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大功率LED路灯散热问题解析


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     因现代照明要求的提高,很多道路口都采用了大功率的LED路灯,相应所产生的热量也非常大,散热的问题越来越严峻,对LED路灯所配的散热器要求也越来越高。散热问题一直是LED照明面临的重要挑战。LED散热面临的主要挑战还是大功率路灯,以及体育场和球场高亮度灯的散热。因为功率大,所需散的热量也大,而且在露天面临各种炎热暴晒天气,增加了散热的难度。剧场的高亮度聚光灯也是难点之一。另外,高功率PAR38灯由于体积小、功率大,要求无电磁干扰也增加了散热的难度。

 
  LED路灯散热器作为主要散热部件,另外还配备了其他相应散热附件,包括铝散热鳍片、导热塑料壳、风扇、导热管、表面辐射散热处理等。其中,散热片和高速风扇是目前最常见的处理方式。不过,随着照明应用对于光输出的要求不断提高,LED产品的热流密度不断增加,单位时间内需要冷却的热量也越来越大,因此,Nuventix亚太区技术支持负责人金海林指出,目前最大的挑战就是如何降低不断增加的热流密度。
 
  新兴的压电陶瓷风扇、无扇叶风扇等先进技术拥有较强散热能力,但对于LED照明这种小空间内的应用,从尺寸体积、耗电、成本、结构、可规模化量产性等方面综合考虑,并不适用。由于被动散热器受制于有限的换热能力,单位时间内能带走的热量很有限,使得用来冷却大功率LED模组的散热器不得不做得很大很重。而主动散热可以克服这些缺点,通过强制对流换热的高效散热能力快速带走热量,降低LED芯片的温度,并且同时减小了散热器的体积及重量,更好地满足照明设计小型化的要求。
 
  Nuventix于2007年正式量产基于Synthetic Jet原理制造的SynJet(合成喷气)产品,利用通过高频振荡所产生的高湍流度高动量气流,因而可以做到高达10万小时的寿命保障,并具有低噪音、低功耗、耐高温、防雨、防尘、抗振动冲击、无摩擦运动部件、易于应用等特点。金海林表示,SynJet技术是最近二十年来散热领域具有突破性和最具创新性的技术,已经被广泛应用在包括家乐福超市等大型场所。据悉,在高功率PAR38灯中就采用了SynJet解决来散热问题。
 
  Nuventix的新产品还有34W聚光灯的散热器。
 
  34W聚光灯中的散热器
 
  与其他的热电供应商不同,Laird公司不仅制造其自身的模块,而且将其产品与内部设计、装配和制造专业知识相结合。凭借其在电磁干扰(EMI)屏蔽领域的技术优势,Laird提出了一种可以和防电磁干扰相结合的散热器方案,这种方法对于LED恒流驱动开关电源的散热和防辐射很有用。
 
  Nextreme公司则主要开发了一种薄膜半导体制冷技术,只要退火炉在N型半导体和P型半导体之间通上电,就可以把热从一端移至另一端。这是一种具有超高效率的光学芯片冷却模式,基于该技术,Nextreme推出了名为光学冷却器(Optocooler)的HV14模块。这种模块可以在3mm2见方的极小面积上耗散1.5W的热,而只需要2.7V的电源,两边的温差可高达60度。
 
  压电散热板作为很有效的新型散热器也正式登上舞台。茅于海介绍,它利用压电晶体使得散热板振动,从而提高了散热板的散热效率。其散热效果相当于风扇,但是耗电却要小很多。
 
    自然对流风冷的热阻为7.2°C/W,而采用风扇强制风冷可降低至2.3°C/W,但要消耗0.85W。如果采用压电散热板,其热阻也可以降低至2.3°C/W,但只消耗0.05W,而且其噪声也没有风扇高。不过,使用压电散热板的缺点是成本比一般鳍片散热器要贵不少。
 
    对于超大功率的高亮度LED灯,有必要采用相变水冷却(不是热管,热管只能导热而不能散热),利用水变成蒸汽要吸收大量热的方法来进行散热。不过,该过程需要消耗一定的水。
 
  此外,还有一种新颖的LED芯片封装技术,称为铝散热器上的芯片(chip on Al heat sink)。这种技术把LED芯片直接安装到铝合金散热器上,这样能使芯片所产生的热量直接通过铝合金散热器传递出去。

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