專利名稱：Led光纖光源裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及光纖光源技術(shù)領域，具體涉及LED光纖光源裝置。
背景技術(shù)：
光纖光源裝置是通過光纖把光源發(fā)出的光線傳播到指定區(qū)域的一種裝置。光纖具有柔性傳播的特點，理論上可以把光線傳播到任何地方，滿足了實際應用的多元性，同時，光纖對光的傳導實現(xiàn)了光電分離，這是一個質(zhì)的飛躍，不僅安全性能提高，而且極大的拓寬了光纖光源的應用領域。LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿墓腆w光源，有可能成為替代白熾燈、熒光燈的新型固體光源，將創(chuàng)造照明產(chǎn)業(yè)的第四次革命，與現(xiàn)有照明燈具相比，發(fā)光效率特別是光提取效率低和散熱能力差是照明用大功率LED(功率大于1W)面臨的主要技術(shù)瓶頸，目前LED的發(fā)光效率僅能達到10%-20%，還有80%-90%的能量轉(zhuǎn)換成了熱量，為了保證器件的壽命，一般要求結(jié)點溫度在110°C以下。目前制作的滿足照明用大功率LED的芯片尺寸大多在1_ X Imm以上，熱流密度超過了 lOOW/cm2，若不及時將熱量轉(zhuǎn)移，熱量的聚集會導致LED結(jié)點溫度升高，而結(jié)點溫度直接影響到LED的出光效率、峰值、波長、器件壽命等，因此解決LED的散熱成了大功率LED發(fā)展照明用的首要問題?，F(xiàn)有的LED光纖耦合產(chǎn)品中，LED的功率較低，大多數(shù)處于IOW以下，而且現(xiàn)有產(chǎn)品很少考慮到LED的散熱問題，導致LED工作過程中能量損耗很大，大大降低了 LED的使用壽命。現(xiàn)有光源裝置的裝配過程也存在很大問題，由于裝配過程復雜，很容易對透鏡產(chǎn)生磨損，增加了生產(chǎn)成本，因此研制出一種能及時解決LED散熱問題的光纖光源裝置迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有光源裝置散熱能力差的問題，本發(fā)明提供一種成本低、散熱快、發(fā)光效率高及裝配過程簡單的LED光纖光源裝置。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下LED光纖光源裝置，該裝置包括由六塊面板連接成為一體的內(nèi)部空心的外殼；所述外殼內(nèi)部還包括固定在面板上的驅(qū)動電路板；與所述驅(qū)動電路板相連并固定在面板上的風扇；與所述風扇相連并固定在面板上的導向散熱基座；與所述導向散熱基座相連并固定在面板上的導向散熱壓塊；固定在所述導向散熱基座上并靠近所述導向散熱壓塊一端的LED芯片；固定在所述導向散熱基座上并通過透鏡螺紋壓圈壓緊的聚光透鏡；設置在所述導向散熱壓塊上的第二固定件；所述外殼外部還包括
通過第一固定件固定在面板上的光纖耦合接口，所述光纖耦合接口用于插入光纖連接頭；設置在所述第一固定件上的第一通風口 ；設置在所述第二固定件上并與所述第一通風口相互配合的第二通風口 ；設置在面板上的第三通風口 ；所述第一通風口、第二通風口、第三通風口與所述風扇相互配合形成風道。所述六塊面板包括第一面板；與所述第一面板通過側(cè)面連接件相連的第五面板；
與所述第五面板通過側(cè)面連接件相連的第二面板；與所述第二面板通過側(cè)面連接件相連的第六面板；所述第一面板、第二面板、第五面板和第六面板通過側(cè)面連接件連接成為方形結(jié)構(gòu)；與所述方形結(jié)構(gòu)的兩端分別通過端面緊固件相連的第三面板和第四面板。所述側(cè)面連接件、端面緊固件、第一面板、第二面板、第三面板、第四面板、第五面板和第六面板均采用鋁合金材料制成。所述LED芯片主要由6 10個LED燈焊錫在LED印制板上組成，其中的I個LED燈位于所述LED印制板中心，其余的LED燈均布在所述LED印制板圓周上。 所述LED燈的個數(shù)優(yōu)選為7個。所述第三面板上設置有與所述驅(qū)動電路板相連的電源指示燈、電源開關(guān)和用于調(diào)節(jié)輸出光的光通量大小的光強調(diào)節(jié)器。所述第四面板上設置有與所述驅(qū)動電路板相連的USB接口、六位接線端子和用于接入外部電源的直流電插口。