綠能新趨勢專欄─LED Lamps內建風扇散熱技術介紹

LED燈泡藉由開孔設計搭配風扇氣流流動方向，可將LED產生的廢熱由燈泡內快速帶至燈泡外。

目前大功率LED的散熱機構種類可大致區分為「主動式散熱」及「被動式散熱」兩種，主動式散熱又可分為加裝風扇強制散熱與水冷式散熱；另外，被動式散熱則可區分為：自然散熱、熱管加鰭片、均溫板加鰭片、迴路熱管技術等等。

若以熱的傳遞方式又可分為「熱傳導」、「熱對流」及「熱輻射」等3種方式。熱傳導是指在固體介質中，熱流由高溫處傳遞至低溫處的現象。高溫物體靜置在空氣中、冷卻水內或以風扇降溫，都屬於熱對流的傳遞。較低的流體溫度、較高的流體流速及較大的接觸面積，都有助於熱對流的效果。基本上，增加散熱面積、使用較佳熱傳導的材料及搭配風扇，都是目前解決發光二極體散熱問題常用的方法。

為何要用風扇散熱？風扇具有導流、換氣、散熱等各種用途，且風扇是被動式空冷散熱器與主動式風冷散熱器主要的區別，沒有風扇就不能稱為主動式風冷散熱器。風冷散熱器是否正常工作，幾乎完全取決於風扇的工作狀態，在不改變散熱結構與其他組成的情況下，使用更高效能的風扇，則可以令風冷散熱器效能大大提升。使用風扇散熱可以降低產品重量與體積，不僅提高散熱效能，更可以使產品輕量化。

一般風扇已長期廣泛應用於電子系統、空調冷卻換氣系統、汽車引擎散熱等。其中電子系統包括筆記型電腦、桌上型電腦、伺服器或通訊系統等；空調冷卻換氣系統則包括冷氣機熱交換器、排換氣風扇等；而汽車引擎散熱即所謂引擎冷卻風扇。

風扇移熱原理主要是靠葉片推動流體使其移動，進而產生流量，經由強制對流的方式帶走散熱器的熱。LED燈泡藉由開孔設計搭配風扇氣流流動方向，可將LED產生的廢熱由燈泡內快速帶至燈泡外。LED散熱風扇更適合應用在高瓦數LED燈泡散熱，如LED PAR系列、LED天井燈…等等。

相同大小LED燈的空間下，使用風扇可以使得LED基版溫度降到約52°C左右，重量約為130g。傳統式散熱方式(如鋁擠/鋁壓鑄金屬散熱)LED基版溫度約為70°C左右，重量約200g。

考慮使用者對於噪音的感受，LED燈風扇為低噪音設計風扇，一般來說噪音表現皆小於20Dba，人耳不易察覺(測試標準：環境溫度20-23度，濕度通常在50~70%基礎下)。針對此點，LED燈泡廠力明光電(Ecomaa Lighting)表示，該公司採用母公司力致科技之專利磁吸含油軸承馬達(Hydro-mag Bearing)，使用滑動摩擦的套筒，可以降低風扇軸承運行時磨耗的噪音。

力明光電指出，風扇搭配散熱器設計可使得氣流更加順暢，減少渦流情形發生，利用轉速控制降低氣流產生的噪音。LED燈開發過程會利用半無響室進行噪音評估，進一步確認整燈設計的噪音值是否會過高。

在風扇壽命方面，目前力明光電使用的風扇皆會進行MTTF(平均壽命時間)測試，測試條件為環境溫度70°C下針對一定數量的風扇進行烘烤，並確認其是否正常運轉。目前風扇的保固皆為2年。至於風扇的耗電量，以目前使用的5.5V軸流風扇為例，其耗電量約為0.55W。

此外，有關於風扇集塵的問題，一般來說，粉塵或棉絮確實有可能會聚集在power module上，但並不會因此而影響到風扇之壽命或是造成噪音問題。依過去多年實驗結果，目前風扇尚無出現過因粉塵或棉絮造成失效。(本文由力明光電提供，記者張琳一整理)

[綠能新趨勢專欄每週四刊載]