高功率led散熱系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高功率LED散熱系統(tǒng)及其控制方法，以實(shí)現(xiàn)高功率LED器件智能散熱。本發(fā)明公開的高功率LED散熱系統(tǒng)，包括：熱管散熱器，所述熱管散熱器的翅片上固定有PWM風(fēng)扇，所述熱管散熱器的熱沉上固定有用于探測高功率LED器件基底溫度的熱電偶，所述熱電偶與所述PWM風(fēng)扇之間連接有微控制器，所述微控制器的一輸出端還與所述高功率LED器件的電源開關(guān)連接；以及所述微控制器，用于根據(jù)所述熱電偶所探測到的溫度切換所述PWM風(fēng)扇的至少兩種工作模式，并在所述高功率LED器件溫度失控條件下，向所述高功率LED器件的電源開關(guān)輸出關(guān)閉指令。
【專利說明】
局功率LED散熱系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及高功率LED(Light Emitting D1de，發(fā)光二極管)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高功率LED散熱系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED作為新型照明光源與傳統(tǒng)照明光源相比，具有壽命長、能耗低、安全、綠色環(huán)保、色彩豐富、微型化等顯著優(yōu)點(diǎn)。隨著LED產(chǎn)品價(jià)格下跌和全球“禁白”計(jì)劃的實(shí)施，LED在照明領(lǐng)域正加速邁向普及化。但隨著尺寸的減小以及功率的大幅提高，導(dǎo)致高功率LED芯片結(jié)溫急劇上升，降低LED的使用壽命和穩(wěn)定性，并產(chǎn)生色飄，加速老化等一系列問題。研究表明，當(dāng)溫度超過一定值時(shí)，器件的失效率將呈指數(shù)規(guī)律攀升，溫度每升高1°C，發(fā)光強(qiáng)度減少約I %，波長變化0.2-0.3nm。因此，高功率LED的散熱問題成為大功率LED照明發(fā)展的重要技術(shù)瓶頸之一。
[0003]但是這種散熱方式不能調(diào)節(jié)散熱能力，沒有意外保護(hù)功能，不夠智能。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種高功率LED散熱系統(tǒng)及其控制方法，以實(shí)現(xiàn)高功率LED器件智能散熱。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開的高功率LED散熱系統(tǒng)，包括:
[0006]熱管散熱器，所述熱管散熱器的翅片上固定有PWM風(fēng)扇，所述熱管散熱器的熱沉上固定有用于探測高功率LED器件基底溫度的熱電偶，所述熱電偶與所述PWM風(fēng)扇之間連接有微控制器，所述微控制器的一輸出端還與所述高功率LED器件的電源開關(guān)連接;以及
[0007]所述微控制器，用于根據(jù)所述熱電偶所探測到的溫度切換所述PWM(PUlse WidthModulat1n，脈沖寬度調(diào)制)風(fēng)扇的至少兩種工作模式，并在所述高功率LED器件溫度失控條件下，向所述高功率LED器件的電源開關(guān)輸出關(guān)閉指令。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還公開一種高功率LED散熱系統(tǒng)的控制方法，包括:
[0009]微控制器經(jīng)固定在熱管散熱器熱沉上的熱電偶探測高功率LED器件的基底溫度；
[0010]所述微控制器根據(jù)所述熱電偶所探測到的溫度切換HVM風(fēng)扇的至少兩種工作模式，并在所述高功率LED器件溫度失控條件下，向所述高功率LED器件的電源開關(guān)輸出關(guān)閉指令。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]適用于大功率LED自動(dòng)散熱系統(tǒng)，散熱智能且高效，極大提高了大功率LED照明燈具的可靠性和穩(wěn)定性。
[0013]下面將參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0014]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0015]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開的高功率LED散熱系統(tǒng)的微控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例公開的高功率LED散熱系統(tǒng)的控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例公開一種尚功率LED散熱系統(tǒng)，包括熱管散熱器和微控制器。熱管散熱器是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的器件(故未具體圖示)，通常包括熱沉、熱管和翅片。本實(shí)施例中，熱管可具體采用U型熱管，其冷凝端與翅片連接，其蒸發(fā)端嵌入熱沉中(可與熱沉的熱盤平齊)。其中，可選的，熱沉與產(chǎn)生熱源的高功率LED器件之間經(jīng)導(dǎo)熱絕緣膠粘連有熱盤(熱盤，又稱為集熱盤、集熱罩、聚熱蓋等)。本實(shí)施例中，各接觸面可采用硅膠或其他導(dǎo)熱性能良好的材料粘接，下述不再贅述。