所述導向散熱基座上設置有光強探測器插口、引線通道和溫度傳感器插口。所述光纖耦合接口上設置有用于調(diào)整所述光纖連接頭與聚光透鏡之間距離的調(diào)節(jié)螺栓。所述風扇、導向散熱基座、導向散熱壓塊和透鏡螺紋壓圈均采用鋁合金材料制成。本發(fā)明的有益效果是一、通過風扇與三個通風口的強迫對流，有效地控制LED芯片的溫度，提高LED的發(fā)光率，延長LED的使用壽命。二、該裝置的裝配過程合理，安裝定位時，依靠導向散熱塊的導向槽機械精度就可以保證，不需要精細調(diào)整，減少裝配過程中聚光透鏡與導向散熱塊的碰撞幾率，降低了聚光透鏡的磨損，提高成品率，減少裝配時間，降低成本。三、導向散熱塊采用可拆分的散熱結(jié)構(gòu)，便于聚光透鏡和LED芯片的安裝和拆卸。四、該裝置中外殼及導向散熱塊均采用鋁制材料制成，具有高比熱和高熱傳導系數(shù)，散熱效率更高。五、運用溫度傳感器自動調(diào)節(jié)LED上的驅(qū)動電流，防止LED過熱，提高了 LED的使用壽命，降低功耗。


圖I為本發(fā)明的LED光纖光源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中的后視圖；圖3為圖I中的剖面圖；圖4為本發(fā)明中的導向散熱塊與光纖耦合接口連接的示意圖；圖5為本發(fā)明中的導向散熱塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、第一面板,2、第二面板,3、第三面板,4、第四面板,5、第五面板,6、第六面板，7、驅(qū)動電路板，8、風扇，9、導向散熱基座，IO、導向散熱壓塊，11、透鏡螺紋壓圈，12·、聚光透鏡，13、第一固定件,14、光纖連接頭，15、光纖稱合接口，16、第一通風口，17、第二固定件，18、第二通風口，19、第三通風口，20、側(cè)面連接件，21、端面緊固件，22、LED燈，23、LED印制板，24、電源指示燈，25、電源開關(guān)，26、光強調(diào)節(jié)器，27,USB接口，28、六位接線端子，29、直流電插口，30、光強探測器插口，31、引線通道，32、溫度傳感器插口，33、調(diào)節(jié)螺栓。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖I所示，本發(fā)明的LED光纖光源裝置，其外殼采用機械封裝外殼，主要由六塊面板、側(cè)面連接件20和端面緊固件21組成，六塊面板包括第一面板I、第二面板2、第三面板3、第四面板4、第五面板5和第六面板6,其中，第一面板I與第五面板5、第五面板5與第二面板2、第二面板2與第六面板6分別通過側(cè)面連接件20連接，由此，第一面板I、第二面板2、第五面板5和第六面板6通過側(cè)面連接件20連接成為一體,第三面板3與第一面板I、第二面板2、第五面板5和第六面板6通過端面緊固件21連接成為一體，第四面板4與第一面板I、第二面板2、第五面板5和第六面板6通過端面緊固件21連接成為一體，由此，六塊面板通過側(cè)面連接件20和端面緊固件21連接成為一體的機械封裝外殼。如圖I所示，在第二面板2上用金屬螺釘固定有驅(qū)動電路板7，驅(qū)動電路板7設置成L形結(jié)構(gòu)，并可以在驅(qū)動電路板7上設置處理芯片，用于處理或傳輸來自外部設備的數(shù)據(jù)信息，在第三面板3上設置有電源指示燈24、電源開關(guān)25、用于調(diào)節(jié)輸出光的光通量大小的光強調(diào)節(jié)器26、用于插入光纖連接頭14的光纖耦合接口 15，其中，電源指示燈24、電源開關(guān)25和光強調(diào)節(jié)器26均與驅(qū)動電路板7相連，光纖連接頭14插入光纖耦合接口 15中，可以直接和會聚的光束耦合，并通過調(diào)整光纖連接頭14在光纖耦合接口 15中的橫向位置，使得耦合效率達到最高，光纖耦合接口 15通過第一固定件13與第三面板3連接，第一固定件13設置成帶有四角的圓盤結(jié)構(gòu)，沿著圓盤結(jié)構(gòu)的圓周均布有圓柱形第二通風口 18，光纖耦合接口 15設置在第一固定件13的圓盤結(jié)構(gòu)中心位置。