專利名稱：使用熱管控制led燈單元的溫度的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及移除LED燈単元的熱，且更具體而言，涉及用于控制LED燈単元的溫度的熱管和熱電冷卻器。
背景技術(shù)：
在過去，發(fā)光二極管(LED)僅限于低于ー瓦特的功率電平?，F(xiàn)在，在封裝中，可使用超過5瓦特的LED?，F(xiàn)在，還可使用效率為100流明/瓦特的LED。這些最新進(jìn)步已使得LED的許多新應(yīng)用成為可能。ー個實例為用于報警裝置(例如，信標(biāo)燈)的LED的用途。 信標(biāo)燈通常發(fā)射光，所述光具有有限的垂直光束擴(kuò)散，并且在所有徑向上貫穿全向360°。 更具體而言，LED可用于頻閃信標(biāo)應(yīng)用，在過去，氙氣頻閃管可用于信標(biāo)應(yīng)用。已論述過使用LED(發(fā)光二極管)生產(chǎn)報警裝置，所述報警裝置類似于采用氙氣閃光管的單元來產(chǎn)生閃光。在許多應(yīng)用中，這些裝置定位在無線電發(fā)射塔、風(fēng)カ渦輪發(fā)電機(jī)、精煉堆等的頂部。這些位置使得例行維護(hù)的施行(例如，更換閃光管)極為困難。使用具有較長使用壽命的LED 取代氙氣管的能力提供主要優(yōu)勢。為提供這些類似于氙氣閃光管的裝置的光輸出，或其他傳統(tǒng)照明技木，通常需要大量的LED。舉例而言，聯(lián)邦航空管理局要求無線電塔的頂部的白色閃光裝置在日間時數(shù)期間的操作。對于中等強(qiáng)度應(yīng)用，這些裝置必須能產(chǎn)生最少20000有效坎德拉的光輸出。使用LED產(chǎn)生所述光輸出可能需要大約400個5瓦特LED。因為光是閃爍的，所以LED將以小于100%的工作周期運(yùn)行。把這些大量的LED封裝在光信號所需的小空間中導(dǎo)致熱的高度集中。LED裸片中聚集的熱可導(dǎo)致更短的使用壽命，并且，在極端狀況下，LED裸片中聚集的熱可導(dǎo)致LED裝置失靈。LED的內(nèi)部裸片溫度應(yīng)保持為低，以便最大化LED的性能和使用壽命。最大LED裸片溫度的范圍在約125°C到150°C之間。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明提供ー種發(fā)光二極管(LED)燈単元。LED燈単元包含至少ー個支撐板，所述支撐板具有一或多個內(nèi)開ロ ；至少ー個LED陣列，所述LED陣列耦合到 LED板；和至少ー個熱管，所述熱管耦合到所述LED板，其中所述LED板耦合到所述至少一個支撐板。在另ー實施例中，本發(fā)明提供ー種LED燈単元，所述LED燈単元包含多個支撐板， 其中所述多個支撐板中的每ー個具有一或多個內(nèi)開ロ且所述多個支撐板中的每ー個垂直堆疊并耦合到中心柱。LED燈單元還包含至少ー個LED陣列，所述LED陣列耦合到LED板； 集熱器，所述集熱器耦合到所述LED板；和至少ー個熱管，所述熱管耦合到所述集熱器。所述至少一個熱管可耦合到所述集熱器，以便所述至少一個熱管直接在所述至少ー個LED陣列之下且平行于所述至少ー個LED陣列，其中所述至少一個熱管耦合到所述多個支撐板中
的一者。在另ー實施例中，本發(fā)明提供ー種LED燈単元，所述LED燈単元包含至少ー個LED 陣列，所述LED陣列耦合到LED板；至少一個集熱器；至少ー個LED板，其中所述LED板耦合到所述至少一個集熱器；和至少ー個熱管，所述熱管耦合到所述集熱器。


通過考慮以下具體實施方式
連同附隨圖式可以很容易理解本發(fā)明的教示，其中圖1繪示本發(fā)明的示范性實施例的高級框圖；圖2繪示本發(fā)明的另ー示范性實施例的高級框圖；圖3繪示示范性支撐板和熱管；圖4繪示示范性熱管和相關(guān)結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)的視圖；圖5繪示本發(fā)明的示范性實施例的分解圖；圖6繪示本發(fā)明的示范性中心柱；圖7繪示示范性散熱片的頂視圖；圖8繪示本發(fā)明的示范性完全組裝的側(cè)視圖；圖9繪示本發(fā)明的示范性完全組裝的等距視圖；圖10繪示LED燈単元的替代實施例；和
圖11繪示LED燈単元的替代實施例。為方便理解，在可能的情況下，使用了相同的元件符號來指定圖式中共同的相同元件。
