基于雙進(jìn)雙出射流水冷的大功率led散熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于雙進(jìn)雙出射流水冷散熱器的大功率LED散熱系統(tǒng)，其技術(shù)方案的要點(diǎn)是，雙進(jìn)雙出射流水冷散熱器，加裝導(dǎo)流罩的風(fēng)冷散熱器，基于stm32單片機(jī)的溫度采集控制器。冷卻水進(jìn)入散熱器內(nèi)部，通過孔板形成射流，與頂部進(jìn)行熱交換，再從兩側(cè)流出，進(jìn)入風(fēng)冷散熱器進(jìn)行水冷卻，再經(jīng)水泵作用，進(jìn)入下一次循環(huán)。本實(shí)用新型利用了射流沖擊快速換熱的特點(diǎn)，保證了大功率LED的正常工作。同時(shí)本系統(tǒng)能根據(jù)采集到的溫度進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，還能將溫度數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)，方便對(duì)采集的溫度進(jìn)行處理。在現(xiàn)有的制造技術(shù)而言，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)較為簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】基于雙進(jìn)雙出射流水冷的大功率LED散熱系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于LED照明領(lǐng)域，具體是指一種用于大功率LED照明燈具散熱的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]大功率LED作為第四代光源，具有節(jié)能、環(huán)保、發(fā)光效率高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。但是大功率LED消耗的總能量的80%左右轉(zhuǎn)化為熱量，如果這些熱量得不到及時(shí)的傳導(dǎo)、散去，會(huì)對(duì)發(fā)光芯片造成不可逆損傷，加速LED的光衰，使用壽命縮短。即使在結(jié)溫允許的溫度范圍內(nèi)，光通量也會(huì)隨著溫度的上升而產(chǎn)生可逆性的減少，所以為保證LED的壽命和獲取良好的照明效果，就要對(duì)LED進(jìn)行散熱處理。目前解決大功率LED散熱問題的主要方式為風(fēng)扇制冷、熱管換熱、水冷三種。風(fēng)扇制冷是在LED熱沉上加裝風(fēng)扇，強(qiáng)化換熱，但是該散熱方案散熱能力有限，針對(duì)的LED功率較小，同時(shí)風(fēng)扇工作容易帶來噪音，且散熱效果易受工作位置和環(huán)境的影響；熱管換熱能夠?qū)ED產(chǎn)出的熱量通過內(nèi)部液體的蒸發(fā)迅速傳導(dǎo)至冷端對(duì)LED進(jìn)行降溫，但是熱管的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，同時(shí)冷端仍需進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，否則容易達(dá)到熱平衡，該散熱方式還受到安裝角度及環(huán)境溫度的嚴(yán)重影響；水冷散熱能夠?qū)ED產(chǎn)生的熱量迅速帶走，保證LED的正常工作，但是該類系統(tǒng)一般體積較大，同時(shí)，當(dāng)燈具體積較大時(shí)，容易造成壁面溫度分布不均與的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的LED散熱方案中存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種雙進(jìn)雙出射流水冷散熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)ED進(jìn)行迅速降溫，同時(shí)體積小，工作時(shí)散熱壁面溫度分布均勻。
[0004]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:根據(jù)過增元等編著的《場協(xié)同原理與強(qiáng)化傳熱新技術(shù)》(北京:中國電力出版社，2004)中介紹了關(guān)于射流散熱的相關(guān)理論，指出了流場和溫度場之間的協(xié)同程度對(duì)散熱效果有很大影響，速度矢量角和溫度梯度矢量角存在著如下關(guān)系:當(dāng)夾角小于90°C時(shí)，減小夾角可強(qiáng)化換熱效果，當(dāng)夾角大于90°C時(shí)，增大夾角可提高換熱效果，設(shè)計(jì)了一種基于射流水冷的散熱系統(tǒng)。包括雙進(jìn)雙出射流水冷散熱器；力口裝導(dǎo)流罩的風(fēng)冷散熱器；兩路K型熱電偶組成的溫度采集器；基于stm32單片機(jī)，能根據(jù)芯片底部溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱系統(tǒng)功率的系統(tǒng)控制器；基于L298N芯片的功率控制器；兩個(gè)散熱水泵和散熱風(fēng)扇。
[0005]雙進(jìn)雙出射流水冷散熱器由外殼和內(nèi)部的孔板構(gòu)成，外殼兩側(cè)左右兩側(cè)各有兩組管道接口，內(nèi)部含有形成射流的孔板，孔板和壁厚均為3_，板上開孔用于形成射流，散熱器頂部有兩個(gè)凹槽，用于安裝熱電偶。冷卻水從射流散熱器兩側(cè)下方的進(jìn)水口進(jìn)入散熱器，經(jīng)過孔板后形成射流，與安裝LED的頂部進(jìn)行換熱后從兩側(cè)的出水口流出。流出的水進(jìn)入水槽，在散熱風(fēng)扇與水槽之間加裝了導(dǎo)流罩，散熱片貼于鋁制水槽上，水槽的水管接口位于兩個(gè)對(duì)面的異側(cè)，水經(jīng)過水槽進(jìn)行冷卻，在通過微型水泵進(jìn)入下一次循環(huán)。
