CN103391664B - 用于灯具老化的水循环自动散热系统及其温控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水循环自动散热系统及其温控装置，温控装置包括：测温模块，将水循环自动散热装置的温度转换成测温电压信号；参考电压模块，输出预设的第一和第二参考电压；电压比较模块，分部比较测温电压信号和第一和第二参考电压信号以获得第一和第二使能信号；开关模块，基于第一和第二使能信号分部开启或关闭水循环自动散热装置的内和外水循环。其中，通过将水循环自动散热系统的温度转换成电压信号，并与预设的参考电压信号进行比较来开启或关闭水循环自动散热装置的水循环过程，原理简单，易于实现。而且组合控制内循环和外循环，有效地控制在精确的温度范围，且该范围还可根据需要灵活调节，从而提高了老化试验的精度。

Description

用于灯具老化的水循环自动散热系统及其温控装置

技术领域

本发明涉及散热系统及其温控装置，尤其涉及一种用于灯具老化的水循环自动散热系统及其温控装置。

背景技术

在电子设备的可靠性检测中，老化试验是其中一个重要的检测环节。然而，由于老化试验耗时长，期间电子设备的发热是影响老化试验结果的一个重要因素。这个问题在灯具的老化试验中尤为凸显，特别是目前最具发展前景的固体光源LED。以大功率LED为例，其本身光效高、随着时间的推移光效将进一步提高，因此在工作过程中发热非常显著。当对大功率LED进行实验室老化试验时，需要采用例如水循环散热装置对其进行散热。在采用水循环散热装置对大功率LED进行散热的过程中，还需要一种简单的且易于操作的装置实现对水循环散热装置的水循环过程进行控制，例如，如何在适当地的时候开启水循环过程，以及如何在适当的时候关闭水循环过程，从而确保大功率LED能在适当的温度下进行老化，以获得大功率LED在某个温度下光衰老化的最佳寿命曲线。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中用于控制水循环散热装置的水循环过程的装置结构复杂的缺陷，提供一种水循环自动散热系统及其温控装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种用于水循环自动散热装置的温控装置，包括：

测温模块，用于检测水循环自动散热装置的温度，并将所述温度转换成测温电压信号；

参考电压模块，包括第一参考电压单元和第二参考电压单元，用以分别输出预设的第一参考电压和第二参考电压，其中所述第二参考电压不同于所述第一参考电压；

电压比较模块，包括第一电压比较单元和第二电压比较单元；其中所述第一电压比较单元的两个输入端分别与所述测温模块和第一参考电压单元连接，以分别接收所述测温电压信号和所述第一参考电压信号；并通过比较所述测温电压信号和所述参考电压信号以生成第一使能信号；所述第二电压比较单元的两个输入端分别与所述测温模块和第二参考电压单元连接，以分别接收所述测温电压信号和所述第二参考电压信号；并通过比较所述测温电压信号和所述参考电压信号以生成第二使能信号；以及

开关模块，包括第一开关单元和第二开关单元；其中所述第一开关单元与所述第一电压比较模块的输出端连接以接收所述第一使能信号，并基于所述第一使能信号开启或关闭所述水循环自动散热装置的内循环过程；所述第二开关单元与所述第二电压比较模块的输出端连接以接收所述第二使能信号，并基于所述第二使能信号开启或关闭所述水循环自动散热装置的外循环过程。

在依据本发明实施例的用于水循环自动散热装置的温控装置中，所述测温模块包括串联的热敏电阻和调压电阻；其中，

所述热敏电阻的阻值随所述水循环自动散热装置的温度的升高而减少；

所述热敏电阻和所述调压电阻的公共端分别与所述第一电压比较单元和所述第二电压比较单元的一个输入端连接；

所述热敏电阻的另一端与电源连接；以及

所述调压电阻的另一端接地。

在依据本发明实施例的用于水循环自动散热装置的温控装置中，所述第一电压比较单元为第一运算放大器；所述第二电压比较单元为第二运算放大器；其中，

所述热敏电阻和所述调压电阻的公共端分别与所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的同相输入端连接；

所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一参考电压单元连接；所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二参考电压单元连接。

在依据本发明实施例的用于水循环自动散热装置的温控装置中，所述第一运算放大器单元和所述第二运算放大器单元均为LM358型运算放大器。

在依据本发明实施例的用于水循环自动散热装置的温控装置中，

所述第一参考电压单元包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻；其中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一分压电阻的另一端与所述电源连接，所述第二分压电阻的另一端接地；

