CN112283601A - Led灯及照明器材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LED灯，其包括具有导热芯(103)的第一印刷电路板(102)、安装在第一印刷电路板(102)的第一侧上的LED(101)、第二印刷电路板(106)，安装在第二印刷电路板(106)上的整流器(105)，以及连接在第二印刷电路板(106)与第一印刷电路板(102)第二侧之间用以散发热量的散热元件(112)，本发明还涉及包含这样的LED灯的照明器材。

Description

LED灯及照明器材
技术领域
本发明涉及一种LED(发光二极管)灯。本发明还涉及包含这样的LED灯的照明器材(lighting fixture，灯具)。
背景技术
LED灯或灯泡由于它们的能量效率和长的使用寿命而被广泛地用于各种照明器材和系统中。传统的LED灯包括用于发光的LED，用于散发由LED产生的热量的散热器(heatsink)，以及用于驱动LED的内置式驱动器电路。LED、散热器以及驱动器电路的电力部件安装在印刷电路板上。
即使LED效率很高，LED中的大量电能仍会转换为热量而不是光。这种多余热量必须被传导离开LED，因为半导体材料被限制在最高温度，并且其特性(诸如正向电压、波长、光强度和寿命)会随着温度的增加而显著改变。
对于LED灯的热管理，已知有多种技术。从根本上讲，热管理的目标是将通过LED产生的热量传递到周围的空气中，以防止LED过热。热管理可以拆分为三个系统水平：LED自身、印刷电路板、以及散热器。对于系统热传递的热路径可以用同样的术语来描述。LED阻挡层(LED barrier layer)中产生的热量通过LED壳体传送到印刷电路板上，并且再从那里传送到散热器。热量从散热器通过自然对流和热辐射传递到周围环境。
与已知的LED灯有关的一个问题是，来自LED的热传递远非最理想的，因此其阻碍了利用LED灯的全部性能、效率和寿命。
发明内容
本发明的主要目的是减小或者甚至是消除上述现有技术的问题。
本发明的一个目的是提供一种具有良好的热管理的LED灯。更详细而言，本发明的目的是提供一种LED灯，其中通过LED和其它电力部件产生的热量可以有效地从LED灯散发。
本发明的又一个目的是提供一种照明器材，其能将热量有效地从LED灯散发。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供了一种LED灯。
根据本发明的LED灯包括：具有导热芯的第一印刷电路板；安装在第一印刷电路板的第一侧上的LED；第二印刷电路板；安装在第二印刷电路板上的整流器；以及散热元件，连接在第二印刷电路板与第一印刷电路板的第二侧之间，用以散发热量。
根据本发明的LED照明器材具有用于LED和整流器的单独的印刷电路板。第一印刷电路板的导热芯(层)具有热扩散器的功能，且因此改善了热管理。第一印刷电路板的导热芯有效地从LED吸取热量。热量可从导热芯被传导到散热元件。第二印刷电路板也可以具有起到热扩散器作用的导热芯。第二印刷电路板的导热芯有效地从整流器吸取热量。此导热芯可以是金属芯或陶瓷芯。金属芯例如可以由铝或铜制成。陶瓷芯例如可以由氧化铝或氮化铝制成。每个印刷电路板的尺寸例如都可以为100–1000mm2。
LED安装在第一印刷电路板的第一侧上。LED可以是表面安装LED，其被直接置于第一印刷电路板的表面上。优选地，LED例如通过焊接而热连接到第一印刷电路板的导热芯。LED可以是高功率LED，其由10mA至10A的电流驱动并产生出10lm至10000lm的光通量。根据本发明的LED灯可以包括一个LED或多个LED。LED灯可以包括安装在第一印刷电路板的第一侧上的一排LED或者LED阵列。所述排或所述阵列上的LED的数量可以是例如2–10或10–50。
安装在第二印刷电路板上的整流器用于将AC(交流)电转换成DC(直流)电。整流器的输出部通过第一印刷电路板与第二印刷电路板之间的电连接而电连接到LED。整流器的电力部件可以安装在第二印刷电路板的一侧或两侧上。整流器的电力部件可以直接被置于第二印刷电路板的表面上。整流器的电力部件可以例如通过焊接而热连接到第二印刷电路板的芯部(core)。第二印刷电路板的该芯部可以是导热芯。整流器优选地是包括四个二极管的桥式整流器。
散热元件连接到第一印刷电路板的第二侧，用于从第一印刷电路板消散热量(通过LED产生的热量被传导到第一印刷电路板)。优选地，散热元件例如通过焊接而热连接到第一印刷电路板的导热芯，并且与安装在第一印刷电路板的第一侧上的LED对齐。散热元件还连接到第二印刷电路板，用以从第二印刷电路板散发热量。散热元件能被连接到第二印刷电路板的一侧或一边缘。散热元件能够例如通过焊接而热连接到第二印刷电路板的芯部。散热元件显著提高了LED灯的散热能力。散热元件可以由金属或陶瓷制成。散热元件的尺寸例如可以为0.05–3.0cm3。
