專利名稱：一種led冷卻系統(tǒng)及使用該冷卻系統(tǒng)的led照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種LED冷卻系統(tǒng)及使用該冷卻系統(tǒng)的LED照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前LED燈已經(jīng)迅速成為照明系統(tǒng)中一種常用的光源，相比較于傳統(tǒng)光源而言，LED燈具有很多優(yōu)勢(shì)，例如，LED燈的尺寸比傳統(tǒng)的白熾燈泡要明顯小很多，但是亮度比白熾燈泡甚至還要亮一些。由于LED是一種半導(dǎo)體器件，以確保LED燈不被燒壞，應(yīng)控制LED燈接點(diǎn)的溫度。此外，控制接點(diǎn)的溫度也有利于LED燈維持最大亮度、壽命，以及色彩的一致性。溫度的快速波動(dòng)對(duì)LED燈發(fā)出的光的顏色會(huì)產(chǎn)生不良影響，并且LED發(fā)射的光的亮度也會(huì)隨著溫度的波動(dòng)而發(fā)生很大的變化，這些在使用LED的照明系統(tǒng)中都可能被注意到。因此，這些LED照明系統(tǒng)需要采用冷卻系統(tǒng)來(lái)對(duì)LED燈進(jìn)行散熱。典型的冷卻系統(tǒng)通常為使用散熱片和/或風(fēng)扇來(lái)冷卻接點(diǎn)。另外一種冷卻系統(tǒng)就是采用半導(dǎo)體冷卻器(Peltier cooler)來(lái)散熱。半導(dǎo)體冷卻器是一種電氣設(shè)備,其作為一熱泵工作，當(dāng)電流被供給到所述冷卻器時(shí)，使熱量從一端轉(zhuǎn)移至另一端，提供給半導(dǎo)體冷卻器的電量與傳導(dǎo)的熱量之間存在一線性關(guān)系，通過(guò)設(shè)于半導(dǎo)體冷卻器相對(duì)兩側(cè)的兩塊板，能夠使將熱量從一端傳遞到另一端，從而形成一個(gè)冷卻面區(qū)域，該冷卻面區(qū)域能夠使LED照明系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)主動(dòng)的散熱系統(tǒng)來(lái)直接冷卻，而不需要一個(gè)被動(dòng)的散熱器。因此，LED接點(diǎn)的溫度可以被直接控制。雖然使用半導(dǎo)體冷卻器可以較大地控制LED系統(tǒng)的散熱，但半導(dǎo)體冷卻器仍然存在一些缺點(diǎn)。比如，半導(dǎo)體冷卻器效率非常低，能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的轉(zhuǎn)換效果。因此，如果一直操作半導(dǎo)體冷卻器會(huì)耗費(fèi)大量的能量使設(shè)備變得低能效，而且它的熱端產(chǎn)生的熱量也需要處理，避免影響到LED照明系統(tǒng)。另一個(gè)需要考慮因素的是，如果半導(dǎo)體冷卻器運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間后，冷卻效應(yīng)能夠使冷端板出現(xiàn)冷凝，冷凝導(dǎo)致的水珠也會(huì)影響到LED照明系統(tǒng)的操作。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種帶有控制系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)，能夠控制冷卻系統(tǒng)的操作，解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的和優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型提出的LED冷卻系統(tǒng)包括:一半導(dǎo)體冷卻器，其包括一頂部冷板和一底部熱板，所述頂部的冷端直接與LED外殼接觸，使LED外殼內(nèi)LED散發(fā)的熱量，能夠通過(guò)LED外殼被所述的半導(dǎo)體冷卻器散熱；一與所述半導(dǎo)體冷卻器連接的控制電路，用于控制提供給半導(dǎo)體冷卻器的電量，該電量根據(jù)LED外殼的溫度來(lái)確定。