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汉威激光LRGB®激光的制冷技术

汉威激光LRGB®激光的制冷技术 汉威激光
2019-09-06
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导读:散热是延长激光寿命的关键散热不良是电子元器件(半导体激光,集成芯片,电容等)损毁、损伤的元凶之一。热力学中有


散热是延长激光寿命的关键


散热不良是电子元器件(半导体激光,集成芯片,电容等)损毁、损伤的元凶之一。热力学中有个最重要的公式——阿累尼乌斯方程,它是预测电子产品使用寿命和温度关系的非常经典的经验公式。


它表明,电子产品的温度每升高7~10℃,寿命会下降一半。目前激光投影显示行业使用的半导体激光器具有超长的使用寿命2~3万小时。但是很少有人知道这2~3万小时的寿命是有条件的。其中最重要的条件之一就是要为激光这种能量密度超高的光源进行良好的散热。如何能够有效的对激光的发热进行管理是考验各个激光集成厂家技术能力的关键指标。


热管理技术的优劣势


目前在激光影院放映市场流行的热管理手段有三种:1)TEC制冷技术;2)压缩机制冷技术(水冷机);3)纯风冷制冷技术;面对这三种技术,很多用户很难搞清楚它们的优缺点在哪里。

1、TEC制冷技术:


TEC制冷片的优势在于他的制冷是靠电流驱动的,它的体积很小,通过控制电流的大小就可以控制TEC的制冷能力对温度控制比较方便。虽然通了电流就可以制冷,但是千万不要以为TEC制冷技术就是静音的,因为它要想实现制冷还需要散热翅片和风扇等组件将TEC从热源吸收的热量以及它自己的热量排放到空气中去。风扇是有噪音的。

TEC的制冷过程


缺点在于:TEC的制冷效率极低,是本文所述三种制冷技术中效率最低的,因此虽然TEC制冷原理早在1774年就被发现了至今都不能像空调、冰箱压缩机那样得到大规模应用就是因为它的效率低,浪费电量。

2、压缩机技术


压缩机制冷技术系统比较复杂,有压缩机、铜管系统、毛细管(膨胀阀)、冷凝器、蒸发器、水泵、水箱、电控系统。稳定可靠的压缩机系统组件体积偏大,使得压缩机制冷系统的体积比较大,难以集成在放映机内部,需要外置;同时压缩机运行时噪音也比较大。

水冷机制冷的原理图

但是其优点在于,压缩机制冷系统大规模工业应用时间长,技术可靠性强。同时压缩机制冷系统的能效比较高,其耗费的电能比它能产生的制冷量小很多,一般是制冷量的1/3~1/2。

什么压缩机的制冷量高呢?因为压缩机系统的所有工作都是为热量转移提供通道,其额外的工作仅在于压缩气体过程中产生的机械摩擦,这部分的能量耗散极小。

3、风冷制冷技术


风冷制冷技术是被动制冷技术,它依靠环境中的空气对热源降温,降温效果,温度控制能力与环境中的空气温度有很大关系,因此无法将热源控制在随心所欲的温度。

风冷制冷的示意图

汉威激光的制冷技术“黑科技”-低温分子润湿焊接技术  


综上所述,是否我们已经得出结论了,可以为使用TEC制冷技术、压缩机制冷技术、风冷制冷技术的厂家技术实力高低优劣排序了呢?

答案是:非也。

因为这三种制冷技术用在各个领域已经存在至少几百年了,激光生产厂家只是它们拿过来用在激影院行业而已。而且这三种技术针对不同的影院现场使用时各有优势。

汉威激光根据市场的不同需求开发了四款制冷技术:
压缩机制冷技术,TEC制冷技术,风冷制冷技术,风冷与TEC结合的制冷技术。汉威激光会针对客户的需求推荐客户选配最佳的制冷方案;低温分子润湿焊接技术在TEC制冷技术,压缩机制冷技术,纯风冷制冷技术中都可以使用,并提高这三种制冷技术的制冷效率10倍。

请大家注意下图中所有黄色的部分,它们是热量从热源到环境的必经通道。

TEC制冷系统


汉威激光开发了一种能够让在低温下与铜铝润湿的材料和焊接技术,这种低温焊接材料的焊接温度低,不会影响激光二极管的寿命,同时其热导率是普通硅脂的10倍,大大提高和制冷系统的换热效率。


润湿的两种金属焊接示意图


相同的耗电情况下,与传统的散热方式相比,激光器的温度至少可以降低5℃~8℃。就像文章开头所讲,每降低7~10℃电子产品的寿命能提高一倍。


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