具體實施例方式圖1繪示本發(fā)明的發(fā)光二極管(LED)燈単元100的示范性實施例的高級框圖。LED 燈単元100可為(例如)信標(biāo)，所述信標(biāo)位于無線電發(fā)射塔、風(fēng)カ渦輪發(fā)電機(jī)、精煉堆等上。 LED燈単元100可利用(例如)在頻閃單元中閃爍的LED，或(例如)始終在接通位置連續(xù)地發(fā)射光的LED。LED燈単元100可包括至少ー個支撐板102i至10ん。在下文中，支撐板 102!至10 可分別或統(tǒng)稱為支撐板102。支撐板102可為任何幾何形狀，例如圓形或任何例如正方形、六邊形、八邊形等的多邊形狀。在示范性實施例中，為了論述本發(fā)明，支撐板102 可為圓形。此外，支撐板102可由任何導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、鋁等。支撐板102可具有至少ー個LED陣列(未圖示)，所述LED陣列耦合到支撐板102。 在示范性實施例中，LED燈単元100包括三個支撐板102。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到 LED燈単元100并不限于任何數(shù)量的支撐板102。LED燈単元100可為模塊化的。S卩，LED 燈単元100可按照歸因于使用的LED的提高或降低的效率所致的LED的數(shù)量要求變化或按照特定應(yīng)用的光度要求而添加或去除支撐板102。每ー支撐板102具有一或多個內(nèi)開ロ 106。在一個實施例中，例如當(dāng)支撐板102具
5有圓形幾何形狀吋，一或多個內(nèi)開ロ 106為同心圓形開ロ。在另ー實施例中，如圖3中所示和以下所述，ー或多個內(nèi)開ロ 106可為在支撐板周圍的點處的開ロ 310。一或多個內(nèi)開ロ 106使熱管104垂直向上延伸穿過每ー支撐板102。下文將論述熱管104的具體對準(zhǔn)。每一支撐板102可具有至少ー個熱管104 ；然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到每一支撐板 102可具有任何數(shù)量的適合足以移除LED陣列的熱的熱管104。在本發(fā)明的替代實施例中，LED燈単元100可不具有支撐板102。舉例而言，熱管 104自身可用作全部或部分支撐板102。熱管104可垂直于頂板延伸，所述頂板把所有熱管 104均保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。如圖1所示，每ー支撐板102可相互垂直堆疊。每ー支撐板102可耦合到中心柱 108?？ㄈ?未圖示)可耦合到中心柱108，以調(diào)平每ー支撐板102。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到中心柱108可為單一整段或多個更小的段，所述多個更小的段結(jié)合形成中心柱 108。此外，中心柱108可由導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、鋁等。如上所述，LED燈単元100要求的光輸出的量使LED燈単元100產(chǎn)生大量的熱。此外，由于把輸出多達(dá)20000有效坎德拉或更多的光所需的大量LED的封裝于小空間中，導(dǎo)致熱的高度集中。本發(fā)明的設(shè)計允許在耗散LED中的熱時把如此大量的LED封裝在小空間中。 因此，LED的使用壽命將大幅度延長，并且，需要最少量的維護(hù)。熱管104提供更有效地傳遞LED的熱能的方法。由于熱由LED產(chǎn)生，所以熱被傳導(dǎo)到支撐板102。如下將述，熱管104可將熱朝向支撐板102的中心傳遞，并且將熱向上傳遞到大氣或散熱片。舉例而言，每ー級的支撐板102可具有多個熱管104，所有熱管104均垂直向上延伸?；蛘?，每ー級的支撐板102可使每ー相應(yīng)支撐板102的熱管104耦合到中心熱管(未圖示)，中心熱管沿LED燈単元100的中心垂直向上延伸。然而，替代實施例將導(dǎo)致位于熱管104與散熱片或大氣之間的熱界面的數(shù)量的増加。熱界面通常增加熱阻。熱管104可由導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、鋁等。熱管104為中空的，以提供內(nèi)部容積。 熱管104的內(nèi)部容積可填充少量的工作流體，例如水、任何醇(例如，乙醇)或流體混合物和選定工作流體的汽相。熱管104的內(nèi)壁可經(jīng)燒結(jié)或開槽，以將毛細(xì)カ施加到工作流體上。熱管104通過利用蒸發(fā)冷卻來耗散LED的熱，以通過工作流體的蒸發(fā)和冷凝把熱能從一點傳遞到另一點。舉例而言，通過LED產(chǎn)生的熱來蒸發(fā)熱管104內(nèi)的工作流體導(dǎo)致形成工作流體的蒸汽，并且蒸汽上升到熱管104的最高點，在最高點，蒸汽接著被較冷的空氣冷凝回到液態(tài)，并且接著，液體回落到熱管104的底部，以再次開始所述エ藝。歸因于熱管104內(nèi)的減少的壓力，熱管104內(nèi)的工作流體的沸點可遠(yuǎn)低于熱管104外的工作流體的沸點。