大功率LED冷卻器
北京瑞德桑節能科技有限公司 謝金元
隨著能源價格的不斷上漲，世界能源日漸貧乏，在建設節能型社會的理念下，大功率LED燈得到大量應用。LED燈節電效果顯著，但是在LED燈中，LED芯片是設備運行穩定的關鍵器件，其工作狀態是否穩定直接影響整個LED燈的可靠性。LED燈中的LED芯片是熱流密度很大的電子元件，它們在運行過程中，由于其靜態與動態的損耗，產生大量的多余熱量，通過散熱系統發散到外部，維持其工作溫度的穩定。目前LED的發光效率還是比較低，從而引起結溫升高，壽命降低。為了降低結溫以提高壽命就必須十分重視散熱的問題。LED的散熱設計必須從芯片開始一直到整個散熱器，每一個環節都要給于充分的注意。任何一個環節
設計不當都會引起嚴重的散熱問題。所以對散熱的設計必須給以充分的重視。

一、為什么LED的散熱是LED燈具設計中最為重要的一個問題
LED的散熱現在越來越為人們所重視，這是因為LED的光衰或其壽命是直接和其結溫有關，散熱不好結溫就高，壽命就短，依照阿雷紐斯法則溫度每降低10℃壽命會延長2倍。從Cree公司發布的光衰和結溫的關系圖(圖1)中可以看出，結溫假如能夠控制在65℃，那么其光衰至70％的壽命可以高達10萬小時!
這是人們夢寐以求的壽命，可是真的可以實現嗎?是的，只要能夠認真地處理它的散熱問題就有可能做到!遺憾的是，現在實際的LED燈的散熱和這個要求相去甚遠!以致LED燈具的壽命變成了一個影響其性能的主要問題，所以必須要認真對待!
而且，結溫不但影響長時間壽命，也還直接影響短時間的發光效率，例女llCree公司的XLamp7090XR—E的發光量和結溫的關系假如以結溫為25度時的發光為100％，那么結溫上升至60度時，其發光量就只有90％；結溫為100度時就下降到80％；140度就只有70％。可見改善散熱，控制結溫是十分重要的事。
除此以夕J'LED的發熱還會使得其光譜移動；色溫升高；正向電流增大(恒壓供電時)；反向電流也增大；熱應力增高；熒光粉環氧樹脂老化加速等等種種問題，所以說，LED的散熱是LED燈具的設計中最為重要的一個問題。
本公司與中國科學院工程熱物理研究合作開發利用具有完全自主知識產權的高性能微槽群復合相變傳熱技術，研制集成式高效散熱器，滿足大功率LED照明的散熱要求，該技術命名為“微槽群復合相變集成冷卻技術(簡稱：MGCP)”。該技術已經成功應用LED燈上，LED芯片的熱量能瞬間分布在整個散熱空間中，延長了LED燈的壽命提高了發光效率。

二、微槽群復合相變集成冷卻技術：
LED芯片所產生的熱量最后總是通過燈具的外殼散到空氣中去。普遍的散熱是：LED芯片所產生的熱，從它的金屬散熱塊出來，先經過焊料到鋁基板的PCB，再通過導熱膠才到鋁散熱器。LED燈具的散熱實際上包括導熱和散熱兩個部分。有一個概念先要搞清楚，就是導熱和散熱的區別。導熱就是要把熱量最快地從發熱源傳送到散熱器表面，而散熱則是要把熱量從散熱器表面散發到空氣中去。首先要把熱最快的導出來，然后要最有效地散到空氣里去。傳統的散熱器的熱沉是鋁翅片，我們的熱沉是：微槽群相變技術。
微槽群相變冷卻技術是依靠技術手段(如設備結構：微槽等手段)把密閉循環的冷卻介質(若介質為水)變為納米數量級的水膜，水膜越薄，遇熱蒸發能力越強，潛熱交換能力越強，大功率電子器件的熱量被蒸氣帶走，其冷卻能力比空冷提高1000倍，不用消耗寶貴電能，并且把大功率電子器件發的熱量(廢熱)重新利用，實現余熱利用，該熱量能變為50℃～60℃熱水供日常生活用。

三、冷卻器系統組成及工作原理：
冷卻器的組成：
系統主要由四部分組成，即取熱器、冷凝器、輸送管路、取熱介質(如水、乙醇等)。
取熱器一般情況下用進口6063鋁合金制作，板內腔有許多微米數量級的槽道，其作用是把取熱介質(如水)按設計要求變成所需的液膜，發熱功率器件與鋁合金表面緊密接觸，其熱能通過鋁熱傳導給液膜，液膜瞬間汽化，把熱能通過管路送到冷凝器冷卻。因取熱器的取熱能力很強，其導熱系數大于106 W／(m書℃)，所以取熱器的體積可以做到很小。

冷凝器一般情況下用進口6063鋁合金制作，板內腔有許多毫米數量級的槽道，鋁合金板外有肋片，取熱介質通過管路送來熱能由它負責與室外空氣進行對流換熱和輻射換熱，取熱介質的熱能通過冷凝器釋放，由汽態變液態，液態的取熱介質通過自身的重力作用又回到了取熱器里，準備下一次熱能交換循環。

四、微槽群復合相變LED大功率光源冷卻器的特點：
1、超導熱能力：
微槽群復合相變冷卻技術具有超導熱能力，其導熱能力是鋁基板的10000倍，該技術能把LED芯片的熱量及時送到面積無限大鋁基板各個散熱面上。
導熱系數大于106 W／(m*oC)。銅是優良導體，也是優良導熱體，銅的導熱系數約為400 W／(m*oC)；MGCP導熱能力與銅比，具有超導熱性質。用一根長60cm、直徑1．3cm的實心銅棒在100℃工作溫度下輸送200W的熱能量，銅棒兩端溫度差高達70。C；用上述銅棒重量的一半做成MGCP取熱器，也在100。C工作溫度下輸送200W的熱能量，熱輸送距離也是60cm遠，其溫度只降了0．50C，實驗表明MGCP技術具有超導熱能力。

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