CN203010559U - 一种适于大功率led灯具的散热系统 - Google Patents

一种适于大功率led灯具的散热系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种适于大功率LED灯具的散热系统,包括散热器和水冷驱动装置;所述散热器为带有一个腔体的柱状结构,所述散热器一端设有一个进水口,另一端设有一个出水口;所述水冷驱动装置通过水管与散热器的进水口和出水口相连或仅与水冷驱动装置的进水口相连;该散热系统散热效果好、节能、成本低、安全环保,尤其适于大功率LED灯具的散热系统。

Description

一种适于大功率LED灯具的散热系统
技术领域
本实用新型涉及LED灯具领域,尤其涉及一种适于大功率LED灯具的散热系统。 
背景技术
与传统光源一样,LED在工作期间也会产生热量,其发热量大小取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下,电子和空穴复合,一部分是辐射复合,其它的是非辐射复合。辐射复合发生电致发光,在PN结附近辐射出来的光还需经过LED芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界。综合电流注入效率、辐射复合量子效率、芯片外部光提取效率等,最终大概只有30到40%的输入电能转化为光能,其余60-70%的能量则以各种形式转化为热能。 
1,LED发热对LED灯具寿命的影响: 
一般来说,LED灯工作是否稳定,品质好坏,与灯体本身散热至关重要,目前市场上的高亮度LED灯的散热,常常采用自然散热,效果并不理想。LED光源打造的LED灯具,由LED光源、散热结构、电源驱动器、分光透镜组成,其中散热是最重要的环节之一,如果LED不能很好散热、它的寿命会受到致命影响。 
热量集中在尺寸很小的LED芯片内,芯片温度升高,引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激发效率下降;当温度超过一定值时,器件失效率呈指数规律增加。统计资料表明,LED芯片PN结温度每上升10℃,芯片寿命下降50%。当多个LED密集排列组成LED集成光源时,热量的耗散问题更严重。解决LED光源散热问题已成为大功率、高亮度LED应用的先决条件。 
提高LED灯具功率的最直接方法是增加LED管芯数量,增加输入电流和电 压。LED COB集成光源把多个LED芯片集中封装在一个支架上,可大幅度提高单个LED光源的功率。但同时LED光源的发热量也会迅速增加,这就对LED灯具散热能力提出了更高的要求。 
2,当前LED照明灯具主要的散热方法: 
1),铝散热鳍片。这是最常见的散热方式,用铝散热鳍片做为外壳的一部分来增加散热面积。 
2),导热塑料壳。在塑料外壳注塑时填充导热材料,增加塑料外壳导热、散热能力。 
3),表面辐射散热处理。灯壳表面涂抹辐射散热漆,可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。 
4),空气流体散热。利用灯壳外形,制造出对流空气,这是低成本的加强散热方式。 
5),风扇。灯壳内部用长寿高效风扇加强散热,造价低,效果好。不过要换风扇就是麻烦些,也不适用于户外,这种设计较为少见。 
6),导热管。利用导热管技术,将热量由LED芯片导到外壳散热鳍片。在大型灯具,如路灯等是常见的设计。 
7),液态球泡。利用液态球泡封装技术,将导热率较高的透明液体填充到灯体球泡内。这是利用LED芯片出光面导热、散热的技术。 
8),灯头的利用。在家用型较小功率的LED灯,往往利用灯头内部空间,将发热的驱动电路部分或全部置入。这样可以利用像螺口灯头这样有较大金属表面的灯头散热,因为灯头是密接灯座金属电极和电源线的。所以一部分热量可由此导出散热。 
