外，考虑到散热风扇12或者备用风扇13可能存在故障，为避免某一个或多个散热风扇12或者备用风扇13短路时，其他相应的散热风扇12或者备用风扇13不能正常工作，所以在每个散热风扇12或者备用风扇13的输入线上都串接一个保险丝17，从而提高系统的稳定性。

如图4至图7，散热风扇12的工作状态是供电端通电后一直工作，但是备用风扇13可以不需要一直工作，备用风扇13可以只在散热装置10散热能力不能满足大功率电光源工作散热需求时才开启工作。如此进一步的方案可以是，在散热通道1121内再设置4个第一温度控制开关15，第一温度控制开关15串联连接在备用风扇13的输入线上。当散热风扇12出现故障停止工作或者散热装置10周围环境温度升高时，会导致对应散热通道1121的温度升高，此时第一温度控制开关15检测到散热通道1121温度高于设定值，第一温度控制开关 15开启从而启动对应散热通道1121内的备用风扇13工作，进而提升系统散热性能；当故障解除，对应散热通道1121的温度低于设定值，第一温度控制开关 15会自动恢复到关断状态，对应的备用风扇13停止工作。

如图6，主体散热器11的连接面开设有连接槽102，连接槽102的槽底的槽宽大于其槽口的槽宽，第一温度控制开关15从连接槽102的槽底往槽口方向安装，第一温度控制开关15的连接线从槽口穿出。由于槽口偏小，可以限制第一温度控制开关15向上运动。大功率电光源的热源面(即灯板)用于限制第一温度控制开关15向下运动。通过连接槽102的设计可以快速的安装第一温度控制开关15。

如图8至图12，大功率电光源包括电光源壳体30、驱动电源41、发光器件20和散热装置10，其中电光源壳体30连接于散热装置10且与主体散热器 11共同形成散热腔。电光源壳体30于散热通道1121的左右两端分别开设有进风孔302及出风孔303，用于该大功率电光源散热。发光器件10包括底部发光模组21和底部灯罩22，底部发光模组21包括底部灯板211和灯珠，该灯珠为 LED灯珠，底部灯板211安装于主体散热器11的安装面。驱动电源41电连接底部灯板211并给灯珠供电。

如图9和图10，为了防止本大功率电光源错误的使用在环境温度过高或空气流动性差的场所，驱动电源41上还电连接有第二温度控制开关16，从而保护整个大功率电光源在合理的温度下工作。第二温度控制开关16设置在散热装置10温度最高的区域，也就是设置在中心线901右侧的主体散热器11上。第二温度控制开关16的安装方式和第一温度控制开关15一样通过连接槽102实现快速安装。当第二温度控制开关16检测到连接槽102温度高于设定值时，驱动电源41会自动降低大功率电光源的工作功率，从而使大功率电光源的零部件在较低温度下工作。当连接槽102的高温信号解除后，驱动电源41的自动恢复成大功率电光源的常规功率。

如图10和图12，为使大功率电光源更好的应用在安装于高处的传统Hight Bay类灯具80内，需要一定程度上减小大功率电光源的发光角度，所以底部灯罩22还设计有透镜结构221，透镜结构221可以减小底部发光模组21的发光角度。

如图10和图12，对于350W的超大功率电光源，在产品研发、生产、销售或者安装应用环节，难免需要检验其点亮性能，这时高亮度的光线容易造成人眼不适，所以在底部灯罩22上还设有周向环绕于透镜结构221的凸台222，这样凸台222可以支撑大功率电光源朝下放置，从而避免在大功率电光源点亮过程高亮度光线伤害人眼。凸台222的下表面的水平位低于透镜结构221的下表面的水平位，这样可以避免底部灯罩22发光区域因磨损导致发光质量。

如图12，电光源壳体30具有连接于主体散热器11的底座部和连接于底座部并向上延伸的头部，头部的外壁面还设有向外凸出的加强肋条321。加强肋条321可以提高电光源壳体30的强度，还可以使大功率电光源在安装于传统 Hight Bay类灯具的80过程，电光源壳体30不至于紧贴传统Hight Bay类灯具的内壁，从而获得较大的散热空间。

对于驱动电源41而言，它可以设计在大功率电光源之外，也可以设计在大功率电光源内部。驱动电源41设计在大功率电光源内部时，大功率电光源安装应用会很便捷，但对系统的散热要求更高。为此我们基于前面的方案，进一步改进其散热。

