高功率led散熱系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種高功率LED散熱系統及其控制方法，以實現高功率LED器件智能散熱。本發明公開的高功率LED散熱系統，包括：熱管散熱器，所述熱管散熱器的翅片上固定有PWM風扇，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器件的電源開關連接；以及所述微控制器，用于根據所述熱電偶所探測到的溫度切換所述PWM風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器件的電源開關輸出關閉指令。
【專利說明】
局功率LED散熱系統及其控制方法
技術領域
[0001 ] 本發明涉及高功率LED(Light Emitting D1de，發光二極管)技術領域，尤其涉及一種高功率LED散熱系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]LED作為新型照明光源與傳統照明光源相比，具有壽命長、能耗低、安全、綠色環保、色彩豐富、微型化等顯著優點。隨著LED產品價格下跌和全球“禁白”計劃的實施，LED在照明領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，導致高功率LED芯片結溫急劇上升，降低LED的使用壽命和穩定性，并產生色飄，加速老化等一系列問題。研究表明，當溫度超過一定值時，器件的失效率將呈指數規律攀升，溫度每升高1°C，發光強度減少約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照明發展的重要技術瓶頸之一。
[0003]但是這種散熱方式不能調節散熱能力，沒有意外保護功能，不夠智能。因此，現有技術還有待于改進和發展。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于提供一種高功率LED散熱系統及其控制方法，以實現高功率LED器件智能散熱。
[0005]為實現上述目的，本發明公開的高功率LED散熱系統，包括:
[0006]熱管散熱器，所述熱管散熱器的翅片上固定有PWM風扇，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器件的電源開關連接;以及
[0007]所述微控制器，用于根據所述熱電偶所探測到的溫度切換所述PWM(PUlse WidthModulat1n，脈沖寬度調制)風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器件的電源開關輸出關閉指令。
[0008]為實現上述目的，本發明還公開一種高功率LED散熱系統的控制方法，包括:
[0009]微控制器經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]所述微控制器根據所述熱電偶所探測到的溫度切換HVM風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器件的電源開關輸出關閉指令。
[0011]本發明具有以下有益效果:
[0012]適用于大功率LED自動散熱系統，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定性。
[0013]下面將參照附圖，對本發明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0014]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0015]圖1為本發明優選實施例公開的高功率LED散熱系統的微控制器的結構框圖。
[0016]圖2是本發明優選實施例公開的高功率LED散熱系統的控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0018]實施例1
[0019]本實施例公開一種尚功率LED散熱系統，包括熱管散熱器和微控制器。熱管散熱器是本領域技術人員熟知的器件(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，其蒸發端嵌入熱沉中(可與熱沉的熱盤平齊)。其中，可選的，熱沉與產生熱源的高功率LED器件之間經導熱絕緣膠粘連有熱盤(熱盤，又稱為集熱盤、集熱罩、聚熱蓋等)。本實施例中，各接觸面可采用硅膠或其他導熱性能良好的材料粘接，下述不再贅述。
[0020]進一步的，本實施例的熱管散熱器的翅片上固定有PWM風扇，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PWM風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器件的電源開關連接；以便于該微控制器根據熱電偶所探測到的溫度切換PWM風扇的工作模式，并在高功率LED器件溫度失控條件下，向高功率LED器件的電源開關輸出關閉指令。較佳的，本實施例中可采用PWM雙風扇，分別安裝在翅片的兩側，一個以吹風散熱方式工作，一個以抽風散熱方式工作。
[0021]可選的，本實施例中，Pmi風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:溫控模式一基于環境溫度與熱電偶的溫度差進行控制，溫控模式二基于設定溫度與熱電偶的溫度差進行控制。
[0022]本實施例中，如圖1所示，具體微控制器的結構可以采用以下框架:
