大功率LED冷却器
北京瑞德桑节能科技有限公司 谢金元
随着能源价格的不断上涨，世界能源日渐贫乏，在建设节能型社会的理念下，大功率LED灯得到大量应用。LED灯节电效果显著，但是在LED灯中，LED芯片是设备运行稳定的关键器件，其工作状态是否稳定直接影响整个LED灯的可靠性。LED灯中的LED芯片是热流密度很大的电子元件，它们在运行过程中，由于其静态与动态的损耗，产生大量的多余热量，通过散热系统发散到外部，维持其工作温度的稳定。目前LED的发光效率还是比较低，从而引起结温升高，寿命降低。为了降低结温以提高寿命就必须十分重视散热的问题。LED的散热设计必须从芯片开始一直到整个散热器，每一个环节都要给于充分的注意。任何一个环节
设计不当都会引起严重的散热问题。所以对散热的设计必须给以充分的重视。

一、为什么LED的散热是LED灯具设计中最为重要的一个问题
LED的散热现在越来越为人们所重视，这是因为LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，依照阿雷纽斯法则温度每降低10℃寿命会延长2倍。从Cree公司发布的光衰和结温的关系图(图1)中可以看出，结温假如能够控制在65℃，那么其光衰至70％的寿命可以高达10万小时!
这是人们梦寐以求的寿命，可是真的可以实现吗?是的，只要能够认真地处理它的散热问题就有可能做到!遗憾的是，现在实际的LED灯的散热和这个要求相去甚远!以致LED灯具的寿命变成了一个影响其性能的主要问题，所以必须要认真对待!
而且，结温不但影响长时间寿命，也还直接影响短时间的发光效率，例女llCree公司的XLamp7090XR—E的发光量和结温的关系假如以结温为25度时的发光为100％，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90％；结温为100度时就下降到80％；140度就只有70％。可见改善散热，控制结温是十分重要的事。
除此以夕J'LED的发热还会使得其光谱移动；色温升高；正向电流增大(恒压供电时)；反向电流也增大；热应力增高；荧光粉环氧树脂老化加速等等种种问题，所以说，LED的散热是LED灯具的设计中最为重要的一个问题。
本公司与中国科学院工程热物理研究合作开发利用具有完全自主知识产权的高性能微槽群复合相变传热技术，研制集成式高效散热器，满足大功率LED照明的散热要求，该技术命名为“微槽群复合相变集成冷却技术(简称：MGCP)”。该技术已经成功应用LED灯上，LED芯片的热量能瞬间分布在整个散热空间中，延长了LED灯的寿命提高了发光效率。

二、微槽群复合相变集成冷却技术：
LED芯片所产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。普遍的散热是：LED芯片所产生的热，从它的金属散热块出来，先经过焊料到铝基板的PCB，再通过导热胶才到铝散热器。LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。有一个概念先要搞清楚，就是导热和散热的区别。导热就是要把热量最快地从发热源传送到散热器表面，而散热则是要把热量从散热器表面散发到空气中去。首先要把热最快的导出来，然后要最有效地散到空气里去。传统的散热器的热沉是铝翅片，我们的热沉是：微槽群相变技术。
微槽群相变冷却技术是依靠技术手段(如设备结构：微槽等手段)把密闭循环的冷却介质(若介质为水)变为纳米数量级的水膜，水膜越薄，遇热蒸发能力越强，潜热交换能力越强，大功率电子器件的热量被蒸气带走，其冷却能力比空冷提高1000倍，不用消耗宝贵电能，并且把大功率电子器件发的热量(废热)重新利用，实现余热利用，该热量能变为50℃～60℃热水供日常生活用。

三、冷却器系统组成及工作原理：
冷却器的组成：
系统主要由四部分组成，即取热器、冷凝器、输送管路、取热介质(如水、乙醇等)。
取热器一般情况下用进口6063铝合金制作，板内腔有许多微米数量级的槽道，其作用是把取热介质(如水)按设计要求变成所需的液膜，发热功率器件与铝合金表面紧密接触，其热能通过铝热传导给液膜，液膜瞬间汽化，把热能通过管路送到冷凝器冷却。因取热器的取热能力很强，其导热系数大于106 W／(m书℃)，所以取热器的体积可以做到很小。

冷凝器一般情况下用进口6063铝合金制作，板内腔有许多毫米数量级的槽道，铝合金板外有肋片，取热介质通过管路送来热能由它负责与室外空气进行对流换热和辐射换热，取热介质的热能通过冷凝器释放，由汽态变液态，液态的取热介质通过自身的重力作用又回到了取热器里，准备下一次热能交换循环。

四、微槽群复合相变LED大功率光源冷却器的特点：
1、超导热能力：
微槽群复合相变冷却技术具有超导热能力，其导热能力是铝基板的10000倍，该技术能把LED芯片的热量及时送到面积无限大铝基板各个散热面上。
导热系数大于106 W／(m*oC)。铜是优良导体，也是优良导热体，铜的导热系数约为400 W／(m*oC)；MGCP导热能力与铜比，具有超导热性质。用一根长60cm、直径1．3cm的实心铜棒在100℃工作温度下输送200W的热能量，铜棒两端温度差高达70。C；用上述铜棒重量的一半做成MGCP取热器，也在100。C工作温度下输送200W的热能量，热输送距离也是60cm远，其温度只降了0．50C，实验表明MGCP技术具有超导热能力。

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