RU135076U1

RU135076U1 - LED COOLER COOLING DEVICE

Info

Publication number: RU135076U1
Application number: RU2013126254/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Авраамович Смолянский
Original assignee: Владимир Авраамович Смолянский
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-11-27

Abstract

1. Устройство охлаждения светодиодного прожектора, содержащее: группу светодиодов, осевой (аксиальный) вентилятор, основной и дополнительный теплоотвод, расположенные перпендикулярно оси вращения лопастей вентилятора; дополнительный теплоотвод имеет область, предназначенную для входа воздуха: вентилятор расположен над областью входа воздуха дополнительного теплоотвода, отличающееся тем, что содержит металлическую промежуточную плату, включающую отдельные части, объединенные связующей областью: основной теплоотвод выполнен в виде печатной платы с металлической основой; промежуточная плата установлена между основным и дополнительным теплоотводами.2. Устройство охлаждения светодиодного прожектора по п.1, отличающееся тем, что в нем применены, по меньшей мере, два вентилятора, расположенных друг над другом.3. Устройство охлаждения светодиодного прожектора по п.2, отличающееся тем, что в нем, по меньшей мере, один вентилятор установлен с направлением воздушного потока противоположным остальным.4. Устройство охлаждения светодиодного прожектора по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что в нем полностью или частично выполнены шероховатыми внутренние стороны основного теплоотвода, дополнительного теплоотвода.5. Устройство охлаждения светодиодного прожектора по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что связующая область промежуточной платы расположена в ее центре, а отверстия для входа воздуха дополнительного теплоотвода шире связующей области промежуточной платы.6. Устройство охлаждения светодиодного прожектора по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что связующая область промежуточной платы расположена на ее пер�1. A cooling device for an LED spotlight, comprising: a group of LEDs, an axial (axial) fan, a main and additional heat sink, perpendicular to the axis of rotation of the fan blades; the additional heat sink has an area for air inlet: the fan is located above the air inlet area of the additional heat sink, characterized in that it contains a metal intermediate circuit board comprising separate parts connected by a connecting region: the main heat sink is made in the form of a printed circuit board with a metal base; an intermediate board is installed between the main and additional heat sinks. 2. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, characterized in that it uses at least two fans located one above the other. The cooling device of the LED spotlight according to claim 2, characterized in that at least one fan is installed in it with the direction of the air flow opposite to the others. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the inner sides of the main heat sink, the additional heat sink are completely or partially roughened. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the connecting region of the intermediate board is located in its center, and the air inlet holes for the additional heat sink are wider than the connecting region of the intermediate board. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the connecting region of the intermediate board is located on its per

Description

Предлагаемая полезная модель относится к светодиодным светильникам (прожекторам), а более конкретно, к устройствам охлаждения светодиодных светильников с группой мощных светодиодов.The proposed utility model relates to LED lamps (searchlights), and more specifically, to cooling devices for LED lamps with a group of powerful LEDs.

Известны устройства для охлаждения светодиодных светильников, содержащие радиатор и вентилятор см., например, http://microem.ru/files/2012/02/en_SLM.pdf, предназначенные для охлаждения группы светодиодов, или крупного матричного светодиода COB (Chip On Board).Known devices for cooling LED fixtures containing a radiator and a fan see, for example, http://microem.ru/files/2012/02/en_SLM.pdf, designed to cool a group of LEDs, or a large matrix LED COB (Chip On Board) .

В этих устройствах, к примеру, используются малошумящие пылезащищенные вентиляторы компании Sunon http://microem.ru/produkti/elektromehanicheskie-komponenti/ventilyatori-sunon/ventilyatory-postoyannogo-toka/, в которых осевой (аксиальный) вентилятор обдувает радиатор, выполненный в виде экструзионного профиля (звездочки) с центральным стержнем и радиально расположенными к нему металлическими пластинами, а печатная плата со светодиодами устанавливается с противоположной от вентилятора стороны радиатора.These devices, for example, use low-noise, dust-proof Sunon fans http://microem.ru/produkti/elektromehanicheskie-komponenti/ventilyatori-sunon/ventilyatory-postoyannogo-toka/, in which an axial (axial) fan blows a radiator made in as an extrusion profile (asterisk) with a central shaft and metal plates radially located to it, and a printed circuit board with LEDs is installed on the side of the radiator opposite from the fan.

Для рассеяния тепла применяют радиаторы в форме звезды, см., например, пат. США класса 362/294 (F21V 29/00) №8414165 B2 от 9 апреля 2013 г.For heat dissipation, radiators in the form of a star are used, see, for example, US Pat. U.S. Class 362/294 (F21V 29/00) No. 8414165 B2 dated April 9, 2013.

Упомянутые конструкция устройств охлаждения имеет ряд недостатков:The mentioned design of cooling devices has a number of disadvantages:

- повышенное тепловое сопротивление от светодиодов до ребер радиатора,- increased thermal resistance from LEDs to radiator fins,

- повышенная масса и габариты радиатора,- increased weight and dimensions of the radiator,

- нерациональное использование потока воздуха, обдувающего протяженные ребра радиатора,- irrational use of the air flow blowing over the extended fins of the radiator,

- сложная технология изготовления радиаторов.- sophisticated technology for the manufacture of radiators.

