一种具有散热风道的冷光源系统的制作方法

本实用新型涉及一种LED光源，特别是涉及一种具有散热风道的冷光源系统。

背景技术：

随着高亮度LED技术的不断进步，医用内窥镜光源领域以大功率LED发光芯片作为核心的内窥镜冷光源逐渐开始占领原来由卤钨灯、疝气灯等一统天下的市场。LED冷光源可以有效地克服现有卤钨灯、疝气灯等内窥镜光源的不足，以其亮度高、色温合适、发热量少、寿命长等众多优点而受到广大用户的亲睐。技术成熟的LED冷光源理论寿命可以达到7万小时以上，目前LED寿命控制主要是控制LED的结温，以使其工作时长能够尽可能的达到理论寿命。

在公开号为CN103479319A的中国专利中公开了记录LED结温、光照度等工作参数，以及根据工作参数计算LED灯的累积使用时间来避免因LED灯寿命原因发生意外事故的技术方案。在公开号为CN103462578A的中国专利中公开了一种实时测量LED发光芯片的结温，并通过结温与寿命的关系曲线，控制半导体制冷片和散热风扇对LED发光芯片进行温控的技术方案。上述两篇专利中均只针对LED 发光芯片的结温进行测试和控制，对内窥镜冷光源系统中其他电路和器件并未进行温控管理，如控制板、驱动板、开关电源等，无法解决其他电路或器件的过热损坏造成的冷光源故障问题。另一方面，冷光源系统内部环境温度对系统内部各器件的老化影响较大，若将冷光源系统内部环境温度控制在合理范围内，将极大地改善内部各器件的性能和延长它们的使用时间。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种具有散热风道的冷光源系统。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种具有散热风道的冷光源系统，包括机箱，所述机箱的任一机箱壁上开设有至少一个进风口，在与进风口所在机箱壁相同或不同的机箱壁上沿风向开设有第二出风口和第一出风口，进风被分成至少两路分别从第一出风口和第二出风口吹出；

交流气泵组件，LED驱动板，光源组件，控制板，开关电源模块，进线滤波器中一部分沿第一路进风方向依次设置，另一部分沿第二路进风方向依次设置。

上述技术方案的有益效果为：对进风分路设置，进风至少分两路流出，设置了多个散热风道，加快机箱内部热量散耗，避免机箱内部局部温度过高，使机箱内部的LED发光芯片，驱动板、控制板及医用隔离开关电源等器件处于良好的环境温度中，减缓机箱内部器件和组件，比如电容、电阻、MOS管和线束等的高温老化，能抑制机箱内器件或组件的温升速度，保证了LED灯和机箱内的其他组件的使用寿命，让冷光源系统的可靠性大大提高。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述交流气泵组件、光源组件、控制板和LED驱动板沿第一路进风方向依次设置，所述LED驱动板位于第一出风口处；

所述开关电源模块和进线滤波器沿第二路进风方向依次设置，所述开关电源模块位于第二出风口处。

上述技术方案的有益效果为：基于器件的发热量进行了合理的布局，将系统主要热源器件开关电源模块和LED驱动板分别布设在两个风道中，且分别位于第二出风口和第一出风口，避免其热量通过风道中的流动空气运送至其他器件，进而加快其他器件温升、老化和损坏。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在所述第一出风口和/或第二出风口的至少一个第一温度传感器，抽取机箱内热空气至机箱外的位于第一出风口的第一抽风风扇和/或位于第二出风口的第二抽风风扇；

所述第一温度传感器的输出端与控制板上的控制器的第一温度输入端连接；控制器的第一风扇驱动端与第一抽风风扇的驱动输入端连接，控制器的第二风扇驱动端与第二抽风风扇的驱动输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：通过两个抽风风扇强力抽出机箱内两个出风口附近的热空气，加快机箱内空气流动和热量散耗速度。第一温度传感器实时监测机箱内温度，当温度过高时，控制器加大驱动信号以提高抽风风扇转速，增大风量，降低机箱内部温度，使光源组件和其他组件工作在最佳的工作温度内，且产生的噪音极小。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述光源组件包括聚光模组、设置在聚光模组入射光路上呈45度倾斜放置的反射板、出射光以水平方向射入反射板第一入射面的第一LED光源、出射光以竖直方向射入反射板第二入射面的第二LED光源；

所述第一LED光源包括第一散热片，与第一散热片固定连接的第一LED发光芯片，吹风口对准第一散热片的第一吹风风扇、以及设置在第一LED发光芯片上的第二温度传感器；所述第二LED光源包括第二散热片，与第二散热片固定连接的第二LED发光芯片、吹风口对准第二散热片的第二吹风风扇、以及设置在第二LED发光芯片上的第三温度传感器；