LED灯可以包括本体，上述第一印刷电路板和第二印刷电路板以及(可能的)LED灯的某些其它部件均以机械方式连接到本体。本体例如可以由陶瓷、铝、黄铜或铜制成。
根据本发明的LED照明器材具有许多技术特征，每个特征均单独地、以及所有这些特征共同地改善LED灯的热管理。第一特征是导热芯在第一印刷电路板中的使用。这样能有效地扩散(spread，传播)热量。第二特征是用于LED和整流器的单独的印刷电路板的使用。这样能更好地消散由LED和整流器产生的热量，并且能降低LED灯中的最大温度，因为在单独的印刷电路板中这些产生热量的部件彼此分离。第三特征是连接到第一印刷电路板的第二侧的散热元件的使用。这样能有效地吸取来自安装在第一印刷电路板的第一侧上的LED的热量。第四特征是连接到第二印刷电路板的散热元件的使用。这样能有效地将热量从第二印刷电路板传导走。
根据本发明的LED灯旨在被用于照明器材中。LED灯能够以这样的方式设计：当LED灯安装在照明器材中时，第一印刷电路板与照明器材的本体接触，从而热量可以从LED灯传导到照明器材。优选地，第一印刷电路板的导热芯被热连接到照明器材的本体。
根据本发明的LED灯的优点在于其良好的热管理，其允许使由LED和其它电力部件产生的热量脱离LED灯而被有效地消散。
根据本发明一实施例，第一印刷电路板在其第一侧和/或第二侧上包括至少一个导热元件，用以将热量从第一印刷电路板传导出。导热元件被热连接到第一印刷电路板的导热芯。导热元件以这样的方式布置在第一印刷电路板的表面：当LED灯被安装在照明器材中时，导热元件与照明器材的本体接触。第一印刷电路板在其两侧上可包括导热元件。导热元件的数量例如可以为1、2、3或多于3。导热元件可以由铜、铝、陶瓷、或者硅或银的浆料或垫(pad)制成。
根据本发明一实施例，第二印刷电路板相对于第一印刷电路板垂直布置，并且散热元件连接到第二印刷电路板的边缘。散热元件可通过例如焊接而热连接到第二印刷电路板的芯。相对于第一印刷电路板垂直地布置第二印刷电路板的优点在于，LED灯非常适配于某些类型的照明器材。
根据本发明一实施例，第二印刷电路板相对于第一印刷电路板平行布置，并且散热元件连接到第二印刷电路板的第一侧。散热元件可通过例如焊接而热连接到第二印刷电路板的芯。第一印刷电路板和第二印刷电路板之间的距离例如可以为1–20mm。相对于第一印刷电路板平行布置第二印刷电路板的优点在于，LED灯非常适配于某些类型的照明器材。
根据本发明一实施例，LED大致安装在第一印刷电路板的中央。将LED基本上安装在第一印刷电路板中央的优点在于，来自LED的热量能够在第一印刷电路板上所有方向均等地扩散，这样就改善了热管理。
根据本发明一实施例，散热元件与LED对齐。这意味着散热元件与LED处于相同的位置，但位于第一印刷电路板的另一侧上。将散热元件与LED对齐的优点在于，来自LED的热量可以有效地从LED散发到散热元件。
根据本发明一实施例，LED灯包括多个第一电连接器，用以建立第一印刷电路板与第二印刷电路板之间的电连接。优选地，LED灯包括两个第一电连接器，它们相对于LED对称布置。整流器的输出部通过第一电连接器而电连接到LED，用以将直流电供给到LED。
根据本发明一实施例，第一电连接器包括公-母型连接器对，公型连接器连接到第二印刷电路板并被布置成穿过第一印刷电路板中的孔，且与连接到第一印刷电路板的第一侧的母型连接器耦接。公型连接器和母型连接器均相对于第一印刷电路板垂直布置。公型连接器可以连接到第二印刷电路板的一侧或一边缘。公型连接器贯穿第一印刷电路板中的孔，并延伸到母型连接器中，母型连接器的开口连接到第一印刷电路板的第一侧。母型连接器延伸远离第一印刷电路板的第一侧。
根据本发明一实施例，LED灯包括多个第二电连接器，其连接到第二印刷电路板，用以向整流器供给交流电。第二电连接器被电连接到整流器的输入部。优选地，LED灯包括两个第二电连接器。第二电连接器例如可以是被设计成适配到灯座(灯插座)的孔中的引脚，或者可以是适于直接连接到螺钉型端子或其它线缆的导线。LED灯可以通过第二电连接器而电连接到照明器材。
根据本发明一实施例，LED灯包括：棱镜座，连接到第一印刷电路板的第一侧；以及棱镜，连接到棱镜座，用以对LED的光分布进行整形。棱镜可以设计成针对每个应用而提供期望的光分布。棱镜例如可被设计成使得LED灯的光分布类似于卤素灯的光分布。棱镜座可以呈环形并且围绕LED布置。棱镜在LED上方被附接到棱镜座并且与第一印刷电路板相距一定距离。棱镜可以呈圆柱形状。棱镜座是由非导电材料(如塑料)制成。棱镜由透明(translucent，半透明)材料(如PMMA、PC或玻璃)制成。
