新型冷卻技術利用空氣“子彈”擊落過熱的 LED

發光二極體產生的熱量遠少於傳統燈泡,但它們散發的熱量會使其變暗並縮短其壽命

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發光二極體 (LED) 在感測器、手電筒和影片螢幕中作為一種節能、持久的照明光源而大放異彩。然而,為了使更大功率的 LED 成功取代家庭和工業照明中的白熾燈和熒光燈,它們必須被設計成更好地保持低溫。

熱量是 LED 的大敵。由於 LED 不像白熾燈或熒光燈那樣以紅外輻射的形式散熱,因此必須透過傳導或對流從裝置中移除熱量。 美國能源部 表示,如果 LED 系統沒有有效的方法來消除多餘的熱量,升高的溫度會損壞 LED 元件,使光線變暗並縮短其壽命。

倫斯勒理工學院(位於紐約州特洛伊)副物理學教授 克里斯蒂安·韋策爾 說,今天常見的白熾燈和熒光燈比 LED 使用更多的電,但它們也更擅長散熱。“LED 可能產生的熱量更少,”他補充說,“但仍然需要移除熱量。”

LED(實際上是將電能轉化為光能的半導體)散熱的常用方法是在光源附近放置銅管或鋁管作為散熱器,以帶走多餘的熱量。另一種選擇是在照明系統中安裝風扇,以驅散暖空氣。第三種正在興起的想法承諾比金屬管更積極地散熱,並且比風扇更有效、更安靜:泵使用振盪膜片快速將空氣射流推過熱源。

位於德克薩斯州奧斯汀的 Nuventix 公司(SynJet 的製造商,這是一種合成射流技術,其特點是當施加電壓時膜片會上下移動)營銷總監米克·威爾科克斯說:“我們解決問題的方式不像風扇那樣,透過系統吹入儘可能多的空氣。” “我們使用一種非常像揚聲器的電磁方法。SynJet 的噴嘴可以放置在距離散熱器一毫米或兩毫米的範圍內。”

威爾科克斯說,當 SynJet 的膜片移動時,每個脈衝都會產生一個“空氣子彈”。他說,由於 SynJet 的氣流在熱力學上更有效,因此提供冷卻所需的空氣更少,並且整個系統產生的噪音比風扇小。

飛利浦照明 已開始將 Nuventix 的技術設計到其高功率 LED 照明系統中,作為一種主動冷卻源。飛利浦照明固態照明(包括 LED)全球產品營銷總監吉爾特·範德梅爾說:“在 SynJet 之前,冷卻是以被動方式完成的,這意味著使用一塊笨重的鋁,通常是 SynJet 尺寸的兩到三倍。” 他補充說,飛利浦的 Fortimo 系列大功率 LED 燈依賴於主動冷卻,因為這些燈通常安裝在天花板上,這意味著幾乎沒有可用的空氣空間來提供環境冷卻。“因此,強制冷卻是一種非常有吸引力的解決方案,特別是對於需要冷卻大量功率的設計。”

當然,Nuventix 的技術是有代價的。範德梅爾說,SynJet 使照明裝置的成本增加了約 10%。 “飛利浦已經研究了多種替代方案,例如風扇,”他補充說。“從成本的角度來看,一些替代方案看起來更便宜,但它們的可靠性不如 SynJet,因為大多數其他技術隨著時間的推移會吸附灰塵,然後變得嘈雜並最終失效。”

韋策爾說,像 SynJet 這樣的技術可能被證明是 LED 的一個有吸引力的冷卻選擇,因為它似乎可以與任何標準散熱器配合使用。然而,他補充說,膜片的運動是否可以提供足夠強大的空氣噴射,以到達所有需要冷卻的區域,還有待觀察。

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