缓解能源压力——主动冷却技术对LED灯具散热强度的贡献

鞠 强

（贵州师范大学机电工程学院，贵州 贵阳 550000）

由于市场需求量增大，LED灯具企业近年来不断增多，世界各国对LED灯具的发展重视力度也不断加强，我国通过2010年一系列对LED灯具发展的政策扶持以及把LED灯具的发展纳入“十二五规划”之中。我国政府对LED进行补贴政策和半导体照明产业进行积极扶持。LED灯具的发展也受到国际社会和世界各国的普遍关注。

估计在2015年LED灯具的生产成本将会出现大幅度降低趋势。美国能源部预计，在未来的几年内，LED灯具的生产成本将降低40%到50%。政府财政补贴以及对LED灯具的降价政策还将进一步降低LED灯具的生产成本，将会促使LED灯具在照明产业产品中的市场占有率。LED灯具的另一个主要考虑因素是其照明强度，LED灯具的照明强度与冷却技术直接相关联，引用主动冷却技术将进一步解决LED灯具的散热问题，提高LED灯具的照明强度。

1 利用主动冷却技术来解决LED灯具的散热问题

虽然LED灯具的生产制造技术不断向前发展，但仅仅依靠被动冷却技术来生产高照明强度的LED灯具是很难解决其散热问题的。如果使用被动散热片来对LED进行冷却的话，这将会使置换工程难度系数加大，如果把散热片面积和体积变小来对LED灯具进行散热的话，灯具将会因为受热损害面积过小促使热量剧增更易使LED灯体变质，还将迫使其照明强度出现明显下降趋势。

当然，不可否认散热片一无是处，在低照明度的LED灯具生产制造中就受到普遍欢迎，当前灯具厂商能普遍生产出40WLED替代灯具和60WLED替代灯具。目前却很难生产出高照明度低能耗的LED替代灯具，因为当前散热片很难解决75W以上的LED替代灯具的散热问题，这使LED替代灯具的市场发展具有局限性。

对高亮度的灯具市场需求量调查显示，75W以上的灯具占据了照明市场的份额很大，市场的需求量足以说明LED灯具比白炽灯在能耗节约和维修费用上占有绝对优势。能源短缺程度的日益加大迫使消费者们寻求照明强度好、使用寿命高以及低维修费用且能效高能耗低的照明灯具。LED灯具要达到理想的照明强度，就必须使用主动冷却技术来处理灯具组件在工作中释放的热量。为了给高亮度LED灯具提供一个实用的且可行性高的主动冷却解决方案，散热技术就必须是低能耗的；并且能够适用于任何型号的LED灯具，使其寿命一定要与灯源相当或高于灯源寿命。

2 用合成射流技术的主动冷却技术对LED灯具散热

运用合成射流技术来为LED灯具设计一个主动冷却解决方案，这一技术受到全球大多数型照明公司所采用。利用这种紧凑冷却模组来解决目前LED灯具的散热、小型设计和使用可靠性的难题。

传统的风扇冷却技术被合成射流技术所替代，这对于LED灯具散热问题来说是一个绝佳的必然选择。合成射流技术是通过隔膜的运动来引起气流在开口处的周期性循环吸入与发射，从而形成了空气释放时的合成射流。正如图1所示，从第一阶段到第五阶段，前三个发射阶段显示出射流由散射逐步向聚射发展，到第三阶段呈现出带有漩涡状的射流，形成射流处气体向下对流状态，当漩涡向下窜动时，开口处附近的空气就会被向下窜的漩涡所带动，从而形成像图1中后两个阶段的射流画面。

这种射流的急速湍流空气每秒可达到30至200脉冲数的速度，它会冲破热界面层，带走从LED散热片散发出的相当部分热量，从而能够自动排放掉积聚在LED灯体中的大部分热量。

这种高速脉冲气流能够精确放置在LED灯具需要冷却的地方，例如散热片翼、散热片侧面等，从而进一步提高合成射流的散热效率。促使LED灯具形成自身散热循环体，减少散热片的散热负荷量，达到LED灯具预期散热效果，提高LED灯具的照明强度，延长LED灯具的使用寿命。合成射流技术具有散热量多、比传统的射流需要空气量更少、散热片尺寸小等诸多优点，这促使LED灯具质量变轻，制造灯具的尺寸减少，从而减少综合能耗的同时提高LED灯具的使用能效。

这种合成射流技术的设计，它将适用于LED灯具的诸多使用环境，它能实现传统的鼓风机无法实现的气流发生变化的方式，形成独特运行的风格。它不仅耐久性高，对维持LED灯具的高寿命有很大帮助，而且更可靠、寿命更长、更具抗灰尘和抗污染能力、无任何噪音。

3 合成射流技术使LED灯具光效强度更强

通过使用合成射流散热技术，Ledon公司灯专门生产具照明强度极高的LED灯具；这使该公司的具有广阔的发展前景。

为了使驱动器电子件能冷却，驱动器一端连接在合成射流器的另一端。打开驱动器外壳底端的通风口通风，从而使驱动器电子件得到有效冷却，使LED灯具达到75W以及100W的效率。假使合成射流器的灵活性没有得到充分发挥，所有这些设计程序豆浆没法运转，无法达到理想的散热效果。

Nuventix也为其PAR38置换灯具（图2）研发了一种散热管理参照设计方案。这种参照设计，在与Nuventix的SynJet（图3）配合的情况下，能为照明设计者提供设计LED组件的系统；设计出的LED组件效率高达2500流明，并且适用于PAR38规格灯具。而目前LED PAR38置换灯具效率仅为1500流明。

SynJet散热模组在PAR38参照设计中冷却量可达40W，消耗能量低于500mW。另外，SynJet和TI的IC为灯具设计者们带来更多的选择余地；灯具规格更小而照明强度更高，这使LED灯具的发展空间更具可能性。

4 结语

综上所述，在白炽灯、荧光灯和LED的比较之下，大多数用户比较看重LED灯具，因为LED灯具具有高能效、使用寿命长和维护费用低的众多因素。从能源节约方面来衡量，LED灯具每年为商业和城市能源消耗节约作出数百万美元能量和维护费用的贡献，并为众多用户提供高效率、高质量的灯光照明环境，从而为能源节约和照明环境谱写了历史的新篇章。虽然LED灯具对人类照明环境和能源节约上作出巨大贡献，但当前其制造成本高，散热问题出现难度对LED灯具的普及使用造成影响。因此，LED灯具的制造技术需要改进，使LED成为居住照明、室外照明、城市街道照明应用的主要选择。

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