CN102252200A

CN102252200A - 半导体制冷大功率led灯

Info

Publication number: CN102252200A
Application number: CN2011101872530A
Authority: CN
Inventors: 房林; 卢会水; 陈传华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2011-11-23

Abstract

一种半导体制冷大功率LED灯，主要解决大功率LED灯的结温问题，它所采取的技术方案是：半导体制冷片的冷端通过冷端金属片与大功率LED模组的模组基板连接；在模组基板上或附近安置一个温度传感器，该温度传感器电连接一上下限温度控制电路，与半导体制冷片电连接的温控开关电连接上下限温度控制电路，电源通过电源开关分别连接温控开关、上下限温度控制电路和大功率LED模组；多个绝热螺钉将所述的模组基板、冷端金属片和散热器连接在一起，在半导体制冷片的***且位于散热器与冷端金属片之间填充隔热材料。该灯采用半导体制冷片主动强制降温，可以将大功率LED模组的工作温度降至40℃以下，最大限度地提高大功率LED发光效率。

Description

半导体制冷大功率LED灯

技术领域

本发明涉及一种LED灯，特别是涉及一种半导体制冷大功率LED灯，属于照明领域。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)作为一种优秀的半导体光源，以其体积小、耗电量低、使用寿命长、环保等优点，有望在未来10年内成为理想的新一代固态节能照明光源。然而，LED照明在向大功率发展的过程中，受到了散热问题的影响，成为目前阻碍大功率LED技术推广应用的主要瓶颈。由于LED的发光特性决定了其工作温度和发光效率成反比，LED结温的升高会使大功率LED的发光效率降低，加速LED的光衰，明显降低LED的寿命。对于50W以上大功率LED模组照明来说，70％以上的故障都是由于LED温度过高所导致的。实验证明：如果将单颗大功率LED模组温度降低到40℃以下，发光效率相应增加，使用寿命也会增加1倍。

目前，国内外对大功率LED使用的散热技术，基本采用以下4种方式：散热片自然散热、加装风扇强制散热、回路热管技术散热。第一种是散热片自然散热，由于完全依靠自身的结构实现散热，瞬态响应差，散热传导慢，使得散热片面积较大，体积和成本增加；第二种是加装风扇强制散热，风扇的寿命有限，一般3年左右，风扇在运行中有噪音，由于防水的要求，这种散热方式无法用在户外灯具等特定场合；第三种是回路热管技术散热，密封的管路中需充入传热介质，散热部分的体积和重量很大且需暴露在灯具外壳面上，影响灯具外观，成本较高，推广应用困难；第四种是通过半导体制冷片降低大功率LED温度。半导体制冷片，又称温差电致冷器，基本原理是帕尔帖效应：电流流经两个不同导体的接点处会产生放热和吸热现象，放热和吸热的大小由工作电流的大小决定，在正常工作条件下，冷热端的温差将保持在40～65度之间。依据半导体制冷理论，在半导体制冷片两端施加一个直流电压，会使半导体制冷片一端发热、另一端制冷。我们称发热的一端为“热端”，制冷的一端为“冷端”，配合温控电路，制冷温度精确可控，无工质和运动部件、结构简单、体积小、无噪音。

中国专利申请200910109212.2中公开了一种带半导体散热装置的LED光源，它包括：LED光源和半导体制冷片，所述的半导体制冷片的冷端与LED光源背面紧密连接。半导体制冷片的热端与一散热器紧密连接。工作时，半导体制冷片冷端吸收光源产生的热量并传导到热端，然后通过与之连接的散热器，将热量排放到周围环境中去，由此，保持LED在60度左右的温度环境下工作。但是，这种结构存在的问题是：一方面由于该方案半导体制冷片的冷端和热端通过有机硅胶分别连接LED光源背面和散热器，对于大功率LED灯而言往往出现结合不牢的现象，而一旦出现有机硅胶开裂，将直接导致产品报废；另一方面，在实际装配过程中，大功率LED灯的LED光源背面和散热器之间由于金属壳体连接或者金属连接件的存在，会出现未经过半导体制冷片作用的“热传导短路”，而由“热传导短路”导致的散热器的温升并不是半导体制冷片作用下产生的，也就是说半导体制冷片的强制降温效能没有充分发挥，所以进一步保持LED在更低的温度环境下工作变得十分困难。