所述第二参考电压单元包括串联的第三分压电阻和第四分压电阻；其中，所述第三分压电阻和所述第四分压电阻的公共端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第三分压电阻的另一端与所述电源连接，所述第四分压电阻的另一端接地。

在依据本发明实施例的用于水循环自动散热装置的温控装置中，所述第一参考电压单元和所述第二参考电压单元均为可调电源。

在依据本发明实施例的用于水循环自动散热装置的温控装置中，

所述第一开关单元为包括第一场效应晶体管和第一继电器线圈；其中，所述第一场效应晶体管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，漏极与所述第一继电器线圈的线圈连接，源极接地；所述第一继电器线圈的常开触点与所述水循环自动散热装置的电磁阀连接，通过控制所述电源与所述电磁阀的导通或关断来开启或关闭所述水循环自动散热装置的内循环过程；

所述第二开关单元为包括第二场效应晶体管和第二继电器线圈；其中，所述第二场效应晶体管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，漏极与所述第二继电器线圈的线圈连接，源极接地；所述第二继电器线圈的常开触点与所述水循环自动散热装置的水泵连接，通过控制外接电源与所述水泵的导通或关断来开启或关闭所述水循环自动散热装置的外循环过程。

本发明还提供了一种用于灯具老化的水循环自动散热系统，包括：

水循环自动散热装置，用于通过水循环对所述灯具进行散热；以及

以上任一项所述的温控装置，用于通过检测所述水循环自动散热装置的温度来开启或关闭所述水循环自动散热装置的水循环过程。

在依据本发明实施例的水循环自动散热系统中，所述灯具包括导热基板和设置在所述导热基板上的光源；其中，

所述导热基板设置在所述水循环自动散热装置上，以通过所述水循环自动散热装置进行散热；以及

所述温控装置的测温模块设置在所述导热基板上以检测所述导热基板的温度。

在依据本发明实施例的水循环自动散热系统中，所述光源为大功率LED。

本发明产生的有益效果是：在本发明的温控装置中，通过将水循环自动散热装置的温度转换成电压信号，并与预设的参考电压信号进行比较，从而基于比较结果开启或关闭水循环自动散热装置的水循环过程，原理简单，易于实现。此外，本发明的温控装置通过组合控制水循环自动散热装置的内循环和外循环，能将水循环自动散热装置有效地控制在精确的温度范围，且该范围还可根据需要灵活调节，从而提高了老化试验的精度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的水循环自动散热系统的逻辑框图；

图2是本发明另一实施例的水循环自动散热系统的逻辑框图；

图3是图2中温控装置的示例电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了依据本发明实施例的水循环自动散热系统的逻辑框图，依据本发明实施例的用于灯具老化的水循环自动散热系统包括水循环自动散热装置200和温控装置100。其中，水循环自动散热装置200用于通过水循环，在灯具老化过程中对灯具进行散热。温控装置100用于检测水循环自动散热装置200的温度，并基于该温度来开启或关闭述水循环自动散热装置200的水循环过程，从而将水循环自动散热装置200维持在预设的温度值处或预设的温度范围内。

水循环自动散热装置200包括进行水循环的水箱，该水箱上安放待老化的灯具。其中，该灯具包括导热基板和设置在导热基板上的光源。导热基板可为金属基板，诸如铝基板。灯具包括但不限于钨丝灯、气体灯、固体光源等，以下将以固体光源LED（具体为大功率LED）为例进行阐述。导热基板可以有效地将光源上的热量传递至水箱，从而水循环过程通过对水箱，具体而言通过对水箱上的导热基板进行散热，从而实现对灯具的散热。

如图1所示，温控装置100包括测温模块110、参考电压模块130、电压比较模块120以及开关模块140。

其中，测温模块110可检测水循环自动散热装置200的温度，具体而言将检测设置在水循环自动散热装置200上的导热基板的温度，并将温度转换成测温电压信号。因为导热基板上安放有进行试验的大功率LED，且导热基板具有导热性，因此测温模块110实质上检测的是大功率LED的温度。

参考电压模块130输出预设的参考电压，可基于大功率LED的额定工作温度预先设定该参考电压。例如，参考电压对应导热基板的一个阈值温度。

电压比较模块120的两个输入端分别与测温模块110和参考电压模块130连接，从而分别接收测温电压信号和参考电压信号；并通过比较测温电压信号和参考电压信号以获得使能信号，例如当测温电压信号对应的导热基板的工作温度超过阈值温度时，获得启动水循环的使能信号。