Сложность изготовления радиаторов обусловлена тем, что методы изготовления радиатора с многочисленными ребрами (экструзия, литье) затрудняют получение тонких радиаторных пластин и малых расстояний между ними.The complexity of manufacturing radiators is due to the fact that the methods of manufacturing a radiator with numerous fins (extrusion, casting) make it difficult to obtain thin radiator plates and small distances between them.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по назначению и конструкции является устройство охлаждения по патенту США класса 362/235 №20110170287 A1 (17.07.2011) автор David. М. Medinis, в котором содержатся: группа светодиодов на стеклотекстолитовой (непроводящей) печатной плате, осевой (аксиальный) вентилятор, основной теплоотвод, дополнительный теплоотвод, расположенные перпендикулярно оси вращения лопастей вентилятора; дополнительный теплоотвод имеет область, предназначенную для входа воздуха; вентилятор расположен над областью входа воздуха дополнительного теплоотвода. При этом отдельный металлический основной теплоотвод, выполнен с вертикальными ребрами.Closest to the proposed utility model for designation and design is a cooling device according to US patent class 362/235 No. 20110170287 A1 (07.17.2011) by David. M. Medinis, which contains: a group of LEDs on a fiberglass (non-conductive) printed circuit board, axial (axial) fan, main heat sink, additional heat sink located perpendicular to the axis of rotation of the fan blades; additional heat sink has an area intended for air inlet; the fan is located above the air inlet area of the additional heat sink. In this case, a separate metal main heat sink is made with vertical ribs.

Изготовление основного теплоотвода требует применения отливки, изготовления отливочной формы, затрудняет придание теплоотводу и воздушным каналам между основным и дополнительным теплоотводами точности и плоскопараллельности, что влияет на технологичность, затрудняет повышение эффективности теплоотдачи.The manufacture of the main heat sink requires the use of casting, the manufacture of the casting mold, makes it difficult to give the heat sink and air channels between the main and additional heat sinks accuracy and plane parallelism, which affects manufacturability, and makes it difficult to increase the heat transfer efficiency.

В предлагаемой полезной модели решается задача повышения эффективности отвода тепла от группы мощных светодиодов, расположенных в одной плоскости, и задача повышения технологичности процесса изготовления.The proposed utility model solves the problem of increasing the efficiency of heat removal from a group of high-power LEDs located in the same plane, and the task of increasing the manufacturability of the manufacturing process.

Полезная модель содержит: группу светодиодов, осевой (аксиальный) вентилятор основной и дополнительный теплоотвод. расположенные перпендикулярно оси вращения лопастей вентилятора; дополнительный теплоотвод имеет область, предназначенную для входа воздуха; вентилятор расположен над областью входа воздуха дополнительного теплоотвода.The utility model contains: a group of LEDs, an axial (axial) main fan and an additional heat sink. located perpendicular to the axis of rotation of the fan blades; additional heat sink has an area intended for air inlet; the fan is located above the air inlet area of the additional heat sink.

Полезная модель отличается тем, что содержит металлическую промежуточную плату, состоящую из отдельных частей, объединенных связующей областью; основной теплоотвод выполнен в виде печатной платы с металлической основой; промежуточная плата установлена между металлической основной печатной платой и дополнительным теплоотводом.The utility model is characterized in that it contains a metal intermediate plate consisting of individual parts united by a bonding region; the main heat sink is made in the form of a printed circuit board with a metal base; an intermediate board is installed between the metal main circuit board and the additional heat sink.

Применение промежуточной платы между основным и дополнительным теплоотводами, выполненным в виде печатной платы на металлической основе, позволяет эффективно осуществить передачу теплового потока от светодиодов на дополнительный теплоотвод.The use of an intermediate board between the main and additional heat sinks, made in the form of a printed circuit board on a metal base, allows efficient heat transfer from the LEDs to the additional heat sink.

Основной теплоотвод может быть выполнен на основе стандартных листовых материалов, применяемых при изготовлении печатных плат с металлической основой. Наличие связующей области провежуточной платы позволяет выполнить промежуточную плату в виде одной детали, которая изготавливается вырезкой из листа металла (лазерная резка, штамповка, гидроабразивная резка). Это упрощает технологический процесс, обеспечивает получение заданных геометрических размеров, необходимых для оптимизации тепловых характеристик радиатора.The main heat sink can be made on the basis of standard sheet materials used in the manufacture of printed circuit boards with a metal base. The presence of the connecting area of the intermediate plate allows you to perform an intermediate plate in the form of a single part, which is made by cutting from a sheet of metal (laser cutting, stamping, waterjet cutting). This simplifies the process, provides the desired geometric dimensions necessary to optimize the thermal characteristics of the radiator.