所述LED驱动板上分离设置有第一LED光源的第一LED驱动电路和第二LED 光源的第二LED驱动电路；

所述第一LED发光芯片的输入端与第一LED驱动电路的输出端连接，第一 LED驱动电路的输入端与控制器的第一光源驱动端连接，所述第一吹风风扇的驱动输入端与控制器的第三风扇驱动端连接，所述第二温度传感器的输出端与控制器的第二温度输入端连接；

所述第二LED发光芯片的输入端与第二LED驱动电路的输出端连接，第二 LED驱动电路的输入端与控制器的第二光源驱动端连接，所述第二吹风风扇的驱动输入端与控制器的第四风扇驱动端连接，所述第三温度传感器的输出端与控制器的第三温度输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：光源组件包括两个驱动电路分离设置的LED 光源，彼此不受影响，当其中一路LED发光芯片和/或LED驱动电路损坏时，另一路可作为应急光源使用，以避免内窥镜在体内LED光源突然损坏时因没有光线指引操作而危及手术病人安危的问题。吹风风扇将进入的冷空气送入散热片，对散热片进行降温，加速气流速度，同时保证散热片各部位都有冷空气流过，同时将冷空气送入到机箱内其他位置。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在所述机箱内部还包括将开关电源模块、进线滤波器和第二出风口隔离在独立空间内部的隔板，所述隔板在从进风口进入的空气流经处开设有隔板开口。

上述技术方案的有益效果为：将开关电源模块、进线滤波器和第二出风口用隔板和其他部分隔开，保护开关电源模块，避免其他组件或器件散耗的热量使其温度过高，引起电源模块失效，使整个冷光源系统失去电源，导致手术病人极大的安全隐患的问题。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中二维布局示意图；

图2是本实用新型一具体实施方式中系统框图。

附图标记说明：

1机箱；2进风口；3第一出风口；4第二出风口；5开关电源模块；6第一抽风风扇；7第二抽风风扇；8LED驱动板；9第一温度传感器；10交流气泵组件；11第二吹风风扇；12第二LED光源；13第一LED光源；14第一吹风风扇；15隔板；16隔板开口；17触摸式操作面板；18进线滤波器；19电源插座；20 控制板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型公开了一种具有散热风道的冷光源系统，在一种优选实施方式中，如图1所示，该内窥镜冷光源包括机箱1，机箱1的任一机箱壁上开设有至少一个进风口2，在与进风口2所在机箱壁相同或不同的机箱壁上沿风向开设有第一出风口4和第二出风口3，进风被分成至少两路分别从第二出风口4和第一出风口3吹出；交流气泵组件10，LED驱动板8，光源组件，控制板20，开关电源模块5，进线滤波器18中一部分沿第一路进风方向依次设置，另一部分沿第二路进风方向依次设置。

在本实施方式中，如图1所示，在机箱1的侧壁上开设有进风口2，后壁上沿进风口2的进风方向开设有第二出风口4和第一出风口3；进风口2优选但不限于使用敞口形式，或者参照现有技术中其他根据流体力学原理设计的进风口2 结构，进一步的，为加大进风流量，可在进风口2处安装一个从外部抽取新风送入机箱1内的抽风风扇。因器件发热使机箱1内空气温度较机箱1外空气温度高很多，在机箱1内外压差作用下机箱1内的热空气从出风口排出。

在本实用新型的一种优选实施方式中，交流气泵组件10、光源组件、控制板20和LED驱动板8沿第一路进风方向依次设置，LED驱动板8位于第一出风口3处；

开关电源模块5和进线滤波器18沿第二路进风方向依次设置，开关电源模块5位于第二出风口4处。

在本实施方式中，将主要热源器件放在出风口处，使其热量及时排出不影响其他器件，有利于机箱1内保持较低温度。LED驱动板8为包含有LED驱动芯片以及其外围电路的PCB板，LED驱动芯片优选但不限于选用LM3401或 MAX16818DENG等大功率LED驱动芯片以及其外围电路，具体电路结构请参照芯片手册，在此不再赘述。

在本实施方式中，机箱1内部还包括电源插座19，电源插座19输入端与市电连接，电源插座19输出端与进线滤波器18的输入端连接，进线滤波器18的输出端与开关电源模块5的输入端连接。进线滤波器18可选用北京中宇豪电气有限公司的ZYH-3F系列的三相三线EMI电源滤波器。

在本实施方式中，开关电源模块5包括AC-DC转换模块，还包括12VDC-DC 模块和3.3VDC-DC模块，AC-DC转换模块可选用如北京源世达公司的型号为 YSDPS-120-24的医用隔离开关电源。12VDC-DC模块可选用型号为LM2576HV-12 的24V转12V开关电源芯片。3.3VDC-DC模块可选用LM2675-3.3V的24V转3.3V 开关电源芯片，具体电路结构请参考芯片设计手册，在此不赘述。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在第一出风口3和/或第二出风口4的第一温度传感器9，抽取机箱1内热空气至机箱1外的位于第一出风口3的第一抽风风扇6和/或位于第二出风口4的第二抽风风扇7；

