冷卻系統(tǒng)

LED背投拼墻自推出兩年多的時間來，以其采用了大量創(chuàng)新技術(shù)，現(xiàn)在幾乎已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的投影顯示墻。LED的主要優(yōu)勢在于預(yù)期壽命長，一般為60，000小時左右，大約是UHP燈泡的7倍。和大多數(shù)電子元器件一樣，LED的工作溫度決定了它的實(shí)際使用壽命。也就是說，顯示技術(shù)所提出的預(yù)期壽命指的是亮度比最初下降50%的持續(xù)時間。換而言之，在標(biāo)準(zhǔn)條件下一個LED到達(dá)預(yù)期壽命并不是說它不發(fā)光，而是與最初相比亮度下降一半。

冷卻系統(tǒng)是關(guān)鍵

如前所述，要達(dá)到廠商所給出的預(yù)期壽命，LED的工作溫度必須在特定的范圍內(nèi)。各家燈泡廠商所使用的冷卻技術(shù)幾乎沒有什么差別。風(fēng)冷是首選方案：用風(fēng)扇對著LED吹，以避免超出工作溫度。在投影機(jī)中引入LED對冷卻系統(tǒng)的通風(fēng)提出了更具挑戰(zhàn)性的要求。LED系統(tǒng)中沒有足夠的空間，因此簡單的風(fēng)冷裝置無法使用。對于LED設(shè)備，熱能來自一個非常小的表面，這就導(dǎo)致了不能直接安裝相對比較大型的冷卻設(shè)備，因?yàn)檫@樣不能提供充足的冷卻效率。因此廠商希望找到一種替代的系統(tǒng)，以確保在規(guī)范的條件下使用LED，并提供更高的可靠性。早在LED投影機(jī)剛剛推出的時候，就有公司選擇了導(dǎo)熱管系統(tǒng)。

另一種可能的方案是液冷系統(tǒng)，但經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它的效率也很低，更不用說在電子設(shè)備中使用液體這一隱患了。此時，讀者可能會問：“導(dǎo)熱管？這是什么東西？”導(dǎo)熱管是一個熱交換器，它通過一個簡單的物理現(xiàn)象來降低熱量。導(dǎo)熱管是一根密封包裹的毛細(xì)結(jié)構(gòu)的銅管。內(nèi)部的冷卻液在熱端蒸發(fā)，在冷端凝結(jié)，從而高效地傳輸熱量。毛細(xì)作用（在自然界中樹木通過它來把水分從根部運(yùn)送到葉片）確保了冷卻液的連續(xù)循環(huán)。因此導(dǎo)熱管熱端和冷端的溫度差異使這一過程持續(xù)運(yùn)作。導(dǎo)熱管不僅高效，而且自由，因?yàn)樗葲]有機(jī)械結(jié)構(gòu)，也沒有液體泄露的危險(xiǎn)。今天，它在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。幾乎所有便攜式電腦都用導(dǎo)熱管來冷卻處理器，即便在西伯利亞這樣的永久凍土地帶也用它來維護(hù)石油管道的安全，它能在太空中調(diào)解衛(wèi)星的工作溫度這一事實(shí)也證明了它甚至不需要重力的作用。

假如發(fā)生故障

采用了導(dǎo)熱技術(shù)的熱導(dǎo)管幾乎不會發(fā)生技術(shù)故障。故障只可能發(fā)生在導(dǎo)熱管末端用于熱交換的換熱風(fēng)扇上。盡管我們的投影產(chǎn)品是非常牢固可靠的，但也不能完全排除發(fā)生故障的可能性。并且無論是在風(fēng)冷、液冷還是導(dǎo)熱管系統(tǒng)中，采用風(fēng)扇時都會存在這個問題。這些系統(tǒng)都需要通過一個冷卻設(shè)備或像風(fēng)扇這樣的熱交換設(shè)備向外界散發(fā)熱量。