所述的LED照明系統(tǒng)包括:一固定LED的LED外殼，當(dāng)LED發(fā)光時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量；一冷卻系統(tǒng)，用于對(duì)LED和LED外殼散熱；以及一控制電路，用于通過(guò)所述的冷卻系統(tǒng)控制從LED和LED外殼轉(zhuǎn)移熱量，其中，所述控制電路監(jiān)測(cè)所述LED外殼的溫度，并根據(jù)LED外殼的溫度通過(guò)所述冷卻系統(tǒng)控制所述LED外殼轉(zhuǎn)移的熱量。本實(shí)用新型利用半導(dǎo)體冷卻器的冷端直接與LED外殼連接，使接點(diǎn)能夠獲得最大的冷卻效果，半導(dǎo)體冷卻器由控制系統(tǒng)來(lái)控制，通過(guò)檢測(cè)溫度來(lái)確定需要提供多少電流來(lái)給半導(dǎo)體冷卻器供能，從而控制冷卻效果，半導(dǎo)體冷卻器的熱端采用傳統(tǒng)的散熱片進(jìn)行散熱。

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例的部件示意圖；圖2是LED殼體單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是控制系統(tǒng)的電路圖；圖5是熱敏電阻操作特性的曲線圖；圖6是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的部件示意圖。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，下面參照附圖中給出的具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的范圍并不限于例舉的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型涉及的領(lǐng)域內(nèi)可以做出任意變形和進(jìn)一步地應(yīng)用，這些變形和應(yīng)用均包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。參考圖1，該圖描述的是本實(shí)用新型所述冷卻系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。LED照明系統(tǒng)10包括LED殼體單元12、冷卻系統(tǒng)14、冷卻控制系統(tǒng)18、以及溫度傳感器16。LED殼體單元12直接接觸冷卻系統(tǒng)14，冷卻控制系統(tǒng)18與冷卻系統(tǒng)14電連接，溫度傳感器16與冷卻控制系統(tǒng)18電連接，溫度傳感器16設(shè)于LED殼體單元12和冷卻系統(tǒng)14附近。LED殼體單元與一個(gè)單獨(dú)的控制電路電連接，并且由單獨(dú)的電氣元件供電，雖然圖1中未標(biāo)出，但是這些內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員慣用的技術(shù)手段。圖2是本實(shí)用新型LED殼體單元的一實(shí)施例，LED殼體單元12包括LED 21、半透明燈罩27、電路板25和LED外殼23。電路板25與其上包含的一些電氣元件電連接，如LED燈，這些電器元件由電源觸發(fā)。電路板25采用電源供電(圖中未標(biāo)出)，本實(shí)施例中，電路板采用的是一薄晶片板，但是它也可以采用不同的結(jié)構(gòu)。半透明燈罩27罩住LED 21，用于分配LED的光線從而獲得美化的光線效果。半透明燈罩27和LED 21之間有一個(gè)空間，這個(gè)區(qū)域可以填充一些填充物來(lái)影響LED燈發(fā)射出的光線的顏色。例如，磷跟藍(lán)光結(jié)合可以發(fā)出白光。半透明燈罩與任何填充物都可能影響LED的熱傳導(dǎo)，另外，從LED發(fā)射的光的集聚也會(huì)影響控制電路的設(shè)計(jì)。LED外殼23固定電路板和其上的LED，LED外殼直接接觸冷卻系統(tǒng)。由于LED外殼的底部是平的，從而增加了接觸面積。接觸面積越大，從直接接觸的冷卻系統(tǒng)中獲得的制冷效果就越好。因此，外殼的熱傳導(dǎo)特性可以選擇，以便有助于被使用的其他元?dú)饧纳?，t匕如，如果電路板容接了很多不同的LED燈或者其他電氣元件，就會(huì)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)熱性能好的外殼材料將會(huì)更加有助于散熱。包含著各種電氣元件以及電路連接的電路板附近的接點(diǎn)的控制也十分重要。