根据本发明一实施例，LED灯包括反光件，用以反射从LED发射出来的光。反光件优选与棱镜一起使用，以提供期望的光分布。反光件可以附接到棱镜座。反光件的形状可以与棱镜一起被设计。反光件可以由铝、塑料、玻璃或者这些材料的组合物制成。反光件的表面可以被抛光，或者其可以设置有合适的涂层。反光件可以设有由透明材料(如玻璃或塑料)制成的盖。
本发明还涉及一种照明器材。根据本发明的照明器材包括：本体；以及根据本发明的LED灯，其连接到灯座而使第一印刷电路板与本体接触，以便将热量从LED灯传导到照明器材。照明器材的本体可以设置有一个或多个导热元件，用以将热量从第一印刷电路板消散掉。替代地，本体可以由导热材料(如铝)制成。灯座支撑LED灯并且为LED灯提供电连接。灯座允许LED灯被安全及便利地更换。
根据本发明的照明器材的一个优点是，热量可以有效地从LED灯散发掉。
根据本发明的照明器材可以用于照明系统中。优选的照明系统是AGL(航空地面照明)系统，其包括用于向位于跑道和滑行道上或其周围的照明器材供给交流电的电源。这些照明器材用于照亮跑道和滑行道的位置、布局、形状和用途，使得航空公司飞行员能够在所有情况下(尤其是夜里，低照度和低能见度的情况下)进行操作。通过将输出电流调节到所需水平就能调整供给到AGL系统的照明器材的电能的量。这可以通过恒流调节器单元(CCR)来执行，使得恒流调节器单元的输出电流还调节跑道和滑行道处的灯的强度。
传统上，在AGL系统中已在使用卤素灯。卤素灯被调整为利用2.8至6.6A的工作电流来提供0–100％亮度。由于即使达到最暗的亮度水平也需要相对较大的电流，所以为卤素AGL电路供电所需的电流存在相当大的偏移量，导致40％以上的能源浪费。另外，卤素灯的高能量需求导致必须使用高压电源来为具有大数量的照明器材供电，或者为单个照明器材所需的高亮度水平的AGL电路供电。与卤素灯相比，一旦任何电流流过LED部件，LED灯就开始产生光，并且强度相对于电流的特性为高精度线性相关。因此，将亮度水平控制在1％和100％之间需要几乎从零电流开始的平均电流控制精度。
本文中所呈述的本发明的示例性实施例并不被解释为对随附权利要求的适用性造成限制。动词“包括”在本文中被用作开放式限制，其并不排除未列举的特征的存在。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。
本文中所呈述的示例性实施例及其优点通过可适用的部分而与根据本发明的LED灯以及照明器材相关(即使这一点并不总是单独地提及)。
附图说明
图1示出了根据本发明第一实施例的LED灯的剖视图，
图2示出了根据本发明第二实施例的LED灯的剖视图，以及
图3示出了根据本发明一实施例的照明器材的剖视图。
具体实施方式
在不同的实施例中，相同或相似的部件使用相同的附图标记。
图1示出了根据本发明第一实施例的LED灯的剖视图。LED灯包括安装在第一印刷电路板102的第一侧上的LED 101。LED 101大致安装在第一印刷电路板102的中央。第一印刷电路板102具有导热芯103，其用作热扩散器(heat spreader)。LED 101通过焊接而热连接到导热芯103。
第一印刷电路板102包括位于其第一侧的导热元件104，用以将热量从第一印刷电路板102导出。导热元件104热连接到第一印刷电路板102的导热芯103。导热元件104以这样的方式布置在第一印刷电路板102的表面：当LED灯被安装在照明器材(灯具)中时，导热元件104与照明器材的本体接触。
LED灯包括安装在第二印刷电路板106上的整流器105。第二印刷电路板106相对于第一印刷电路板102被垂直布置。整流器105将交流(AC)电转为直流(DC)电。整流器105的输入部电连接到电连接器107，并经其将交流电供给到LED灯。电连接器107是适于直连到照明器材中的端子的导线。整流器105的输出部通过电连接器108电连接到LED 101，从而能为LED 101供给直流电。每个电连接器108都包括公-母型连接器对109、110。公型连接器109连接到第二印刷电路板106，并被布置成穿过第一印刷电路板102中的孔111，且耦接到连接于第一印刷电路板102的第一侧的母型连接器110。公型连接器109和母型连接器110相对于第一印刷电路板102垂直布置。公型连接器109贯穿第一印刷电路板102中的孔111并且延伸到母型连接器110中，该母型连接器的开口被连接到第一印刷电路板102的第一侧。母型连接器110延伸远离第一印刷电路板102的第一侧。