然而，對于導(dǎo)熱管系統(tǒng)，就算風(fēng)扇出現(xiàn)了故障，導(dǎo)熱管自身的熱傳導(dǎo)效應(yīng)也完全能夠發(fā)揮作用。因?yàn)閷?dǎo)熱管是無源設(shè)備，停電對它也沒有影響。在沒有風(fēng)扇所帶動的氣流時，導(dǎo)熱管將直接通過對流向外界空氣釋放熱量，以保持導(dǎo)熱管的一端“涼爽”。相對來說，在我們試驗(yàn)的時候，水冷系統(tǒng)就有許多的缺陷。它需要額外增加水泵、液體導(dǎo)管以及調(diào)壓水箱，在我們看來這些都是潛在的故障源，以及我們前面提到的在某些電子設(shè)備中使用液體會產(chǎn)生毒副作用。如果液冷系統(tǒng)中的風(fēng)扇發(fā)生故障，熱量還是會通過循環(huán)的液體進(jìn)行傳導(dǎo)，但風(fēng)扇就不能幫助熱交換器把熱量釋放到外界空氣中。

另一方面，如果水泵不能維持液體的循環(huán)，LED的熱量就不能釋放出來。LED馬上就會過熱，導(dǎo)致系統(tǒng)不得不被關(guān)閉。只有使用一套冗余的循環(huán)系統(tǒng)才能解決這一問題，但如果這樣做，設(shè)備的成本和空間又不允許。

導(dǎo)熱管——最好的選擇

當(dāng)然，我們廣泛測試了導(dǎo)熱管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和質(zhì)量，并試圖獲取它的極限值。就算把氣溫升高到40oC以上（這在一般的控制室環(huán)境中是非常罕見的）我們的導(dǎo)熱管系統(tǒng)仍然能夠把LED保持在它的工作溫度范圍內(nèi)。出乎意料的是，如果把風(fēng)扇全關(guān)掉，LED亮度會自動下降到70%以確保安全。不過這樣的下降范圍對圖像造成的影響并不大，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為LED無論如何都不會在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作。如果環(huán)境溫度為25oC，亮度降到80%，單單導(dǎo)熱管系統(tǒng)自身就能維持LED的工作溫度，而不需要風(fēng)扇。導(dǎo)熱管極高的性能和失效保護(hù)機(jī)制正是我們在LED冷卻系統(tǒng)中所需要的。

正如前文所提到的，導(dǎo)熱管系統(tǒng)中的故障源幾乎只有風(fēng)扇，但這并不能阻止導(dǎo)熱管自身的熱傳導(dǎo)。在試驗(yàn)中，我們模擬了一個風(fēng)扇全部壞掉的故障情況，并測試了不同亮度下單色LED的溫度。圖1的左邊顯示了風(fēng)扇打開，單色LED在100%亮度下的溫度。它們都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于允許值（虛線）。其它三塊顯示了在把風(fēng)扇關(guān)閉后，LED亮度分別為40%、60%、80%情況下的溫度，我們可以看到，當(dāng)亮度在40%和60%之間時，單單導(dǎo)熱管自身的冷卻效果就足以把LED的溫度維持在規(guī)定范圍內(nèi)，而在80%亮度時，也只有綠色的LED溫度達(dá)到了極限，這時LED的預(yù)期壽命就會下降。在我們的投影機(jī)上，通過把亮度自動衰減到70%，可以使LED的溫度在風(fēng)扇發(fā)生故障的情況下仍然保持在規(guī)定范圍內(nèi)。

我們還在不斷升高的環(huán)境溫度下測試了導(dǎo)熱管的可靠性，以模擬某些突發(fā)狀況，比如房間里的空調(diào)突然壞了。從圖2可以看出，即使環(huán)境溫度超過40oC，LED仍然可以正常工作。

圖3-5顯示了LED的預(yù)期壽命與工作溫度之間的關(guān)系。正如你所見的那樣，一旦超出圖2中為單色LED所限定的最高溫度，預(yù)期壽命就會迅速跌到60，000小時以下。不過，如果與其它數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，我們就會發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)生了風(fēng)扇故障，eyevis公司的LED箱體內(nèi)的導(dǎo)熱管冷卻系統(tǒng)能夠?qū)囟缺３衷诒仨毜姆秶鷥?nèi)，使LED的預(yù)期壽命能夠達(dá)到60，000小時。

我們堅(jiān)持認(rèn)為：對我們來說，最好的冷卻系統(tǒng)應(yīng)該是結(jié)構(gòu)簡單、安全有效的。導(dǎo)熱管就是最好的選擇！