[0023]單片機10，其經A/D轉換器20與熱電偶30連接，并連接用于驅動Pmi風扇的驅動器40;且還包括:分別與單片機連接的矩陣鍵盤50和顯示屏60，以及還設有一環境溫度傳感器70與單片機連接，以及一與高功率LED器件的電源開關連接的繼電器80。藉此，則上述切換信息可通過矩陣鍵盤設置和獲取，并通過顯示屏顯示相關的切換信息。其中矩陣鍵盤主要用于采集錄入及修改用戶所設置的具體參數，例如，PWM風扇的啟動、暫停及關閉條件等，以及配套檔位的溫控條件及切換條件等，可選的，相應條件在出廠前也可以設置相應的默認值，以自動模式供用戶選擇;而顯示屏則用于輸出直觀的界面供用戶操作。與之配套的，該單片機在初始化前還需要燒錄相應的中控程序。具體的，上述微控制器的配件選型可以采用MCS-52單片機、1602LCD顯示屏、MAX6675A/D轉換器、L298N PWM風扇驅動器、DS18B20環境溫度傳感器、以及4x4的矩陣鍵盤(按鍵)組成。
[0024]實施例2
[0025]與上述實施例1相對應的，本實施例公開一種高功率LED散熱系統的控制方法，如圖2所示，包括:
[0026]步驟S1、微控制器經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、微控制器根據熱電偶所探測到的溫度切換PWM風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器件的電源開關輸出關閉指令。所謂溫度失控，是指PWM風扇最大功率運轉條件下，高功率LED器件的基底溫度達到或超過了相應的安全用電的溫度最大值。
[0028]本實施例中，上述工作模式可以由廠家設定相應的默認值，以自動模式顯示供用戶選擇，也可以由用戶人為設定及修改，相關信息包括但不限于:PWM風扇的啟動、暫停及關閉條件等，以及配套檔位的溫控條件及切換條件等。例如，當微控制器部署有環境溫度傳感器時，溫控模式可以基于環境溫度與熱電偶的溫度差進行控制，也可以基于設定溫度與熱電偶的溫度差進行控制。
[0029]綜上，基于本發明的技術方案，大功率LED器件工作時的熱流量傳遞至緊密接觸的熱盤和熱管的蒸發端;一方面，熱流量分別經熱沉(通常不規則分布，以增大散熱面積)導出到環境中；一方面，經熱管內相變填充材料的相變過程，將熱量傳導至熱管的冷凝端與翅片(可選鋁合金材質)，最終由翅片將傳輸過來的熱量傳給環境。與此同時，當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，微控制器可以根據設定的散熱模式進行切換;例如，微控制器在確定檢測溫度已高出高功率LED器件設定的工作溫度或超過環境溫度一定值時，確定啟動PWM風扇工作，并進一步確定啟動運轉的工作時間及檔位等，并在高功率LED器件的基底溫度達到或超過了相應的安全用電的溫度最大值，關閉PffM風扇并切斷高功率LED器件的電源，從而形成安全的熱量快速導出、制冷、散熱的綜合系統，以實現高功率LED器件智能散熱。
[0030]此外，本發明上述所公開的高功率LED散熱系統及其控制方法，軟硬件都可以靈活設置，比如風扇及熱管的數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，可以預見商業上的巨大成功。
[0031]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高功率LED散熱系統，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器件的電源開關連接;以及 所述微控制器，用于根據所述熱電偶所探測到的溫度切換所述HVM風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器件的電源開關輸出關閉指令。2.根據權利要求1所述的高功率LED散熱系統，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，其蒸發端嵌入所述熱沉中；所述熱沉與所述高功率LED器件之間經導熱絕緣膠粘連有熱盤。3.根據權利要求1所述的高功率LED散熱系統，其特征在于，所述微控制器包括: 單片機，其經A/D轉換器與所述熱電偶連接，并連接用于驅動所述PffM風扇的驅動器。4.根據權利要求3所述的高功率LED散熱系統，其特征在于，所述微控制器還包括: 分別與所述單片機連接的矩陣鍵盤和顯示屏。5.根據權利要求3或4所述的高功率LED散熱系統，其特征在于，還設有一環境溫度傳感器與所述單片機連接。6.一種高功率LED散熱系統的控制方法，其特征在于，包括: 微控制器經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； 所述微控制器根據所述熱電偶所探測到的溫度切換HVM風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器件的電源開關輸出關閉指令。7.根據權利要求6所述的散熱系統的控制方法，其特征在于，所述工作模式包括風扇檔位的模式切換，和/或溫控模式的切換，其中，溫控模式一基于環境溫度與熱電偶的溫度差進行控制，溫控模式二基于設定溫度與熱電偶的溫度差進行控制。8.根據權利要求6或7所述的散熱系統的控制方法，其特征在于，所述微控制器包括: 單片機，其經A/D轉換器與所述熱電偶連接，并連接用于驅動所述PffM風扇的驅動器； 分別與所述單片機連接的矩陣鍵盤和顯示屏；以及 還設有一環境溫度傳感器與所述單片機連接； 所述熱管散熱器還包括: U型熱管，其冷凝端與翅片連接，其蒸發端嵌入熱沉中；所述熱沉與所述高功率LED器件之間經導熱絕緣膠粘連有熱盤； 其中，切換信息通過矩陣鍵盤設置和獲取，并通過顯示屏顯示相關的切換信息。
【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