CN1967821A - 发光二极管的散热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于适用于大功率的发光二极管的散热系统,主要包括液冷散热装置与控该液冷散热装置运作的控制装置,尤其是所述液冷散热装置主要是由紧密贴接发光二极管底部的液冷头、冷却塔、导管、提供冷却液源的冷却液箱、促进冷却液循环的水泵组成,其中导管依次将液冷头、冷却塔、冷却液箱以及水泵连接在一起,所述水泵还电连接有一电动机,所述控制装置与电动机电连接,控制电动机的工作状态:当发光二极管底部温度T高于温度tH时电动机工作,直至温度T低于温度tL时电动机停止工作,之后再待温度T回升至温度tH时又开工作,所述的温度tH、tL的设定值与控制方法是固化在控制装置内。该种结构的发光二极管的散热系统的散热效果佳。
Description
技术领域
本发明是关于一种适用于大功率的发光二极管的散热系统,特别是指一种散热效果佳的发光二极管的散热系统。
背景技术
目前照明用大功率发光二极管(下称LED)散热问题一直是业内人士最困扰的事情,处理的方案或是增大散热基板面积,或是改善散热基板外形和使用更好的散热材料。如中国专利第200420034088.0号,此号专利揭示了一种LED散热的结构,即在灯体的内设置一金属片,显然这种散热方式对于大大功率的发光二极管的散热需求来讲,远远不足。
发明内容
为克服上述缺陷,本发明的目的即在于提供一种散热效果佳的发光二极管的散热系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
本发明发光二极管的散热系统,主要包括液冷散热装置与控该液冷散热装置运作的控制装置,尤其是所述液冷散热装置主要是由至少一个紧密贴接发光二极管底部的液冷头、至少一个冷却塔、导管、提供冷却液源的冷却液箱、促进冷却液循环的水泵组成,其中导管依次将液冷头、冷却塔、冷却液箱以及水泵连接在一起,所述水泵还电连接有一电动机,所述控制装置与电动机电连接,控制电动机的工作状态:当发光二极管底部温度T高于温度tH时电动机工作,直至温度T低于温度tL时电动机停止工作,之后再待温度T回升至温度tH时又开工作,所述的温度tH、tL的设定值与控制方法是固化在控制装置内。
在上述的结构中,其中
所述冷却塔是指由热的良导体制作成的S型散热管,外面包裹有铝制散热片。
所述控制装置主要是由温度检测电路、微控制器以及与该微控制器电连接的时序产生电路、复位电路、A/D转换电路、电动机驱动电路组成,其中温度检测电路与A/D转换电路电连接,电动机驱动电路是与所述电动机电连接,由时序电路产生时序信号,作为微控制器的工作脉冲,复位电路用于上电复位,温度检测电路检测系统温度,将得到的模拟电压传到A/D转换电路,经A/D转换电路转换为数字量,送交微控制器处理,微控制器将数据处理后传给电动机驱动电路,用于控制电动机的工作状态。
在此基础上,还可改良为:
所述微控制器是指控制芯片IC1,内部包括中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时计数器以及输入输出接口电路,其中控制芯片IC1第二十接线端接5v电源输出端,第十接线端接地,所述的温度tH、tL的设定值与控制方法是固化在该控制芯片IC1内。
还进一步可改良为:
时序产生电路包括晶体振荡器Y1以及补偿电容C1、C2,晶体振荡器Y1两端直接接控制芯片IC1第四接线端和第五接线端,补偿电容C1、C2一端分别接晶体振荡器Y1两端,另一端接地。
所述复位电路包括5v电源、电容C3以及电阻R1,R1和C3相连组成复位电路输出端与控制芯片IC1的第一接线端连接,控制芯片IC1的第一接线端与第十接丝端分别与电阻R1两端连接,5v电源输出端接C3未与电阻R1连接的一端,电阻R1未与C3连接的一端接地。
所述A/D转换电路是指转换芯片IC2,转换芯片IC2第九接线端和第十四接线端接5v电源输出端,第七接线端、第八接线端接地,第二接线端、第十二接线端分别与控制芯片IC1的第十四接线端、第十三接线端相连,第十接线端与第十三接线端与控制芯片IC1第十二接线端相连。在此基础上,其中所述温度检测电路包括5v电源、热敏电阻R2、电阻R3以及集成运算放大器,其中热敏电阻R2一端接5v电源输出端,另一端与电阻R3一端、集成运算放大器的输入端相连,R3的另一端接地,集成运算放大器的方向输入端与输出端相连,输出端接到转换芯片IC2的第三接线端。