因此，LED產(chǎn)生的熱可足以在低于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件中的溫度的溫度下蒸發(fā)熱管104內(nèi)的工作流體。應(yīng)注意，本發(fā)明并不限于任何特定熱管結(jié)構(gòu)。如本發(fā)明中所用的具有替代結(jié)構(gòu)的熱管均在本發(fā)明的范疇內(nèi)。舉例而言，熱管104實際上可為熱板或熱片。此外，可使用各種形狀(例如，圓形或多邊形)和尺寸的熱管104，各種形狀和尺寸的熱管104利用所述相同的液體/蒸汽傳熱機(jī)制。熱管104內(nèi)使用的工作流體、熱管104的直徑和長度隨著熱管104操作所必須的溫度條件而變。在本發(fā)明的示范性實施例中，熱管104含有水。對于熱管104的直徑，熱必須經(jīng)過的距離可決定直徑。更大的直徑更貴，并且更大的直徑在生產(chǎn)制造中略微移動或彎曲更困難。在本發(fā)明的示范性實施例中，熱管104的直徑大約為5至6毫米(mm)。與直徑相似，熱必須經(jīng)過的距離和制造成本可決定熱管104的長度。在本發(fā)明的示范性實施例中， 熱管104的長度大約為0. 5英尺至2. 0英尺。圖2繪示本發(fā)明的LED燈単元200的另ー示范性實施例的高級框圖。在結(jié)構(gòu)上， LED燈單元200在各個方面均與LED燈單元100相似。然而，LED燈單元200可包含至少ー 個進(jìn)氣ロ 202，以為熱管提供更大的熱傳遞，并且，從而傳遞LED的熱。如圖2所示，進(jìn)氣ロ 202可提供空氣流穿過ー或多個內(nèi)開ロ 106和/或中心柱108，以形成“上升氣流”從而促進(jìn)由熱管104提供的熱傳遞。或者，冷卻風(fēng)扇或其他冷卻機(jī)構(gòu)可用以形成“上升氣流”。在一個實施例中，散熱翅片可附接到中心柱108內(nèi)的熱管104上，以增加冷卻。圖3更詳細(xì)地繪示示范性支撐板102和一個熱管104。如上所述，每ー支撐板102 可具有至少ー個LED陣列302。如圖3所示，LED陣列302包含多個單獨(dú)的LED，所述多個単獨(dú)的LED通常相互鄰近成直線置放。舉例而言，LED可沿直線略微交錯。LED陣列302中使用的LED可為任何類型的LED。舉例而言，LED可為任何顏色或由任何材料構(gòu)造。LED陣列302可耦合到LED板304。LED板304可由任何導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、 鋁等。接著，LED板304可耦合到集熱器306。集熱器306也可由任何導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、鋁等。集熱器306可為任何形狀或具有任何尺寸。舉例而言，集熱器306可為板，并且， 集熱器306的尺寸可在幾何形狀上與LED板304相似。熱管104可耦合到集熱器306。然而，為最小化熱必須穿過的界面的數(shù)量和最大化從LED陣列302的熱傳遞，熱管104可直接耦合到集熱器306。此外，熱管104巧妙地直接放置在LED陣列302的下方，以便熱管平行于LED陣列302延伸。從而，最小化熱管104與 LED陣列302中的每ー LED之間的距離。這種結(jié)構(gòu)由圖3繪示。熱管104相對于LED陣列 302的所述特定布置還有助于最大化從LED陣列302的熱傳遞的效率。在本發(fā)明的替代實施例中，熱管104可直接耦合到LED板304，而不使用集熱器306。在一個實施例中，最初，熱管104平行于支撐板102延伸，并且，最后，熱管104朝向支撐板102的一或多個內(nèi)開ロ 106成角度。在某些點上，依據(jù)支撐板102的相對位置，可彎曲熱管104以垂直向上延伸。以下將參看圖5進(jìn)ー步詳細(xì)論述熱管104開始垂直向上延伸的精確點。導(dǎo)熱界面材料可置于LED板304與集熱器306之間。導(dǎo)熱界面材料有助于最大化 LED板304與集熱器306之間的熱傳遞，所述熱傳遞轉(zhuǎn)而將最大化到熱管104的熱傳遞。導(dǎo)熱界面材料可為(例如)相變材料、導(dǎo)熱膏、熱環(huán)氧樹脂或熱膠帯。圖4中繪示熱管104和相關(guān)結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)的視圖。圖4繪示熱管104、LED陣列 302、LED板304和集熱器306的側(cè)視圖。如上所述，雖然未說明，但相變材料可置于LED板 304與集熱器306之間。此外，圖4繪示聯(lián)軸節(jié)312。聯(lián)軸節(jié)312可通過焊接、釬焊或黏接形成。在另ー實施例中，可使用機(jī)械構(gòu)件，例如夾子或螺絲。