[发明专利]一种基于热管散热的模块化大功率LED灯具组件

说明书

技术领域

本发明涉及具备良好散热性能、可实现灵活安装的LED灯具组件，尤其涉及一种基于热管散热的模块化大功率LED灯具组件，属于半导体照明技术领域。

背景技术

大功率LED(Light Emitting Diode)与传统光源相比，具有十分显著的性能优势和节能环保意义，其应用领域不断扩展，已经成为21世纪最具发展前景的高新技术领域之一。为实现LED光源替代传统灯具从而开启庞大的通用照明市场，则须不断提高LED的输入电功率，从而具备更高的发光亮度。然而照明用LED器件输入功率的不断提高，使得LED结温(芯片有源区温度)大幅攀升而导致其工作性能退化，严重影响了灯具的可靠性、稳定性、使用寿命等优势性能。因此有效解决散热问题并最大限度地降低LED结温，已经成为大功率LED灯具实现大规模产业化应用的先决条件。

针对大功率LED灯具的散热难题，国内外普遍采用的方法是改变金属散热器的材质与结构，以及配合采用被动或主动风冷技术将LED产生的热量排散到周围环境中。在散热器的材质相同时，被动方式下散热效果的提升往往依赖于散热面积的显著增加，使得金属的耗材量剧增，不仅增加了制造成本，而且导致灯具重量及体积超标，严重限制了成品灯具的应用领域；与被动方式相比，主动方式能成倍地提高对流换热系数，从而实现在较小的散热面积下而显著提升散热效果，但是作为动力部件的风扇仍需要耗能，降低了灯具整体的节能性，且其寿命很短，若维护或更换不及时，将导致灯具迅速老化甚至彻底损毁。

近年来的研究表明，应用热管的高效传热特性制作出的新型散热装置，其散热效果远远优于传统的金属散热器，使LED散热可靠性得到了显著提高。但从目前已公开的专利中可以看出，基于热管散热的大功率LED应用尚处于起步阶段，其设计与安装并没有统一的规范可循，致使不同LED灯具生产厂家不能针对性地选取自己所需的散热器及其它灯具组件，而往往依赖于反复的应用和验证性实验，或者寻求温度场有限元软件的模拟性参考，大大增加了研发成本和设计周期，甚至还会延误上市时机。与此同时，由于大功率LED灯具应用领域的扩展，在许多场合都需要将其密封在一个密闭的壳体内，以防止外界环境中的灰尘、腐蚀性气体、雨水等对LED器件的侵害，这更增加了散热器设计的难度。此外，应用领域的扩展也使得大功率LED灯具需要具备易于系统集成化、外形小巧而多样化、功能齐全化等特点，相应地要求散热器的设计也应具有散热效率高、可靠性强、结构紧凑、安装灵活等性能。因此，必须研究和开发具备良好散热性能、可实现灵活安装的LED灯具组件，以适应LED灯具成品在不同应用场合、功能和外形设计等要求下高热流密度的散热需求。

发明内容

本发明目的之一是提供一种基于热管散热的模块化大功率LED灯具组件，能克服目前金属型材散热器的技术缺陷，显著降低LED芯片结温，从而保证LED灯具的各种工作性能，且易于组装成灯具成品，能大幅降低制造成本，符合大批量工业化生产的要求。

本发明目的之二是提供一种该模块化灯具组件的应用方法，能指导灯具生产厂家根据自身产品的外形设计，选配适宜的组件，装配出各种面型、线型等常用的LED灯具成品，从而实现不同功能和外形设计以及应用场合下的组合式灵活安装。

本发明目的之一主要通过以下技术方案实现：

所述的基于热管散热的模块化大功率LED灯具组件主要包括：光源模块、热管模块和肋片式散热模块。

所述的光源模块由2～15颗LED器件(灯珠)组成。每颗LED器件工作功率为0.5～2W，光源模块总功率为1～30W。

所述的电源驱动模块由铝基印制电路板(PCB)和LED电源组成。其中，PCB上的电路连接为串联或并联或串并混合方式，且PCB与LED底座间采用回流焊或填充高导热硅脂并焊接引脚等方式进行安装。所有LED沿PCB长度方向呈直线型排列，每颗LED的中心间距相等，且为15～60mm；位于PCB两端的LED距离PCB端点的长度为上述间距的1/2。此外，PCB的宽度与LED中心间距相等，使每颗LED对应分配的PCB形状为正方形，从而在多个LED灯具组件实施面型或线型拼装后，保证在正交二维轴方向上，所有LED的间距近似相等，以方便灯具成品的二次光学设计。

所述的热管模块可由至少一根热管与一套集热板组成，并且热管可分为三段：蒸发段、光管段(无肋片)和冷凝段(有肋片)。其中，热管的蒸发段与集热板进行嵌套焊接，集热板一般为预设凹槽的导热性好的金属板，如铜板或铝板；热管在光管段弯曲，使整根热管的冷凝段与蒸发段平行，管体外形呈“U”型；热管冷凝段与肋片式散热模块相连，一般采用过盈连接或焊接等方式。