一种用于LED照明设备的防水保护装置的制作方法

【技术领域】

本申请涉及防水保护技术领域，尤其涉及一种用于led照明设备的防水保护装置。

背景技术：

户外照明灯具需要长期经受冰雪烈日、风雨雷电的考验，且造价较高，而因在外墙上使用较难拆修，须满足长期稳定工作的要求。而led是娇贵的半导体元件，若受潮，就会出现芯片吸湿现象，损坏led、pcb和其他电子元器件，因此，led适宜工作在干燥和较低温度。

为了保证led在户外恶劣条件下长期稳定地工作，灯具防水结构设计极为关键。目前，灯具防水技术主要分为两个方向：结构防水和材料防水。所谓结构防水，就是在产品的各结构部件组合后，已经具备防水功能。而材料防水，则是产品设计时，留出灌封胶水密闭电气元件的位置，装配时用胶水材料实现防水。两种防水设计分别适用于不同的产品路线，各有优点。灯具结构防水的长期稳定性，与其设计、所选材料的性能、加工精确度、装配技术等密切相关。若薄弱环节出现变形并渗水，对led及电子器件将造成不可逆的损害，且这种情况在出厂检验过程中很难预测，具有突发性。因此，提高结构防水型灯具的可靠性，需要继续改良防水技术。材料防水灯具的结构设计无需太精密，只要设计预留出胶体灌封区域，液体不外漏即可，其防水性能很直观。

无论结构防水还是材料防水，对于户外灯具长期工作稳定、低故障率的需求，单一的防水设计很难达到极高的可靠性，渗水的潜在隐患仍然存在。如何能够把结构防水与材料防水技术的优点结合起来，扬长避短，以保证led电路长期稳定工作已成为亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种用于led照明设备的防水保护装置，通过在防水保护装置中可加入呼吸器消除负压，同时增加灌封，双重防水保护，提高户外led照明设备而长期使用的稳定性，降低受潮故障率。

本申请所采用的技术方案如下：

一种用于led照明设备的防水保护装置，该防水保护装置包括倒锥形外壳、换气阀、led驱动单元、漏水检测电路单元和底座；

所述换气阀安装在所述倒锥形外壳的斜边上；

所述倒锥形外壳的腔体内的底边上设置有圆柱形侧支撑壁；

所述底座的侧边内嵌有弓形密封圈；

所述漏水检测电路单元设置在所述底座上，其上设置有led驱动单元；

所述圆柱形侧支撑壁用于支撑led电路板，在倒锥形外壳上安装金属支架，用来进行led照明设备的固定。

进一步的，所述换气阀包括底座、阀体外壳、防水透气材料薄膜、屏蔽网、密封圈、第一齿合结构、第二齿合结构、以及带孔螺柱，所述底座与所述阀体外壳之间通过螺丝固定，在底座与阀体外壳之间设置有密封垫片。

进一步的，所述第一、第二齿合结构设置在底座上，所述第一齿合结构设置在底座的上半部，所述第一齿合结构为c字型，其开口朝上，所述带孔螺柱的通孔位于c字型中间的空余部分，所述第一齿合结构的对称的两条竖边上分别水平设置有两个挡水齿；所述第二齿合结构设置在底座的下半部，所述第二齿合结构为倒梯形，其宽底边朝上，所述第二齿合结构的对称的两腰上分别水平设置有三个挡水齿；

在阀体外壳的内侧壁上设置有与第一齿合结构、第二齿合结构中的挡水齿相对应的设置有阶梯状挡水齿，所述阀体外壳的下侧壁上设置有多个透气孔，所述下侧壁朝内的一侧设置防水透气材料薄膜，朝外的一侧设置屏蔽网。