发明内容

为了进一步降低大功率LED灯的工作温度，本发明的目的是提供一种半导体制冷大功率LED灯，该灯将半导体制冷技术应用于大功率LED照明***，采用半导体制冷片主动强制降温，可以将大功率LED模组的工作温度降至40℃以下，最大限度地提高大功率LED发光效率。

本发明解决其技术问题所采取的方案是：该半导体制冷大功率LED灯，包括LED光源和半导体制冷片，所述的半导体制冷片的冷端与LED光源背面连接，半导体制冷片的热端与一散热器连接，其特征是，所述的LED光源为大功率LED模组，所述的半导体制冷片的冷端通过冷端金属片与大功率LED模组的模组基板连接；在模组基板上或附近安置一个温度传感器，该温度传感器电连接一上下限温度控制电路，与半导体制冷片电连接的温控开关电连接上下限温度控制电路，电源通过电源开关分别连接温控开关、上下限温度控制电路和大功率LED模组；多个绝热螺钉将所述的模组基板、冷端金属片和散热器连接在一起，在半导体制冷片的***且位于散热器与冷端金属片之间填充隔热材料。

所述的半导体制冷大功率LED灯，其进一步的方案是，所述的冷端金属片为LED灯的反光面。

所述的半导体制冷大功率LED灯，其进一步的方案是，所述的冷端金属片为抛物面型。

所述的半导体制冷大功率LED灯，其进一步的方案是，所述的绝热螺钉为非金属绝热材料制成的螺钉。

所述的半导体制冷大功率LED灯，其进一步的方案是，冷端金属片与模组基板之间、半导体制冷片与冷端金属片之间、半导体制冷片与散热器之间涂布导热硅脂。

所述的半导体制冷大功率LED灯，其进一步的方案是，所述的散热器为LED灯的金属灯罩。

所述的半导体制冷大功率LED灯，其进一步的方案是，所述的散热器为穿过灯罩的独立的散热结构。

本发明的积极效果是：

由于多个绝热螺钉将所述的模组基板、冷端金属片和散热器连接在一起，在半导体制冷片的***且位于散热器与冷端金属片之间填充隔热材料。不仅可防止大功率LED灯出现结合不牢的现象发生，而且，绝热螺钉和隔热材料的设置，还避免了未经过半导体制冷片作用的“热传导短路”，使半导体制冷片的主动强制降温效能得到充分发挥，解决了大功率LED模组的散热问题，取得了良好的实际效果，所以LED可以在更低的温度环境下工作。该技术方案根据需要可以将大功率LED模组的工作温度降至40℃以下，甚至0℃。本方案半导体制冷片是电流换能型器件，通过控制输入的电流，可实现高精度的温度控制。半导体制冷片热惯性非常小，在热端散热良好的情况下，制冷时间短、很快就能达到最大温差，迅速降低大功率LED模组的温度，最大限度地提高了大功率LED灯的发光效率；同时温度传感器、上下限温度控制电路的设置，使得大功率LED模组工作在预先设定的最佳温度区间，明显减少了光衰，大大延长了大功率LED灯的使用寿命。

相比于目前国内外对大功率LED使用的散热片自然散热、加装风扇强制散热、回路热管技术散热三种散热方式，本技术方案的结构简单、体积小、成本低。对于当前有广泛应用需求的大功率LED路灯照明、汽车前大灯照明、室内外大功率照明等领域可以取得特别显著的实际效益。

附图说明：

图1是半导体制冷大功率LED灯结构示意图；

图2是半导体制冷大功率LED灯电原理图。

其中，1-冷端；2-热端；3-散热器；4、绝热螺钉，5-大功率LED模组；6-模组基板；7-冷端金属片；8-隔热材料；9-绝热螺钉；10-半导体制冷片；11温度传感器；12上下限温度控制电路；E-直流电源；JK-温控开关；K-电源开关。