Полезная модель (вариант) отличается также тем, что в ней применены, по меньшей мере, два вентилятора, расположенных друг над другом.The utility model (option) is also characterized in that it employs at least two fans located one above the other.

Это позволяет увеличить отводимую тепловой поток мощность, не увеличивая диаметр или размер основного теплоотвода.This allows you to increase the heat dissipated heat flux without increasing the diameter or size of the main heat sink.

Полезная модель (вариант) отличается также тем, что в ней, по меньшей мере, один вентилятор установлен с направлением воздушного потока противоположным остальным.A utility model (variant) is also characterized in that at least one fan is installed in it with the direction of the air flow opposite to the others.

Это позволяет с заданной периодичностью изменять направление потока воздуха, с целью охлаждения наиболее горячих частей теплоотвода и противодействовать накоплению пыли.This allows you to change the direction of the air flow with a given frequency in order to cool the hottest parts of the heat sink and to prevent dust accumulation.

Полезная модель отличается тем, что в ней полностью или частично выполнены шероховатыми внутренние стороны основного теплоотвода, дополнительного теплоотвода.The utility model is characterized in that in it the inner sides of the main heat sink and the additional heat sink are completely or partially roughened.

Это позволяет дополнительно увеличить теплоотдачу за счет смешения слоев холодного и прогретого воздуха.This allows you to further increase the heat transfer due to the mixing of layers of cold and heated air.

Полезная модель отличается также тем, что связующая область промежуточной платы расположена в ее центре, а отверстия для входа воздуха дополнительного теплоотвода шире связующей области промежуточной платы.The utility model is also characterized in that the connecting region of the intermediate board is located in its center, and the air inlet holes of the additional heat sink are wider than the connecting region of the intermediate board.

Это позволяет использовать связующую область промежуточной платы для механического укрепления конструкции и улучшения теплового сопротивления This allows you to use the connecting region of the intermediate board for mechanical strengthening of the structure and improve thermal resistance

Вариант полезной модели отличается также тем, что связующая область промежуточной платы расположена на ее периферии, а основной или дополнительный теплоовод выполнен с отверстиями для выхода воздуха, расположенными между отдельными частями промежуточной платы.A variant of the utility model is also characterized in that the connecting region of the intermediate board is located on its periphery, and the main or additional heat sink is made with air outlet openings located between the individual parts of the intermediate board.

Это позволяет создавать конструкции, в которых применяются несколько пар промежуточных плат и дополнительных теплоотводов.This allows you to create designs in which several pairs of intermediate boards and additional heat sinks are used.

Полезная модель (вариант) отличается также тем, что применены более одной пары промежуточных плат и дополнительных теплоотводов, расположенных друг над другом.The utility model (option) also differs in that more than one pair of intermediate boards and additional heat sinks located one above the other are used.

Это позволяет увеличить поверхность, которая используется для нагревания протекающего воздуха и увеличить отводимый тепловой поток.This allows you to increase the surface, which is used to heat the flowing air and to increase the extracted heat flux.

Вариант полезной модели с многослойным теплоотводом отличается также тем, что, по меньшей мере, одна связующая область промежуточной платы расположена на ее периферии, а, по меньшей мере, один дополнительный теплоотвод выполнен с дополнительными отверстиями для выхода воздуха.A variant of the utility model with a multilayer heat sink is also characterized in that at least one connecting region of the intermediate board is located on its periphery, and at least one additional heat sink is made with additional openings for air outlet.

Это позволяет организовать последовательное обтекание горячих частей теплоотвода в многослойных конструкциях и увеличить отводимую тепловую мощность от основного теплоотвода.This allows you to organize a sequential flow around the hot parts of the heat sink in multilayer structures and increase the heat output from the main heat sink.

Полезная модель отличается также тем, что между промежуточной платой и дополнительным теплоотводом установлена металлическая прокладка с отверстиями для выхода воздуха.The utility model is also characterized in that a metal gasket with openings for air outlet is installed between the intermediate board and the additional heat sink.

Это позволяет организовать последовательное обтекание основного и дополнительного теплоотвода воздушным потоком от вентилятора.This allows you to organize a sequential flow around the main and additional heat sink air flow from the fan.

Полезная модель поясняется чертежами, приведенными на фиг.1-13The utility model is illustrated by the drawings shown in figures 1-13.

На фиг.1 показаны основные элементы устройства охлаждения светодиодного прожектора.Figure 1 shows the main elements of the cooling device of the LED spotlight.

На фиг.2 приведен чертеж варианта дополнительного теплоотвода.Figure 2 shows a drawing of a variant of an additional heat sink.

На фиг.3 приведен чертеж варианта промежуточной платы.Figure 3 shows a drawing of a variant of the intermediate board.

На фиг.4, приведено расположение вентилятора на дополнительном теплоотводе и место выхода воздуха между основным и дополнительным теплоотводами.Figure 4 shows the location of the fan on the additional heat sink and the place of the air outlet between the main and additional heat sinks.

