原创 散热仍是高亮度LED照明系统的“阿基里斯之踵”

尽管高亮度发光二极管（HBLED）正在能效方面取得快速进步，发热仍是许多HBLED照明系统的“阿基里斯之踵”。正如我在以前专栏提到的，发热主要是由HBLED半导体材料内没参加辐射的电子和空穴的重新结合产生的。尽管LED具有以窄的、精准调适的波长发光的优点，但它也限制了这种器件将多余热量以红外线方式辐散出去的能力。所以，必须借助热传导和对流进行散热。图1比较了普通白光源的各种能谱。请记住，大多数白光HBLED实际上是蓝光HBLED，只是在其上涂敷一种特殊的发黄光的磷。


对我们的眼睛来说，它们就显示为白色光。

图1 - 各种白光源的热和能量分布

通过铜或铝等高导热材料可以把热扩散到HBLED组件的外面。在某些情况下，最终产品的金属化外壳就足够起到散热作用了。

源于所需的光强（就LED来说，光强是指通过立体角发送的光量，而不是“亮度”），越来越多的应用要求强制空气对流。为获得最佳光纤耦合效率，光纤光源依赖小尺寸，高输出的光源。在医疗仪器、战术照明系统、投影仪以及许多舞台、建筑和住宅照明应用中也有这种要求。从一个小空间发射出的强光会产生大量的热。但采用风扇将带来可靠性问题且还会产生不希望的马达噪音。

一种称为SynJet™的新技术，承诺为HBLED照明系统提供风扇级强制空气对流的好处且没有附带的噪音、也没有风机叶片和电机以及随之而来的可靠性问题。


这些小的“合成射流”制冷器基于对Ari Glezer博士和乔治亚理工学院内其它研究人员研究成果的商业化开发，它们使用电磁耦合膜片通过喷嘴以脉动方式喷射出高速空气射流。由于空气是被强力喷射出喷嘴，所以会生成涡流。一旦从喷嘴形成涡流，它就会将周围的空气裹挟走。


效果相当显着——尤其是当我们大家都习惯于会听到风扇的呼呼转声。开发该技术的公司——Nuventix已有用于HBLED灯具的标准SynJet产品。一款组件采用MR-16配置；另一款则采用PAR-38式灯座样式。SynJet引擎比电机所需的电流要少得多，其工作电压是5V。

图2 – Nuventix的MR-16和PAR-38型SynJet HBLED冷却器

MR-16配置制冷器的散热能力约20W；PAR-38式可高达50W。假设所用的HBLED具有80流明/瓦的光效，一个独立系统（self-contained）就能提供数千流明的光。当然，你必须确定HBLED制造商是如何定义流明/瓦这一指标的—— 一些是在25℃进行的测试，另一些是在40 ° C。必须按照正常工作条件，对在25 ° C测得的数据进行降级折算。


我已在自己的实验室对SynJet产品进行过测试。它们是如此安静，以致若没有HBLED，我们实际上很难分辨出它们是否在工作。在我们LightSpeed的网页上有Nuventix SynJet HBLED制冷器产品的数据表和其它技术资料。

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