因此，通過將熱管104直接耦合到集熱器306， 可最小化熱界面的數(shù)量。接著，集熱器306可直接耦合到LED板304。返回參看圖3，支撐板102還可包含凹處308，凹處308用于接納和安裝LED陣列 302、LED板304、集熱器306和熱管104。然而，如上所述，在本發(fā)明的替代實施例中，LED燈単元100可不具有支撐板102，并且，LED板304、集熱器306和熱管104的組合可用作支撐板 102。在本發(fā)明的示范性實施例中，支撐板102可具有六個凹處308，用于接納和安裝六個LED陣列302和熱管104。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明可具有任何數(shù)量的凹處308，用于接納和安裝任何數(shù)量的LED陣列302和熱管104。雖然圖3中繪示的示范性實施例以水平配置繪示LED陣列302、LED板304和集熱器306，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到LED陣列302可具有不同的安裝配置。舉例而言， 如圖3和圖4中所示，LED陣列302可安裝在垂直面上，而不是安裝在水平面上。熱管104 可具有更少的彎曲，但仍垂直于頂板延伸，所述頂板把所有熱管104均保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩４送?，支撐?02還可包括至少ー個開ロ 310。如上所述，ー或多個開ロ 106還可包括對開ロ 310的參照且在本文中可交換地使用。如以下將參看圖5論述，開ロ 310可提供熱管104的適當(dāng)對準(zhǔn)。開ロ 310的形狀和尺寸允許支撐板102用于LED燈単元100內(nèi)的任ー級。舉例而言，開ロ 310可被成形為槽。因此，可同樣為每ー級的LED燈単元100制造相同的支撐板102，即使開ロ 310內(nèi)的熱管104的定位在每ー級可能有所不同。尤其如上所述，支撐板102由導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、鋁等。因此，如果任何熱管 104失靈，那么支撐板102的本發(fā)明設(shè)計提供多余部分。舉例而言，耦合到熱管104和LED 板304的集熱器306與支撐板102緊密接觸。因此，如果熱管104中的一者失靈，那么熱可經(jīng)由支撐板102傳遞到運(yùn)行的熱管104。此外，支撐板102的本發(fā)明設(shè)計允許支撐板102均衡待由熱管104耗散的由LED 陣列302產(chǎn)生的熱。舉例而言，如果支撐板102包含多個LED陣列302，那么LED陣列302 中的一者可比其他LED陣列302運(yùn)行得更熱。這可能導(dǎo)致耦合到更熱的LED陣列302的熱管104比其他熱管104工作更繁重。支撐板102可通過趨向于均衡待由熱管104耗散的由 LED陣列302產(chǎn)生的熱而減輕所述不均勻性。圖5繪示本發(fā)明的示范性LED燈単元400的分解圖。圖5中繪示的LED燈単元 400描述四層支撐板10も、1022、10も和10も。然而，如上所述，LED燈単元400可包含任何數(shù)量的支撐板102 (包括無支撐板102的情況)，并且構(gòu)造為完全模塊化的。在示范性實施例中，當(dāng)多個支撐板102用于LED燈単元400吋，最底層的支撐板 1024可能不需要熱管104。實際上，固持最底層的支撐板10 的基座402可由任何導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、鋁等，并且基座402用以經(jīng)由支撐結(jié)構(gòu)(例如，LED燈単元400耦合到的燈塔)耗散最底層的支撐板10 的熱。然而，如果基座402由非導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如塑料，那么最底層的支撐板10 也可具有熱管104。每ー隨后的支撐板10 至10 可具有熱管104，所述熱管104垂直延伸穿過每ー 支撐板10 至10 的一或多個內(nèi)開ロ 106或開ロ 310(如圖3中所示)。每ー支撐板10 至10 的熱管104徑向地從最高層的支撐板10 到直接在最底層的支撐板10 之上的支撐板10 向外成直線對準(zhǔn)。舉例而言，最高層的支撐板10 將具有垂直延伸穿過ー或多個內(nèi)開ロ 106的熱管104。熱管104將直接與最高層的支撐板10 的一或多個內(nèi)開ロ 106或開ロ 310的邊緣相鄰。直接在最高層的支撐板10 之下的支撐板10 將具有熱管104，所述熱管104垂直延伸穿過支撐板10 和最高層的支撐板10 的相應(yīng)ー或多個內(nèi)開ロ 106或開ロ 310。然而，支撐板10 的熱管104將開始垂直向上略更朝向中心(S卩，徑向向內(nèi))延伸，接著，最高層的支撐板10 的熱管104如此延伸。