如圖2所示，在第四面板4靠下一側(cè)設置有與驅(qū)動電路板7相連的USB接口 27、六位接線端子28、用于插入外部電源的直流電插口 29，六位接線端子28位于USB接口 27與直流電插口 29之間位置，USB接口 27作為通信接口，和外部設備，如計算機等進行數(shù)據(jù)和控制指令信息的傳輸，支持USB2. O等全速接口 ；在第四面板4靠上一側(cè)還設置有第一通風口 16，三組第一通風口 16均由四個等寬等長的矩形通口組成。如圖3和圖5所示，在第二面板2上通過金屬螺釘依次安裝有風扇8、導向散熱基座9和導向散熱壓塊10，風扇8、導向散熱基座9和導向散熱壓塊10的外部均設置成帶有四個螺孔的方形連接面，導向散熱基座9安裝在風扇8和導向散熱壓塊10之間位置，風扇8與驅(qū)動電路板7通過電源線連接；在導向散熱基座9上靠近導向散熱壓塊10 —端還安裝有LED芯片，LED芯片是由七個LED燈22焊錫在LED印制板23上組成的，七個LED燈22中的一個設置在LED印制板23中心位置，剩余六個均布在LED印制板23的圓周上，如圖4所示，將LED印制板23用導熱膠固定在導向散熱塊基座9上，減少傳導熱阻，且增大接觸面積，有效地把LED印制板23上的熱量傳導到裝置外部；在LED印制板23上初步固定有用于匯聚光線的聚光透鏡12，聚光 透鏡12上設置有與七個LED燈22配合的七個孔，將導向散熱壓塊10和導向散熱基座9用金屬螺釘相連接，然后用透鏡螺紋壓圈11將聚光透鏡12進行完全固定，透鏡螺紋壓圈11的外螺紋與導向散熱壓塊10的內(nèi)圓柱面上的內(nèi)螺紋相互配合，達到壓緊聚光透鏡12的目的；如圖5所示，在導向散熱壓塊10上設置有第二固定件17，第二固定件17設置成方形結(jié)構(gòu)并與第一固定件13相互配合，從而使導向散熱壓塊10上的第三通風口 19與第二通風口 18互通，第二固定件17與第一固定件13通過金屬螺釘分別安裝在第三面板3的內(nèi)外兩側(cè)。如圖5所示，主要由風扇8、導向散熱基座9、導向散熱壓塊10和透鏡螺紋壓圈11組成的導向散熱塊采用分式的結(jié)構(gòu)，這種設計方案使本發(fā)明的整體裝配過程更加方便快捷，同時本發(fā)明采用風扇8強迫對流，用風扇8對吹導向散熱塊，熱量從第三通風口 19和第二通風口 18排出，降低了 LED燈22的溫度，設置在第四面板4上的第一通風口 16也會排除一部分的熱量，起到降低LED燈22溫度的作用。如圖5所示，導向散熱基座9上設置有用于插入可見光光強探測器的光強探測器插口 30、主要用于穿插可見光光強探測器的電源線和信號線的引線通道31和用于插入溫度傳感器的溫度傳感器插口 32，可見光光強探測器插入到光強探測器插口 30后，與LED印制板23接觸，然后將檢測到的信號經(jīng)過處理后，和當前設定的輸出光通量比較，按照降低二者偏差的方向，調(diào)節(jié)LED燈22的驅(qū)動電流，從而實現(xiàn)輸出光通量的閉環(huán)控制；溫度傳感器插入溫度傳感器插口 32后，與LED印制板23接觸并檢測LED印制板23的溫度，若當前測量得到的溫度值超過LED燈22允許的最大值時，則自動降低LED燈22的驅(qū)動電流，避免LED燈22因溫度過高而損壞。當直流電插口 29接通電源通電后，打開電源開關(guān)25，驅(qū)動電路板7通電并向LED印制板23和風扇8提供穩(wěn)定的額定工作電流，風扇8將LED燈22產(chǎn)生的熱量通過對流方式散發(fā)出去；LED印制板23通電后驅(qū)動7個LED燈22發(fā)光，發(fā)出的發(fā)散光經(jīng)過聚光透鏡12后，在聚光透鏡12的出射表面會聚成光束，光束通過光纖耦合接口 15耦合到8 14mm光纖束中，然后經(jīng)過光纖連接頭14進入光纖中，形成高質(zhì)量、高強度的光纖光源，在光纖耦合接口 15上設置的調(diào)節(jié)螺栓33可對光纖連接頭14與聚光透鏡12之間的距離進行調(diào)整，最終使光纖連接頭14的位置定格在光纖匯聚點處。本發(fā)明中的電源采用OlOOmA恒流源，首先將220VAC交流電源經(jīng)過AC-DC變換后，輸出24VDC直流電源，再經(jīng)過電壓/電流變換后，輸出可調(diào)的(T700mA恒流源。上述的側(cè)面連接件20、端面緊固件21、第一面板I、第二面板2、第三面板3、第四面板4、第五面板5、第六面板6、風扇8、導向散熱基座9、導向散熱壓塊10和透鏡螺紋壓圈11均采用鋁合金材料制成，鋁合金材料有良好的導熱性能，可以通過熱傳導方式向外部散發(fā)熱量，大大提高了裝置的散熱性能。