[0020]進(jìn)一步的，本實(shí)施例的熱管散熱器的翅片上固定有PWM風(fēng)扇，且該熱管散熱器的熱沉上固定有用于探測高功率LED器件基底溫度的熱電偶(具體可采用K型熱電偶傳感器)，該熱電偶與該P(yáng)WM風(fēng)扇之間連接有微控制器，且該微控制器的一輸出端還與高功率LED器件的電源開關(guān)連接；以便于該微控制器根據(jù)熱電偶所探測到的溫度切換PWM風(fēng)扇的工作模式，并在高功率LED器件溫度失控條件下，向高功率LED器件的電源開關(guān)輸出關(guān)閉指令。較佳的，本實(shí)施例中可采用PWM雙風(fēng)扇，分別安裝在翅片的兩側(cè)，一個(gè)以吹風(fēng)散熱方式工作，一個(gè)以抽風(fēng)散熱方式工作。
[0021]可選的，本實(shí)施例中，Pmi風(fēng)扇的工作模式至少為兩種，具體的工作模式包括但不限于風(fēng)扇檔位的模式切換，和/或溫控模式的切換，例如:溫控模式一基于環(huán)境溫度與熱電偶的溫度差進(jìn)行控制，溫控模式二基于設(shè)定溫度與熱電偶的溫度差進(jìn)行控制。
[0022]本實(shí)施例中，如圖1所示，具體微控制器的結(jié)構(gòu)可以采用以下框架:
[0023]單片機(jī)10，其經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器20與熱電偶30連接，并連接用于驅(qū)動(dòng)Pmi風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)器40;且還包括:分別與單片機(jī)連接的矩陣鍵盤50和顯示屏60，以及還設(shè)有一環(huán)境溫度傳感器70與單片機(jī)連接，以及一與高功率LED器件的電源開關(guān)連接的繼電器80。藉此，則上述切換信息可通過矩陣鍵盤設(shè)置和獲取，并通過顯示屏顯示相關(guān)的切換信息。其中矩陣鍵盤主要用于采集錄入及修改用戶所設(shè)置的具體參數(shù)，例如，PWM風(fēng)扇的啟動(dòng)、暫停及關(guān)閉條件等，以及配套檔位的溫控條件及切換條件等，可選的，相應(yīng)條件在出廠前也可以設(shè)置相應(yīng)的默認(rèn)值，以自動(dòng)模式供用戶選擇;而顯示屏則用于輸出直觀的界面供用戶操作。與之配套的，該單片機(jī)在初始化前還需要燒錄相應(yīng)的中控程序。具體的，上述微控制器的配件選型可以采用MCS-52單片機(jī)、1602LCD顯示屏、MAX6675A/D轉(zhuǎn)換器、L298N PWM風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器、DS18B20環(huán)境溫度傳感器、以及4x4的矩陣鍵盤(按鍵)組成。
[0024]實(shí)施例2
[0025]與上述實(shí)施例1相對應(yīng)的，本實(shí)施例公開一種高功率LED散熱系統(tǒng)的控制方法，如圖2所示，包括:
[0026]步驟S1、微控制器經(jīng)固定在熱管散熱器熱沉上的熱電偶探測高功率LED器件的基底溫度O
[0027]步驟S2、微控制器根據(jù)熱電偶所探測到的溫度切換PWM風(fēng)扇的至少兩種工作模式，并在高功率LED器件溫度失控條件下，向高功率LED器件的電源開關(guān)輸出關(guān)閉指令。所謂溫度失控，是指PWM風(fēng)扇最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，高功率LED器件的基底溫度達(dá)到或超過了相應(yīng)的安全用電的溫度最大值。
[0028]本實(shí)施例中，上述工作模式可以由廠家設(shè)定相應(yīng)的默認(rèn)值，以自動(dòng)模式顯示供用戶選擇，也可以由用戶人為設(shè)定及修改，相關(guān)信息包括但不限于:PWM風(fēng)扇的啟動(dòng)、暫停及關(guān)閉條件等，以及配套檔位的溫控條件及切換條件等。例如，當(dāng)微控制器部署有環(huán)境溫度傳感器時(shí)，溫控模式可以基于環(huán)境溫度與熱電偶的溫度差進(jìn)行控制，也可以基于設(shè)定溫度與熱電偶的溫度差進(jìn)行控制。