所述电动机驱动电路包括金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、续流二极管D1、D2、D3、D4、电动机电源、电动机以及电阻R4、R5、R6、R7,其中金属场效应晶体管(可用晶体三极管替代金属场效应晶体管)Q1、Q2、Q3、Q4的门极分别接电阻R4、R5、R6、R7的一端连接,电阻R4、R5、R6、R7相应的另一端分别接控制芯片IC1第十五、十六、十七、十八接线端,续流二极管D1、D2、D3、D4的阴极分别与金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的漏极相连,续流二极管D1、D2、D3、D4的阳极分别与Q1、Q2、Q3、Q4的源极相连,续流二极管Q1、Q2的漏极接电动机的驱动电压Vcc,续流二极管Q3、Q4的源极接地。或者:电动机驱动电路是指控制芯片IC3,该控制芯片IC3的第一接线端和第四接线端为输出端,与电动机相连,第二接线端和第三接线端为控制芯片IC3的工作电压接线端,第五接线端和第八接线端接地,第六接线端和第七接线端为逻辑变量输入端,分别与控制芯片IC1第十五接线端和第十六接线端连接。
本发明的有益效果在于:众所周知,冷却液(如水)的比热比金属大,本发明就是利用液冷来实现对大功率LED进行散热,同时由于本发明还采用了控制装置,因此相对现有技术中仅靠金属物的热传导作用向外散热,本发明的散热效果无疑是最佳方案。
附图说明
为了易于说明,本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1是本发明发光二极管的散热系统的水冷散热装置的示意图。
图2是本发明发光二极管的散热系统的大功率LED组成的照明灯饰示意图。
图3是本发明发光二极管的散热系统的电路原理方框图。
图4是本发明发光二极管的散热系统的第一实施方案的电路示意图。
图5是本发明发光二极管的散热系统的第一实施方案中电动机驱动电路工作原理的示意图。
图6是本发明发光二极管的散热系统的第二实施方案的电路示意图。
图7是本发明发光二极管的散热系统的程序流程图。
具体实施方式
请一起参阅图1,本发明发光二极管的散热系统,主要包括水冷(或油冷等其它液冷物质)散热装置与控该水冷散热装置运作的控制装置,其中所述水冷散热装置主要是由紧密贴接发光二极管底部的水冷头1、冷却塔4、导管2、提供水源的水箱5、促进水的循环的水泵6组成,通过导管2依次将水冷头1、冷却塔4、水箱5以及水泵6连接在一起,其中水冷头1的基板采用纯铜制作,粘贴在发光二极管的底部(如发光二极管照明灯饰底部1’,如图2所示),吸收发光二极管所散发出来的热量;为了保证安全,导管2一般采用较软的材料;冷却塔4是指一S型散热管3,由纯铜制作,外面包裹有铝制散热片,以保证热量传到空气中;水箱5是为散热装置提供水源的;水泵6由电动机M带动,促进水的循环,其扬程应达到水冷散热装置的需要。
请参阅图3,所述控制装置与电动机M电连接,并控制电动机M的运作状态。控制装置主要是由温度检测电路、微控制器以及与该微控制器电连接的时序产生电路、复位电路、A/D转换电路、电动机驱动电路组成,其中温度检测电路与A/D转换电路电连接,电动机驱动电路是与所述电动机电连接,由时序电路产生时序信号,作为微控制器的工作脉冲,复位电路用于上电复位,温度检测电路检测系统温度,将得到的模拟电压传到A/D转换电路,经A/D转换电路转换为数字量,送交微控制器处理,微控制器将数据处理后传给电动机驱动电路,用于控制电动机的工作状态。
请进一步参阅图4,所述微控制器是指控制芯片IC1,内部包括中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时计数器以及输入输出接口电路,其中控制芯片IC1第二十接线端接5v电源输出端,第十接线端接数字地指控制芯片IC1,内部包括中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时计数器以及输入输出接口电路,其中控制芯片IC1第二十接线端接5v电源输出端,第十接线端接地。