LED灯包括连接在第二印刷电路板106与第一印刷电路板102的第二侧之间的用以散发热量的散热元件112。散热元件112通过焊接而热连接到第一印刷电路板102的导热芯103，并与安装在第一印刷电路板102的第一侧上的LED 101对齐。
LED灯包括棱镜座113和棱镜114，棱镜座113连接到第一印刷电路板102的第一侧，棱镜114连接到棱镜座113，用以使LED 101的光分布成形。棱镜座113呈环形并且围绕LED101布置。棱镜114呈圆柱形并且附接到棱镜座113，其位于LED 101之上并且与第一印刷电路板102相距一定距离。母型连接器110附接到棱镜座113中。
图2示出了根据本发明第二实施例的LED灯的剖视图。图2的LED灯类似于图1的LED灯，但有些不同之处。在图2的LED灯中，用于将交流电供给到LED灯的电连接器107是引脚(pin)。这些引脚能够被插入到照明器材中的灯座的孔内。LED灯包括反光件(reflector，反射器)201用以反射从LED 101发出的光。反光件201与棱镜114一起使用以提供期望的光分布。反光件201被附接到棱镜座113从而与第一印刷电路板102接触，因此它能够将来自第一印刷电路板102的热量消散。反光件201设置有玻璃罩202。
图3示出了根据本发明一实施例的照明器材的剖视图。该照明器材包括本体301，其具有灯座302和反光件303。灯座302支撑图1的LED灯并且为其提供电连接。LED灯以这样的方式连接到灯座302：第一印刷电路板102的导热元件104与本体301接触，其允许热量从LED灯传导到照明器材。
在附图中仅描述了本发明的多个有利的示例性实施例。本领域技术人员显而易见的是，本发明并不受限于上述的示例，相反，本发明可以在随附的权利要求的限定范围内变化。在从属权利要求中描述了本发明的一些可能的实施例，它们不应被认为是对本发明的保护范围的限制。

Claims (12)

1.一种LED灯，其特征在于，所述LED灯包括：
第一印刷电路板，具有导热芯，
LED，安装在所述第一印刷电路板的第一侧上，
第二印刷电路板，
整流器，安装在所述第二印刷电路板上，以及
散热元件，连接在所述第二印刷电路板与所述第一印刷电路板的第二侧之间，用以散发热量。
2.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述第一印刷电路板包括位于其第一侧和/或第二侧上的至少一个导热元件，用以将热量从所述第一印刷电路板传导出。
3.根据权利要求1或2所述的LED灯，其特征在于，所述第二印刷电路板相对于所述第一印刷电路板垂直布置，所述散热元件连接到所述第二印刷电路板的边缘。
4.根据权利要求1或2所述的LED灯，其特征在于，所述第二印刷电路板相对于所述第一印刷电路板平行布置，所述散热元件连接到所述第二印刷电路板的第一侧。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的LED灯，其特征在于，所述LED基本上安装在所述第一印刷电路板的中央。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的LED灯，其特征在于，所述散热元件与所述LED对齐。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯包括第一电连接器，用以在所述第一印刷电路板与所述第二印刷电路板之间建立电连接。
8.根据权利要求7所述的LED灯，其特征在于，所述第一电连接器包括公-母型连接器对，其中公型连接器连接到所述第二印刷电路板，并被布置成穿过所述第一印刷电路板中的孔，且与连接到所述第一印刷电路板的所述第一侧的母型连接器耦接。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯包括第二电连接器，所述第二电连接器连接到所述第二印刷电路板，用以将交流电供给到所述整流器。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯包括：棱镜座，连接到所述第一印刷电路板的所述第一侧；以及棱镜，连接到所述棱镜座，用以使所述LED的光分布成形。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯包括反光件，用以反射从所述LED发出的光。
12.一种照明器材，包括：
本体，具有灯座，
其特征在于，所述照明器材包括根据前述权利要求中的任一项所述的LED灯，该LED灯连接到所述灯座而使所述第一印刷电路板与所述本体接触，以便将热量从所述LED灯传导到所述照明器材。
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