CN102235598A - 一种高透光率、高散热效率的大功率led照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，包括LED芯片、连接线、阴极、透镜、散热部件和外封装，所述的散热部件包括与LED芯片接触的热管散热器，以及与热管散热器接触的散热片；所述的透镜采用蝙蝠翼配光设计。本发明利用热管散热技术可将散热片的热量快速散发到空气中，散热效率高、体积小、重量轻，从而可明显延长产品的使用寿命，提高产品的使用安全性，蝙蝠翼配光设计的透镜还提高了装置的透光率，降低了产品的生产和使用成本。

Description

一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置

技术领域

本发明涉及一种LED照明设备，特别是涉及一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置。

背景技术

近年来，大功率LED照明设备基于在节能、高效、环保等方面的优势，得到越来越广泛的应用和不断的改进。而由于LED发光设备所消耗的电能中有约80％转换为热能，只有小部分转换为光能，因此，提高散热性能和透光效率是LED照明装置的技术要点，尤其对于大功率LED照明装置来说，散热设计的优劣直接影响影响了装置的光度衰减率和使用寿命。

请参阅图1、图2所示，现有的大功率LED照明设备主要由LED芯片1、连接线2、阴极3、透镜4、散热部件5和外封装6组成。其中散热部件5常用的散热方式主要是自然对流散热和风扇强制散热。风扇散热系统复杂、可靠性低且风扇的使用寿命很短。因此自然散热的使用更为广泛，而自然散热的散热面积、交换热量有限，且散热器本身较重，加重了灯杆的负荷，使其抗外力能力降低。此外，现有大功率LED照明设备在安装时，还需要再次加装透镜，这样会明显降低透镜的透光率，并会隔阻热量的快速散发。

由此可见，上述现有的大功率LED照明装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种透光率高、散热效果好、使用寿命长、重量较轻的新的高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，实属当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，使其透光率高、散热效果好、使用寿命长、重量较轻，从而克服现有的大功率LED照明装置的不足。

为解决上述技术问题，本发明一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，包括LED芯片、连接线、阴极、透镜、散热部件和外封装，所述的散热部件包括与LED芯片接触的热管散热器，以及与热管散热器接触的散热片；所述的透镜采用蝙蝠翼配光设计。

作为本发明的一种改进，所述的热管散热器为回路热管散热器。

所述的LED芯片与回路热管散热器的蒸发器壁之间涂敷有导热绝缘胶。

所述的回路热管散热器的热管为铜粉烧结工艺制成。

所述的回路热管散热器采用防冻超导工作液。

所述的散热片表面设有自清洁层。

所述的自清洁层为微米或纳米粒子喷涂层。

所述的透镜采用120°*60°的蝙蝠翼光强分布设计。

采用这样的设计后，本发明利用热管散热技术可将散热片的热量快速散发到空气中，散热效率高、体积小、重量轻，从而可明显延长产品的使用寿命，并提高产品的使用安全性，蝙蝠翼配光设计的透镜还提高了装置的透光率，降低了产品的生产和使用成本。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有大功率LED照明装置的结构示意图。

图2是图1的剖面示意图。

图3是本发明一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置的结构示意图。

图4是本发明一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置的配光曲线图。

具体实施方式

请参阅图3所示，本发明一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，与现有技术采用相同的LED芯片1、连接线2、阴极3、透镜4、散热部件5和外封装6的结构设计，但是在散热部件5的设计上，包括了与LED芯片1相接触的热管散热器51，以及与该热管散热器51接触的散热片52，对透镜4也采用了蝙蝠翼配光设计。

其中，热管散热器51优选回路热管散热器，通常由管壳、吸液芯和端盖组成。管壳可采用铜粉烧结工艺制成，内部被抽成负压状态，充入沸点低、易挥发的液体，优选晨怡热管工作液A型等防冻超导工作液以适于户外长时间工作，吸液芯由毛细多孔材料制成并设置于管壁上。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，位于蒸发端的液体受热迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向冷凝端，并释放出热量，重新凝结成液体，液体在毛细力作用下沿吸液芯流回蒸发端，如此循环不止，迅速且源源不断地将热量由热管一端传至另外一端。回路热管散热器可避免气液混流的相互干扰，导热效率更高，并具有普通热管等温性良好、传热面积可任意改变、利于远距离传热、可控制温度、无噪音等诸多优点，可将散热器温升控制在18℃以内，从而保证LED芯片在有效的结温条件下长时间运行，明显延长LED的使用寿命。