进一步的，通过带孔螺柱将保护装置的壳体与换气阀的阀体进行连接，同时实现保护装置的壳体内部与阀体内部气体的交换，带孔螺柱的一端与阀体固定连接，另一端与保护装置的壳体内螺纹连接，并通过设置在带孔螺柱的密封圈来确保带孔螺柱与壳体连接部位之间的密封性，通过调节带孔螺柱长度来适配不同的保护装置的壳体厚度，其中，所述换气阀中带孔螺柱的通孔孔径为6mm。

进一步的，所述第一、第二齿合结构上的挡水齿与阀体外壳的内侧壁上对应设置的阶梯状挡水齿之间相互齿合，之间留有的空隙使进入的换气阀气体产生涡流效应;在第一、第二齿合结构之间预留了一个空间。

进一步的，所述漏水检测电路单元中包括依次连接的交流ac供电模块、电压整流模块、稳压滤波模块、进水检测探头、数据比较模块、控制信号输出模块，所述控制信号输出模块与led照明负载相连接，其中，交流ac供电模块、电压整流模块、稳压滤波模块、进水检测探头、数据比较模块以及控制信号输出模块均进行了灌胶处理；所述漏水检测电路单元通过探头来检测led照明设备内是否进水，当检测到进水后输出控制信号来切断电源以保障led照明设备内不会出现短路现象发生。

进一步的，所述通过探头来检测led照明设备内是否进水，具体包括：当所述led照明设备中处于无水状态时，进水检测探头的输出为高电平，并将高电平输出至相连接的数据比较模块，所述数据比较模块将得到的高电平信号处理后将未进水控制信号输出至所述控制信号输出模块，所述未进水控制信号使所述控制信号输出模块中的光耦输入导通，再由光耦输出打开可控硅t，led照明负载保持点亮状态；

当所述进水检测探头检测到led照明设备中进水以后，进水检测探头输出低电平，并将低电平输出至相连接的数据比较模块进行信号处理，所述数据比较模块将得到的低电平信号处理后将进水控制信号输出至所述控制信号输出模块，所述进水控制信号使所述控制信号输出模块中的光耦输入关断，再由光耦输出关断可控硅t，led照明负载断电并切换到熄灭状态。

进一步的，led驱动单元的外壳体包括上端盖、下端盖、密封圈、侧围壳体以及导线管，其中，上端盖、下端盖具有相同结构，上端盖、下端盖与侧围壳体之间设置有密封圈，并通过螺丝固定。

进一步的，上端盖、下端盖中间设置有凸面，以对密封圈进行限位，防止密封圈的水平向移动，在凸面上侧和下侧设置有折边，左侧和右侧设置有长条形限位卡扣，在起到限位的同时还能够控制密封圈的收缩程度；侧围壳体上纵向设置有直线型散热凸起，直线型散热凸起之间形成的凹槽也为冷凝水提供了向下引导的通道；上端盖、下端盖的中心位置纵向设置有导线管穿孔，导线管从穿孔中插入，在导线管上套接有锥形胶塞，通过所述锥形胶塞实现与端盖之间的密闭连接。

进一步的，密封圈的四周留有多个穿孔，密封圈上还设置了一圈凸起，该凸起嵌入侧围壳体的内部，所述密封圈采用硅橡胶材料制成，使得密封圈与端盖面的凸面形成一个整体。

通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：

1本发明的防水保护装置使用简单方便，具有较高可靠性和较低的制造成本；

2当led照明设备内有漏水现象出现后，将会自动断开电压输入，使led照明设备自动实现防漏电触电现象。当led照明设备内的漏水现象排除并干燥后，led照明设备自动恢复正常工作而led照明设备不受任何破坏；

3本发明的防水保护装置能有效解决因漏水漏电所带来的人体触电事故，具有有益的效果，广泛适用于公路、广场、停车场、庭院、楼道、广告等各照明场所。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为led照明设备的防水保护装置的组成结构示意图；