[0021]圖3描述的是冷卻系統(tǒng)14,它由一個(gè)半導(dǎo)體冷卻器(Peltier cooler)構(gòu)成。頂蓋34與底板32相平行，頂蓋和底板之間設(shè)有若干個(gè)N型半導(dǎo)體區(qū)域36和P型半導(dǎo)體區(qū)域38。這些區(qū)域在相對(duì)的頂蓋和底板上彼此電連接。頂蓋34和底板32由絕緣材質(zhì)材料制成，但是具有很好的導(dǎo)熱性。底板連接著由合適材質(zhì)制成的散熱片，用于消散底板32所產(chǎn)生的熱量。半導(dǎo)體冷卻器和合適的散熱片的大小的選擇取決于LED殼體組件，并且這些對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，都屬于公知常識(shí)。電引線31從半導(dǎo)體冷卻器引出，與冷卻控制系統(tǒng)18連接。圖4是冷卻控制系統(tǒng)18的一控制電路實(shí)施例?？刂齐娐钒ㄒ粋€(gè)三極管Q1，它的集電極與半導(dǎo)體冷卻器41連接，半導(dǎo)體冷卻器的另一輸入端連接電壓電源V2。三極管Ql的發(fā)射極接地，并且通過(guò)兩個(gè)電阻Rl和R2將基極連接到電源VI。本實(shí)施例中，Rl是一個(gè)熱敏電阻，它根據(jù)其傳感器的溫度有相應(yīng)的電阻變化。熱敏電阻的溫度傳感器在圖1中標(biāo)注為16。描繪電阻與溫度關(guān)系的線形圖如圖5所示，其他的電氣設(shè)備或系統(tǒng)可以用來(lái)代替熱敏電阻，會(huì)使電阻與溫度之間更具有線性關(guān)系，只要傳感器的溫度以公知的和可控的方式變化電阻。在操作中，通過(guò)選擇R2、V1和V2的值使三極管Ql斷開，然后沒(méi)有電流提供給半導(dǎo)體冷卻器41。隨著LED外殼溫度的升高(熱敏電阻的電阻根據(jù)溫度也在變化)，三極管基極的電壓變得足夠高時(shí)接通三極管Ql，使得電流能夠提供給半導(dǎo)體冷卻器41。如果溫度持續(xù)升高，會(huì)有更多的電流提供給半導(dǎo)體冷卻器41來(lái)增加冷卻效果，在一段時(shí)間內(nèi)，兩邊的系統(tǒng)會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，即溫度保持恒定或者給半導(dǎo)體冷卻器供應(yīng)了最大的電流，使它達(dá)到最大的制冷效果?？刂齐娐吩谏鲜霾僮髦泻艽蟪潭热Q于所用的元件的特性，電阻R2主要用來(lái)確定在某個(gè)溫度下三極管Ql將被接通。三極管Ql和熱敏電阻Rl的特性很大程度地決定了冷卻系統(tǒng)接收電流并冷卻LED外殼的速度。在操作溫度上如果熱敏電阻的溫度-電阻圖有一個(gè)相對(duì)平坦的曲線，從而提供給半導(dǎo)體冷卻器的電流根據(jù)每個(gè)溫度的上升將是較小的。在決定所使用的組件時(shí)，一個(gè)預(yù)定的目標(biāo)是保持LED外殼接點(diǎn)的溫度，使LED發(fā)出的光線的顏色和亮度不會(huì)有很大的差異。特別是，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要使溫度的任何變化(以及關(guān)聯(lián)的光線的亮度和顏色)將會(huì)逐步實(shí)行，使在較長(zhǎng)的時(shí)間周期光線的任何變化會(huì)緩慢發(fā)生。在光的波動(dòng)比溫度變化漸進(jìn)時(shí)，溫度的快速變化會(huì)更明顯。這是LED冷卻系統(tǒng)特有的考慮因素，其他半導(dǎo)體系統(tǒng)的一個(gè)重要的考慮因素是維持一個(gè)可控的外界環(huán)境溫度，而不是將溫度波動(dòng)最小化，這樣的冷卻系統(tǒng)對(duì)LED系統(tǒng)是不可取的，其中作為溫度反饋的光的波動(dòng)會(huì)使電流在校正處理中振蕩。如上所述，電阻R2的值和使用的特定的熱敏電阻/三級(jí)管(與合適的耐熱性的關(guān)系)，將被選擇來(lái)確定何時(shí)三極管Ql將導(dǎo)通，并開始產(chǎn)生電流給半導(dǎo)體冷卻器41。R2的值和熱敏電阻的特性也決定著隨著溫度變化提供多少電流給半導(dǎo)體冷卻器41，并且什么時(shí)候提供足夠的電流給半導(dǎo)體冷卻器41，使半導(dǎo)體冷卻器保持全負(fù)荷運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)最大的冷卻效果。