开关模块140与电压比较模块120的输出端连接以接收使能信号，并基于使能信号开启或关闭水循环自动散热装置200的水循环过程。

图2示出了依据本发明优选实施例的水循环自动散热系统的逻辑框图，在该实施例中，水循环自动散热装置200包括水箱内的内循环过程以及水箱与外界的外循环过程。由于导热基板位于水箱的某一部位，因此老化过程中该部位的温度高于水箱中其它部位的温度，因此可以进行内循环来对该部位进行散热。当水箱内水的整体温度都比较高，而无法使用内循环进行散热时，可将水箱内的热水与水箱外的冷水进行外循环，从而进一步降低水箱温度，以对大功率LED进行散热。其中，水循环自动散热装置200可通过电磁阀210控制内循环的开启或关闭，可通过水泵220控制外循环的开启或关闭。

如图2所示，在温控装置100中，参考电压模块包括第一参考电压单元131和第二参考电压单元132，分别输出预设的第一参考电压和第二参考电压，其中第二参考电压不同于第一参考电压。同样地，第一参考电压和第二参考电压均基于导热基板的额定工作温度设定，其中，第一参考电压对应的导热基板的阈值温度低于第二参考电压对应的导热基板的阈值温度。

电压比较模块包括第一电压比较单元121和第二电压比较单元122；其中第一电压比较单元121的两个输入端分别与测温模块和第一参考电压单元131连接，以分别接收测温电压信号和第一参考电压信号；并通过比较测温电压信号和参考电压信号以获得第一使能信号。第二电压比较单元122的两个输入端分别与测温模块和第二参考电压单元132连接，以分别接收测温电压信号和第二参考电压信号；并通过比较测温电压信号和参考电压信号以获得第二使能信号。换句话说，将测温电压信号对应的导热基板的工作温度与第一参考电压对应的导热基板的阈值温度比较，将测温电压信号对应的导热基板的工作温度与第二参考电压对应的导热基板的阈值温度比较。当高于阈值温度时，获得开启水循环的使能信号。

开关模块包括第一开关单元141和第二开关单元142；其中第一开关单元141与第一电压比较模块的输出端连接以接收第一使能信号，并基于第一使能信号开启或关闭水循环自动散热装置200的内循环过程。第二开关单元142与第二电压比较模块的输出端连接以接收第二使能信号，并基于第二使能信号开启或关闭水循环自动散热装置200的外循环过程。

图3示出了图2中温控装置100的示例电路示意图，本领域的技术人员应当知晓，图3中的电路示意图仅用作举例，并不是对本发明的限制，该电路示意图中的各个部分可以独立应用于本发明中的温控装置100（图1或图2中示出的温控装置100），也可整体或以任意组合的方式应用于本发明中的温控装置100。另外，此处所说的连接，包括直接的电连接，也包括通过其它电子器件的耦合连接。

如图3所示，实际操作中温控装置100的工作电源为直流低压电源，而水循环自动散热装置200的工作电源为交流电源，因此图3中的温控装置100的电源还包括变压器T1，用于将高压降压到低压；整流桥堆B1，对低压电压进行整流；滤波电容C1，对电压进行滤波；三端稳压电路Q3（7812），用于输出稳定的12V直流电压，该电压再经过滤波电容C2滤波后作为温控装置100的电源输出。

测温模块包括串联的热敏电阻R5和调压电阻R1。其中，热敏电阻R5设置在导热基板上，用于探测导热基板的工作温度。可例如采用负温度系数（NTC）热敏电阻R5，其阻值随温度升高而减少。热敏电阻R5和调压电阻R1的公共端分别与第一电压比较单元121和第二电压比较单元122的一个输入端连接；热敏电阻R5的另一端与电源连接，该电源为上述温控装置100的电源；以及调压电阻R1的另一端接地。在该设置中，当热敏电阻R5的阻值随着导热基板的温度发生变化时，加载在调压电阻R1两端的电势差（即公共端的电压）也随之变化。例如，当热敏电阻R5的阻值随导热基板的温度的升高而减少时，加载在调压电阻R1两端的电势差（即公共端的电压）增大。此时，该公共端输出的电压信号即为测温电压信号，公共端的电压即为测温电压。

第一电压比较单元121为第一运算放大器1，第二电压比较单元122为第二运算放大器2；其中，第一运算放大器1和第二运算放大器2可例如均为LM358型运算放大器。热敏电阻R5和调压电阻R1的公共端分别与第一运算放大器和第二运算放大器的同相输入端连接；第一运算放大器的反相输入端与第一参考电压单元131连接；第二运算放大器的反相输入端与第二参考电压单元132连接。