所述时序产生电路包括晶体振荡器Y1以及补偿电容C1、C2,晶体振荡器Y1两端直接接控制芯片IC1第四接线端和第五接线端,补偿电容C1、C2一端分别接晶体振荡器Y1两端,另一端接数字地。
所述复位电路包括5v电源、电容C3以及电阻R1,R1和C3相连组成复位电路输出端与控制芯片IC1的第一接线端连接,控制芯片IC1的第一接线端与第十接丝端分别与电阻R1两端连接,5v电源输出端接C3未与电阻R1连接的一端,电阻R1未与C3连接的一端接数字地。
所述A/D转换电路是指转换芯片IC2,转换芯片IC2第九接线端和第十四接线端接5v电源输出端,第七接线端、第八接线端接地,第二接线端、第十二接线端分别与控制芯片IC1的第十四接线端、第十三接线端相连,第十接线端与第十三接线端与控制芯片IC1第十二接线端相连。
所述温度检测电路包括5v电源、热敏电阻R2、电阻R3以及集成运算放大器,其中热敏电阻R2一端接5v电源输出端,另一端与电阻R3一端、集成运算放大器的输入端相连,R3的另一端接地,集成运算放大器的方向输入端与输出端相连,输出端接到转换芯片IC2的第三接线端。
所述电动机驱动电路包括功率金属场效应晶体管(MOSFET)Q1、Q2、Q3、Q4、续流二极管D1、D2、D3、D4、电动机电源、电动机以及电阻R4、R5、R6、R7,金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的门极分别接电阻R4、R5、R6、R7一端,电阻R4、R5、R6、R7未与控制芯片IC1相连的一端分别接控制芯片IC1第十五、十六、十七、十八接线端,续流二极管D1、D2、D3、D4的阴极分别与金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的漏极相连,续流二极管D1、D2、D3、D4的阳极分别与金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的源极相连,金属场效应晶体管Q1、Q4的漏极接电动机的驱动电压Vcc,金属场效应晶体管Q3、Q2的源极接模拟地。
上述控制装置的工作原理如下:
控制芯片IC1的第四接线端和第五接线端为芯片内振荡电路输入端,这两个接线端用来接时序产生电路的晶体振荡器Y1和微调电容C1、C2,晶体振荡器Y1起振后,会在第四接线端上输出一个正弦波;控制芯片IC1第一接线端为复位端,高电平复位,图4所画为上电复位。当接通电源时,电容C3充电,电流流经电容C3和电阻R1,在电容C3和电阻R1连接处产生一个高电平,引起控制芯片IC1复位,电容C3充电结束,第一接线端电平拉低;第十二接线端至第十八接线端为控制芯片IC1的输入输出端口,为A/D转换电路的转换芯片IC2和电动机驱动电路提供逻辑控制信号;转换芯片IC2第十接线端和第十三接线端为数字信号输出端,由控制芯片IC1第十二接线端送入控制芯片IC1,IC2第十二接线端为时钟信号输入端,由IC1第十三接线端提供,IC2第二接线端为使能端,由IC1第十四接线端控制IC2的使能与关断,IC2第三接线端为模拟信号输入端,与温度检测电路的集成运算放大器的输出端连接;电动机驱动电路采用H方式驱动,其工作原理图如图5所示,(a)图表示Q1和Q3导通,电动机正转,(b)图表示Q2和Q4导通,电动机反转,(c)图表示Q1、Q2、Q3和Q4全部断开,电动机处于停机状态,(d)图表示Q2和Q3导通,电动机短路制动。