На фиг.5 показаны в разрезе вентилятор, основной теплоотвод дополнительный теплоотвод и промежуточная плата.Figure 5 shows a sectional view of a fan, a main heat sink, an additional heat sink, and an intermediate board.

На фиг.6 показан вариант дополнительного теплоотвода, соответствующего промежуточной плате с периферийной связующей областью.Figure 6 shows a variant of the additional heat sink corresponding to the intermediate circuit board with a peripheral binding region.

На фиг.7 показан вариант промежуточной платы с периферийной связующей областью.7 shows a variant of the intermediate board with a peripheral connecting region.

На фиг.8 показаны в разрезе вентилятор, основной теплоотвод дополнительный теплоотвод и промежуточная плата и пути выхода воздуха при применении промежуточной платы с периферийной связующей областью.Fig. 8 shows a sectional view of a fan, a main heat sink, an additional heat sink and an intermediate board and air outlet paths when using an intermediate board with a peripheral binding region.

На фиг.9 показан разрез теплоотвода в сборке при использовании двух пар дополнительных теплоотводов и промежуточных плат.Figure 9 shows a section of a heat sink in an assembly using two pairs of additional heat sinks and intermediate boards.

На фиг.10 показан разрез устройства при применении двух вентиляторов.Figure 10 shows a section of the device when using two fans.

На фиг.11 показана конструкция прокладки первого типа для многослойного варианта сборки при применении промежуточной платы с периферийной связующей областью.11 shows the construction of the first type of gasket for a multilayer assembly option using an intermediate board with a peripheral binding region.

На фиг.12 показана конструкция прокладки второго типа для многослойного варианта сборки при применении промежуточной платы с периферийной связующей области. На фиг.13 показан путь охлаждающего воздуха в конструкции с двумя парами промежуточных плат и дополнительных теплоотводов для варианта промежуточной платы с периферийной связующей области.On Fig shows the design of the gasket of the second type for a multilayer version of the assembly when using an intermediate board with a peripheral connecting region. 13 shows a cooling air path in a structure with two pairs of intermediate boards and additional heat sinks for a variant of the intermediate board with a peripheral binding region.

Зависимость давления под вентилятором (для двух типов вентиляторов) и зависимость системного гидравлического сопротивления собранного теплоотвода от значения производительности вентилятора приведены на фиг.14.The dependence of the pressure under the fan (for two types of fans) and the dependence of the system hydraulic resistance of the assembled heat sink on the fan performance value are shown in Fig. 14.

(Под системным гидравлическим сопротивлением понимается величина потери давления от входа до выхода системы при поступлении в нее потока воздуха. Величина потери давления зависит в основном от длины и сечения воздухопровода, скорости потока, плотности воздуха, изгибов воздухопровода, шероховатости поверхности, температуры и др. характеристики системы).(System hydraulic resistance refers to the amount of pressure loss from the inlet to the outlet of the system when air flows into it. The amount of pressure loss depends mainly on the length and cross section of the air duct, flow velocity, air density, bends of the air duct, surface roughness, temperature, and other characteristics. systems).

На фиг.1-13 приняты следующие условные обозначения:Figure 1-13 adopted the following conventions:

1 - светодиод, например, XML 2 - основной теплоотвод на основе печатной платы с металлической основой, 3 - осевой вентилятор, 4 - дополнительный теплоотвод, 5 - отверстие с дополнительном теплоотводе, 6 - промежуточная металлическая плата, 7 - связующая область промежуточной платы 8 - отдельные части промежуточной платы 9 - крепежные отверстия, 10 - отверстия дополнительного теплоотвода, 11 - лопасти вентилятора, 12 - прокладка первого типа, 13 - прокладка второго типа, 14 - отверстия для воздуха 15 - отверстие для воздуха прокладки второго типа, 31 - первый вентилятор, 32 - второй вентилятор, 41 - первый дополнительный теплоотвод, 42 - второй дополнительный теплоотвод, 61 - первая промежуточная плата, 62 - вторая промежуточная плата, 71 - периферийная связующая область (вариант), 81 отдельные части промежуточной платы с периферийной связующей областью.1 - LED, for example, XML 2 - main heat sink based on a printed circuit board with a metal base, 3 - axial fan, 4 - additional heat sink, 5 - hole with an additional heat sink, 6 - intermediate metal board, 7 - connecting region of the intermediate board 8 - individual parts of the intermediate board 9 — mounting holes, 10 — holes of the additional heat sink, 11 — fan blades, 12 — gasket of the first type, 13 — gasket of the second type, 14 — holes for air 15 — hole for air of the gasket of the second type, 31 — first valve Yator, 32 - the second ventilator 41 - the first additional heat sink, 42 - optional second heat sink 61 - first intermediate board 62 - second intermediate board 71 - peripheral connecting region (variant), 81 parts of the midplane with the peripheral bonding area.