为了研究本发明的散热部件冷却大功率LED的传热性能，我们建立了试验系统，并基于研华ADAM-4018数据采集卡和ADAM-4520转换器建立了热电偶测温的数据采集仪硬件系统。将铜-康钢热电偶(型号为K型)测得的电信号进行采集，然后通过计算机软硬件系统对采集得到的电信号进行分析处理，得到实时的温度值。数据采集和动态显示的软件系统则基于研华组态王软件平台来构建。

采用薄膜电阻加热器来模拟大功率LED芯片。将薄膜电阻加热器贴在回路热管蒸发器底部，薄膜电阻加热器的厚度为0.2mm，最大加热功率为120W，仅与热管接触的面能够传递热量，其余面都采用绝热材料保温。为了便于观察热管内部工质的流动状态，在蒸汽管路和液体管路上各加装了观察孔，此观察孔由一透明的石英玻璃和连接装置组成。

实验条件：

蒸发器内部尺寸：70mm(长)×55mm(宽)×5mm(高)；

蒸汽管路尺寸：长为140mm，内径为6mm，管壁厚为1mm；

液体管路尺寸：长度1100mm，内径为6mm，管壁厚为1mm；

循环工质：二次蒸馏水；

热流密度范围q：3.6×104～1.0×105W/m²；

热管充液率(工质体积与环路总体积之比)ξ：50％；

热管运行压力及相应饱和温度：0.07375×105Pa(40℃)、0.12335×105Pa(50℃)、0.19920×105Pa(60℃)、0.3116×105Pa(70℃)、0.7011×105Pa(90℃)；

薄膜电阻加热器：薄膜电阻加热器的面积为70mm×55mm，与蒸发器的下表面积相等；

直流稳压电源规格为：0～35V，20A；

冷凝器的冷却方式：自然风冷却，风速约为1m/s，由风速仪测定；

蒸汽压力测量：压力传感器；

试验的环境温度：25℃。

实验结果显示，回路热管的性能非常优异，在输入功率为30W时，热管在5min内能够迅速启动，热管的稳定性好，薄膜电阻的温度始终被控制在55℃左右。又经过多次实验验证，热管在不同输入功率、不同的安装角度的条件下，都能够6min内迅速地启动、稳定运行：角度相同，输入功率大时，热管启动迅速；输入功率相同，角度小的时候，热管的启动较迅速。为使热管散热器发挥最大效率，建议安装时以不低于12度倾角为好。

此外，请配合参阅图4所示，透镜4以120°*60°的蝙蝠翼光强分布设计为最佳，其一次配光设计可拉长发光角度，安装时无需再加透镜或反光杯，从而减少发光损失、降低热量累计并节约生产和使用成本。由于大功率LED封装形式一般采用表面贴装，为了使LED芯片与热管散热器壁紧密相连，可在所述的LED芯片与回路热管散热器的蒸发器壁之间涂敷导热绝缘胶。还可在散热片52表面增设微米或纳米粒子喷涂层等自清洁层，防止尘土、雨水等对散热片散热效果的影响。

本发明高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置不仅透光率更高，其所采用的回路热管散热器重量仅0.515KG，120W的LED路灯仅重4.8公斤，承重更为合理，使用更加安全，且体积小、散热效率高、热稳定性好、热阻小、利于延长照明设备的使用寿命。且散热部分和器件部分为两个单独腔体，热量由大功率LED背板传热给热管散热器，热管迅速将热量传导到散热片，配合自然对流将热量传导到空气中，避免在LED芯片上的热积累，完美的解决了器件密闭与对流散热的矛盾。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，包括LED芯片、连接线、阴极、透镜、散热部件和外封装，其特征在于：

所述的散热部件包括与LED芯片接触的热管散热器，以及与热管散热器接触的散热片；

所述的透镜采用蝙蝠翼配光设计。

2.根据权利要求1所述的一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，其特征在于所述的热管散热器为回路热管散热器。

3.根据权利要求2所述的一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，其特征在于所述的LED芯片与回路热管散热器的蒸发器壁之间涂敷有导热绝缘胶。

4.根据权利要求2所述的一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，其特征在于所述的回路热管散热器的热管为铜粉烧结工艺制成。

5.根据权利要求2所述的一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，其特征在于所述的回路热管散热器采用防冻超导工作液。

6.根据权利要求1所述的一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，其特征在于所述的散热片表面设有自清洁层。

7.根据权利要求6所述的一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，其特征在于所述自清洁层为微米或纳米粒子喷涂层。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种高透光率、高散热效率的大功率LED照明装置，其特征在于所述的透镜采用120°*60°的蝙蝠翼光强分布设计。

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