Actualment, hi ha tres tipus de PCB aplicats amb LED d'alta potència per a la dissipació de calor: placa recoberta de coure de doble cara ordinària (FR4), placa de coure sensible basada en aliatge d'alumini (MCPCB) i PCB de pel·lícula flexible amb adhesiu sobre placa d'aliatge d'alumini.
L'efecte de dissipació de calor està relacionat amb la capa de coure i el gruix de la capa metàl·lica i la conductivitat tèrmica del medi aïllant. Generalment s'utilitza MCPCB amb una capa de coure de 35 µm i un aliatge d'alumini d'1,5 mm. La PCB flexible s'enganxa a la placa d'aliatge d'alumini. Per descomptat, els MCPCBS amb alta conductivitat tèrmica tenen el millor rendiment tèrmic, però el preu també està augmentant.
Aquí, algunes dades s'han extret de l'exemple de MEASURING TC de l'empresa NICHIA com a exemples de càlcul. Les condicions són les següents: LED: LED blanc de 3 W, model MCCW022, RJC = 16 ℃/W. Capçal de mesura del termòmetre de punt de termopar tipus K soldat al dissipador de calor.
Placa de prova PCB: placa recoberta de coure de doble capa (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, àrea de la capa de coure de la superfície de soldadura 1180 mm2, àrea de la capa de coure de la part posterior de 1600 mm2.
Estat de funcionament del LED: IF-500mA, VF=3.97V
TC = 71 ℃ es va mesurar amb un termòmetre de punt de termopar tipus K. La temperatura ambient TA = 25 ℃
1. Es calcula TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA × 3,97V)
+71℃=103℃
2. Es calcula el RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1 ℃/W
3. Es calcula RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/O + 23,1℃O
=39,1 ℃ O
Si la TJmax dissenyada és de -90 ℃, la TJ calculada segons les condicions anteriors no pot complir els requisits de disseny. Cal canviar la PCB amb una millor dissipació de calor o augmentar la seva àrea de dissipació de calor, i provar i calcular de nou fins que TJ≤TJmax.
Un altre mètode és que quan el valor UC del LED és massa gran, VF = 3,65 V quan es substitueix RJC = 9 ℃ / WIF = 500 mA, la resta de condicions romanen sense canvis, T) es pot calcular com:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Hi ha algun error en el càlcul dels 71 ℃ anteriors, cal soldar un nou LED de 9 ℃ W per tornar a comprovar la temperatura de transició (el valor mesurat és lleugerament inferior a 71 ℃). Realment no importa. Després d'utilitzar un LED de 9 ℃/W, no cal canviar el material ni l'àrea de la PCB, ja que compleix els requisits de disseny.
Dissipador de calor a la part posterior de la PCB
Si el TJmax calculat és molt més gran que el requisit de disseny i l'estructura no permet una àrea addicional, considereu enganxar la PCB de nou al perfil d'alumini en forma d'"U" (o estampació de placa d'alumini) o enganxar-la al dissipador de calor. Aquests dos mètodes s'utilitzen habitualment en el disseny de múltiples làmpades LED d'alta potència. Per exemple, en l'exemple de càlcul anterior, un dissipador de calor de 10 ℃/W s'enganxa a la part posterior de la PCB amb TJ = 103 ℃ i el seu TJ cau a uns 80 ℃.
Cal destacar que la TC esmentada anteriorment es mesura a temperatura ambient (generalment de 15 a 30 ℃). Si la temperatura ambient de la làmpada LED TA és superior a la temperatura ambient, el TJ real és superior al TJ calculat mesurat a temperatura ambient, per la qual cosa aquest factor s'ha de tenir en compte en el disseny. Si la prova es realitza al termòstat, és millor ajustar la temperatura a la temperatura ambient més alta quan s'utilitza.
A més, tant si la PCB s'instal·la horitzontalment com verticalment, les seves condicions de dissipació de calor són diferents, cosa que té un cert impacte en la mesura del TC. El material de la carcassa, la mida i el forat de dissipació de calor de la làmpada també tenen un impacte en la dissipació de calor. Per tant, hi hauria d'haver un cert marge de maniobra en el disseny.
Data de publicació: 23 de març de 2022