第一温度传感器9的输出端与控制板20上的控制器的第一温度输入端连接；控制器的第一风扇驱动端与第一抽风风扇6的驱动输入端连接，控制器的第二风扇驱动端与第二抽风风扇7的驱动输入端连接。

在本实施方式中，控制板20为至少包含有控制器以及其外围电路的PCB板，控制器优选但不限于选用型号为LPC1768的单片机或者其他51单片机或者MCU 芯片。抽风风扇的选取可参考电脑主机中CPU控制器外面的抽风风扇型号，控制器的电压输出管脚(如I/O管脚或D/A输出管脚)输出不同大小的电压至抽风风扇的输入端即可改变抽风风扇的转速。第一温度传感器9优选但不限于选择Omega公司的空气温度RTD传感器。

在本实施方式中，LED冷光源内部具有多个高发热组件，包括开关电源模块 5、交流气泵组件10、LED光源以及LED驱动板8等组件，所以机箱1的散热是非常关键，上述技术方案结合风道设计、风扇散热和组件布局等散热措施，能够将机箱1的整体温度控制在较小范围内。

在本实施方式中，采用抽风散热方式加快机箱1内部热空气排出，包括第一抽风风扇6和第二抽风风扇7，如图1所示，通过第一抽风风扇6将第一风道的热空气抽出机箱1外，加快第一风道的热空气从第一出风口3流出；通过第二抽风风扇7将第二风道的热空气抽出机箱1外，加快第二风道的热空气从第二出风口4流出。

在本实施方式中，在机箱1第一出风口3和/或第二出风口4处设置第一温度传感器9，可以实时监测机箱1内部排出热空气的温度，优选的，在控制器内部设置一个系统温度阈值存储单元，当第一温度传感器9检测到机箱1排出的热空气温度达到设定的系统温度阈值时，控制器增大输出电压至第二抽风风扇7 和/或第一抽风风扇6的驱动输入端，提升其转速，增大出风量，使机箱1内部温度降低，使得机箱1内部温度在系统温度阈值内。

在本实用新型的一种优选实施方式中，光源组件包括聚光模组、设置在聚光模组入射光路上呈45度倾斜放置的反射板、出射光以水平方向射入反射板第一入射面的第一LED光源13、出射光以竖直方向射入反射板第二入射面的第二 LED光源12；

第一LED光源13包括第一散热片，与第一散热片固定连接的第一LED发光芯片，吹风口对准第一散热片的第一吹风风扇14、以及设置在第一LED发光芯片上的第二温度传感器；第二LED光源12包括第二散热片，与第二散热片固定连接的第二LED发光芯片、吹风口对准第二散热片的第二吹风风扇11、以及设置在第二LED发光芯片上的第三温度传感器；

LED驱动板8上分离设置有第一LED光源的第一LED驱动电路和第二LED光源的第二LED驱动电路；

第一LED发光芯片的输入端与第一LED驱动电路的输出端连接，第一LED 驱动电路的输入端与控制器的第一光源驱动端连接，第一吹风风扇14的驱动输入端与控制器的第三风扇驱动端连接，第二温度传感器的输出端与控制器的第二温度输入端连接；

第二LED发光芯片的输入端与第二LED驱动电路的输出端连接，第二LED 驱动电路的输入端与控制器的第二光源驱动端连接，第二吹风风扇11的驱动输入端与控制器的第四风扇驱动端连接，第三温度传感器的输出端与控制器的第三温度输入端连接。

在本实施方式中，如图2所示，聚光模组优选但不限于选择LED凸透镜，聚焦平行LED光线。反射板的第一入射面为折射或透射入射面，反射板的第二入射面为反射面，第一LED光源13的出射光线经过反射板折射或透射后变为平行光射入聚光模组，第二LED光源12的出射光线经过反射板反射后变为平行光射入聚光模组。反射板为LED折反射式透镜。第一LED发光芯片和第二LED发光芯片可为大功率LED发光二极管。优选的，为便于区分，第一LED发光芯片为白色LED发光二极管，第二LED发光芯片为紫色LED发光二极管。第一LED 驱动电路和/或第二LED驱动电路优选但不限于选用LM3401或MAX16818DENG等大功率LED驱动芯片以及其外围电路，与控制板20上的控制器通过I2C串口通信连接。第一吹风风扇14和第二吹风风扇11可参照电脑主机内部电源模块处的散热风扇选取。第二温度传感器和第三温度传感器可选用热敏电阻温度传感器，其输出信号有控制器的A/D采集管脚接收。

