风冷散热也可以叫做强制对流散热,在电脑中我们可以看到风冷散热技术的应用,它是利用在电脑器件中加入风扇,加快了电脑内部空气的流动,使电脑内部已经吸收热量的空气能够得以快速的散出去。而在LED中很少看到使用风冷散热技术的,众多文献中一般应用在LED中的风冷散热技术都是在传热散热器上加上尺寸合适的风扇,如图1.2,增加对流散热系数,使热空气与冷空气的交换速度加快,充分发挥了对流散热的优点。在散热性能上跟翅片的材质、翅片的设计合理程度、风扇的转速有关。但主要还是跟风扇的转速有关,因为众多的散热器都离不开翅片,翅片作为直接将热量传给空气的结构,在散热器中是非常重要的。风扇的加入只是增加了对流换热的速度,人们认为风扇的转速越快散热效果就会越好,当然是这样,但是转速的增加与散热效果的增加会有一个速率比,当转速达到某个值后,同比增长率会下降,也就是再增加相同转速的时候,所增加的散热效果下降了,所以应该合理的选择风扇转速,而不是越快越好。而且风扇转速的加快消耗的能量也越多,产生的热能也越多,噪音也越大。
图1.2LED风冷散热器
(2) 液冷散热
液冷散热也就是液体冷却散热技术很风冷散热差不多,只不过是使用的介质不一样;液冷散热通常是发生在内部,而风冷散热通常是发生在外部,因为液体的导热率和热容量要比空气的好得多,所以液冷散热的效果也会比普通利用空气散热的效果好得多。从成本上考虑一般所用的液体介质为去离子的纯净水,最常见的液冷散热技术为微喷射流散热[5],如图1.3,主要组成部分为:微泵、微喷射阵列和带风扇的小型热交换器,微泵主要是提供流体的动力,可以通过控制泵来控制流体的流速,内部流体一般设计成循环结构,液体在LED芯片热源出吸热后,通过泵使流体流动到外部所设置的散热器,散热器吸收液体中的热量,再通过与空气的热交换将热量散发。所以液冷散热主要跟液体是什么工作质、液体的流速和外部散热器有关,流速越快散热效果也会越好,因为增加了热对流,但是在循环结构中如果流速过快液体所带到散热器的热量还没有散出去就又回流了,所以要设计合理的循环结构,还要通过实际的测量得到散热效果最好的流速。液冷散热的优点为:散热速度快、效果好等,但是体积大、成本高、设计研究比较繁琐复杂。
液冷散热装置结构
(3) 自然对流散热
自然对流散热是利用散热器与环境空气的自然对流进行热交换从而达到散热的效果,这种散热效果比较差,结构一般就只是翅片散热器。影响散热效果的主要因素是散热器的材料、翅片尺寸大小、厚度、间隔。如图1.4,材料方面:常见的有铝、铜和一些金属合金,铝和铜的导热系数相比,铜的导热系数更大,导热效果更好,所以铜的价格也会比铝的贵一些,一般可以根据散热的要求对材料做出性价比最高的选择。翅片方面:在王林习[6]的文献中,在自然对流下对散热器的尺寸做了对比实验,各个尺寸都会有一个很好的数,当在增加研究数量时,所提升的散热效果很低,而各个参数对结温影响大小依次为: 翅片高度、翅片间距、芯片间距。这些都会影响到散热片与空气的接触面积,我们都知道与空气的接触面积越多越好,但是当散热片过多,就会影响空气的流动速度,所以不同的散热器要有不同的尺寸,在设计研究时候,需要改变很多参数,比较枯燥繁琐,需要消耗一定的时间。