На фиг.14 линия 1 - рабочая характеристика (зависимость производительности от давления) вентилятора типа НА6025, линия 2 - рабочая характеристика вентилятора HA9225, линия 3 - системное гидравлическое сопротивление собранного теплоотвода, точки А1 и А2 - рабочие значения, характеризующие производительность вентиляторов HA6025 и HA9225 и создаваемое ими давление на входе.On Fig line 1 - operating characteristic (dependence of performance on pressure) of a HA6025 type fan, line 2 - operating characteristic of a HA9225 fan, line 3 - system hydraulic resistance of the assembled heat sink, points A1 and A2 - operating values characterizing the performance of HA6025 and HA9225 fans and the inlet pressure they create.

(HA6025, HA9225 - вентиляторы компании Sunon (TW). CFM - единица производительности вентилятора - кубический фут в минуту)(HA6025, HA9225 - Sunon (TW) fans. CFM - fan performance unit - cubic foot per minute)

На рис.15 показаны: 2 - зависимость давление от производительности для вентилятора HA6025, при напряжениях питания 9 В, 12 В (номинальное значение), 15 В и 3 - экспериментальная зависимость системного гидравлического сопротивления воздуховода от производительности вентилятора при уменьшении площади сечения воздуховода с 25 до 8 см². Точки a1, a2, a3 характеризуют значение рабочей точки воздуховода при соответствующих значениях напряжения питания.Fig. 15 shows: 2 - pressure dependence on performance for the HA6025 fan, at supply voltages of 9 V, 12 V (nominal value), 15 V and 3 - experimental dependence of the system hydraulic resistance of the air duct on fan performance while reducing the duct cross-section area from 25 up to 8 cm ² . Points a1, a2, a3 characterize the value of the working point of the duct at the corresponding values of the supply voltage.

Полезная модель осуществляется следующим образом:The utility model is as follows:

Светодиоды 1 (фиг.1) напаиваются на металлизированные площадки печатной платы, выполненной на металлическом (алюминий, медь) основании - основном теплоотводе 2. Параллельно основному теплоотводу 2 на небольшом расстоянии (примерно 2-5 мм) расположен дополнительный теплоотвод 4, представляющий собой плоскую металлическую пластину с отверстием 5 для входа воздуха. Между основным теплоотводом 2 и дополнительным 4 размещена промежуточная металлическая плата 6, состоящая из локальных областей 8 и связующей области 7; локальные области 8 промежуточной платы 6 предназначены для передачи теплового потока дополнительному теплоотводу 4, а также для формирования каналов для воздуха между соседними областями 8 и основным 2 и дополнительным 4 теплоотводами, а связующая область 7 предназначена для объединения областей промежуточной платы 6 в единую деталь, которую технологично изготавливать из плоского листа металла. Над отверстием 5 дополнительного теплоотвода 4 размещен осевой вентилятор 3. Поток воздуха от вентилятора 3 через отверстие 5 дополнительного теплоотвода 4 проходит в каналы для воздуха. Для этого отверстие 5 должно хотя бы частично перекрывать связующую область 7 промежуточной платы 6. Воздушный поток от вентилятора 3 уносит тепло, выделенное светодиодами 1 через каналы, ограниченные основным 2 и дополнительным 4 теплоотводом и боковыми поверхностями областей 8 промежуточной платы 7.The LEDs 1 (Fig. 1) are soldered onto the metallized areas of a printed circuit board made on a metal (aluminum, copper) base — the main heat sink 2. Parallel to the main heat sink 2, an additional heat sink 4 is located at a small distance (approximately 2-5 mm), which is a flat a metal plate with a hole 5 for air inlet. Between the main heat sink 2 and the additional 4 there is an intermediate metal board 6, consisting of local regions 8 and the connecting region 7; local areas 8 of the intermediate board 6 are designed to transfer heat flux to the additional heat sink 4, as well as to form channels for air between adjacent regions 8 and the main 2 and additional 4 heat sinks, and the connecting region 7 is designed to combine the regions of the intermediate board 6 into a single part, which technologically made from a flat sheet of metal. An axial fan 3 is located above the hole 5 of the additional heat sink 4. The air flow from the fan 3 through the hole 5 of the additional heat sink 4 passes into the air channels. For this, the hole 5 should at least partially overlap the connecting region 7 of the intermediate board 6. The air flow from the fan 3 carries away the heat released by the LEDs 1 through the channels limited by the main 2 and additional 4 heat sink and the side surfaces of the regions 8 of the intermediate board 7.

Основной теплоотвод 2, дополнительный теплоотвод 4 и промежуточная плата 6 могут быть вырублены из листового материала. Эти детали должны быть соединены с применением теплопроводной пасты или теплопроводного клея и закреплены винтами через предусмотренные отверстия 9 для уменьшения теплового сопротивления и повышения прочности. Вентилятор 3 устанавливается на дополнительный теплоотвод 4 так, чтобы поток охлаждающего воздуха входил в отверстие 5.The main heat sink 2, the additional heat sink 4 and the intermediate board 6 can be cut out of the sheet material. These parts must be connected using heat-conducting paste or heat-conducting glue and fixed with screws through the provided holes 9 to reduce thermal resistance and increase strength. The fan 3 is installed on an additional heat sink 4 so that the flow of cooling air enters the hole 5.