如图12，电光源壳体30具有容置腔301，驱动电源41安装在容置腔301 内，并且在容置腔301内驱动电源41的周围灌封有用于导热的灌封胶43，从而提高驱动电源41的散热性能。此时驱动电41源可以有两路输出，包括用于驱动发光器件的恒流输出和用于驱动散热风扇12工作的恒压输出，恒压输出也可以给备用风扇13供电。

此外，由于驱动电源41的工作效率不同，对于电源效率低的驱动电源41，其自身发热量很大，此时电光源壳体30为普通塑胶材质的话可能导致驱动电源 41散热困难。所以，如图9、图10和图12，我们可以在驱动电源41上设有一个或多个电源散热器42，电源散热器42伸出灌封胶43并延伸至散热腔，通过散热风扇12或备用风扇13将驱动电源41的热量带走。

如图11，进一步的，为了简化大功率电光源的装配工艺，在主体散热器11 和电光源壳体30之间设有固定板50，固定板50可以安装在散热装置10或电光源壳体30上。固定板50可是一个多功能的零件。

如图10和图12，固定板50的下侧面可以设有与散热风扇12和备用风扇 13适配的固定槽502，散热风扇12和备用风扇13插设于所述固定槽502内，这样可以简化散热风扇12和备用风扇13的安装工艺。

如图9和图12，固定板50的下侧面还可以设有向下延伸的定位柱51，主体散热器11上开设有与定位柱51适配的定位孔101，定位柱51插设于定位孔 101。这样可以快速实现定位和安装，并且可以限定固定板51和主体散热器11 其的安装方向，避免装配方向混淆。

如图9，固定板50上还可以开设有多个上下导通并用于散热或穿线的通孔 503，从而方便大功率电光源内部接线和散热。

如图11，为了简化大功率电光源的内部接线，还可以在大功率电光源内增加一个或多个接线板52；接线板52可以通过固定结构安装在固定板50上，比如卡扣连接。接线板52用于电连接散热风扇12、驱动电源41、保险丝17或第一温度控制开关15中的一个或多个。

如图9和图11，固定板50上还可以凸设有一个或多个绕线柱501，并且绕线柱501呈弯钩状，以方便在接线板52上连接不同方向的导线44。

如图9和图10，为了让大功率电光源发光效果更接近传统光源，在大功率电光源上还设有背部发光模组60。背部发光模组60包括背部灯罩62、用于朝向上方发光并安装于固定板50的背部灯板61和设于电光源壳体30上的反光杯结构63，背部灯罩62固定在所述反光杯结构63的顶部。这种设计是方式可以简化背部发光模组60的结构，提高大功率电光源的生产效率。

如图10和图12，为了实现大功率电光源可智能化，在底部灯罩62上设有安装槽，安装槽内设有控制插座70，控制插座70电连接驱动电源41，控制插座70开设有控制接口，通过控制接口可以接收0-10V、PWM或电阻信号以实现发光器件20的调光。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种散热装置，用于电光源散热，其特征在于，包括：

主体散热器，包括散热主体以及散热机构，所述散热主体具有安装面和连接面，所述安装面用于安装所述电光源的热源面，所述散热机构包括多个安装于所述连接面的散热片，多个所述散热片大致沿左右方向延伸且间隔设置并共同形成沿左右方向延伸的散热通道，所述散热机构开设有第一避让空间，其中，所述连接面上具有垂直于所述散热片延伸方向的中心线，所述主体散热器以所述中心线为分界的左右两部分在自然状态下散热能力相同，所述第一避让空间设于所述中心线右侧；

散热风扇，至少设有一个，其安装于所述第一避让空间并用于在所述散热通道内产生从左向右流动的气流。

2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热机构还开设有第二避让空间，所述散热装置还包括至少一个设于所述第二避让空间的备用风扇，所述备用风扇用于在所述散热通道内产生从左向右流动的气流，所述第二避让空间位于所述第一避让空间的左侧。

3.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括插设于所述散热通道上的防护网，所述散热通道由所述第一避让空间分为左侧的进风通道以及右侧的出风通道，所述防护网设置于所述进风通道，或/且，所述防护网设置于所述出风通道。

4.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热风扇数量为多个，且多个所述散热风扇之间并联连接；所述散热装置还包括多个保险丝，各所述保险丝分别串联连接在各所述散热风扇的输入线上。