图2为换气阀的剖面结构示意图；

图3为漏水检测电路单元的电路示意图；

图4为led驱动单元的外壳体的结构示意图。

附图标记：

1倒锥形外壳、2导线管、3led驱动单元的外壳体、4漏水检测电路单元、5led电路板、6弓形密封圈、7侧支撑壁、8换气阀、9底座。

【具体实施方式】

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为led照明设备的防水保护装置的组成结构示意图，其中1为倒锥形外壳、2为导线管、3为led驱动单元的外壳体、4为漏水检测电路单元、5为led电路板、6为弓形密封圈、7为侧支撑壁、8为换气阀、9为底座。

该防水保护装置包括倒锥形外壳、换气阀、led驱动单元、漏水检测电路单元和底座；所述换气阀安装在所述倒锥形外壳的斜边上；所述倒锥形外壳的腔体内的底边上设置有圆柱形侧支撑壁；所述底座的侧边内嵌有弓形密封圈；所述漏水检测电路单元设置在所述底座上，其上设置有led驱动单元。

上述圆柱形侧支撑壁用于支撑led电路板5，在倒锥形外壳上可以安装塑料金属支架，用来进行led照明设备的固定。

实验表明led照明设备的密封腔体内出现积水现象，主要原因并不是“冷凝现象”。密封腔体内压强的周期性变化将导致腔体外壳周期性出现凹陷和突起的现象，长时间使用将导致密封失效，出现微孔和裂缝。当密封腔体出现微孔和裂缝时，温度变化引起的内外压差将促使气体在裂缝处流动,最终达到腔体内外气压平衡。环境温度每天都在变化，温度升高时，气体就会被排除；温度减低时，气体就会被吸入，这就是所说的“呼吸效应”。“呼吸效应”不仅可以呼吸大气，也可以将裂缝或小孔附近的液体吸入腔体内，特别是夏天突发大雨时，温度较高的腔体壁被突发的雨水浇湿，温度急剧下降，形成吸水效应，造成腔体内出现积水现象，进而造成线路故障、零件锈蚀等问题。

换气阀是一种注塑螺纹式防水防尘透气阀，主要起到保护敏感电子产品，防水防尘透气散热的作用，直接旋入使用，安装简单方便。防水透气膜是换气阀的关键件，该透气膜是使用一种有数十亿个微孔的涨体聚四氟乙烯新型防水透气材料（eptfe）和织布组成，能使空气很容易穿透薄膜，同时也能捕捉到0.1微米的颗粒，它具有很强的拒水性和输油性。能够平衡发热密封部件与外界的气压，同时又能防水，防油以及各种粉尘和杂物。然而，随着密封腔体内压强的周期性变化，将导致密封失效，出现微孔和裂缝。在本发明的防水保护装置中，为了能够使led照明设备的应用场景更加的多元，在防水透气材料（eptfe）的基础上，在换气阀中增加了一个齿合式机械结构，与eptfe防水透气膜相结合，增强了换气阀密封的可靠性。

所图2为换气阀的组成结构示意图。所述换气阀包括底座、阀体外壳、防水透气材料薄膜、屏蔽网、密封圈、第一齿合结构、第二齿合结构、以及带孔螺柱，所述底座与所述阀体外壳之间通过螺丝固定，在底座与阀体外壳之间设置有密封垫片；

所述第一、第二齿合结构设置在底座上，所述第一齿合结构设置在底座的上半部，所述第一齿合结构为c字型，其开口朝上，所述带孔螺柱的通孔位于c字型中间的空余部分，所述第一齿合结构的对称的两条竖边上分别水平设置有两个挡水齿；所述第二齿合结构设置在底座的下半部，所述第二齿合结构为倒梯形，其宽底边朝上，所述第二齿合结构的对称的两腰上分别水平设置有三个挡水齿；

在阀体外壳的内侧壁上设置有与第一齿合结构、第二齿合结构中的挡水齿相对应的设置有阶梯状挡水齿，所述阀体外壳的下侧壁上设置有多个透气孔，所述下侧壁朝内的一侧设置防水透气材料薄膜，朝外的一侧设置屏蔽网（图2中虚线所示处）。