[0006]在射流水冷散熱器頂部的凹槽內(nèi)安裝了兩個(gè)K型熱電偶溫度傳感器，將采集到的溫度發(fā)送給單片機(jī)控制器?？刂撇糠譃橐环N基于stm32單片機(jī)的控制器，連接兩路K型熱電偶采集芯片底部溫度并顯示，同時(shí)通過串口將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，根據(jù)采集溫度輸出對(duì)應(yīng)PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)并顯示，利用兩個(gè)L298N芯片控制兩個(gè)風(fēng)扇和水泵的工作功率?？刂破髂軐?shí)現(xiàn)的功能為:雙路溫度信號(hào)的采集、顯示及傳輸，根據(jù)溫度自動(dòng)控制水泵、風(fēng)扇功率。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果是，相對(duì)于單進(jìn)單出的水冷散熱器，均溫和散熱性能更優(yōu)。在散熱系統(tǒng)全功率輸出的條件下，在室溫環(huán)境溫度下，60W大功率LED基板溫度保持在32°C，且均溫性良好，保證了大功率LED的正常工作。同時(shí)系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)加工較為容易，對(duì)于現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)而言，易于實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1加裝導(dǎo)流罩的散熱水槽
[0009]圖2雙進(jìn)雙出射流水冷散熱器
[0010]圖3系統(tǒng)實(shí)際連接圖

【具體實(shí)施方式】
[0011]在圖1中，(I)為用于循環(huán)水冷卻的散熱水槽，水從(2)進(jìn)出水槽進(jìn)行冷卻，(3)為散熱風(fēng)扇，(4)為用于約束流形的導(dǎo)流罩，(5)為熱沉，這幾個(gè)部分通過(6)立柱連接到一起，后可用導(dǎo)熱膠粘貼在(I)散熱水槽上。
[0012]在圖2中，(I)為射流水冷散熱器外部結(jié)構(gòu)，(2)為散熱器進(jìn)水口(3)為散熱器出水口，(4)為散熱器(I)內(nèi)部孔板，水從入水口(2)進(jìn)入后經(jīng)過孔板(4)形成射流，與頂部進(jìn)行熱交換，后從出水口⑶流出。外殼⑴和孔板⑷的厚度均為3mm。
[0013]圖3是基于射流水冷的大功率LED散熱系統(tǒng)。雙進(jìn)雙出射流水冷散熱器(I)的頂部通過導(dǎo)熱膠貼裝4片COB封裝的大功率LED芯片。散熱器(I)兩側(cè)上方的出水口經(jīng)過塑料軟管⑵與三通⑶相連，然后與加裝導(dǎo)流罩的散熱水槽⑷的進(jìn)水口相連。水從散熱水槽冷卻流出后進(jìn)入水泵(5)，從水泵流出的水再一次經(jīng)過三通(3)，被分成兩路，與射流散熱器兩側(cè)下方的進(jìn)水口相連，這樣就行成了兩側(cè)雙進(jìn)雙出，使散熱器散熱性能和表面均溫性能良好。
[0014]兩路K型熱電偶(6)采集到的毫伏級(jí)溫度信號(hào)通過MAX6675芯片(7)進(jìn)行處理后，轉(zhuǎn)化為12位數(shù)字信號(hào)，通過SPI模式發(fā)送給單片機(jī)(8)，單片機(jī)(8)根據(jù)采集的溫度信號(hào)，輸出4路PWM信號(hào)，通過兩片L298N芯片(9)和(10)分別控制兩個(gè)水泵和兩個(gè)風(fēng)扇的功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。單片機(jī)(8)在控制的同時(shí)還能將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)(如電腦)，可對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
【權(quán)利要求】
1.一種水冷散熱的大功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于:雙進(jìn)雙出的射流水冷散熱器，加裝導(dǎo)流罩的風(fēng)冷散熱器，以及根據(jù)芯片底部溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱系統(tǒng)功率的系統(tǒng)控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷散熱的大功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于:雙進(jìn)雙出射流水冷散熱器兩側(cè)均有兩組管道接口，內(nèi)部含有孔板，壁厚和板厚均為3_，散熱器頂部有兩個(gè)凹槽，用于安裝熱電偶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷散熱的大功率LED散熱系統(tǒng)，其特征在于:在散熱風(fēng)扇與散熱片之間加裝了導(dǎo)流罩，散熱片貼于鋁質(zhì)水槽上，水槽的水管接口位于兩個(gè)對(duì)面的異側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水冷散熱的大功率LED散熱系統(tǒng),其特征在于:一種基于stm32單片機(jī)的控制器，連接兩路K型熱電偶采集芯片底部溫度并顯示，同時(shí)通過串口將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，根據(jù)采集溫度輸出對(duì)應(yīng)脈沖寬度調(diào)制信號(hào)并顯示，利用兩個(gè)L298N芯片控制兩個(gè)風(fēng)扇和水泵的工作功率。
【文檔編號(hào)】F21V29/00GK204100198SQ201420511814
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】王志斌, 劉永成, 孔亞楠, 張騫 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)