以采用负温度系数（NTC）热敏电阻R5为例，此时第一参考电压小于第二参考电压，即第一参考电压对应的导热基板的第一阈值温度低于第二参考电压对应的第二阈值温度。具体操作中，当导热基板的当前工作温度略高于第一阈值温度时（例如高于1℃时），第一运算放大器的同相输入端的电压（测温电压）高于反相输入端的电压（第一参考电压），第一运算放大器输出高电平，该高电平为开启内循环的使能信号，内循环开始。当内循环使得导热基板的当前工作温度降到第一阈值温度以下时，第一运算放大器的同相输入端的电压（测温电压）低于反相输入端的电压（第一参考电压），第一运算放大器输出低电平，该低电平为关闭内循环的使能信号，内循环结束。如果内循环无法将导热基板的当前工作温度降到第一阈值温度以下，导热基板的温度继续上升，并上升到略高于第二阈值温度时（例如高于1℃时），第二运算放大器的同相输入端的电压（测温电压）高于反相输入端的电压（第二参考电压），第二运算放大器输出高电平，该高电平为开启外循环的使能信号，外循环开始，通过引入外界冷水进行降温。当外循环使得导热基板的当前工作温度降到第二阈值温度以下时，第二运算放大器的同相输入端的电压（测温电压）低于反相输入端的电压（第二参考电压），第二运算放大器输出低电平，该低电平为关闭外循环的使能信号，外循环结束。其它循环过程以此类推。

第一参考电压单元131和第二参考电压单元132可例如均为可调电源，分别根据第一阈值温度和第二阈值温度预先设置输出电压值。替代地，在图3示出的示例中，第一参考电压单元131包括串联的第一分压电阻R3和第二分压电阻R2；其中，第一分压电阻R3和第二分压电阻R2的公共端与第一运算放大器的反相输入端连接，第一分压电阻R3的另一端与电源（上述温控装置100的电源）的输出连接，第二分压电阻R2的另一端接地。第二参考电压单元132包括串联的第三分压电阻R6和第四分压电阻R7；其中，第三分压电阻R6和第四分压电阻R7的公共端与第二运算放大器的反相输入端连接，第三分压电阻R6的另一端与电源（上述温控装置100的电源）连接，第四分压电阻R7的另一端接地。从以上可以看出，通过调节第一分压电阻R3和第二分压电阻R2的相对阻值，可以调节第一分压电阻R3和第二分压电阻R2的公共端输出的电压，即第一参考电压单元131的输出电压。第二参考电压单元与此类似。

第一开关单元141包括第一场效应晶体管Q1和第一继电器线圈；其中，第一场效应晶体管Q1的栅极与第一运算放大器1的输出端连接，第一场效应晶体管Q1的漏极与第一继电器线圈的线圈K11的一端连接，第一场效应晶体管Q1的源极与栅极之间连接电容C3且源极还接地；第一继电器线圈的线圈K11的另一端连接第一继电器的动触点，第一继电器的常开触点与水循环自动散热装置200的电磁阀210连接，通过控制电源（此处为温控装置100的电源）与电磁阀210的导通或关断来开启或关闭水循环自动散热装置200的内循环过程。

第二开关单元142为包括第二场效应晶体管Q2和第二继电器线圈；其中，第二场效应晶体管Q2的栅极与第二运算放大器2的输出端连接，第二场效应晶体管Q2的漏极与第二继电器线圈的线圈K12的一端连接，第二场效应晶体管Q2的源极与栅极之间连接电容C4且源极还接地；第二继电器线圈的常开触点与水循环自动散热装置200的水泵220连接，通过控制外接电源与水泵220的导通或关断来开启或关闭水循环自动散热装置200的外循环过程。

以采用负温度系数（NTC）热敏电阻R5、第一和第二电压比较单元122为运算放大器为例，当第一使能信号为高电平时，第一场效应晶体管Q1导通，第一继电器线圈通电，其常开触点K12随之闭合，电磁阀210接通，内循环开始。当第二使能信号为高电平时，第二场效应晶体管Q2导通，第二继电器线圈通电，其常开触点K22随之闭合，水泵220接通外接电源，外循环开始。

从以上可以看出，在本发明的温控装置中，通过将导热基板的温度转换成电压信号，并与预设参考电压信号进行比较，从而基于比较结果开启或关闭水循环自动散热装置的水循环过程，原理简单，易于实现。例如只需要采用常规的电阻、热敏电阻、运算放大器等即可实现，成本低。另外电路结构简单，因此运行可靠性高。此外，本发明的温控装置通过组合控制水循环自动散热装置的内循环和外循环，能将导热基板有效地控制在精确的温度范围，且该范围还可根据需要灵活调节，从而提高了老化试验的精度。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于水循环自动散热装置的温控装置，其特征在于，包括：

