LED散熱的方法介紹

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(guò)程中，由于其靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的損耗，產(chǎn)生大量的多余熱量，通過(guò)散熱系統發(fā)散到外部，維持其工作溫度的穩定。目前LED的發(fā)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(wèn)題。LED的散熱設計必須從芯片開(kāi)始一直到整個(gè)散熱器，每一個(gè)環(huán)節都要給于充分的注意。任何一個(gè)環(huán)節設計不當都會(huì )引起嚴重的散熱問(wèn)題。所以對散熱的設計必須給以充分的重視。

高性能微槽群復合相變傳熱技術(shù)，滿(mǎn)足大功率LED照明的散熱要求，該技術(shù)命名為“微槽群復合相變集成冷卻技術(shù)”。該技術(shù)已經(jīng)成功應用LED燈上，LED芯片的熱量能瞬間分布在整個(gè)散熱空間中，延長(cháng)了LED燈的壽命提高了發(fā)光效率。

一、微槽群復合相變集成冷卻技術(shù)：

LED芯片所產(chǎn)生的熱量最后總是通過(guò)燈具的外殼散到空氣中去。普遍的散熱是：LED芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來(lái)，先經(jīng)過(guò)焊料到鋁基板的PCB，再通過(guò)導熱膠才到鋁散熱器。LED燈具的散熱實(shí)際上包括導熱和散熱兩個(gè)部分。有一個(gè)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(fā)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(fā)到空氣中去。首先要把熱最快的導出來(lái)，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(shù)。

微槽群相變冷卻技術(shù)是依靠技術(shù)手段(如設備結構：微槽等手段)把密閉循環(huán)的冷卻介質(zhì)(若介質(zhì)為水)變?yōu)榧{米數量級的水膜，水膜越薄，遇熱蒸發(fā)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。

冷卻器系統組成及工作原理：

1、 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(zhì)(如水、乙醇等)。

取熱器一般情況下用進(jìn)口鋁合金制作，板內腔有許多微米數量級的槽道，其作用是把取熱介質(zhì)(如水)按設計要求變成所需的液膜，發(fā)熱功率器件與鋁合金表面緊密接觸，其熱能通過(guò)鋁熱傳導給液膜，液膜瞬間汽化，把熱能通過(guò)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*℃)，所以取熱器的體積可以做到很小。

冷凝器一般情況下用進(jìn)口鋁合金制作，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(zhì)通過(guò)管路送來(lái)熱能由它負責與室外空氣進(jìn)行對流換熱和輻射換熱，取熱介質(zhì)的熱能通過(guò)冷凝器釋放，由汽態(tài)變液態(tài)，液態(tài)的取熱介質(zhì)通過(guò)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(huán)。

2、工作原理：

在毛細微槽群復合相變取熱器內表面加工許多微槽道，形成微槽群結構，利用微細尺度復合相變強化換熱機理，實(shí)現在狹小空間內，對小體積的高熱流密度及大功率的器件的高效率地取熱。毛細微槽群復合相變取熱器取出的熱量由蒸汽經(jīng)蒸汽回路輸運到遠程的高效微結構凝結器中，在微結構冷凝器內微細尺度凝結槽群結構表面上進(jìn)行高強度微尺度蒸汽凝結放熱。冷凝器凝結所釋放的熱量可迅捷地擴散到微細尺度凝結槽群結構表面，并經(jīng)壁面向外傳導到微結構冷凝器的外壁的肋表面上，通過(guò)與外界環(huán)境進(jìn)行對流換熱將熱量釋放到環(huán)境中去。凝結液通過(guò)凝結液體回路，在壓力梯度作用流回到微槽群復合相變取熱器。從而實(shí)現系統自身取熱與放熱的高效率、無(wú)功耗的封閉循環(huán)，達到器件冷卻的目的。微槽群復合相變取熱器的取熱面與電力電子器件緊密接觸，其內表面刻有許多復合相變微槽道，集成為復合相變微槽群。微槽群復合相變取熱器中有少量的具有一定汽化潛熱的液體工質(zhì)。液體工質(zhì)在微槽群自身結構所形成的毛細壓力梯度的作用下沿微槽流動(dòng)，同時(shí)在微槽中形成擴展彎月面薄液膜蒸發(fā)和厚液膜核態(tài)沸騰的高強度微細尺度復合相變強化換熱過(guò)程，使液體工質(zhì)變成蒸汽，利用汽化潛熱帶走電力電子器件工作時(shí)產(chǎn)生的巨大熱量，從而將器件的工作溫度降低并控制在理想的范圍內。微槽群復合相變冷卻系統由小尺寸取熱元件(微槽群復合相變取熱器)、熱量及流體輸運管路、遠程放熱元件(遠程微結構凝結器)部分構成。其中，熱量及流體輸運管路包括輸運熱量的蒸汽回路和輸運凝結液的凝結液回路兩部分，分別將微槽群復合相變取熱器和遠程微結構凝結器連接起來(lái)，形成一個(gè)對外封閉的微負壓循環(huán)系統。微槽群復合相變取熱器取出的巨大熱量由蒸汽在系統的蒸發(fā)與凝結壓差作用下經(jīng)蒸汽回路輸運到遠程微結構凝結器中，在微結構凝結器內腔中的微細尺度凝結槽群結構表面上進(jìn)行高強度微尺度蒸汽凝結放熱。蒸汽凝結所釋放的熱量由微細尺度凝結槽群結構表面經(jīng)壁面向外傳導到微結構凝結器外壁的肋表面上或外壁上的冷卻水通道群中(注：微結構凝結器壁面將外界環(huán)境和冷卻水與微結構凝結器內部隔開(kāi)，外界環(huán)境和冷卻水與微結構凝結器中的凝結液不接觸)，通過(guò)與外界環(huán)境進(jìn)行的空氣(自然或強制)對流換熱或與冷卻水通道群中的冷卻水進(jìn)行單相強制對流換熱，最終散失到外界環(huán)境中。而凝結液則通過(guò)凝結液回路，借助于重力和系統微細尺度槽群結構所產(chǎn)生的壓力梯度作用，流回到微槽群復合相變取熱器中。從而整個(gè)系統按照由微槽群復合相變取熱器、蒸汽回路、遠程微結構凝結器、凝結液回路再回到微槽群復合相變取熱器的順序形成一個(gè)具有工質(zhì)單向性流動(dòng)的、液-汽-液相變取熱和放熱模式的無(wú)功耗循環(huán)(被動(dòng)式循環(huán))，達到使發(fā)熱的大功率電力電子器件冷卻的目的。圖1 為冷卻系統示意圖。

圖1 微槽群復合相變冷卻系統結構示意圖。

3、 與熱管的區別

形式上與熱管相似，但在換熱機理、結構和性能等方面有本質(zhì)不同：

1.采用強大的微細尺度復合相變強化換熱機理;熱管僅為普通的液膜蒸發(fā);

2.無(wú)熱管固有的沸騰、挾帶、毛細管力等諸多傳熱極限;

3.無(wú)熱管大功率散熱時(shí)的高接觸熱阻與導熱熱阻以及裝置笨重復雜問(wèn)題;

4.無(wú)熱管啟動(dòng)與工作穩定性方面的問(wèn)題;

5.同等溫度下的單位面積取熱能力比熱管高出約100倍，且系統簡(jiǎn)潔、輕巧和緊湊。