TWI403259B - 發光二極體照明裝置及其散熱方法 - Google Patents

Description

發光二極體照明裝置及其散熱方法

本發明涉及一種發光二極體照明裝置，特別涉及一種具有良好散熱效率之發光二極體照明裝置及其散熱方法。

發光二極體(LED，Light Emitting Diode)以其亮度高、工作電壓低、功耗小、易與積體電路匹配、驅動簡單、壽命長等優點，從而可作為光源而廣泛應用於照明領域，具體可參見Joseph Bielecki等人於文獻2007 IEEE,23rd IEEE SEMI-THERM Symposium中之Thermal Considerations for LED Components in an Automotive Lamp一文。

由於發光二極體於發光時，其自身之溫度會逐漸升高，當溫度達到一定程度時，例如大於120攝氏度時，其工作電壓、發光波長以及光輸出強度等都會受到較大之影響。而當整個照明裝置於持續工作過程中，如果發光二極體所產生熱量無法及時散去時，將導致發光二極體等元件損毀使得照明裝置無法正常運行。為了避免發生這一狀況，需給發光二極體提供一散熱元件，如散熱鰭片及熱導管等等；並且為增加散熱元件之散熱效率，常採用散熱風扇作為散熱裝置，然而，當散熱風扇處於持續高速運行狀態時，由於其運行頻率過高，使得其能耗較多，使用壽命較短。

下面將以實施例說明一種能耗較低且散熱風扇具有較長使用壽命之發光二 極體照明裝置及其散熱方法。

一種發光二極體照明裝置，其包括：一個發光二極體光源，一個溫度感測器，一個散熱風扇以及一個風扇控制器；該溫度感測器與發光二極體光源形成熱連接，用以偵測該發光二極體光源之工作溫度；該散熱風扇用以對發光二極體光源進行散熱；該風扇控制器電連接至該散熱風扇及溫度感測器，其具有複數個不同之轉速控制模式，該風扇控制器根據該溫度感測器所偵測到之發光二極體光源之工作溫度與一溫度預設值進行比較從而選擇性地設定該散熱風扇之轉速。

一種發光二極體照明裝置之散熱方法，該發光二極體照明裝置包括一個發光二極體光源以及一個散熱風扇，該散熱方法包括步驟：(a)偵測該發光二極體光源之工作溫度；(b)當偵測到之工作溫度大於等於一個溫度預設值時，設定散熱風扇以第一轉速運行；(c)當該散熱風扇以第一轉速運行一段預設時間後，如果偵測到之工作溫度仍大於等於該溫度預設值，設定散熱風扇以高於該第一轉速之第二轉速運行。

與先前技術相比，該發光二極體照明裝置及散熱方法中之風扇控制器具有複數個不同之轉速控制模式，且經由對溫度感測器偵測之發光二極體之工作溫度與一溫度預設值進行比較，根據比較結果選擇性地設定散熱風扇之轉速，從而於對發光二極體光源進行有效散熱之同時，大大減少了風扇運行於高速運行狀態下之運行時間，使該發光二極體照明裝置具有很好之節能效果，且延長散熱風扇使用壽命。

10‧‧‧發光二極體照明裝置

11‧‧‧發光二極體光源

12‧‧‧溫度感測器

13‧‧‧散熱風扇

14‧‧‧風扇控制器

15‧‧‧發光二極體

16‧‧‧基板

17‧‧‧散熱器

圖1係本發明實施例提供之發光二極體照明裝置之結構示意圖；圖2係圖1所示發光二極體照明裝置之散熱方法之邏輯控制圖； 圖3為本發明實施例之風扇控制器所具有之三個轉速控制模式所對應之散熱風扇之轉速之大小關係圖。

請參照圖1，為本發明提供之發光二極體照明裝置10之結構示意圖。該發光二極體照明裝置10包括：一個發光二極體光源11，一個溫度感測器12，一個散熱風扇13以及一個風扇控制器14。該發光二極體光源11包括：複數個發光二極體15、一個基板16及一個散熱器17。該複數個發光二極體15設置於該基板16之一表面上且與該基板16形成電連接及熱連接；該散熱器17位於該基板16之與該複數個發光二極體15相對之另一表面上，且與該基板16形成熱連接。該溫度感測器12可為一熱電偶，其可設置於該散熱器17或該基板16上以與該散熱器17或該基板16形成熱連接，用以獲取該散熱器17或該基板16之溫度以偵測該發光二極體光源11之工作溫度。該散熱風扇13用以對發光二極體光源11進行散熱。該風扇控制器14與溫度感測器12及散熱風扇13形成電連接，其具有複數個轉速控制模式。該複數個轉速控制模式用以根據溫度感測器12偵測到之發光二極體光源11之工作溫度與一溫度預設值之比較結果選擇性地設定散熱風扇13之轉速。

下面將結合圖2及圖3具體描述該種發光二極體照明裝置10之一種散熱方法，其包括以下步驟：

(1)偵測發光二極體光源11之工作溫度。具體的，發光二極體光源11於整個工作過程中處於持續供電狀態，而散熱風扇13之初始狀態為關閉狀態。以藍光發光二極體為例子，發光二極體之電光轉換效率約為40%，其餘約60%之電能轉換成熱能；當持續供電時，就會產生持續之熱量，於熱量積累過程中，該溫度感測器12將持續偵測與其熱連接之散熱器17或基板16之溫度，該偵測到之溫度即可近似視為發光二極體光源11之工作溫度。