9),导热散热一体化--高导热陶瓷的运用。灯壳散热的目的是降低LED芯片的工作温度,由于LED芯片膨胀系数和我们常用的金属导热、散热材料膨胀系数差距很大,不能将LED芯片直接焊接,以免高、低温热应力破坏LED 芯片。最新的高导热陶瓷材料,导热率接近铝,膨胀系数可调整到与LED芯片同步。这样就可以将导热、散热一体化,减少热传导中间环节。 
上述所有的散热方式在市场上都有较多的应用,但是都或多或少面临一些问题:有的散热能力有限,只适合于小功率LED照明应用;有的成本高昂,不适合大规模推广;有的重量较大,不适于灯具的安装。最主要的是,这所有的散热技术都只适合于100W以下功率的LED照明应用,对于100W以上功率,尤其是300到1000W之间功率的LED照明灯具,迫切需要有新的散热技术出现和应用。 
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种重量轻、散热效果好、节能、成本低、安全环保,尤其适于大功率LED灯具的散热系统。 
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种适于大功率LED灯具的散热系统,包括散热器和水冷驱动装置;所述散热器为带有一个腔体的柱状结构,所述散热器一端设有一个进水口,另一端设有一个出水口;所述水冷驱动装置通过水管与散热器的进水口和出水口相连或仅与水冷驱动装置的进水口相连。 
在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。 
进一步,所述散热器与水冷驱动装置相连,形成一个封闭式或开放式的水冷驱动系统。 
进一步,所述散热器与水冷驱动装置形成的封闭式水冷驱动系统内装有循环冷却水。 
进一步,所述散热器的腔体的大小以及腔体中冷却水流量的大小与LED光源的总功率相关。 
进一步,所述散热器采用具有高导热性的金属或非金属材料。 
进一步,所述散热器的进水口和出水口采用具有高硬度的金属或非金属材料。 
本实用新型的有益效果是:本实用新型所述一种适于大功率LED灯具的散热系统,能有效的降低LED光源的LED芯片结温,延长LED光源的使用寿命;另外,由于循环冷却水的散热效率强,单位LED功率所需要的散热器体积和重量就大幅下降,从而可大幅降低LED灯具的整灯重量;或者在灯具重量不变的情况下,可设计制造超大功率的LED照明灯具。 
附图说明
图1为本实用新型实施例1中所述一种适于大功率LED灯具的散热系统的结构图; 
图2为本实用新型实施例2中所述一种适于大功率LED灯具的散热系统的结构图。 
1、散热器,2、水冷驱动装置、3、水管,1-1、进水口,1-2、出水口。 
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。 
实施例1: 
如图1所示,一种适于大功率LED灯具的散热系统,包括散热器1和水冷驱动装置2;所述散热器1为带有一个腔体的柱状结构,所述散热器1一端设有一个进水口1-1,另一端设有一个出水口1-2;所述水冷驱动装置2通过水管3与散热器1的进水口1-1和出水口1-2相连。 
其中,所述水冷驱动装置2通过水管3与散热器1的进水口1-1和出水口1-2均相连,形成一个封闭式的水冷驱动系统。 
其中,所述散热器1与水冷驱动装置2形成的封闭式水冷驱动系统内装有循环冷却水,所述循环冷却水流量的大小与LED灯具的功率大小有关。 
其中,所述散热器1采用具有高导热性的金属或非金属材料,如铜、铝等金属材料或石墨等非金属材料。 
其中,进水口1-1和出水口1-2采用高硬度金属或非金属,如不锈钢和部分型号的铝材料。 
所述散热器1两端的截面的形状可以是三角形、四边形以及其它各种形状。散热器1的两端的截面形状与LED光源的排布形式有关,散热器1腔体的大小以及腔体中冷却水流量的大小与LED光源的总功率相关。本实施例中散热器1为一个条形结构,散热器1的截面为四边形结构。 
实施例2: 
如图2所示,一种适于大功率LED灯具的散热系统,包括散热器1和水冷驱动装置2;所述散热器1为带有一个腔体的柱状结构,所述散热器1一端设有一个进水口1-1,另一端设有一个出水口1-2;所述水冷驱动装置2仅与散热器1的进水口1-1相连。 