整个电路的控制是由固化在控制芯片IC1中的程序来完成,程序流程图如图7所示。利用图7所示的程序控制原理,随着温度变化,热敏电阻R2的阻值也会改变,引起R3两端电压的变化,输入A/D转换芯片的模拟电压量和转换的数字结果也会不同,与控制芯片IC1内部的设定值tH和tL比较,若高于tH,LED散发的热量使散热基板温度过高,则电动机启动工作,水流循环带走热量经冷却塔散热,直至待数字结果低于tL时,电动机停止工作;若低于tL,LED散发的热量使散热基板温度在合理的范围内,不影响照明使用,则电动机停止,直至待数字结果高于tH时,电动机又启动工作。另外,在附图7中,若照明LED温度高于tH,电机启动,温度逐渐下降,此时温度介于tH与tL之间,因为电机此时还在转动,所以“维持现状”指电机转动,当温度低于tL时,电机停转,温度慢慢上升,此时若介于tH和tL之间,电机还在停止状态,所以此时的“维持现状”指电机处于停止状态。
另外,其中IC1第十五、第十七接线端控制Q1和Q3的导通,实现电动机正转;IC1第十六、第十八接线端控制Q2和Q4的导通,实现电动机反转;Q1和Q3、Q2和Q4这两种组合是互补的,不能同时导通,其中一组导通,另一组必定断开;第十六、第十七接线端控制Q2和Q4的导通,实现电动机的短路制动。
第二实施方案
请参阅图6,其它电路部分与第一实施方案相同,其中电动机驱动电路被改为一种专门用于电动机驱动的控制芯片IC3,其中IC3的第一接线端和第四接线端为输出端,与电动机相连,第二接线端和第三接线端为集成电路工作电压接线端,第五接线端和第八接线端接模拟地,第六接线端和第七接线端为逻辑变量输入端,分别接控制芯片IC1第十五接线端和第十六接线端。
控制芯片IC3工作方式如下:第六接线端和第七接线端为逻辑变量输入端,第一接线端和第四接线端为输出端,逻辑关系如下:当第六接线端输入高电平,第七接线端输入低电平时,则第一接线端输出高电平,第四接线端输出低电平,电动机正转;当第六接线端输入低电平,第七接线端输入高电平时,则第一接线端输出低电平,第四接线端输出高电平,电动机反转;当第六接线端输入低电平,第七接线端输入低电平时,则第一接线端输出低电平,第四接线端输出低电平,电动机处于停机状态;根据逻辑变量表,第六接线端和第七接线端同时输入高电平的状态应该避免。
整个电路的控制过程与第一实施方案相同,即是由固化在控制芯片IC1中的程序来完成,程序流程图如图7所示。与第一实施方案的区别在于用一款控制芯片IC3取代分立元件驱动电动机,控制芯片IC1第十五、第十六接线端控制芯片IC3的输出从而控制电动机,若控制芯片IC1的第十五接线端输出高电平,第十六接线端输出低电平,则控制芯片IC3的第一接线端输出高电平,第四接线端输出低电平,电动机正转;若控制芯片IC1的第十五接线端输出低电平,第十六接线端输出高电平,则控制芯片IC3的第一接线端输出低电平,第四接线端输出高电平,电动机反转;当控制芯片IC1的第十五、第十六接线端同时输出低电平,电动机停止转动。
值得说明的是,基于本发明所述的原理,可以有很多变型的替代方案,例如:对于较大面积的散热基板,采用多个水冷头的串联或并联使用;为了更好的散热,可以采用多个冷却塔的串联或并联。这些变型都是显而易见的。
Claims (11)
1.一种发光二极管的散热系统,主要包括液冷散热装置与控该液冷散热装置运作的控制装置,其特征在于:所述液冷散热装置主要是由至少一个紧密贴接发光二极管底部的液冷头、至少一个冷却塔、导管、提供冷却液源的冷却液箱、促进冷却液循环的水泵组成,其中导管依次将液冷头、冷却塔、冷却液箱以及水泵连接在一起,所述水泵还电连接有一电动机,所述控制装置固化在控制芯片IC1与电动机电连接,控制电动机的工作状态:当发光二极管底部温度T高于温度tH时电动机工作,直至温度T低于温度tL时电动机停止工作,之后再待温度T回升至温度tH时又开工作,所述的温度tH、tL的设定值与控制方法是固化在控制装置内。
2、如权利要求1所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述控制装置主要是由温度检测电路、微控制器以及与该微控制器电连接的时序产生电路、复位电路、A/D转换电路、电动机驱动电路组成,其中温度检测电路与A/D转换电路电连接,电动机驱动电路是与所述电动机电连接,由时序电路产生时序信号,作为微控制器的工作脉冲,复位电路用于上电复位,温度检测电路检测系统温度,将得到的模拟电压传到A/D转换电路,经A/D转换电路转换为数字量,送交微控制器处理,微控制器将数据处理后传给电动机驱动电路,用于控制电动机的工作状态。