Вариант дополнительного теплоотвода 9. в котором область для подачи воздуха выполнена из группы отверстий 10, показан на фиг.2. В этом варианте крепежное отверстие 9 в центре может быть использовано для упрочнения конструкции. Соответствующий чертеж промежуточной платы 6 приведен на фиг.3. Платы 4 и 6 и основной теплоотвод 2 (в этом варианте) могут быть установлены и закреплены винтами через соответствующие отверстия 9, включая центральное отверстие. При сборке указанных плат 2, 4, 6 может использоваться теплопроводящая паста, наносимая на плоские поверхности; прочное соединение их важно для снижения теплового сопротивления собранного теплоотвода.An option for additional heat sink 9. in which the area for supplying air is made of a group of holes 10, shown in figure 2. In this embodiment, the mounting hole 9 in the center can be used to strengthen the structure. The corresponding drawing of the intermediate board 6 is shown in figure 3. The boards 4 and 6 and the main heat sink 2 (in this embodiment) can be installed and fixed with screws through the corresponding holes 9, including the central hole. When assembling these boards 2, 4, 6, a heat-conducting paste can be used on flat surfaces; their strong connection is important to reduce the thermal resistance of the collected heat sink.

На фиг.4 показано расположение вентилятора 3 над платой 4 и платой 2, между которыми выходит нагретый воздух. Направление протекание воздуха показано на фиг.5.Figure 4 shows the location of the fan 3 above the circuit board 4 and circuit board 2, between which heated air comes out. The direction of air flow is shown in FIG.

Альтернативный вариант выполнения дополнительного теплоотвода 4 показан на фиг.6 для случая, когда промежуточная плата 6 выполнена с периферийной связующей областью 71 (фиг.7). В этом случае нагретый воздух выходит через отверстия 10 (фиг.5. фиг.8).An alternative embodiment of the additional heat sink 4 is shown in Fig.6 for the case when the intermediate board 6 is made with a peripheral connecting region 71 (Fig.7). In this case, the heated air exits through the openings 10 (Fig. 5, Fig. 8).

На фиг.9 иллюстрируется возможность увеличить значение снимаемого теплового потока, используя более одной пары промежуточных платы и дополнительных теплоотводов. Тепловой поток в этом случае переходит с основного теплоотвода 2 на дополнительные теплоотводы 41, 41 через соответствующие промежуточные платы 61, 62.Figure 9 illustrates the ability to increase the value of the removed heat flux using more than one pair of intermediate boards and additional heat sinks. In this case, the heat flux passes from the main heat sink 2 to additional heat sinks 41, 41 through the corresponding intermediate boards 61, 62.

Уменьшить тепловое сопротивление устройства можно (фиг.10) применяя пару вентиляторов 31, 32, устанавливаемых друг над другом. При этом складываются создаваемое вентиляторами давления, и возрастает скорость результирующего потока воздуха.It is possible to reduce the thermal resistance of the device (Fig. 10) by using a pair of fans 31, 32 mounted on top of each other. In this case, the pressure created by the fans is added, and the speed of the resulting air flow increases.

Использование металлической прокладки, показанной на фиг.11, с отверстиями 14 для протекания воздуха, соответствующими отверстиям 10 в дополнительном теплоотводе 4. показанными на фиг.6, металлической прокладки, показанной на фиг.12. с отверстием 15 для протекания воздуха, соответствующим плате 71, показанной на фиг.7, позволяет из группы дополнительных теплоотводов 4 см. фиг.6 и промежуточных плат 9 см. фиг.7 собрать многослойный теплоотвод, показанный на фиг.13, в котором воздушный поток последовательно огибает дополнительные 41, 41 теплоотводы и основной теплоотвод 2.The use of the metal strip shown in FIG. 11, with holes 14 for air flow corresponding to the holes 10 in the additional heat sink 4. shown in FIG. 6, of the metal strip shown in FIG. 12. with the hole 15 for the flow of air corresponding to the circuit board 71 shown in Fig.7, allows from the group of additional heat sinks 4 see Fig.6 and intermediate boards 9 see Fig.7 to assemble a multilayer heat sink shown in Fig.13, in which the air the stream sequentially bends around additional 41, 41 heat sinks and the main heat sink 2.

В конструкции, показанной на фиг.13, воздух от вентилятора 3, переходя от дополнительного теплоотвода 42 к дополнительному теплоотводу 41 и далее к основному теплоотводу 2, меняет направление, что способствует выравниванию температуры от центра устройства к периферии.In the design shown in FIG. 13, the air from the fan 3, passing from the additional heat sink 42 to the additional heat sink 41 and further to the main heat sink 2, changes direction, which helps to equalize the temperature from the center of the device to the periphery.

Увеличение числа пар: «дополнительный теплоотвод - промежуточная плата» предпочтительно для случаев, когда диаметр прожектора нежелательно увеличивать, а мощность прожектора необходимо увеличить.The increase in the number of pairs: “additional heat sink - intermediate board” is preferable for cases when the diameter of the searchlight is undesirable to increase, and the power of the searchlight must be increased.