[0029]綜上，基于本發(fā)明的技術(shù)方案，大功率LED器件工作時(shí)的熱流量傳遞至緊密接觸的熱盤和熱管的蒸發(fā)端;一方面，熱流量分別經(jīng)熱沉(通常不規(guī)則分布，以增大散熱面積)導(dǎo)出到環(huán)境中；一方面，經(jīng)熱管內(nèi)相變填充材料的相變過程，將熱量傳導(dǎo)至熱管的冷凝端與翅片(可選鋁合金材質(zhì))，最終由翅片將傳輸過來的熱量傳給環(huán)境。與此同時(shí)，當(dāng)熱電偶將探測到的高功率LED器件基底溫度信號輸送給微控制器后，微控制器可以根據(jù)設(shè)定的散熱模式進(jìn)行切換;例如，微控制器在確定檢測溫度已高出高功率LED器件設(shè)定的工作溫度或超過環(huán)境溫度一定值時(shí)，確定啟動(dòng)PWM風(fēng)扇工作，并進(jìn)一步確定啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作時(shí)間及檔位等，并在高功率LED器件的基底溫度達(dá)到或超過了相應(yīng)的安全用電的溫度最大值，關(guān)閉PffM風(fēng)扇并切斷高功率LED器件的電源，從而形成安全的熱量快速導(dǎo)出、制冷、散熱的綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高功率LED器件智能散熱。
[0030]此外，本發(fā)明上述所公開的高功率LED散熱系統(tǒng)及其控制方法，軟硬件都可以靈活設(shè)置，比如風(fēng)扇及熱管的數(shù)量及溫控的范圍等等，適配于各種功率及型號的高功率LED器件，兼容性強(qiáng)，可以預(yù)見商業(yè)上的巨大成功。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于，包括: 熱管散熱器，所述熱管散熱器的翅片上固定有PWM風(fēng)扇，所述熱管散熱器的熱沉上固定有用于探測高功率LED器件基底溫度的熱電偶，所述熱電偶與所述PffM風(fēng)扇之間連接有微控制器，所述微控制器的一輸出端還與所述高功率LED器件的電源開關(guān)連接;以及 所述微控制器，用于根據(jù)所述熱電偶所探測到的溫度切換所述HVM風(fēng)扇的至少兩種工作模式，并在所述高功率LED器件溫度失控條件下，向所述高功率LED器件的電源開關(guān)輸出關(guān)閉指令。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管散熱器還包括: U型熱管，其冷凝端與所述翅片連接，其蒸發(fā)端嵌入所述熱沉中；所述熱沉與所述高功率LED器件之間經(jīng)導(dǎo)熱絕緣膠粘連有熱盤。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器包括: 單片機(jī)，其經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器與所述熱電偶連接，并連接用于驅(qū)動(dòng)所述PffM風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器還包括: 分別與所述單片機(jī)連接的矩陣鍵盤和顯示屏。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的高功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)有一環(huán)境溫度傳感器與所述單片機(jī)連接。6.一種高功率LED散熱系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括: 微控制器經(jīng)固定在熱管散熱器熱沉上的熱電偶探測高功率LED器件的基底溫度； 所述微控制器根據(jù)所述熱電偶所探測到的溫度切換HVM風(fēng)扇的至少兩種工作模式，并在所述高功率LED器件溫度失控條件下，向所述高功率LED器件的電源開關(guān)輸出關(guān)閉指令。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的散熱系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述工作模式包括風(fēng)扇檔位的模式切換，和/或溫控模式的切換，其中，溫控模式一基于環(huán)境溫度與熱電偶的溫度差進(jìn)行控制，溫控模式二基于設(shè)定溫度與熱電偶的溫度差進(jìn)行控制。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的散熱系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述微控制器包括: 單片機(jī)，其經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器與所述熱電偶連接，并連接用于驅(qū)動(dòng)所述PffM風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)器； 分別與所述單片機(jī)連接的矩陣鍵盤和顯示屏；以及 還設(shè)有一環(huán)境溫度傳感器與所述單片機(jī)連接； 所述熱管散熱器還包括: U型熱管，其冷凝端與翅片連接，其蒸發(fā)端嵌入熱沉中；所述熱沉與所述高功率LED器件之間經(jīng)導(dǎo)熱絕緣膠粘連有熱盤； 其中，切換信息通過矩陣鍵盤設(shè)置和獲取，并通過顯示屏顯示相關(guān)的切換信息。
【文檔編號】F21Y115/10GK106090838SQ201610457590
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】李軍輝, 肖承地, 廖海龍, 何虎, 陳卓, 朱文輝
【申請人】中南大學(xué)