为了实现换气阀内外压差平衡，由第一齿合结构和第二齿合结构将液体挡在阀体外侧，而且实现阀体内部的液体的排出。通过带孔螺柱将保护装置的壳体与换气阀的阀体进行连接，同时实现保护装置的壳体内部与阀体内部气体的交换，带孔螺柱的一端与阀体固定连接，另一端与保护装置的壳体内螺纹连接，并通过设置在带孔螺柱的密封圈（未示出）来确保带孔螺柱与壳体连接部位之间的密封性，通过调节带孔螺柱长度来适配不同的保护装置的壳体厚度，壳体上通孔的深度根据应用场景来确定。

所述第一、第二齿合结构上的挡水齿与阀体外壳的内侧壁上对应设置的阶梯状挡水齿之间相互齿合，之间留有的空隙使进入的换气阀气体产生涡流效应;在第一、第二齿合结构之间预留了一个空间，让进入气体的能量能够得到充分释放，由外部进入的水汽能够在此处形成液态水，这些液态水在重力的作用下，通过阀体外壳下侧壁上设置的防水透气材料薄膜、多个透气孔以及屏蔽网被排出，从而实现防水透气的功能。

在安装了换气阀之后，将防水保护装置的密封腔与外界大气相通，我们选用了大功率led照明设备（200w）作为检测对象。设定环境温度为28℃，大功率led照明设备的工作温度为-45℃~+56℃，led照明设备的密封腔的体积为3800ml，大气压为1个标准大气压。根据测算得到led照明设备正常工作后的变化体积为δv为270ml，因此，换气阀首先应根据led照明设备的ip防水等级需求，并考虑led照明设备所需的内外气压平衡时间以及通气/时间的比值，来确定换气阀中带孔螺柱的通孔的尺寸以进行开孔，目的是保证换气阀与防水保护装置的外壳之间结合的紧密性。

关于具体的尺寸，通过测试我们发现当孔径为2mm时，结构的最大应力出现在带孔螺柱上靠近固定位置的地方，且最大应力为378.46mpa，小于外壳材料的最大抗拉强度500mpa。当孔径变为5mm时，最大应力位置不变，最大应力为396.37mpa，依然满足外壳材料的最大抗拉强度500mpa。根据透气性能分析，当带孔螺柱采用5mm孔径时，能够实现壳体内外的压力平衡以及气体交换的同时满足材料结构应力强度要求。因此，在本发明中，换气阀中带孔螺柱的通孔孔径为6mm。

图3为漏水检测电路单元的电路示意图。漏水检测电路单元通过探头来检测led照明设备内是否进水，当检测到进水后输出控制信号来切断电源以保障led照明设备内不会出现短路现象发生。

漏水检测电路单元中包括依次连接的交流ac供电模块1、电压整流模块2、稳压滤波模块3、进水检测探头4、数据比较模块5、控制信号输出模块6，所述控制信号输出模块6与led照明负载相连接，其中，交流ac供电模块、电压整流模块、稳压滤波模块、进水检测探头、数据比较模块以及控制信号输出模块均进行了涂胶处理；

当所述led照明设备中处于无水状态时，进水检测探头的输出为高电平，并将高电平输出至相连接的数据比较模块，所述数据比较模块将得到的高电平信号处理后将未进水控制信号输出至所述控制信号输出模块，所述未进水控制信号使所述控制信号输出模块中的光耦输入导通，再由光耦输出打开可控硅t，led照明负载保持点亮状态；

当所述进水检测探头检测到led照明设备中进水以后，进水检测探头输出低电平，并将低电平输出至相连接的数据比较模块进行信号处理，所述数据比较模块将得到的低电平信号处理后将进水控制信号输出至所述控制信号输出模块，所述进水控制信号使所述控制信号输出模块中的光耦输入关断，再由光耦输出关断可控硅t，led照明负载断电并切换到熄灭状态；