因此，在徑向向內(nèi)位置處，支撐板10 的熱管104 將垂直線性地延伸鄰近最高層的支撐板10 的熱管104。以下每ー隨后的支撐板(例如， 1023)的熱管104將遵循類似的方式。如上所述，如果熱管延伸穿過開ロ 310，那么開ロ 310 可引導(dǎo)每ー熱管104的定位。每ー支撐板10 至10 可耦合到中心柱108。如圖6中所示，至少ー個卡圈602 可經(jīng)由銷(未圖示)耦合到中心柱108?？ㄈ?02為每ー支撐板10 至10 提供間距和級。此外，卡圈602還可由任何導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅、鋁等，卡圈602還有助于最大化從 LED陣列302和到熱管104的熱傳遞的效率。返回參看圖5，透鏡蓋412可用以密封LED燈単元400和板404，所述板404支撐至少ー個散熱片406。透鏡蓋412可由透明材料構(gòu)造，例如玻璃或塑料，以便使由LED產(chǎn)生的光退出単元。透鏡蓋412有助于防止例如外部元素(例如，水分和灰塵)進(jìn)入LED燈單元 400。如上所述，LED燈単元400還可包含至少ー個散熱片406，所述散熱片406安裝在板404的外部柱414上。以下將參考圖7更詳細(xì)地描述至少ー個散熱片406如何安裝到外部柱414。外部柱414和板404可由單塊材料制造，或外部柱414和板404可単獨(dú)地制造且隨后耦合在一起形成單塊。在圖5繪示的示范性實施例中，使用六個散熱片406。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明并不限于任何特定數(shù)量的散熱片。任何數(shù)量的散熱片406可用于本發(fā)明。板404可由任何導(dǎo)熱材料構(gòu)造，例如銅和鋁。板404包含脊408，脊408可從板404 的平面略微地凸起。除了脊408外的區(qū)域可向外傾斜遠(yuǎn)離板404的中心。脊408允許安裝散熱片406，以便空氣可在散熱片406的下面流動，以最大化冷卻。此外，脊408使任何水分下落遠(yuǎn)離LED燈單元400的中心。從而，防止水分滲入LED燈單元400。板404還可包含多個孔410，孔410在每ー脊408中，孔410用以接納熱管104。熱管104垂直延伸穿過板404和孔410而進(jìn)入散熱片406。因此，散熱片406圍住熱管104， 以最大化冷卻。密封結(jié)構(gòu)(例如，0型環(huán))可置于每一孔410中，以形成熱管104周圍的密封，從而防止任何水分經(jīng)由孔410滲入LED燈單元400。散熱片406可包含多個翅片，以最大化散熱片406的表面面積。這有助于最大化冷卻效率。在一個實施例中，每ー散熱片406可包含兩個分開的部分。圖7繪示本發(fā)明的示范性散熱片406的頂視圖。如上所述，散熱片406實際上可包含兩個分開的部分。散熱片406的兩個分開的部分可經(jīng)由鳩尾連接502連接到板402。 如圖7中所示，散熱片406的每一部分具有末端512，末端512略微卷曲。散熱片406的每一部分的略微卷曲的末端512與外部柱414的對應(yīng)末端510互鎖，從而形成鳩尾連接502。鳩尾連接502使得更容易組裝散熱片406并更容易將散熱片406安裝到外部柱 414。舉例而言，鳩尾連接502使得散熱片406的每一部分轉(zhuǎn)動打開和關(guān)閉。因此，在制造 LED燈単元400期間，如果使用多個散熱片406，那么多個散熱片406中的最后ー個可更容易地置于其他散熱片406之間。此外，散熱片406可包含多個凹槽504，凹槽504位于散熱片406的兩個部分中的每ー個上。當(dāng)散熱片406的兩個部分耦合在一起吋，凹槽504形成圓形孔ロ，圓形孔ロ具有大體等于熱管104的直徑的直徑。凹槽504還被定位成與板404的孔410和熱管104的位置對準(zhǔn)。如上所述，熱管104垂直延伸穿過板404和孔410而被散熱片406圍住，以最大化冷卻。導(dǎo)熱界面材料可用于凹槽504中，以占據(jù)熱管104與凹槽504之間的任何間隙。這樣最大化熱傳遞。在替代實施例中，散熱片406實際上可包含單塊。因此，散熱片406可具有多個用于插入熱管104的孔。熱管104可具有錐形末端，所述錐形末端將插入散熱片406的孔中。 此外，孔可由導(dǎo)熱界面材料填充，以填充熱管104與孔之間的任何間隙。在另ー替代實施例中，圖5中所示的散熱片406和板404可包含単一實心連續(xù)塊。 類似于散熱片406為單塊的上述替代實施例，單塊散熱片可具有多個用于插入熱管104的孔。另外，熱管104可具有錐形末端，所述錐形末端將插入散熱片406的孔。此外，孔可由導(dǎo)熱界面材料填充，以填充熱管104與孔之間的任何間隙。