(2)當偵測到之工作溫度大於等於一溫度預設值時，設定散熱風扇13以第一轉速V1運行。具體的，溫度感測器12將會持續地將偵測到之工作溫度傳送給風扇控制器14，由風扇控制器14將該偵測到之工作溫度與一溫度預設值進行比較。當風扇控制器14獲知該偵測到之工作溫度大於等於該溫度預設值，則選擇其複數個轉速控制模式中之轉速控制模式1來控制散熱風扇13，轉速控制模式1之轉速設定為V1。散熱風扇13於轉速控制模式1之控制下，開啟並以第一轉速V1運行，散熱風扇13之旋轉加強了散熱器17及/或基板16周圍空氣之流動，從而帶走發光二極體光源11所散發之熱量。據牛頓冷卻定理(Newton’s low of cooling)：Qc=Hc*As*(Ts-Ta)，其中，Qc為對流熱傳輸效率，Hc為熱傳係數，Ts為固體表面溫度，Ta為環境溫度，空氣於強制對流下之熱傳係數為自然對流下之熱傳係數之十倍。因此，散熱風扇13之運行能夠於短時間內帶走發光二極體光源11所散發之熱量。本實施例中，由於發光二極體之最佳工作溫度應不大於120攝氏度，因此該溫度預設值可設定為不大於120攝氏度之任意一溫度值，例如70攝氏度。

(3)當散熱風扇13以第一轉速V1運行一段預設時間T後，如果偵測到之工作溫度低於溫度預設值，則關閉風扇。如果偵測到之工作溫度仍大於等於溫度預設值，設定散熱風扇13以高於該第一轉速V1之第二轉速V2運行。具體的，當散熱風扇13以第一轉速V1運行一段預設時間T後，如果溫度感測器12偵測到之發光二極體之工作溫度值低於溫度預設值，風扇控制器14將產生一個關閉訊號至散熱風扇13以將散熱風扇13關閉。如果溫度感測器12偵測到之發光二極體之工作溫度值仍大於等於溫度預設值，風扇控制器14則選擇其轉速控制模式2來控制散熱風扇13，轉速控制模式2之轉速為V2，其中該轉速V2大於轉速控制模式1之轉速V1，散熱風扇13於該轉速控制模式2之控制下，以轉速V2運作。

(4)當散熱風扇13以第二轉速V2運行後，如果偵測到之工作溫度小於溫度預設值，則關閉散熱風扇13。具體的，當風扇控制器14獲知溫度感測器12偵測到之發光二極體光源11之工作溫度小於該溫度預設值時，風扇控制器14將產生一個關閉訊號至散熱風扇13以將散熱風扇13關閉；從而達到節能之目的。當然，本領域技術人員可理解的是，於風扇控制器14獲知溫度感測器12偵測到之發光二極體光源11之工作溫度小於該溫度預設值時，也可由風扇控制器14產生一控制訊號將散熱風扇13之轉速調至第一轉速V1。

本實施例提供之散熱方法中，風扇控制器14根據溫度感測器12偵測到之發光二極體光源11之工作溫度與溫度預設值之比較結果，採用轉速遞增之方式對散熱風扇13之轉速進行控制，以減少散熱風扇13處於持續高速運行狀態之運行時間。具體的，當該偵測到之工作溫度大於等於該溫度預設值時，先設定散熱風扇13以較低之第一轉速V1運行，當散熱風扇13於以第一轉速V1運行下散熱效率不足時，再將散熱風扇13之轉速由第一轉速V1轉換至高於該第一轉速V1之第二轉速V2。當散熱風扇13於某一轉速下散熱效率不足時，採用轉速遞增之控制方式來實現對發光二極體光源11進行有效地散熱，於確保發光二極體光源11之工作穩定性之同時，使該發光二極體照明裝置具有很好之節能效果，且延長了散熱風扇13之使用壽命。

需要指明的是，圖2雖然僅給出風扇控制器14具有兩個不同之轉速控制模式；但是，本領域技術人員可理解的是，風扇控制器14可設置兩個以上之轉速控制模式，利用該轉速遞增之方式來控制散熱風扇13之轉速以對發光二極體光源11進行散熱。例如，風扇控制器14可具有三個不同之轉速控制模式，圖3示出該三個轉速控制模式與散熱風扇13之對應關係，其中，V3>V2>V1。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。但是 以上所述僅為本發明之較佳實施方式，不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡本領域技術人員依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧發光二極體照明裝置

11‧‧‧發光二極體光源

12‧‧‧溫度感測器

13‧‧‧散熱風扇

14‧‧‧風扇控制器

15‧‧‧發光二極體

16‧‧‧基板

17‧‧‧散熱器

Claims (4)

1. 一種發光二極體照明裝置之散熱方法，該發光二極體照明裝置包括一個發光二極體光源及一個散熱風扇，該散熱方法包括步驟：偵測該發光二極體光源之工作溫度；當偵測到之工作溫度大於等於一個溫度預設值時，設定該散熱風扇以第一轉速運行；以及當該散熱風扇以該第一轉速運行一段預設時間後，如果偵測到之工作溫度仍大於等於該溫度預設值，設定該散熱風扇以高於該第一轉速之第二轉速運行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱方法，其中，當偵測到之工作溫度小於該溫度預設值，設定該散熱風扇以第一轉速運行。
3. 如申請專利範圍第1項所述之散熱方法，其中，當偵測到之工作溫度小於該溫度預設值，關閉該散熱風扇。
4. 如申請專利範圍第1項所述之散熱方法，其中，該溫度預設值不大於120攝氏度。