大功率LED路燈散熱問題解析

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因現代照明要求的提高，很多道路口都采用了大功率的LED路燈，相應所產生的熱量也非常大，散熱的問題越來越嚴峻，對LED路燈所配的散熱器要求也越來越高。散熱問題一直是LED照明面臨的重要挑戰。LED散熱面臨的主要挑戰還是大功率路燈，以及體育場和球場高亮度燈的散熱。因為功率大，所需散的熱量也大，而且在露天面臨各種炎熱暴曬天氣，增加了散熱的難度。劇場的高亮度聚光燈也是難點之一。另外，高功率PAR38燈由于體積小、功率大，要求無電磁干擾也增加了散熱的難度。

　　LED路燈散熱器作為主要散熱部件，另外還配備了其他相應散熱附件，包括鋁散熱鰭片、導熱塑料殼、風扇、導熱管、表面輻射散熱處理等。其中，散熱片和高速風扇是目前最常見的處理方式。不過，隨著照明應用對于光輸出的要求不斷提高，LED產品的熱流密度不斷增加，單位時間內需要冷卻的熱量也越來越大，因此，Nuventix亞太區技術支持負責人金海林指出，目前最大的挑戰就是如何降低不斷增加的熱流密度。

　　新興的壓電陶瓷風扇、無扇葉風扇等先進技術擁有較強散熱能力，但對于LED照明這種小空間內的應用，從尺寸體積、耗電、成本、結構、可規模化量產性等方面綜合考慮，并不適用。由于被動散熱器受制于有限的換熱能力，單位時間內能帶走的熱量很有限，使得用來冷卻大功率LED模組的散熱器不得不做得很大很重。而主動散熱可以克服這些缺點，通過強制對流換熱的高效散熱能力快速帶走熱量，降低LED芯片的溫度，并且同時減小了散熱器的體積及重量，更好地滿足照明設計小型化的要求。

　　Nuventix于2007年正式量產基于Synthetic Jet原理制造的SynJet(合成噴氣)產品，利用通過高頻振蕩所產生的高湍流度高動量氣流，因而可以做到高達10萬小時的壽命保障，并具有低噪音、低功耗、耐高溫、防雨、防塵、抗振動沖擊、無摩擦運動部件、易于應用等特點。金海林表示，SynJet技術是最近二十年來散熱領域具有突破性和最具創新性的技術，已經被廣泛應用在包括家樂福超市等大型場所。據悉，在高功率PAR38燈中就采用了SynJet解決來散熱問題。

　　Nuventix的新產品還有34W聚光燈的散熱器。

　　34W聚光燈中的散熱器

　　與其他的熱電供應商不同，Laird公司不僅制造其自身的模塊，而且將其產品與內部設計、裝配和制造專業知識相結合。憑借其在電磁干擾(EMI)屏蔽領域的技術優勢，Laird提出了一種可以和防電磁干擾相結合的散熱器方案，這種方法對于LED恒流驅動開關電源的散熱和防輻射很有用。

　　Nextreme公司則主要開發了一種薄膜半導體制冷技術，只要退火爐在N型半導體和P型半導體之間通上電，就可以把熱從一端移至另一端。這是一種具有超高效率的光學芯片冷卻模式，基于該技術，Nextreme推出了名為光學冷卻器(Optocooler)的HV14模塊。這種模塊可以在3mm2見方的極小面積上耗散1.5W的熱，而只需要2.7V的電源，兩邊的溫差可高達60度。

　　壓電散熱板作為很有效的新型散熱器也正式登上舞臺。茅于海介紹，它利用壓電晶體使得散熱板振動，從而提高了散熱板的散熱效率。其散熱效果相當于風扇，但是耗電卻要小很多。

自然對流風冷的熱阻為7.2°C/W，而采用風扇強制風冷可降低至2.3°C/W，但要消耗0.85W。如果采用壓電散熱板，其熱阻也可以降低至2.3°C/W，但只消耗0.05W，而且其噪聲也沒有風扇高。不過，使用壓電散熱板的缺點是成本比一般鰭片散熱器要貴不少。

對于超大功率的高亮度LED燈，有必要采用相變水冷卻(不是熱管，熱管只能導熱而不能散熱)，利用水變成蒸汽要吸收大量熱的方法來進行散熱。不過，該過程需要消耗一定的水。

　　此外，還有一種新穎的LED芯片封裝技術，稱為鋁散熱器上的芯片(chip on Al heat sink)。這種技術把LED芯片直接安裝到鋁合金散熱器上，這樣能使芯片所產生的熱量直接通過鋁合金散熱器傳遞出去。

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