專利名稱：一種具有熱管理功能的led芯片驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于照明領(lǐng)域，特別涉及一種大功率LED芯片溫度檢測及散熱結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)具有可靠性高、功耗低、壽命長、污染少、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被世界公認(rèn)為實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的重要途徑之一，已具備替代傳統(tǒng)照明光源的潛力。大功率LED光源是半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。LED芯片節(jié)點(diǎn)長時間保持在高溫情況下，會使LED光效急劇下降，壽命必然縮短，所以，有效準(zhǔn)確測得LED的節(jié)點(diǎn)溫度，及時反饋到控制電路中，實(shí)時調(diào)節(jié)散熱強(qiáng)度和LED工作狀態(tài)，以致更好保護(hù)LED光源是必須解決的問題。同時，通常LED散熱系統(tǒng)采用基本的熱管、鱗片、風(fēng)扇的組合散熱方式，這樣的被動散熱系統(tǒng)散熱效率低，散熱速度慢，同時不能將芯片降到環(huán)境溫度以下，不適用于高溫工作環(huán)境。鑒于上述問題，本實(shí)用新型主要針對LED光源精確溫度測量和高效實(shí)時散熱提供系統(tǒng)改進(jìn)的溫度測量和散熱方案。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于提供一種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，其可有效改善傳統(tǒng)LED芯片僅測量散熱底座溫度，而非直接測量芯片核心溫度的弊端，實(shí)現(xiàn)LED芯片的高效散熱。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是一種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，包括LED芯片模塊和控制系統(tǒng)；LED芯片模塊包括LED發(fā)光部分、熱敏電阻部分、主動散熱部分、金屬導(dǎo)熱部分和被動散熱部分；LED發(fā)光部分采用倒裝結(jié)構(gòu)，而熱敏電阻部分采用以硅為襯底的工藝制成，所述LED發(fā)光部分和熱敏電阻部分以焊接方式連接；主動散熱部分與熱敏電阻部分采用粘結(jié)或焊接方式連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的一級散熱；所述金屬導(dǎo)熱部分采用粘結(jié)、焊接或螺固的形式與主動散熱部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的二級散熱；而被動散熱部分采用粘結(jié)、焊接或螺固的方式與金屬導(dǎo)熱部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的三級散熱；控制系統(tǒng)包括驅(qū)動電路模塊、溫度控制模塊、PWM模塊和散熱電源模塊，其中，驅(qū)動電路模塊分別與LED發(fā)光部分、溫度控制模塊、PWM模塊連接，為其提供恒定的電流驅(qū)動 ’散熱電源模塊的輸入端與熱敏電阻部分連接，輸出端則分別連接主動散熱部分和被動散熱部分，所述散熱電源模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值變化調(diào)節(jié)加載到主、被動散熱部分的電壓；溫度控制模塊的輸入端連接熱敏電阻部分，輸出端連接PWM模塊，而PWM模塊的輸出端連接驅(qū)動電路模塊，溫度控制模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值變化調(diào)節(jié)PWM信號，改變流經(jīng)LED的電流。上述主動散熱部分采用半導(dǎo)體散熱器。[0012]上述被動散熱部分采用鱗片、熱管及風(fēng)扇組合而成的散熱方式。上述驅(qū)動電路模塊包括電源模塊、降壓模塊和DC-DC恒流驅(qū)動模塊，其中，電源模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為直流電，分別送入降壓模塊和DC-DC恒流驅(qū)動模塊；降壓模塊將直流電降壓后為PWM模塊和溫度控制模塊供電；DC-DC恒流驅(qū)動模塊的輸入端連接PWM模塊，而輸出端連接LED發(fā)光部分，以產(chǎn)生調(diào)節(jié)LED發(fā)光強(qiáng)度的電流。采用上述方案后，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)(I)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的LED芯片溫度準(zhǔn)確測量的結(jié)構(gòu)方案，為LED芯片及時散熱提供基礎(chǔ)；(2)本實(shí)用新型實(shí)施例提供了高效散熱集成系統(tǒng)、驅(qū)動控制電路和過熱保護(hù)系統(tǒng)，能夠保證大功率LED芯片工作溫度的實(shí)時測量、系統(tǒng)恒流穩(wěn)定工作，LED散熱及吋，同時能夠最大程度節(jié)省電能；(3)本實(shí)用新型能夠適用于寬輸入電壓范圍條件，能夠調(diào)節(jié)輸出電流范圍以滿足不同大功率LED應(yīng)用。