所述水冷驱动装置2通过水管3仅与进水口1-1相连,形成一个开放式的水冷驱动系统。 
其中,所述散热器1与水冷驱动装置2形成的开放式水冷驱动系统由水冷驱动装置2从水源不断汲取冷却水,并源源不断地提供给散热器1,经过散热器1的腔体后,由出水口1-2排出该散热系统。 
一种适于大功率LED灯具的散热系统,相比于传统的灯具散热系统,具有多方面的优势,包括有: 
a,散热能力强。利用传统散热技术的LED照明灯具,LED光源的支架温度相比于环境温度一般会高40度以上,如果用水冷循环散热,LED光源的支架温度相比于环境温度,只会高10-20度左右。LED光源支架超低的温升使得LED光源的光效更高、光衰更小,LED照明灯具的使用寿命更长。 
b,重量轻。利用传统散热技术的LED照明灯具,平均每瓦特功率所需的 散热装置重量在30-100克之间,而采用水冷循环散热技术,LED照明灯具平均每瓦特功率所需的散热装置重量可控制在5克以下。水冷循环散热技术可大幅降低LED照明灯具的整体重量,提升灯具安装的方便性。 
c,便于LED大功率集成光源的应用。LED集成光源是一种先进的LED封装形式,可提高LED封装的可靠性和发光效率,降低封装成本。但是LED大功率集成光源对散热装置的散热能力要求很高,传统散热器很难满足其应用要求。采用水冷循环散热技术,可轻易解决LED大功率集成光源的散热问题,简化LED照明灯具的设计难度,提高LED灯具整灯的发光效率和可靠性。 
d,可制作超大功率LED灯具。目前采用传统散热技术的LED灯具最大功率只能做到200W左右,而且重量达10kg以上,安装要求较高,不便于推广应用。另外,一些传统大功率高压气体放电灯的功率高达1000W以上,部分鱿鱼钓船上所使用的单盏金卤集鱼灯功率更是高达5000W。传统散热技术制造的LED灯具远远无法替换该类气体放电灯具。而采用水冷循环散热技术的LED灯具单灯功率可以达到1000W以上,完全可以用于替换超大功率的传统高压气体放电灯。 
本实用新型所述一种适于大功率LED灯具的散热系统,能有效的降低LED光源的LED芯片结温,延长LED光源的使用寿命;另外,由于循环冷却水的散热效率强,单位LED功率所需要的散热器体积和重量就大幅下降,从而可大幅降低LED灯具的整灯重量;或者在灯具重量不变的情况下,可设计制造超大功率的LED照明灯具。 
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种适于大功率LED灯具的散热系统,其特征在于,包括散热器和水冷驱动装置; 
所述散热器为带有一个腔体的柱状结构,所述散热器一端设有一个进水口,另一端设有一个出水口; 
所述水冷驱动装置通过水管与散热器的进水口和出水口相连或仅与水冷驱动装置的进水口相连。 
2.根据权利要求1所述一种适于大功率LED灯具的散热系统,其特征在于,所述散热器与水冷驱动装置相连,形成一个封闭式或开放式的水冷驱动系统。 
3.根据权利要求2所述一种适于大功率LED灯具的散热系统,其特征在于,所述散热器与水冷驱动装置形成的封闭式水冷驱动系统内装有循环冷却水。 
4.根据权利要求1所述一种适于大功率LED灯具的散热系统,其特征在于,所述散热器的腔体的大小以及腔体中流过的冷却水流量的大小与LED光源的总功率相关。 
5.根据权利要求1所述一种适于大功率LED灯具的散热系统,其特征在于,所述散热器采用具有高导热性的金属或非金属材料。 
6.根据权利要求1所述一种适于大功率LED灯具的散热系统,其特征在于,所述散热器两端的进水口和出水口采用具有高硬度的金属或非金属材料。 
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CN104457347A (zh) * 2014-10-22 2015-03-25 杭州嘉森科技有限公司 一种大功率平面发热体液冷散热装置及其制造方法

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