緩解能源壓力——主動冷卻技術對LED燈具散熱強度的貢獻

鞠 強

（貴州師范大學機電工程學院，貴州 貴陽 550000）

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

估計在2015年LED燈具的生產成本將會出現大幅度降低趨勢。美國能源部預計，在未來的幾年內，LED燈具的生產成本將降低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燈具的生產成本，將會促使LED燈具在照明產業產品中的市場占有率。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直接相關聯，引用主動冷卻技術將進一步解決LED燈具的散熱問題，提高LED燈具的照明強度。

1 利用主動冷卻技術來解決LED燈具的散熱問題

雖然LED燈具的生產制造技術不斷向前發展，但僅僅依靠被動冷卻技術來生產高照明強度的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，還將迫使其照明強度出現明顯下降趨勢。

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

對高亮度的燈具市場需求量調查顯示，75W以上的燈具占據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約和維修費用上占有絕對優勢。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或高于燈源壽命。

2 用合成射流技術的主動冷卻技術對LED燈具散熱

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

傳統的風扇冷卻技術被合成射流技術所替代，這對于LED燈具散熱問題來說是一個絕佳的必然選擇。合成射流技術是通過隔膜的運動來引起氣流在開口處的周期性循環吸入與發射，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，前三個發射階段顯示出射流由散射逐步向聚射發展，到第三階段呈現出帶有漩渦狀的射流，形成射流處氣體向下對流狀態，當漩渦向下竄動時，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脈沖數的速度，它會沖破熱界面層，帶走從LED散熱片散發出的相當部分熱量，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體，減少散熱片的散熱負荷量，達到LED燈具預期散熱效果，提高LED燈具的照明強度，延長LED燈具的使用壽命。合成射流技術具有散熱量多、比傳統的射流需要空氣量更少、散熱片尺寸小等諸多優點，這促使LED燈具質量變輕，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。

這種合成射流技術的設計，它將適用于LED燈具的諸多使用環境，它能實現傳統的鼓風機無法實現的氣流發生變化的方式，形成獨特運行的風格。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 合成射流技術使LED燈具光效強度更強

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

為了使驅動器電子件能冷卻，驅動器一端連接在合成射流器的另一端。打開驅動器外殼底端的通風口通風，從而使驅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揮，所有這些設計程序豆漿沒法運轉，無法達到理想的散熱效果。

Nuventix也為其PAR38置換燈具（圖2）研發了一種散熱管理參照設計方案。這種參照設計，在與Nuventix的SynJet（圖3）配合的情況下，能為照明設計者提供設計LED組件的系統；設計出的LED組件效率高達2500流明，并且適用于PAR38規格燈具。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為燈具設計者們帶來更多的選擇余地；燈具規格更小而照明強度更高，這使LED燈具的發展空間更具可能性。

4 結語

綜上所述，在白熾燈、熒光燈和LED的比較之下，大多數用戶比較看重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。從能源節約方面來衡量，LED燈具每年為商業和城市能源消耗節約作出數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、高質量的燈光照明環境，從而為能源節約和照明環境譜寫了歷史的新篇章。雖然LED燈具對人類照明環境和能源節約上作出巨大貢獻，但當前其制造成本高，散熱問題出現難度對LED燈具的普及使用造成影響。因此，LED燈具的制造技術需要改進，使LED成為居住照明、室外照明、城市街道照明應用的主要選擇。

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