Применяя различные сочетания дополнительных теплоотводов 41, 41, промежуточных плат 61, 62, прокладок 12, 13, а так же изменяя направление воздушного потока от вентилятора 3 см. фиг.13, или 31, 32 см. фиг.10, возможно направлять поток воздуха через многослойную конструкцию (фиг.13) в любом заданном направлении.Using various combinations of additional heat sinks 41, 41, intermediate boards 61, 62, gaskets 12, 13, as well as changing the direction of the air flow from the fan 3 see Fig. 13, or 31, 32 see Fig. 10, it is possible to direct the air flow through the multilayer structure (Fig.13) in any given direction.

Для осуществления и оптимизации характеристик полезной модели (см. фиг.1) необходимо выполнить следующее:To implement and optimize the characteristics of the utility model (see figure 1), you must do the following:

- задать значение тепловой мощности, выделяемой в светодиодах 1.- set the value of the heat power emitted in the LEDs 1.

- задать предельно допустимую температуру на основном теплоотводе 2 в «точках пайки» светодиодов (вблизи светодиодов),- set the maximum permissible temperature on the main heat sink 2 at the "soldering points" of the LEDs (near the LEDs),

- определить структуру, конструкцию и характеристики теплоотводов 2 и 4,- determine the structure, design and characteristics of heat sinks 2 and 4,

- определить конструкцию сборного теплоотвода (2, 4, 6), включая системное гидравлическое сопротивление воздуховода устройства,- determine the design of the prefabricated heat sink (2, 4, 6), including the system hydraulic resistance of the device duct,

- выбрать тип и производительность вентилятора 3 и режим его питания,- select the type and performance of fan 3 and its power mode,

- провести экспериментальную проверку температуры основного теплоотвода 2 в «точках пайки» и провести в случае необходимости корректировку конструкции устройства охлаждения светодиодного прожектора (размеры основного 2 и дополнительного теплоотводов 4. толщину промежуточной платы 6 и др.).- conduct an experimental verification of the temperature of the main heat sink 2 at the “soldering points” and, if necessary, make adjustments to the design of the cooling device of the LED searchlight (dimensions of the main 2 and additional heat sinks 4. thickness of the intermediate board 6, etc.).

Тепловая мощность обычно задана типом и числом примененных мощных светодиодов. режимом питания, температура в «точке пайки» задается значением близким к 85°C.Thermal power is usually given by the type and number of high-power LEDs used. power mode, the temperature at the "soldering point" is set to a value close to 85 ° C.

Выбор конструкции основного теплоотвода 2 со светодиодами 1 определяется, по меньшей мере, выбором вторичной оптики, если он применяется в прожекторе.The design choice of the main heat sink 2 with LEDs 1 is determined, at least, by the choice of secondary optics, if it is used in a searchlight.

На следующем этапе необходимо определить требования к системному гидравлическому сопротивлению элементов устройства в целом и выбрать тип вентилятора 3 и режимы его эксплуатации.At the next stage, it is necessary to determine the requirements for the system hydraulic resistance of the elements of the device as a whole and select the type of fan 3 and its operation modes.

При решении этих задач рекомендуется провести экспериментальное моделирование устройства и определить зависимость падения давления в воздуховоде устройства (от входа воздуха до выхода) от объема прокачиваемого воздухе. Для выбора вентилятора 3 принято использовать его основную зависимость (см. фиг.13), создаваемого давления от производительности. Наличие указанных характеристик позволяет обозначить на графиках рабочую точку устройства, характеризующую соотношение объема проходящего воздуха и давление в точке сочленения вентилятора с входом воздуха 5 (фиг.1) дополнительного теплоотвода.To solve these problems, it is recommended to conduct experimental modeling of the device and determine the dependence of the pressure drop in the device’s duct (from the air inlet to the outlet) on the volume of air pumped. To select the fan 3, it is customary to use its main dependence (see Fig. 13), the pressure created from the performance. The presence of these characteristics allows you to indicate on the graphs the operating point of the device, characterizing the ratio of the volume of passing air and pressure at the point of articulation of the fan with the air inlet 5 (Fig. 1) of an additional heat sink.

Оптимальный выбор рабочей точки должен учитывать системное гидравлическое сопротивление между входом и выходом воздухопровода На фиг.14 показаны характеристики вентиляторов (HA6025 и HA9225) и линия системного гидравлического сопротивления. Рабочие точки (A1, A2) обычно выбирают в области специфического излома соответствующих зависимостей для вентиляторов. Они не должны находиться ни в области максимальной производительности, ни в области максимального давления под вентилятором.The optimal choice of the operating point should take into account the system hydraulic resistance between the inlet and outlet of the air duct. Fig. 14 shows the characteristics of the fans (HA6025 and HA9225) and the line of the system hydraulic resistance. Operating points (A1, A2) are usually selected in the region of a specific break in the respective dependencies for fans. They should not be in the area of maximum performance, nor in the area of maximum pressure under the fan.

