В момента има три вида печатни платки, използвани с мощни светодиоди за разсейване на топлината: обикновена двустранно помеднена платка (FR4), чувствителна медна платка на базата на алуминиева сплав (MCPCB) и гъвкаво фолио върху алуминиева сплав с лепило.
Ефектът на разсейване на топлината е свързан с медния слой и дебелината на металния слой, както и с топлопроводимостта на изолационната среда. Обикновено се използва MCPCB с 35um меден слой и 1,5mm алуминиева сплав. Гъвкавата печатна платка се залепва към алуминиева плоча. Разбира се, MCPCBS с висока топлопроводимост имат най-добри термични характеристики, но цената им също се покачва.
Тук някои данни са взети от примера на MEASURING TC на компанията NICHIA като примери за изчисление. Условията са следните: LED: 3W бял LED, модел MCCW022, RJC=16℃/W. Измервателна глава с термодвойка тип K, заварена към радиатора.
Тестова платка за печатни платки: двуслойна меднопокрита платка (40×40 мм), t=1,6 мм, площ на медния слой на заваръчната повърхност 1180 мм2, площ на медния слой на гърба 1600 мм2.
Работно състояние на светодиода: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ беше измерена с термодвойка тип K. Температурата на околната среда TA=25℃
1. TJ се изчислява
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2. Изчислява се RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. Изчислява се RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Ако проектираната TJmax е -90℃, TJ, изчислена съгласно горните условия, не може да отговори на проектните изисквания. Необходимо е да се смени печатната платка с по-добро разсейване на топлината или да се увеличи площта ѝ за разсейване на топлината, и да се тества и изчислява отново, докато TJ≤TJmax стане.
Друг метод е, когато стойността на UC на светодиода е твърде голяма, VF=3.65V при RJC=9℃/WIF=500mA, като другите условия остават непроменени, T) може да се изчисли като:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Има известна грешка в изчислението на 71℃ по-горе, нов 9℃W LED трябва да се заварят, за да се тества отново TC (измерената стойност е малко по-малка от 71℃). Това няма значение. След използване на 9℃/W LED, не е необходимо да се променя материалът и площта на печатната платка, което отговаря на изискванията за дизайн.
Радиатор на гърба на печатната платка
Ако изчислената TJmax е много по-голяма от проектните изисквания и структурата не позволява допълнителна площ, помислете за залепване на печатната платка обратно към "U"-образния алуминиев профил (или щамповане на алуминиева плоча) или залепване към радиатора. Тези два метода се използват често при проектирането на множество мощни LED лампи. Например, в горния пример за изчисление, радиатор 10℃/W е залепен на гърба на печатната платка с TJ=103℃ и неговата TJ пада до около 80℃.
Трябва да се отбележи, че горепосочената температура на околната среда (TC) се измерва при стайна температура (обикновено 15~30℃). Ако температурата на околната среда на LED лампата TA е по-висока от стайната температура, действителната температура на преобразуване (TJ) е по-висока от изчислената температура на преобразуване, измерена при стайна температура, така че този фактор трябва да се вземе предвид при проектирането. Ако изпитването се извършва в термостата, най-добре е температурата да се регулира на най-високата температура на околната среда по време на употреба.
Освен това, независимо дали печатната платка е монтирана хоризонтално или вертикално, условията за разсейване на топлината са различни, което оказва известно влияние върху измерването на термокорозионната температура (TC). Материалът на корпуса, размерът и отворът за разсейване на топлината на лампата също оказват влияние върху разсейването на топлината. Следователно, при проектирането трябва да има известна свобода на действие.
Време на публикуване: 23 март 2022 г.
