緩解能源壓力——主動冷卻技術(shù)對LED燈具散熱強度的貢獻

鞠 強

（貴州師范大學(xué)機電工程學(xué)院，貴州 貴陽 550000）

由于市場需求量增大，LED燈具企業(yè)近年來不斷增多，世界各國對LED燈具的發(fā)展重視力度也不斷加強，我國通過2010年一系列對LED燈具發(fā)展的政策扶持以及把LED燈具的發(fā)展納入“十二五規(guī)劃”之中。我國政府對LED進行補貼政策和半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)進行積極扶持。LED燈具的發(fā)展也受到國際社會和世界各國的普遍關(guān)注。

估計在2015年LED燈具的生產(chǎn)成本將會出現(xiàn)大幅度降低趨勢。美國能源部預(yù)計，在未來的幾年內(nèi)，LED燈具的生產(chǎn)成本將降低40%到50%。政府財政補貼以及對LED燈具的降價政策還將進一步降低LED燈具的生產(chǎn)成本，將會促使LED燈具在照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品中的市場占有率。LED燈具的另一個主要考慮因素是其照明強度，LED燈具的照明強度與冷卻技術(shù)直接相關(guān)聯(lián)，引用主動冷卻技術(shù)將進一步解決LED燈具的散熱問題，提高LED燈具的照明強度。

1 利用主動冷卻技術(shù)來解決LED燈具的散熱問題

雖然LED燈具的生產(chǎn)制造技術(shù)不斷向前發(fā)展，但僅僅依靠被動冷卻技術(shù)來生產(chǎn)高照明強度的LED燈具是很難解決其散熱問題的。如果使用被動散熱片來對LED進行冷卻的話，這將會使置換工程難度系數(shù)加大，如果把散熱片面積和體積變小來對LED燈具進行散熱的話，燈具將會因為受熱損害面積過小促使熱量劇增更易使LED燈體變質(zhì)，還將迫使其照明強度出現(xiàn)明顯下降趨勢。

當(dāng)然，不可否認散熱片一無是處，在低照明度的LED燈具生產(chǎn)制造中就受到普遍歡迎，當(dāng)前燈具廠商能普遍生產(chǎn)出40WLED替代燈具和60WLED替代燈具。目前卻很難生產(chǎn)出高照明度低能耗的LED替代燈具，因為當(dāng)前散熱片很難解決75W以上的LED替代燈具的散熱問題，這使LED替代燈具的市場發(fā)展具有局限性。

對高亮度的燈具市場需求量調(diào)查顯示，75W以上的燈具占據(jù)了照明市場的份額很大，市場的需求量足以說明LED燈具比白熾燈在能耗節(jié)約和維修費用上占有絕對優(yōu)勢。能源短缺程度的日益加大迫使消費者們尋求照明強度好、使用壽命高以及低維修費用且能效高能耗低的照明燈具。LED燈具要達到理想的照明強度，就必須使用主動冷卻技術(shù)來處理燈具組件在工作中釋放的熱量。為了給高亮度LED燈具提供一個實用的且可行性高的主動冷卻解決方案，散熱技術(shù)就必須是低能耗的；并且能夠適用于任何型號的LED燈具，使其壽命一定要與燈源相當(dāng)或高于燈源壽命。

2 用合成射流技術(shù)的主動冷卻技術(shù)對LED燈具散熱

運用合成射流技術(shù)來為LED燈具設(shè)計一個主動冷卻解決方案，這一技術(shù)受到全球大多數(shù)型照明公司所采用。利用這種緊湊冷卻模組來解決目前LED燈具的散熱、小型設(shè)計和使用可靠性的難題。

傳統(tǒng)的風(fēng)扇冷卻技術(shù)被合成射流技術(shù)所替代，這對于LED燈具散熱問題來說是一個絕佳的必然選擇。合成射流技術(shù)是通過隔膜的運動來引起氣流在開口處的周期性循環(huán)吸入與發(fā)射，從而形成了空氣釋放時的合成射流。正如圖1所示，從第一階段到第五階段，前三個發(fā)射階段顯示出射流由散射逐步向聚射發(fā)展，到第三階段呈現(xiàn)出帶有漩渦狀的射流，形成射流處氣體向下對流狀態(tài)，當(dāng)漩渦向下竄動時，開口處附近的空氣就會被向下竄的漩渦所帶動，從而形成像圖1中后兩個階段的射流畫面。