5.如权利要求2所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括一个或多个第一温度控制开关，所述第一温度控制开关安装在所述散热通道内，并且所述第一温度控制开关串联连接在所述备用风扇的输入线上，所述第一温度控制开关能够独立控制与其串联的所述备用风扇并使其在开启状态及关断状态之间切换。

6.如权利要求5所述的散热装置，其特征在于，所述连接面开设有连接槽，所述连接槽的槽底的槽宽大于其槽口的槽宽，所述连接槽用于限制所述第一温度控制开关向上运动，所述电光源的热源面用于限制所述第一温度控制开关向下运动。

7.一种大功率电光源，其特征在于，包括电光源壳体、驱动电源、发光器件以及如权利要求1至6所述的散热装置，所述电光源壳体连接于所述散热装置且与所述主体散热器共同形成散热腔，所述电光源壳体于所述散热通道的左右两端分别开设有进风孔及出风孔，所述发光器件包括底部发光模组和底部灯罩，所述底部发光模组安装于所述安装面，所述底部灯罩安装在主体散热器底部。

8.如权利要求7所述的大功率电光源，其特征在于，所述散热装置还包括设于主体散热器上且位于所述中心线右侧的第二温度控制开关，第二温度控制开关电连接于所述驱动电源并用于控制驱动电源的输出功率。

9.如权利要求7所述的大功率电光源，其特征在于，所述底部发光模组包括底部灯板及灯珠，所述底部灯罩包括透镜结构，所述透镜结构用于减小所述底部发光模组的发光角度。

10.如权利要求9所述的大功率电光源，其特征在于，所述底部灯罩还包括周向环绕设置于所述透镜结构的凸台，所述凸台的下表面的水平位低于所述透镜结构的下表面的水平位。

11.如权利要求7所述的大功率电光源，其特征在于，所述电光源壳体具有连接于所述主体散热器的底座部以及连接于底座部并向上延伸的头部，所述大功率电光源还包括连接于所述头部并向外凸出于所述头部的外壁面的加强肋条。

12.如权利要求7所述的大功率电光源，其特征在于，所述电光源壳体具有容置腔，所述驱动电源安装在所述容置腔内，所述容置腔灌封有用于导热的灌封胶，所述驱动电源电连接于所述发光器件和所述散热风扇，或/且，所述驱动电源电连接于所述备用风扇。

13.如权利要求12所述的大功率电光源，所述大功率电光源还包括至少一个连接于所述灌封胶的电源散热器，所述电源散热器伸出所述灌封胶且延伸至所述散热腔。

14.如权利要求12所述的大功率电光源，其特征在于，所述大功率电光源还包括固定板，所述固定板设于所述主体散热器和所述电光源壳体之间，并安装在所述散热装置或所述电光源壳体上。

15.如权利要求14所述的大功率电光源，其特征在于，所述固定板的下侧面开设有与所述散热风扇适配的固定槽，所述散热风扇插设于所述固定槽内。

16.如权利要求14所述的大功率电光源，其特征在于，所述大功率电光源还包括设于所述固定板下侧面并向下延伸的定位柱，所述主体散热器上开设有与所述定位柱适配的定位孔，所述定位柱插设于所述定位孔。

17.如权利要求14所述的大功率电光源，其特征在于，所述固定板开设有多个上下导通并用于散热或穿线的通孔。

18.如权利要求14所述的大功率电光源，其特征在于，所述大功率电光源还包括至少一个安装于所述固定板的接线板，所述接线板用于电连接所述散热风扇、所述驱动电源、所述保险丝或所述第一温度控制开关中的一个或多个。

19.如权利要求14所述的大功率电光源，其特征在于，所述固定板上凸设有绕线柱，所述绕线柱呈弯钩状。

20.如权利要求14所述的大功率电光源，其特征在于，所述大功率电光源还包括背部发光模组，所述背部发光模组包括背部灯罩、用于朝向上方发光并安装于所述固定板的背部灯板和设于电光源壳体上的反光杯结构，所述背部灯罩固定在所述反光杯结构的顶部。

21.如权利要求14所述的大功率电光源，其特征在于，所述大功率电光源还包括连接于所述底部灯罩且电连接于驱动电源的控制插座，所述控制插座开设有控制接口，所述控制接口用于接收0-10V、PWM或电阻信号以实现所述发光器件的调光。

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