圖8繪示本發(fā)明的完全組裝的示范性LED燈単元400的側(cè)視圖。如圖8所示，LED 燈単元400可被完全密封而不接觸到外部元素，例如風(fēng)、雨、冰雹、雪、灰塵、碎屑等。這有助于確保LED的最大延長壽命和LED燈単元400的最少所需維護(hù)。圖9繪示本發(fā)明的完全組裝的示范性LED燈単元400的等距視圖。如圖8和圖9 所示，LED燈単元400被有利地設(shè)計為緊湊的。因此，LED燈単元400可安裝用于各種應(yīng)用， 例如，LED燈単元400可安裝在無線電發(fā)射塔、風(fēng)カ渦輪發(fā)電機(jī)和精煉堆的頂部上，而不使用重型機(jī)械或起重機(jī)。操作員可攜帯LED燈単元400。圖10繪示本發(fā)明的使用熱管104的LED燈単元1000的另ー實施例。在一個實施例中，LED燈単元1000可用作交通工具的前照燈或前燈，所述交通工具例如為汽車、飛機(jī)、 火車、全地形車(ATV)等。在一個實施例中，LED燈単元1000包括支撐板102。一或多個熱管104可耦合到支撐板102的第一側(cè)。舉例而言，單ー熱管可以螺旋形焊接在支撐板102周圍，或多個單獨(dú)的熱管104可耦合到支撐板102。此外，一或多個散熱片可耦合到一或多個熱管104，例如， 散熱片406。在與支撐板102的第一側(cè)相對的第二側(cè)上，LED燈単元1000可包含熱電冷卻器 1002、至少ー個LED 100和至少ー個溫度傳感器1004。此外，LED燈單元1000可包括一或多個反射器1008和外殼1006，所述外殼1006耦合到支撐板102并覆蓋至少ー個LED 100。在一個實施例中，熱電冷卻器1002可為帕爾帖裝置或微型帕爾帖裝置，所述帕爾帖裝置或微型帕爾帖裝置可用以冷卻物體，例如電子組件。雖然，裝置1002被稱為熱電冷卻器，但應(yīng)注意，熱電冷卻器還可用于加熱。換言之，熱電冷卻器1002還可用于反向模式， 以便加熱電子組件，例如LED燈單元1000。在一個實施例中，溫度傳感器1004可監(jiān)視LED 100的溫度。應(yīng)注意，可使用任何數(shù)量的溫度傳感器1004，并且，溫度傳感器1004可定位在LED燈単元1000內(nèi)的任何地方。 舉例而言，額外溫度傳感器1004可置于外殼1006上、LED 100的LED電路板上、支撐板102 上或LED燈単元1000上的任何地方，以便監(jiān)視環(huán)境空氣溫度。在一個實施例中，LED燈單元1000還可包括控制器1010?？刂破?010可包括處理器、存儲器和一或多個輸入/輸出裝置。存儲器可為任何類型的計算機(jī)可讀存儲媒體， 用于存儲多個指令，在由處理器執(zhí)行吋，所述多個指令使處理器執(zhí)行用于控制至少ー個LED 100的溫度的方法?？刂破?010可耦合到熱電冷卻器1002和至少ー個溫度傳感器1004。反饋回路可用在至少ー個溫度傳感器1004、熱電冷卻器1002和控制器1010之間。在ー個實施例中，控制器1010可包括一或多個模擬放大器或比較器?？刂破?010可將特定設(shè)定點溫度作為目標(biāo)來維持溫度。在另ー實施例中，可使用閾值來接通熱電冷卻器1002。反饋回路可用以自動地控制LED 100或含有溫度傳感器1004的任何其他組件的溫度。舉例而言，預(yù)先定義的高閾值可與LED 100相關(guān)。在一個實施例中，預(yù)先定義的高閾值可低于80攝氏度(で)。在又一實施例中，預(yù)先定義的高閾值可高于25°C。因此，當(dāng)溫度傳感器1004偵測到LED 100已達(dá)到預(yù)先定義的高閾值時，可發(fā)送信號到控制器1010。隨后，控制器1010可將控制信號發(fā)送到熱電冷卻器1002以冷卻LED 100。在一個實施例中，預(yù)先定義的低閾值可與LED 100相關(guān)。舉例而言，預(yù)先定義的低閾值可大于_5°C。在又一實施例中，預(yù)先定義的低閾值可低于10°C。因此，當(dāng)溫度傳感器 1004偵測到LED 100已達(dá)到預(yù)先定義的低閾值時，可發(fā)送信號到控制器1010。隨后，控制器1010可將控制信號發(fā)送到熱電冷卻器1002以加熱LED 100。應(yīng)注意，任何溫度可用作預(yù)先定義的閾值。然而，選擇適當(dāng)?shù)牡烷撝禍囟群透唛撝禍囟瓤纱_保最佳的能耗和性能。在加熱模式中，可用熱電冷卻器1002接通LED 100以最大化加熱，進(jìn)而融化雪和冰。在本文的發(fā)明中可使用遠(yuǎn)光模式和近光模式的頭燈。遠(yuǎn)光模式通常消耗更多功率，因此，遠(yuǎn)光模式產(chǎn)生更多熱。在頭燈的情況下，可用加熱模式中的熱電冷卻器1002在遠(yuǎn)光模式中操作LED 100，以便最大化來自LED 100的熱。