圖I是本實(shí)用新型的整體架構(gòu)圖；圖2是LED芯片模塊的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)用新型提供ー種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，包括LED芯片模塊和控制系統(tǒng)，下面分別介紹。首先，如圖I和圖2所示，LED芯片模塊包括LED發(fā)光部分、熱敏電阻部分、主動散熱部分、金屬導(dǎo)熱部分和被動散熱部分，下面分別進(jìn)行介紹。LED發(fā)光部分為倒裝LED結(jié)構(gòu)，而熱敏電阻部分采用以硅為襯底的熱敏電阻制成，并將LED發(fā)光部分和熱敏電阻部分以焊接方式連接；通過將傳統(tǒng)的LED與熱敏電阻集成在一起，可通過熱敏電阻直接測量LED的核心溫度，熱敏電阻部分的制作方法包括如下步驟( I)制作硅襯底薄膜熱敏電阻，具體的制作步驟如下(11)以電阻率為3 6Ω · cm的η/η型硅外延片作襯底；(12)采用I號液和II號液對前述襯底進(jìn)行清洗，其中，I號液的體積配比為NH4OH:H2O2:H2O=I :2:5, II號液的體積配比為HC1:H2O2:H2O=I:2:8，然后待襯底干燥，再使用配比為H2O = HF=IO: I的HF溶液漂去自然氧化層；(13)用干氧氧化法熱生長厚度為25nm的SiO2膜作絕緣層；(14)以燒結(jié)型SrTiO3半導(dǎo)體陶瓷作靶材料，氬離子束鍍膜技術(shù)在室溫下保持淀積時真空度為I. 33 mpa，在Si02/Si襯底上淀積厚度為Ium的SrTiO3膜；然后將樣片置于高溫爐中進(jìn)行退火，所述高溫爐的溫度為450°C，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下退火20min ；(15)采用蒸鋁和光刻技術(shù)制成平面型電阻結(jié)構(gòu)，完成熱敏電阻部分的制作。(2)將前述熱敏電阻部分與倒裝結(jié)構(gòu)的LED發(fā)光部分焊接，實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光部分與熱敏電阻部分的集成。[0031]主動散熱部分以半導(dǎo)體熱電制冷方式散熱，可采用半導(dǎo)體散熱器，其與熱敏電阻部分連接，具體是以粘結(jié)(利用樹脂膠)、焊接的形式與熱敏電阻部分連接，從而實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的ー級散熱。金屬導(dǎo)熱部分由LED散熱用金屬材料制成，其以粘結(jié)、焊接或螺固的形式與主動散熱部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的ニ級散熱。被動散熱部分采用鱗片、熱管及風(fēng)扇組合而成的散熱方式，本實(shí)用新型通過設(shè)置三種不同的散熱方式，可根據(jù)LED芯片發(fā)出熱量的具體情況，靈活采取不同的散熱方式或者不同散熱方式的組合，使散熱更高效節(jié)能。所述被動散熱部分采用粘結(jié)、焊接或螺固的方式與金屬導(dǎo)熱部分連接，通過由金屬導(dǎo)熱部分傳遞過來的熱量，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的三級散熱?？刂葡到y(tǒng)用于對前述LED芯片模塊進(jìn)行散熱控制，包括驅(qū)動電路模塊、溫度控制模塊、PWM模塊和散熱電源模塊，下面分別介紹。驅(qū)動電路模塊包括電源模塊、降壓模塊和DC-DC恒流驅(qū)動模塊，其中，電源模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為直流電，分別送入降壓模塊和DC-DC恒流驅(qū)動模塊；降壓模塊將直流電降壓后為PWM模塊和溫度控制模塊供電，實(shí)施例中是基于LM2576芯片提供5V輸出電壓；DC-DC恒流驅(qū)動模塊的輸入端連接PWM模塊，而輸出端連接LED發(fā)光部分，根據(jù)PWM信號產(chǎn)生調(diào)節(jié)LED發(fā)光強(qiáng)度的電流。散熱電源模塊的輸入端與熱敏電阻部分連接，輸出端則分別連接主、被動散熱部分，所述散熱電源模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值變化調(diào)節(jié)加載到主、被動散熱部分上的電壓，當(dāng)LED溫度升高時，主、被動散熱部分的強(qiáng)度増大。溫度控制模塊的輸入端連接熱敏電阻部分，輸出端連接PWM模塊，而PWM模塊的輸出端連接驅(qū)動電路模塊，溫度控制模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值變化調(diào)節(jié)PWM信號，調(diào)節(jié)占空比和頻率，改變流經(jīng)LED發(fā)光部分的電流。另外，本實(shí)用新型的控制方法包括如下步驟(I)LED發(fā)光部分的溫度變化時，熱敏電阻部分的阻值隨之實(shí)時變化，并分別送入散熱電源模塊和溫度控制模塊；(2)散熱電源模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值，根據(jù)預(yù)設(shè)閾值調(diào)節(jié)加載到主、被動散熱部分的電壓；(3)PWM模塊輸出PWM信號，調(diào)節(jié)占空比和頻率，改變流經(jīng)LED發(fā)光部分的電流。具體而言，在通常情況下，PWM模塊可以由外部控制調(diào)節(jié)PWM信號；而當(dāng)LED發(fā)光部分的溫度較高時，在溫度控制模塊的控制下進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)超過溫度控制模塊的設(shè)定閾值時，溫度控制模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值調(diào)節(jié)PWM信號，進(jìn)而調(diào)節(jié)流經(jīng)LED發(fā)光部分電流的占空比，改變電流。