3、如权利要求2所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述微控制器是指控制芯片IC1,内部包括中央处理器、随机存储器、只读存储器、定时计数器以及输入输出接口电路,其中控制芯片IC1第二十接线端接5v电源输出端,第十接线端接地,所述的温度tH、tL的设定值与控制方法是固化在该控制芯片IC1内。
4、如权利要求3所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:时序产生电路包括晶体振荡器Y1以及补偿电容C1、C2,晶体振荡器Y1两端直接接控制芯片IC1第四接线端和第五接线端,补偿电容C1、C2一端分别接晶体振荡器Y1两端,另一端接地。
5、如权利要求3所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述复位电路包括5v电源、电容C3以及电阻R1,R1和C3相连组成复位电路输出端与控制芯片IC1的第一接线端连接,控制芯片IC1的第一接线端与第十接丝端分别与电阻R1两端连接,5v电源输出端接C3未与电阻R1连接的一端,电阻R1未与C3连接的一端接地。
6、如权利要求3所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述A/D转换电路是指转换芯片IC2,转换芯片IC2第九接线端和第十四接线端接5v电源输出端,第七接线端、第八接线端接地,第二接线端、第十二接线端分别与控制芯片IC1的第十四接线端、第十三接线端相连,第十接线端与第十三接线端与控制芯片IC1第十二接线端相连。
7、如权利要求6所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述温度检测电路包括5v电源、热敏电阻R2、电阻R3以及集成运算放大器,其中热敏电阻R2一端接5v电源输出端,另一端与电阻R3一端、集成运算放大器的输入端相连,R3的另一端接地,集成运算放大器的方向输入端与输出端相连,输出端接到转换芯片IC2的第三接线端。
8、如权利要求3所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述电动机驱动电路包括金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、续流二极管D1、D2、D3、D4、电动机电源、电动机以及电阻R4、R5、R6、R7,其中金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的门极分别接电阻R4、R5、R6、R7的一端连接,电阻R4、R5、R6、R7相应的另一端分别接控制芯片IC1第十五、十六、十七、十八接线端,续流二极管D1、D2、D3、D4的阴极分别与金属场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的漏极相连,续流二极管D1、D2、D3、D4的阳极分别与Q1、Q2、Q3、Q4的源极相连,续流二极管Q1、Q2的漏极接电动机的驱动电压Vcc,续流二极管Q3、Q4的源极接地。
9、如权利要求8所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述金属场效应晶体管还可用晶体三极管替代。
10、如权利要求3所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:电动机驱动电路是指控制芯片IC3,该控制芯片IC3的第一接线端和第四接线端为输出端,与电动机相连,第二接线端和第三接线端为控制芯片IC3的工作电压接线端,第五接线端和第八接线端接地,第六接线端和第七接线端为逻辑变量输入端,分别与控制芯片IC1第十五接线端和第十六接线端连接。
11、如权利要求1所述的发光二极管的散热系统,其特征在于:所述冷却塔是指由热的良导体制作成的S型散热管,外面包裹有铝制散热片。
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