發(fā)送到熱電冷卻器1002的控制信號還可以連續(xù)且可變的方式操作。因此，熱電冷卻器1002將加熱或冷卻，以便維持特定設(shè)定點的溫度。在一個實施例中，設(shè)定點為0°C到 40°C之間。在一個實施例中，控制信號可為可變電流。在另ー實施例中，控制信號可為可變工作周期。工作周期可通過脈沖寬度調(diào)制、頻率調(diào)制或脈沖密度調(diào)制而改變。在一個實施例中，兩個或兩個以上熱電冷卻器1002 —起使用。兩個或兩個以上熱電冷卻器1002可以并聯(lián)或串聯(lián)配置布置。兩個或兩個以上熱電冷卻器1002可被定位為背對背或并排式配置。一起使用低熱阻組件(例如熱管104)和熱電冷卻器1002提高了熱電冷卻器1002 的效率。這適用于通過熱電冷卻器1002的加熱和冷卻。反饋回路可連續(xù)地接收來自溫度傳感器1004的數(shù)據(jù)，從而熱電冷卻器1002實質(zhì)上可基于溫度而按需要由控制器1010連續(xù)地接通和斷開。在一個實施例中，控制器1010可經(jīng)編程以接通和斷開熱電冷卻器1002，而不計溫度。舉例而言，當(dāng)接著將LED燈単元1000安裝在交通工具中吋，當(dāng)交通工具移動時，由于 LED燈単元1000上増加的空氣流可保持LED 100在預(yù)先定義的閾值溫度之下，所以可無需接通熱電冷卻器1002。在一個實施例中，控制器1010可遠(yuǎn)程定位。舉例而言，控制器1010可定位在交通工具的顯示控制臺或儀表板內(nèi)。這將允許交通工具的駕駛員使用輸入/輸出裝置設(shè)定預(yù)先定義的用于冷卻和加熱的溫度或手動地接通和斷開熱電冷卻器1002，所述輸入/輸出裝置為控制器1010的部分。在一個實施例中，熱電冷卻器1002和熱管102的組合可提高移除LED 100的熱的效率。舉例而言，熱管102可連接到交通工具的金屬零件，例如，保險桿、底盤等。因此，熱管102還可移除LED 100的熱且將熱移出交通工具。
或者，熱管可耦合到外殼1006。因此，由于熱從LED 100耗散到熱管102，因此熱可從熱管102傳遞到外殼1006。這在冬天當(dāng)LED燈単元1000可能集結(jié)雪和冰時特別有用。 從LED 100耗散出的熱可用以加熱和融化外殼1006的外側(cè)的雪和冰。圖11繪示LED燈単元1100的另ー實施例。如前所述，熱電冷卻器可與LED —起用在頭燈中。類似于LED燈単元1000，LED燈単元1100可包括支撐板1102和一或多個熱管104，所述熱管104耦合到支撐板1102。應(yīng)注意，在圖11中所示的實施例中，一或多個熱管104是可選的。然而，在圖11中所示的實施例中，LED燈單元1100可包括LED 100A和100B(在下文中也統(tǒng)稱為LED 100)，并且，LED燈単元1100可安裝在板1120的頂側(cè)和底側(cè)上。LED 燈單元1100還可只包括LED 100A或100B，所述LED 100A或100B安裝在板1120的頂側(cè)或底側(cè)上。應(yīng)注意，LED 100還可安裝在接著相對于熱電冷卻器1102成90°定位的板1120 上，或安裝在平行于熱電冷卻器1102定位的板1120上。在一個實施例中，一或多個反射器 1108A和1108B (在下文中也統(tǒng)稱為1108)可耦合到LED 100中的每ー個。板1120可為外殼1106的一部分，或板1120可為單獨(dú)的組件，所述組件接著被安裝到外殼1106。外殼1106可由金屬(例如，鋁)制成，以耗散熱。在外殼1106的一側(cè)可具有燈罩1122。燈罩1122可由塑料或玻璃制成。LED燈單元1100還可包括電源與控制器單元1110和電纜入口 1124。電源與控制器単元1110還可連接到一或多個溫度傳感器(未圖示)，以形成反饋回路來控制類似干與上述LED燈単元1000相關(guān)的配置的熱電冷卻器1102。LED燈単元1100內(nèi)的電路可具有涂層，以保護(hù)LED燈単元1100不受水的影響。涂層可為保形涂層或灌封材料。涂層可覆蓋LED 100、電源與控制器単元1110和相關(guān)布線。 如上所述，LED燈1100還可包括散熱片或散熱翅片406。雖然以上已描述各種實施例，但應(yīng)理解，實施例僅通過實例呈現(xiàn)，而不受實例的限制。因此，優(yōu)選實施例的廣度和范疇不應(yīng)受到任何上述示范性實施例的限制，而應(yīng)僅按照所附權(quán)利要求書及其等效物加以界定。
1權(quán)利要求
1.ー種發(fā)光二極管(LED)燈単元，所述LED燈単元包含 至少ー個支撐板；至少ー個熱管，所述熱管耦合到所述至少一個支撐板； 至少ー個LED，所述LED耦合到所述至少一個支撐板； 至少ー個熱電冷卻器，所述熱電冷卻器耦合到所述至少ー個LED ；和至少ー個溫度傳感器，所述溫度傳感器耦合到所述至少ー個LED。