這種射流的急速湍流空氣每秒可達到30至200脈沖數(shù)的速度，它會沖破熱界面層，帶走從LED散熱片散發(fā)出的相當(dāng)部分熱量，從而能夠自動排放掉積聚在LED燈體中的大部分熱量。

這種高速脈沖氣流能夠精確放置在LED燈具需要冷卻的地方，例如散熱片翼、散熱片側(cè)面等，從而進一步提高合成射流的散熱效率。促使LED燈具形成自身散熱循環(huán)體，減少散熱片的散熱負荷量，達到LED燈具預(yù)期散熱效果，提高LED燈具的照明強度，延長LED燈具的使用壽命。合成射流技術(shù)具有散熱量多、比傳統(tǒng)的射流需要空氣量更少、散熱片尺寸小等諸多優(yōu)點，這促使LED燈具質(zhì)量變輕，制造燈具的尺寸減少，從而減少綜合能耗的同時提高LED燈具的使用能效。

這種合成射流技術(shù)的設(shè)計，它將適用于LED燈具的諸多使用環(huán)境，它能實現(xiàn)傳統(tǒng)的鼓風(fēng)機無法實現(xiàn)的氣流發(fā)生變化的方式，形成獨特運行的風(fēng)格。它不僅耐久性高，對維持LED燈具的高壽命有很大幫助，而且更可靠、壽命更長、更具抗灰塵和抗污染能力、無任何噪音。

3 合成射流技術(shù)使LED燈具光效強度更強

通過使用合成射流散熱技術(shù)，Ledon公司燈專門生產(chǎn)具照明強度極高的LED燈具；這使該公司的具有廣闊的發(fā)展前景。

為了使驅(qū)動器電子件能冷卻，驅(qū)動器一端連接在合成射流器的另一端。打開驅(qū)動器外殼底端的通風(fēng)口通風(fēng)，從而使驅(qū)動器電子件得到有效冷卻，使LED燈具達到75W以及100W的效率。假使合成射流器的靈活性沒有得到充分發(fā)揮，所有這些設(shè)計程序豆?jié){沒法運轉(zhuǎn)，無法達到理想的散熱效果。

Nuventix也為其PAR38置換燈具（圖2）研發(fā)了一種散熱管理參照設(shè)計方案。這種參照設(shè)計，在與Nuventix的SynJet（圖3）配合的情況下，能為照明設(shè)計者提供設(shè)計LED組件的系統(tǒng)；設(shè)計出的LED組件效率高達2500流明，并且適用于PAR38規(guī)格燈具。而目前LED PAR38置換燈具效率僅為1500流明。

SynJet散熱模組在PAR38參照設(shè)計中冷卻量可達40W，消耗能量低于500mW。另外，SynJet和TI的IC為燈具設(shè)計者們帶來更多的選擇余地；燈具規(guī)格更小而照明強度更高，這使LED燈具的發(fā)展空間更具可能性。

4 結(jié)語

綜上所述，在白熾燈、熒光燈和LED的比較之下，大多數(shù)用戶比較看重LED燈具，因為LED燈具具有高能效、使用壽命長和維護費用低的眾多因素。從能源節(jié)約方面來衡量，LED燈具每年為商業(yè)和城市能源消耗節(jié)約作出數(shù)百萬美元能量和維護費用的貢獻，并為眾多用戶提供高效率、高質(zhì)量的燈光照明環(huán)境，從而為能源節(jié)約和照明環(huán)境譜寫了歷史的新篇章。雖然LED燈具對人類照明環(huán)境和能源節(jié)約上作出巨大貢獻，但當(dāng)前其制造成本高，散熱問題出現(xiàn)難度對LED燈具的普及使用造成影響。因此，LED燈具的制造技術(shù)需要改進，使LED成為居住照明、室外照明、城市街道照明應(yīng)用的主要選擇。

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