所述交流ac供电模块输入的220v电压先经阻容降压后，再经d1整流出直流电源，由稳压管d2及电容c2稳定于12v并输出至所述数据比较模块中的比较器u1;所述进水检测探头为阻值为1mω的电阻r10，将该电阻暴露在led照明设备的外壳内用于检测led照明设备有没有进水，当进水检测探头检测到led照明设备没有进水时，电阻r10与r3（阻值为100kω）并联得到91kω的阻值，r2采用阻值为68kω的电阻，所述数据比较模块中的比较器u1的正“+”端的电压为12×91/(68+91)=6.868v，所述数据比较模块中的比较器u1的负“-”端的r4和r5采用相同阻值的电阻，阻值为24kω，将此处6v电压做基准电压。

当没有进水时，正“+”端的电压6.868v大于负“-”端的基准电压6v，则所述数据比较模块中的比较器u1的输出为高电平，并驱动q1导通，光耦u2输入获电导通输出导通打开可控硅t，此时led照明设备保持点亮状态。

当进水检测探头检测到led照明设备进水时，由于水的阻值为10kω～20kω（其可靠动作取较大值）左右，因此进水检测探头r10与水阻(20kω)及r3并联得到16.39kω，所述数据比较模块中的比较器正“+”端电压将会发生变化。此时，所述数据比较模块中的比较器正“+”端电压为12×16.39/(68+16.39)=2.33v，该电压低于6v的基准电压，则所述数据比较模块中的比较器输出为低电平以使得q1关断，光耦u2处于输入关闭而输出断开转态，则与其相连的可控硅t断开，此时led照明设备断电并切换到熄灭状态。

由于交流ac供电模块、电压整流模块、稳压滤波模块、进水检测探头、数据比较模块以及控制信号输出模块进行过防水处理，则可控硅t断开输入220v交流市电，其中的零线l、火线n接零线所以led照明设备并不带电，也由此实现了防止漏电和触电的效果，等到led照明设备内的水排出后或者干燥后，led照明设备将恢复到正常工作状态。

图4为led驱动单元的外壳体的结构示意图。led驱动单元的外壳体包括上端盖401、下端盖402、密封圈403、侧围壳体404以及导线管405，其中，上端盖、下端盖具有相同结构，上端盖、下端盖与侧围壳体之间设置有密封圈，并通过螺丝固定；

上端盖、下端盖中间设置有凸面，以对密封圈进行限位，防止密封圈的水平向移动，在凸面上侧和下侧设置有折边，左侧和右侧设置有长条形限位卡扣，在起到限位的同时还能够控制密封圈的收缩程度；侧围壳体上纵向设置有直线型散热凸起，此外直线型散热凸起与端盖上设置的折边和长条形限位卡扣一起形成了可靠的钢性连接，直线型散热凸起之间形成的凹槽也为冷凝水提供了向下引导的通道；上端盖、下端盖的中心位置纵向设置有导线管穿孔，导线管从穿孔中插入，在导线管上套接有锥形胶塞，通过所述锥形胶塞实现与端盖之间的密闭连接；

密封圈的四周留有多个穿孔，方便固定螺丝穿过密封圈并将端盖与侧围壳体固定在一起，同时也能起到一定的限位作用。此外，密封圈上还设置了一圈凸起，该凸起嵌入侧围壳体的内部，所述密封圈采用硅橡胶材料制成，使得密封圈与端盖面的凸面形成一个整体。

本发明的防水保护装置使用简单方便，具有较高可靠性和较低的制造成本。当led照明设备内有漏水现象出现后，将会自动断开电压输入，使led照明设备自动实现防漏电触电现象。当led照明设备内的漏水现象排除并干燥后，led照明设备自动恢复正常工作而led照明设备不受任何破坏。本发明的防水保护装置能有效解决因漏水漏电所带来的人体触电事故，具有有益的效果，广泛适用于公路、广场、停车场、庭院、楼道、广告等各照明场所。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。