當(dāng)決定R2和熱敏電阻的值時(shí)，所考慮的因素可以是(I) LED發(fā)射光線時(shí)溫度的靈敏度，(2)設(shè)于控制板上的元件的數(shù)量，(3) LED的典型操作溫度，(4) LED外殼的熱傳遞特性。上述每一個(gè)因素都能確定R2的值和特定類型的熱敏電阻的選擇。例如，LED發(fā)光時(shí)溫度的靈敏度是一個(gè)重要因素，因?yàn)榉浅ＯＭ魏螣艟叨及l(fā)出穩(wěn)定的光。如果發(fā)射出的光的顏色或亮度變化或振蕩，那么這個(gè)照明裝置是不可取的。在這種情況下，如果LED對(duì)溫度非常敏感從而使發(fā)射出的光變化，那么通過(guò)選擇R2和特定的熱敏電阻的值，使冷卻效果在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)逐漸加強(qiáng)，而不是一個(gè)快速的冷卻期間。因此可以選擇R2使半導(dǎo)體冷卻器在早期啟動(dòng)期間在一個(gè)較低的溫度下打開。并且選擇一個(gè)對(duì)溫度變化更加敏感的電熱調(diào)節(jié)器，使得提供給半導(dǎo)體冷卻器的電流能夠迅速響應(yīng)溫度變化，但是電流以較小的量使冷卻效果在時(shí)間內(nèi)更加循序漸進(jìn)。電路板上電元件的數(shù)量這個(gè)因素會(huì)產(chǎn)生相反的效果。由于電路板上的電元件越多產(chǎn)生熱量更快，需要對(duì)R2的值和熱敏電阻特性進(jìn)行選擇，以確保隨著溫度的升高會(huì)產(chǎn)生更大的冷卻量。除了 R2的值和所使用的熱敏電阻/溫度特性，溫度傳感器的位置也可以是多變的，來(lái)適應(yīng)上述因數(shù)的考慮。如果LED對(duì)溫度非常敏感，傳感器可以放置在冷卻系統(tǒng)的底部，而不是冷卻系統(tǒng)和LED的殼體單元之間。如果溫度傳感器放置在冷卻系統(tǒng)底部，那么溫度傳感器能夠檢測(cè)到半導(dǎo)體冷卻器熱端產(chǎn)生的熱量，這相當(dāng)于LED電路的熱量。如圖6所示，這將導(dǎo)致一個(gè)較慢的和更穩(wěn)定的冷卻效果，會(huì)減少LED光發(fā)射的波動(dòng)。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制電路可以使半導(dǎo)體冷卻器首先在室溫溫度附近時(shí)開啟，然后當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)期的最高溫度時(shí)被完全打開，形成這樣的一個(gè)系統(tǒng)可以保持LED溫度，忽略不計(jì)光的波動(dòng)。
權(quán)利要求1.一種LED冷卻系統(tǒng)，包括一珀耳帖致冷器，所述的珀耳帖致冷器包括一頂部的冷端和底部的熱端，所述頂部的冷端直接接觸LED外殼，使LED外殼內(nèi)LED散發(fā)的熱量，能夠通過(guò)LED外殼被所述的珀耳帖致冷器散熱；一控制電路電連接到所述的珀耳帖致冷器，來(lái)控制提供給珀耳帖致冷器的電量，提供給所述的珀耳帖致冷器的電量根據(jù)LED外殼的溫度來(lái)確定。
2.如權(quán)利要求1所述的LED冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制電路包括一晶體管，用于控制提供給珀耳帖致冷器的電量。
3.如權(quán)利要求1所述的LED冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制電路包括一熱敏電阻，用于監(jiān)控所述LED外殼的溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的LED冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱敏電阻包括一溫度傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的LED冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器設(shè)于所述的珀耳帖致冷器底部的熱端。
6.如權(quán)利要求4所述的LED冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器設(shè)于所述的頂部冷端和LED外殼之間。
