Trenutno postoje tri vrste PCB-a koji se koriste sa LED diodama velike snage za odvođenje toplote: obična dvostrano bakreno obložena ploča (FR4), osjetljiva bakrena ploča na bazi legure aluminija (MCPCB), PCB sa fleksibilnim filmom sa ljepilom na ploči od legure aluminija.
Efekat odvođenja toplote povezan je sa slojem bakra i debljinom metalnog sloja, kao i sa toplotnom provodljivošću izolacionog medija. Općenito se koristi MCPCB sa slojem bakra od 35um i legurom aluminija debljine 1,5mm. Fleksibilna PCB ploča se lijepi na ploču od legure aluminija. Naravno, MCPCBS sa visokom toplotnom provodljivošću ima najbolje toplotne performanse, ali i cijena raste.
Ovdje su neki podaci uzeti iz primjera MJERNOG TC-a kompanije NICHIA kao primjeri proračuna. Uslovi su sljedeći: LED: 3W bijela LED dioda, model MCCW022, RJC=16℃/W. Mjerna glava termometra tipa K sa termoelementom zavarena je za hladnjak.
PCB testna ploča: dvoslojna ploča obložena bakrom (40×40mm), t=1.6mm, površina bakrenog sloja na površini zavarivanja 1180mm2, površina bakrenog sloja na poleđini 1600 mm2.
Radni status LED diode: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ je izmjereno termometrom tipa K sa termoelementom. Temperatura okoline TA=25℃
1. TJ se izračunava
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2. RBA se izračunava
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA se izračunava
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Ako je projektovana vrijednost TJmax -90℃, TJ izračunata prema gore navedenim uslovima ne može ispuniti projektne zahtjeve. Potrebno je zamijeniti PCB ploču s boljim odvođenjem topline ili povećati njenu površinu odvođenja topline, te ponovo testirati i izračunati dok TJ≤TJmax.
Druga metoda je da kada je UC vrijednost LED diode prevelika, VF=3,65V kada se zamijeni RJC=9℃/WIF=500mA, a ostali uslovi ostaju nepromijenjeni, T) se može izračunati kao:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Postoji određena greška u proračunu od 71℃ iznad, nova LED dioda od 9℃W treba biti zavarena kako bi se ponovo testirao TC (izmjerena vrijednost je nešto manja od 71℃). To zapravo nije bitno. Nakon korištenja LED diode od 9℃/W, nije potrebno mijenjati materijal i površinu PCB-a, što ispunjava zahtjeve dizajna.
Hladnjak na stražnjoj strani PCB-a
Ako je izračunati TJmax mnogo veći od projektnog zahtjeva, a struktura ne dozvoljava dodatnu površinu, razmislite o lijepljenju PCB-a natrag na aluminijski profil u obliku slova "U" (ili štancanjem aluminijske ploče) ili lijepljenju na hladnjak. Ove dvije metode se često koriste u dizajnu više LED lampi velike snage. Na primjer, u gornjem primjeru proračuna, hladnjak od 10℃/W je zalijepljen na stražnju stranu PCB-a sa TJ=103℃, a njegov TJ pada na oko 80℃.
Ovdje treba napomenuti da se gore navedeni TC mjeri na sobnoj temperaturi (obično 15~30℃). Ako je temperatura okoline LED lampe TA veća od sobne temperature, stvarni TJ je veći od izračunatog TJ izmjerenog na sobnoj temperaturi, tako da ovaj faktor treba uzeti u obzir prilikom projektovanja. Ako se ispitivanje provodi u termostatu, najbolje je podesiti temperaturu na najvišu temperaturu okoline tokom upotrebe.
Osim toga, bez obzira da li je PCB instaliran horizontalno ili vertikalno, uslovi odvođenja toplote su različiti, što ima određeni uticaj na mjerenje TC-a. Materijal kućišta, veličina i otvor za odvođenje toplote lampe takođe utiču na odvođenje toplote. Stoga bi trebalo ostaviti određeni prostor za manevar u dizajnu.
Vrijeme objave: 23. marta 2022.