Получив значения характеристик рабочих точек для предварительно сформированного набора вентиляторов (значение давления и производительность вентиляторов) следует остановиться на вентиляторах, которые обеспечивают такие значения производительности вентиляторов, при которых объем прокачиваемого воздуха с учетом теплоемкости воздуха достаточен для переноса требуемой тепловой энергию от светодиодов 1 (фиг.1) во внешнее пространство. Выбор вентилятора 3 должен учитывать способность его обеспечить перемещение необходимой тепловой энергии с некоторым запасом. При моделировании целесообразно проверять давление на выходе вентилятора, чтобы определить его производительность и гидравлическое сопротивление воздуховода сборного теплоотвода.Having obtained the values of the operating point characteristics for a preformed set of fans (pressure value and fan capacity), it is necessary to dwell on fans that provide such fan performance values at which the volume of pumped air, taking into account the heat capacity of the air, is sufficient to transfer the required heat energy from the LEDs 1 (Fig. 1) into the outer space. The choice of fan 3 should take into account its ability to provide the necessary heat energy with a certain margin. When modeling, it is advisable to check the pressure at the outlet of the fan to determine its performance and hydraulic resistance of the duct of the prefabricated heat sink.

Второй этап моделирования, когда имеется модель воздуховода светодиодного прожектора и ряд подходящих вентиляторов, заключается в проверке мощности, подаваемой на светодиоды 1, установленные на основном теплоотводе 2, температуры основного теплоотвода в «точке пайки», температуры воздуха, выходящего из собранного теплоотвода (2, 4, 5).The second stage of modeling, when there is a model of the duct of the LED spotlight and a number of suitable fans, is to check the power supplied to the LEDs 1 installed on the main heat sink 2, the temperature of the main heat sink at the “soldering point”, the temperature of the air leaving the assembled heat sink (2, 4, 5).

В случае, если воздуховод устройства не обеспечивает достаточной эффективности, что возможно, если в выходящем воздушном потоке слои горячего и холодного воздуха недостаточно перемешаны, температура в «точке пайки» может оказаться высокой, несмотря на потенциальную способность вентилятора обеспечить перенос необходимой тепловой энергии. В этом случае необходимо принять меры к повышению эффективности воздуховода устройства, например, увеличив площадь его поверхности, соприкасающуюся с потоком охлаждающего воздуха. Это может быть выполнено уменьшением сечения отдельных воздушных каналов и увеличением их числа. Этому может способствовать увеличение числа пар «дополнительный теплоотвод - промежуточная плата», изменение режима работы вентилятора. Финальная подрегулировка температуры в «точках пайки» может производиться установкой напряжения питания вентилятора, при которой может быть подрегулирована производительность вентилятора.If the device’s air duct does not provide sufficient efficiency, which is possible if the layers of hot and cold air are not sufficiently mixed in the outgoing air stream, the temperature at the “soldering point” may turn out to be high, despite the fan’s potential to provide the necessary heat energy. In this case, it is necessary to take measures to increase the efficiency of the device duct, for example, by increasing its surface area in contact with the flow of cooling air. This can be done by reducing the cross section of individual air channels and increasing their number. This can be facilitated by an increase in the number of pairs “additional heat sink - intermediate board”, a change in the fan operation mode. The final temperature adjustment at the “soldering points” can be done by setting the fan supply voltage, at which the fan performance can be adjusted.

Полезная модель может быть использована для конструирования различных светодиодных прожекторов.The utility model can be used to design various LED spotlights.

Claims

1. A cooling device for an LED spotlight, comprising: a group of LEDs, an axial (axial) fan, a main and additional heat sink, perpendicular to the axis of rotation of the fan blades; the additional heat sink has an area for air inlet: the fan is located above the air inlet area of the additional heat sink, characterized in that it contains a metal intermediate circuit board comprising separate parts connected by a connecting region: the main heat sink is made in the form of a printed circuit board with a metal base; an intermediate board is installed between the main and additional heat sinks.

2. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, characterized in that it uses at least two fans located one above the other.

3. The cooling device of the LED spotlight according to claim 2, characterized in that at least one fan is installed in it with the direction of the air flow opposite to the others.

4. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that it completely or partially roughened the inner sides of the main heat sink, an additional heat sink.

5. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the connecting region of the intermediate board is located in its center, and the air inlet holes for the additional heat sink are wider than the connecting region of the intermediate board.

6. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that the connecting region of the intermediate board is located on its periphery, and the main or additional heat sink is made with air outlet openings located between the separate parts of the intermediate board.

7. The cooling device of the LED spotlight according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that it employs more than one pair of intermediate circuit boards and additional heat sinks located one above the other.

8. The cooling device of the LED spotlight according to claim 7, characterized in that in it the connecting region of the intermediate board is located on its periphery, and at least one additional heat sink is made with additional openings for air outlet.

9. The cooling device of the LED spotlight according to claim 8, characterized in that between the intermediate board and the additional heat sink there is a metal gasket with openings for air outlet.