7.如權(quán)利要求1所述的LED冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制電路在LED外殼的溫度達(dá)到室溫時(shí)開始給所述的熱電制冷器提供電量。
8.—種使用權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)的LED照明系統(tǒng),包括:一發(fā)射光線并產(chǎn)生熱量的裝有LED的LED外殼；一冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)能夠?qū)ED和所述LED外殼散熱；以及一控制電路通過(guò)所述的冷卻系統(tǒng)能夠控制大量的熱量從LED和LED的外殼轉(zhuǎn)出，其特征在于，所述控制電路將監(jiān)測(cè)所述LED外殼的溫度，并根據(jù)LED外殼的溫度，利用冷卻系統(tǒng)控制熱量從所述的LED外殼轉(zhuǎn)出。
9.如權(quán)利要求8所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的冷卻系統(tǒng)采用珀耳帖致冷器，所述的珀耳帖致冷器設(shè)有一冷端和一熱端。
10.如權(quán)利要求9所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的LED外殼連接所述的冷端。
11.如權(quán)利要求9所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)與所述熱端相連接的散熱片。
12.如權(quán)利要求8所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包括一個(gè)耦合到所述冷卻系統(tǒng)的晶體管，以調(diào)節(jié)提供給所述冷卻系統(tǒng)的電流的量。
13.如權(quán)利要求8所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制電路包括一熱敏電阻，所述的熱敏電阻設(shè)有一溫度傳感器來(lái)監(jiān)控LED外殼的溫度。
14.如權(quán)利要求13所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器位于冷卻系統(tǒng)和所述的LED外殼之間。
15.如權(quán)利要求13所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器連接所述的熱端。
16.如權(quán)利要求8所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，控制電路通過(guò)所述的冷卻系統(tǒng)對(duì)所述的LED外殼散熱，降低所述的LED外殼溫度變化的大小。
17.如權(quán)利要求8所述的LED照明系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路通過(guò)所述的冷卻系統(tǒng)對(duì)所述LED外殼散熱， 使得由所述LED外殼溫度變化所引發(fā)的所述LED光發(fā)射的光波動(dòng)被最小化 。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種LED冷卻系統(tǒng)及使用該冷卻系統(tǒng)的LED照明系統(tǒng)，所述的冷卻系統(tǒng)包括一半導(dǎo)體冷卻器，所述的半導(dǎo)體冷卻器包括一頂部的冷板和底部的熱板，頂部的冷板直接連接LED外殼，使得LED外殼內(nèi)的LED產(chǎn)生的熱量能夠通過(guò)LED外殼傳導(dǎo)給半導(dǎo)體冷卻器進(jìn)行散熱，一控制電路連接所述的半導(dǎo)體冷卻器，來(lái)控制供給所述半導(dǎo)體冷卻器的電量，供給所述半導(dǎo)體冷卻器的所述電量根據(jù)LED外殼的溫度來(lái)確定。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK203010276SQ20122065447
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者古沙拓 申請(qǐng)人:古沙拓