整個機械封裝外殼并不是作為主要散熱器，但是考慮要增大散熱的效果所以采用鋁合金材料，厚度為2_，為減少裝置成本，機械封裝外殼表面無需進行任何處理。如圖4和圖5所示，將導向散熱塊基座9與導向散熱塊壓塊10的內(nèi)部通道對齊，保證了氣流在整個裝置中的流通；對于普通的風冷散熱器一般選擇金屬作為散熱器的材料，同時希望具有高比熱和高熱傳導系數(shù)，在綜合考慮銅和鋁兩種材料的各方面的性能對比銅的導熱性好，但價格較貴，加工難度較高，重量過大，且銅制散熱器熱容量較小，而且容易氧化；另一方面純鋁太軟，不能直接使用，都是使用的鋁合金才能提供足夠的硬度，鋁合金的優(yōu)點是價格低廉，重量輕，所以在本發(fā)明中采用鋁合金材料，采用的鋁合金材料的熱傳導系數(shù)為226W/mK。本發(fā)明中采用強迫冷卻方式，采用風冷散熱，由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，所以將導向散熱塊設計成導向和散熱于一體，既能定位導向，又能快速散熱。如圖I所示，第一通風口 16與第二通風口 18相互對應，第二通風口 18與風扇8的吹風位置對應，以保證直通風道，避免氣流轉(zhuǎn)彎。風道的設計主要遵循以下原則在盡量采用直通風道，避免氣流的轉(zhuǎn)彎；盡量避免驟然擴展和驟然收縮；進、出風口盡量遠離，防 止氣流短路；在裝置的六個面板沒有特別要求一般不要開通風孔，防止氣流短路；保證空氣流通并能夠以較大的風速流過較熱的區(qū)域等一系列系統(tǒng)風道設計的基本原則的前提下，設計整體的風道。對于風冷散熱，是通過風扇8的強制對流來加快熱量的散發(fā)，而風扇8的好壞對于散熱效果也起著決定性的作用。風扇8的選擇主要是從風量、轉(zhuǎn)速、噪音、使用壽命長短、采用何種扇葉軸承等方面來決定。本發(fā)明中采用的風扇8的參數(shù)進口雙滾珠軸承，超長的使用壽命，長達100000小時；超大風量，高達27. 55CFM，具備充足的散熱風量和風壓；尺寸為6. OcmX6. OcmX 2. 5cm ;轉(zhuǎn)速為5，000 RPM±10% ;噪音為40. O±10% ;環(huán)境溫度為-1(T+70°C ;電壓為24V;電流為O. 14±0.01 A。采用吹風的方式，對吹散熱塊。風扇8安裝在系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)限制，進風口和出風口常常會受到各種阻擋，其性能曲線會發(fā)生變化，保證風扇8的進出風口最好與阻擋物有20 40mm的距離。采用Icepak熱學仿真軟件進行熱分析，來模擬這個結(jié)構(gòu)的傳熱和通風情況。將裝置整體簡化，設定LED燈22的最大功率為3W，設定各種材料的導熱系數(shù)，風扇8的特性曲線，環(huán)境溫度，模擬出風量，各結(jié)構(gòu)的溫度，模擬量輸入I飛VDC，對應光功率輸出為0 100%，數(shù)字量輸入為OV或5V，其中OV輸入時，LED燈22輸出關(guān)閉；5V輸入時，LED燈22輸出開啟，利用Icepak熱學仿真軟件進行仿真分析和實驗結(jié)果對比，有效地說明本發(fā)明的LED光纖光源裝置的散熱效果可以控制在50度以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.LED光纖光源裝置，該裝置包括 由六塊面板連接成為一體的內(nèi)部空心的外殼； 其特征在于，所述外殼內(nèi)部還包括 固定在面板上的驅(qū)動電路板(7)； 與所述驅(qū)動電路板(7 )相連并固定在面板上的風扇(8 ); 與所述風扇(8)相連并固定在面板上的導向散熱基座(9)； 與所述導向散熱基座(9)相連并固定在面板上的導向散熱壓塊(10); 固定在所述導向散熱基座(9)上并靠近所述導向散熱壓塊(10) —端的LED芯片； 固定在所述導向散熱基座(9)上并通過透鏡螺紋壓圈(11)壓緊的聚光透鏡(12)； 設置在所述導向散熱壓塊(10)上的第二固定件(17); 所述外殼外部還包括 通過第一固定件(13)固定在面板上的光纖耦合接口(15)，所述光纖耦合接口(15)用于插入光纖連接頭(14); 