具体实施方式

如图1、图2。半导体制冷大功率LED灯，包括大功率LED模组5、冷端金属片7、半导体制冷片10和散热器3等部分。

半导体制冷片10的冷端通过冷端金属片7与大功率LED模组5的模组基板6连接；在模组基板6上或附近安置一个温度传感器11，该温度传感器电连接一上下限温度控制电路12，与半导体制冷片电连接的温控开关JK电连接上下限温度控制电路12，电源E通过电源开关K分别连接温控开关JK、上下限温度控制电路12和大功率LED模组5。多个绝热螺钉4将所述的模组基板6、冷端金属片7和散热器3连接在一起，在半导体制冷片的***且位于散热器与冷端金属片之间填充隔热材料8。

半导体制冷片10，将冷端1吸收的大功率LED模组5工作时产生的热量，通过热端2转移至散热器3，扩散至大功率LED灯***外部。

在大功率LED模组基板6附近安置一个温度传感器，接通直流电源E的电源开关K后，大功率LED模组5发光，同时产生热量，当温度达到设定的温度时，上下限温度控制电路将温控开关JK接通，大功率LED模组5的温度开始下降，下降到设定的温度时，上下限温度控制电路将温控开关JK断开，使大功率LED模组5工作在预先设定的最佳温度区间，达到了实时降低并控制大功率LED模组5的温度，最大限度地提高大功率LED发光效率，减少光衰，延长使用寿命的目的。

由于大功率LED模组基板6与半导体制冷片10的面积、形状不会完全一致，就需要通过冷端金属片7适配连接，冷端金属片7与大功率LED模组基板6紧密接触；半导体制冷片10的冷端1压紧在冷端金属片7上，冷端金属片7可以是灯的反光面，形状可做成筒状或者抛物面型；热端2与散热器3紧密接触，散热器3由金属制成，它可以为LED灯的金属灯罩，也可为穿过灯罩的独立的散热结构，例如单独设置的散热片。绝热螺钉4、绝热螺钉9穿过大功率LED的模组基板6，旋入散热器3中紧固，绝热螺钉4和绝热螺钉9可以用2-8只，可由尼龙、陶瓷、有机玻璃、硬质塑料等材质制作；散热器3与冷端金属片7之间形成空隙，为防止热端2的热量传导、对流、辐射到冷端1，进而影响***制冷效率，该空隙内填充入隔热材料8，如：塑料、树脂、发泡聚氨酯等。冷端金属片7与大功率LED模组基板6之间、冷端1与冷端金属片7之间、热端2与散热器3之间，涂布导热硅脂，减少热传递损耗、提高导热效率。

Claims

1.半导体制冷大功率LED灯，包括LED光源和半导体制冷片，所述的半导体制冷片的冷端与LED光源背面连接，半导体制冷片的热端与一散热器连接，其特征是，所述的LED光源为大功率LED模组，所述的半导体制冷片的冷端通过冷端金属片与大功率LED模组的模组基板连接；在模组基板上或附近安置一个温度传感器，该温度传感器电连接一上下限温度控制电路，与半导体制冷片电连接的温控开关电连接上下限温度控制电路，电源通过电源开关分别连接温控开关、上下限温度控制电路和大功率LED模组；多个绝热螺钉将所述的模组基板、冷端金属片和散热器连接在一起，在半导体制冷片的***且位于散热器与冷端金属片之间填充隔热材料。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷大功率LED灯，其特征是，所述的冷端金属片为LED灯的反光面。

3.根据权利要求1所述的半导体制冷大功率LED灯，其特征是，所述的冷端金属片为抛物面型。

4.根据权利要求2或3所述的半导体制冷大功率LED灯，其特征是，所述的绝热螺钉为非金属绝热材料制成的螺钉。

5.根据权利要求4所述的半导体制冷大功率LED灯，其特征是，冷端金属片与模组基板之间、半导体制冷片与冷端金属片之间、半导体制冷片与散热器之间涂布导热硅脂。

6.根据权利要求1所述的半导体制冷大功率LED灯，其特征是，所述的散热器为LED灯的金属灯罩。

7.根据权利要求1所述的半导体制冷大功率LED灯，其特征是，所述的散热器为穿过灯罩的独立的散热结构。