綜上所述，本實(shí)用新型的改進(jìn)點(diǎn)主要體現(xiàn)在(I)將LED集成在熱敏電阻上，使熱敏電阻直接表征LED模塊的核心溫度，從而有效改善傳統(tǒng)LED模塊實(shí)際是測量散熱底座溫度、而非直接測量LED模塊核心溫度的弊端，提供可靠保護(hù)LED模塊的條件；(2)將LED與半導(dǎo)體散熱器集成，再將整體與被動散熱方式連接，采用主、被動散熱相結(jié)合的散熱方式，利用半導(dǎo)體主動散熱方式高效的特點(diǎn)，結(jié)合被動方式輔助散熱，有效改善傳統(tǒng)單獨(dú)被動散熱模式在LED芯片散熱方面的局限性；(3)通過檢測熱敏電阻的阻值來判斷LED溫度，當(dāng)溫度超過范圍較小時，用主被動相結(jié)合的散熱方式進(jìn)行散熱；當(dāng)溫度超過范圍超過最大限值，降低LED電流，通過這樣的方式，及時降低LED溫度，對LED模塊散熱，實(shí)現(xiàn)保護(hù)LED模塊、延長使用壽命的目的。以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.ー種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于包括LED芯片模塊和控制系統(tǒng)； LED芯片模塊包括LED發(fā)光部分、熱敏電阻部分、主動散熱部分、金屬導(dǎo)熱部分和被動散熱部分；LED發(fā)光部分采用倒裝結(jié)構(gòu)，而熱敏電阻部分采用以硅為襯底的エ藝制成，所述LED發(fā)光部分和熱敏電阻部分以焊接方式連接；主動散熱部分與熱敏電阻部分采用粘結(jié)或焊接方式連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的ー級散熱；所述金屬導(dǎo)熱部分采用粘結(jié)、焊接或螺固的形式與主動散熱部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的ニ級散熱；而被動散熱部分采用粘結(jié)、焊接或螺固的方式與金屬導(dǎo)熱部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的三級散熱； 控制系統(tǒng)包括驅(qū)動電路模塊、溫度控制模塊、PWM模塊和散熱電源模塊，其中，驅(qū)動電路模塊分別與LED發(fā)光部分、溫度控制模塊、PWM模塊連接，為LED發(fā)光部分提供恒定的電流驅(qū)動；散熱電源模塊的輸入端與熱敏電阻部分連接，輸出端則分別連接主動散熱部分和被·動散熱部分，所述散熱電源模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值變化調(diào)節(jié)加載到主、被動散熱部分的電壓；溫度控制模塊的輸入端連接熱敏電阻部分，輸出端連接PWM模塊，而PWM模塊的輸出端連接驅(qū)動電路模塊，溫度控制模塊根據(jù)熱敏電阻部分的阻值變化調(diào)節(jié)PWM信號，改變流經(jīng)LED的電流。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述主動散熱部分采用半導(dǎo)體散熱器。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述被動散熱部分采用鱗片、熱管及風(fēng)扇組合而成的散熱方式。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動電路模塊包括電源模塊、降壓模塊和DC-DC恒流驅(qū)動模塊，其中，電源模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為直流電，分別送入降壓模塊和DC-DC恒流驅(qū)動模塊；降壓模塊將直流電降壓后為PWM模塊和溫度控制模塊供電；DC-DC恒流驅(qū)動模塊的輸入端連接PWM模塊，而輸出端連接LED發(fā)光部分，以產(chǎn)生調(diào)節(jié)LED發(fā)光強(qiáng)度的電流。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種具有熱管理功能的LED芯片驅(qū)動系統(tǒng)，包括LED芯片模塊和控制系統(tǒng)；其中，LED芯片模塊包括LED發(fā)光部分、熱敏電阻部分、主動散熱部分、金屬導(dǎo)熱部分和被動散熱部分；LED發(fā)光部分為倒裝結(jié)構(gòu)，熱敏電阻部分由以硅為襯底制成，所述LED部分和熱敏電阻部分焊接集成；主動散熱部分與熱敏電阻部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的一級散熱；所述金屬導(dǎo)熱部分與主動散熱部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的二級散熱；而被動散熱部分與金屬導(dǎo)熱部分連接，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)生能量的三級散熱；控制系統(tǒng)用于對前述LED芯片模塊進(jìn)行散熱控制。此結(jié)構(gòu)可有效改善傳統(tǒng)LED芯片僅測量散熱底座溫度，而非直接測量芯片核心溫度的弊端。
文檔編號F21Y101/02GK202425138SQ201120570728
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者孫小菡, 陳源源 申請人:東南大學(xué)