設置在所述第一固定件(13)上的第一通風口( 16); 設置在所述第二固定件(17)上并與所述第一通風口(16)相互配合的第二通風口(18)； 設置在面板上的第三通風口(19)； 所述第一通風口( 16)、第二通風口( 18)、第三通風口( 19)與所述風扇(8)相互配合形成風道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述六塊面板包括第一面板(I); 與所述第一面板(I)通過側(cè)面連接件(20)相連的第五面板(5); 與所述第五面板(5)通過側(cè)面連接件(20)相連的第二面板(2); 與所述第二面板(2 )通過側(cè)面連接件(20 )相連的第六面板(6 ); 所述第一面板(I)、第二面板(2)、第五面板(5)和第六面板(6)通過側(cè)面連接件(20)連接成為方形結(jié)構(gòu)； 與所述方形結(jié)構(gòu)的兩端分別通過端面緊固件(21)相連的第三面板(3)和第四面板(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述側(cè)面連接件(20)、端面緊固件(21)、第一面板(I)、第二面板(2)、第三面板(3)、第四面板(4)、第五面板(5)和第六面板(6)均采用鋁合金材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述LED芯片主要由6 10個LED燈(22)焊錫在LED印制板(23)上組成，其中的I個LED燈(22)位于所述LED印制板(23)中心，其余的LED燈(22)均布在所述LED印制板(23)圓周上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述LED燈(22)的個數(shù)為7個。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述第三面板(3)上設置有與所述驅(qū)動電路板(7)相連的電源指示燈(24)、電源開關(guān)(25)和用于調(diào)節(jié)輸出光的光通量大小的光強調(diào)節(jié)器(26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述第四面板(4)上設置有與所述驅(qū)動電路板(7)相連的USB接口(27)、六位接線端子(28)和用于接入外部電源的直流電插口(29)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述導向散熱基座(9)上設置有光強探測器插口( 30 )、引線通道(31)和溫度傳感器插口( 32 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述光纖耦合接口(15)上設置有用于調(diào)整所述光纖連接頭(14)與聚光透鏡(12)之間距離的調(diào)節(jié)螺栓(33)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED光纖光源裝置，其特征在于，所述風扇(8)、導向散熱基座(9 )、導向散熱壓塊(10 )和透鏡螺紋壓圈(11)均采用鋁合金材料制成。
全文摘要
LED光纖光源裝置，涉及光纖光源技術(shù)領域，解決了現(xiàn)有光源裝置散熱能力差的問題。該裝置包括由六塊面板連接成為一體的內(nèi)部空心的外殼；外殼內(nèi)部的驅(qū)動電路板；與驅(qū)動電路板相連的風扇；與風扇相連的導向散熱基座；與導向散熱基座相連的導向散熱壓塊；固定在導向散熱基座上并靠近導向散熱壓塊一端的LED芯片；固定在導向散熱基座上并通過透鏡螺紋壓圈壓緊的聚光透鏡；設置在導向散熱壓塊上的第二固定件；設置在外殼外部并通過第一固定件固定在面板上的光纖耦合接口；第一固定件上的第一通風口、第二固定件上的第二通風口、外殼外部的第三通風口與風扇相互配合形成風道。本發(fā)明的裝置散熱效率高，功耗低，壽命長，裝配時間短，成本低。
文檔編號F21S2/00GK102927470SQ20121042830
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者劉華, 盧振武 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所