2.如權(quán)利要求1所述的LED燈単元，其中所述LED燈単元包含用于交通工具的前照燈。
3.如權(quán)利要求2所述的LED燈単元，其中所述至少ー個熱管耦合到所述交通工具的零件。
4.如權(quán)利要求3所述的LED燈単元，其中所述零件包含以下各項中的至少ー者保險桿或底盤。
5.如權(quán)利要求1所述的LED燈単元，所述LED燈単元進(jìn)ー步包含控制器，所述控制器耦合到所述至少一個熱電冷卻器和所述至少ー個溫度傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的LED燈単元，其中所述控制器、所述至少一個熱電冷卻器和所述至少ー個溫度傳感器形成反饋控制回路，所述反饋控制回路用于控制所述至少ー個LED的溫度。
7.如權(quán)利要求5所述的LED燈単元，其中所述控制器遠(yuǎn)程地定位在交通工具的顯示控制臺上。
8.如權(quán)利要求1所述的LED燈単元，其中所述至少一個熱電冷卻器包含帕爾帖裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的LED燈単元，所述LED燈単元進(jìn)ー步包含外売，所述外殼耦合到所述至少ー個熱管，其中所述至少一個熱管從所述至少ー個LED 耗散熱且將熱耗散到所述外売。
10.ー種用于控制至少ー個發(fā)光二極管(LED)的溫度的方法，所述方法包含以下步驟 接收所述至少ー個LED的溫度讀數(shù)；比較所述溫度讀數(shù)與預(yù)先定義的閾值；和基于所述比較，調(diào)整所述至少ー個LED的溫度。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中從溫度傳感器接收所述溫度讀數(shù)，所述溫度傳感器耦合到所述至少ー個LED。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述比較包含 確定所述溫度讀數(shù)是否高于預(yù)先定義的閾值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述調(diào)整包含經(jīng)由熱電冷卻器或至少ー個熱管中的至少ー者來降低所述至少ー個LED的所述溫度， 所述熱電冷卻器耦合到所述至少ー個LED，所述至少一個熱管耦合到所述至少ー個LED。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述比較包含 確定所述溫度讀數(shù)是否低于預(yù)先定義的閾值。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述調(diào)整包含經(jīng)由熱電冷卻器提高所述至少ー個LED的所述溫度，所述熱電冷卻器耦合到所述至少 ー個 LED。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中連續(xù)地執(zhí)行所述接收和所述比較。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述調(diào)整步驟中，從所述至少ー個LED耗散的熱被傳遞到外殼的外側(cè)，所述外殼覆蓋所述至少ー個LED。
18.一種存儲有多個指令的計算機(jī)可讀存儲媒體，所述多個指令包括在由處理器執(zhí)行時使所述處理器執(zhí)行用于控制至少ー個發(fā)光二極管(LED)的溫度的方法的指令，所述方法包含以下步驟接收所述至少ー個LED的溫度讀數(shù)； 比較所述溫度讀數(shù)與預(yù)先定義的閾值；和基于所述比較，調(diào)整所述至少ー個LED的溫度。
19.如權(quán)利要求18所述的計算機(jī)可讀存儲媒體，其中所述溫度讀數(shù)是從溫度傳感器接收到的，所述溫度傳感器耦合到所述至少ー個LED。
20.如權(quán)利要求18所述的計算機(jī)可讀存儲媒體，其中所述接收和所述比較是連續(xù)地執(zhí)行的。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種發(fā)光二極管(LED)燈單元。舉例而言，所述LED燈單元包括至少一個支撐板，所述支撐板具有一或多個內(nèi)開口。至少一個LED陣列可耦合到LED板。所述LED燈單元還包括至少一個熱管，所述熱管耦合到所述LED板，其中所述LED板耦合到所述至少一個支撐板。
文檔編號F21V29/00GK102597617SQ201080049462
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者托馬斯·R·伯頓, 格雷戈里·K·布萊扎瑞克, 約翰·W·柯倫, 約翰·帕特里克·佩克, 肯尼思·J·齊默 申請人:迪亞光公司