测温模块，用于检测水循环自动散热装置的温度，并将所述温度转换成测温电压信号；

参考电压模块，包括第一参考电压单元和第二参考电压单元，用以分别输出预设的第一参考电压和第二参考电压，其中所述第二参考电压不同于所述第一参考电压；

电压比较模块，包括第一电压比较单元和第二电压比较单元；其中所述第一电压比较单元的两个输入端分别与所述测温模块和第一参考电压单元连接，以分别接收所述测温电压信号和所述第一参考电压信号；并通过比较所述测温电压信号和所述参考电压信号以生成第一使能信号；所述第二电压比较单元的两个输入端分别与所述测温模块和第二参考电压单元连接，以分别接收所述测温电压信号和所述第二参考电压信号；并通过比较所述测温电压信号和所述参考电压信号以生成第二使能信号；以及

开关模块，包括第一开关单元和第二开关单元；其中所述第一开关单元与所述第一电压比较模块的输出端连接以接收所述第一使能信号，并基于所述第一使能信号开启或关闭所述水循环自动散热装置的内循环过程；所述第二开关单元与所述第二电压比较模块的输出端连接以接收所述第二使能信号，并基于所述第二使能信号开启或关闭所述水循环自动散热装置的外循环过程；

所述测温模块包括串联的热敏电阻和调压电阻；其中，

所述热敏电阻的阻值随所述水循环自动散热装置的温度的升高而减少；

所述热敏电阻和所述调压电阻的公共端分别与所述第一电压比较单元和所述第二电压比较单元的一个输入端连接；

所述热敏电阻的另一端与电源连接；以及

所述调压电阻的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的用于水循环自动散热装置的温控装置，其特征在于，所述第一电压比较单元为第一运算放大器；所述第二电压比较单元为第二运算放大器；其中，

所述热敏电阻和所述调压电阻的公共端分别与所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的同相输入端连接；

所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一参考电压单元连接；所述第二运算放大器的反相输入端与所述第二参考电压单元连接。

3.根据权利要求2所述的用于水循环自动散热装置的温控装置，其特征在于，所述第一运算放大器单元和所述第二运算放大器单元均为LM358型运算放大器。

4.根据权利要求2所述的用于水循环自动散热装置的温控装置，其特征在于，

所述第一参考电压单元包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻；其中，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第一分压电阻的另一端与所述电源连接，所述第二分压电阻的另一端接地；

所述第二参考电压单元包括串联的第三分压电阻和第四分压电阻；其中，所述第三分压电阻和所述第四分压电阻的公共端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第三分压电阻的另一端与所述电源连接，所述第四分压电阻的另一端接地。

5.根据权利要求2所述的用于水循环自动散热装置的温控装置，其特征在于，所述第一参考电压单元和所述第二参考电压单元均为可调电源。

6.根据权利要求2所述的用于水循环自动散热装置的温控装置，其特征在于，

所述第一开关单元为包括第一场效应晶体管和第一继电器线圈；其中，所述第一场效应晶体管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，漏极与所述第一继电器线圈的线圈连接，源极接地；所述第一继电器线圈的常开触点与所述水循环自动散热装置的电磁阀连接，通过控制所述电源与所述电磁阀的导通或关断来开启或关闭所述水循环自动散热装置的内循环过程；

所述第二开关单元为包括第二场效应晶体管和第二继电器线圈；其中，所述第二场效应晶体管的栅极与所述第二运算放大器的输出端连接，漏极与所述第二继电器线圈的线圈连接，源极接地；所述第二继电器线圈的常开触点与所述水循环自动散热装置的水泵连接，通过控制外接电源与所述水泵的导通或关断来开启或关闭所述水循环自动散热装置的外循环过程。

7.一种用于灯具老化的水循环自动散热系统，其特征在于，包括：

水循环自动散热装置，用于通过水循环对所述灯具进行散热；以及

权利要求1-6任一项所述的温控装置，用于通过检测所述水循环自动散热装置的温度来开启或关闭所述水循环自动散热装置的水循环过程。

8.根据权利要求7所述的水循环自动散热系统，其特征在于，所述灯具包括导热基板和设置在所述导热基板上的光源；其中，

所述导热基板设置在所述水循环自动散热装置上，以通过所述水循环自动散热装置进行散热；以及

所述温控装置的测温模块设置在所述导热基板上以检测所述导热基板的温度。

9.根据权利要求8所述的水循环自动散热系统，其特征在于，所述光源为大功率LED。