在本实施方式中的一种应用场景中，通过控制板20调节两路LED光源的亮度及两路光源的开启或关闭，在控制器内部的存储单元中设置有LED温度阈值，当第二温度传感器或第三温度传感器的输出值达到LED温度阈值时，控制器通过增大与第一吹风风扇14的驱动输入端和第二吹风风扇11的驱动输入端连接的管脚的输出电压，就可增大风扇转速进行降温，该管脚可以是D/A输出管脚或I/O管脚。白色LED和紫色LED的驱动电路为并行隔离电路，彼此不受影响，当一路LED驱动电路和/或LED发光二极管损坏，另一路LED光源可作为应急光源使用，防止危及手术病人安危。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在机箱1内部还包括将开关电源模块5、进线滤波器18和第二出风口4隔离在独立空间内部的隔板15，隔板15 在由进风口2流入的冷空气的流经处开设有隔板15开口。

在本实施方式中，如图1所示，隔板15可为弯折形式，隔板开口16可为多个条形或者圆形孔。隔板15优选但不限于采用隔热材质制成。

在本实施方式的一种应用场景中，从机箱1进风口2进入的冷风经过交流气泵组件10这个发热源后进行了分流，一部分进入开关电源模块5区域，由第二抽风风扇7将包含开关电源模块5的第二风道的热量通过第二出风口4排出至机箱1外面；另一部分从进风口2进入的冷风流经交流气泵组件10后进入第一风道，后到达光源组件，光源组件包括第一LED光源13LED1和第二LED光源12LED2。在LED1处使用第一吹风风扇14对着第一LED光源13LED1中的第一散热片吹风，给第一散热片送入冷空气并加速气流速度，保证第一散热片各个部位都有冷空气流过；同时，第一吹风风扇14还能起到将冷空气送入到光源组件中其他光学器件和第二吹风风扇11处，保证风道路径上无气流流过区域。第二吹风风扇11对第二LED光源12LED2的散热片进行降温，同时将此区域的气流吹散，有利于此区域的其他被动发热光学组件散热，这些光学组件由于LED 的出射光光谱中含有一部分的红外光谱，被光源照射到的光学组件温度都会升高。LED驱动板8是冷光源机箱1内的最大发热源，将最大发热源靠近机箱1第一出风口3放置，避免了LED驱动板8的热量传递到其他组件，并且，LED驱动板8放在第一出风口3处，此处为风道上气流量最大的地方，利于热量更快的散出去。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在机箱1的前壁上设置有触摸式操作面板17，触摸式操作面板17通过第二串口与控制器连接。

在本实施方式中，触摸式操作面板17可包含多个触摸按键和显示屏，显示屏可为LCD。LCD可通过I2C串口与控制器通信连接，进行数据控制，触摸按键可通过控制器上的I/O接口连接，用户可通过触摸按键设置光亮度，气泵气压等参数，通过显示屏用户可观察到当前机箱1内部温度，哪一个LED光源在使用等。

在本实施方式中，交流气泵组件10用于给内窥镜供气，内窥镜在插入人体后需要送气将胃或者十二直肠膨胀开来，增大检查面积。

在本实用新型的一种优选实施方式中，控制板20上的控制器至少包括系统温度阈值存储器、第一比较器、第一参考电源和加法器，系统温度阈值存储器的输出端与第一比较器的负向输入端连接，第一温度传感器9输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一比较器的输出端与加法器的第一输入端连接，第一参考电源的输出端与加法器的第二输入端连接，加法器的输出端与第一抽风风扇6的驱动输入端连接。

在本实施方式中，系统温度阈值存储器可选用74HC165D，且通过触摸按键输入数值，第一参考电源可选用TI的4V精准电压芯片如REF2940AIDBZT，参考其芯片手册搭建外围电路获得。第一比较器可选LM324或LM358，加法器也可为加法运算放大器，本领域技术人员可通过普通运算放大器按照现有技术中运放加法器的模拟电路搭建，普通运算放大器可选用LM324。

在本实施方式中，系统温度阈值的值可为当系统温度达到50摄氏度时第一温度传感器9输出的电压值，当第一温度传感器9输出的电压值达到系统温度阈值时，第一比较器输出高电平，与第一参考电源经加法器叠加后输出至第一抽风风扇6的驱动输入端，其驱动电压增加，风扇转速增大。当第一温度传感器9输出的电压值未达到系统温度阈值时，第一比较器输出低电平，与第一参考电源经加法器叠加后输出约等于第一参考电压的输出电压的电压信号至第一抽风风扇6的驱动输入端，第一抽风风扇6驱动电压基本不变，维持原来的转速。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。