Προς το παρόν, υπάρχουν τρία είδη PCB που εφαρμόζονται με LED υψηλής ισχύος για απαγωγή θερμότητας: συνηθισμένη πλακέτα διπλής όψης με επικάλυψη χαλκού (FR4), ευαίσθητη πλακέτα χαλκού με βάση κράμα αλουμινίου (MCPCB), εύκαμπτη πλακέτα φιλμ PCB με κόλλα σε πλακέτα κράματος αλουμινίου.
Η επίδραση της απαγωγής θερμότητας σχετίζεται με το στρώμα χαλκού και το πάχος του μεταλλικού στρώματος, καθώς και με τη θερμική αγωγιμότητα του μονωτικού μέσου. Γενικά χρησιμοποιείται MCPCB με στρώμα χαλκού 35um και κράμα αλουμινίου 1,5mm. Το εύκαμπτο PCB είναι κολλημένο σε πλάκα κράματος αλουμινίου. Φυσικά, τα MCPCBS με υψηλή θερμική αγωγιμότητα έχουν την καλύτερη θερμική απόδοση, αλλά και η τιμή τους αυξάνεται.
Εδώ, ορισμένα δεδομένα λαμβάνονται από το παράδειγμα MESURING TC της εταιρείας NICHIA ως παραδείγματα υπολογισμών. Οι συνθήκες είναι οι εξής: LED: λευκή LED 3W, μοντέλο MCCW022, RJC=16℃/W. Κεφαλή μέτρησης θερμομέτρου σημείου θερμοστοιχείου τύπου K συγκολλημένη στην ψύκτρα.
Πίνακας δοκιμής PCB: πίνακας διπλής στρώσης με επικάλυψη χαλκού (40×40mm), t=1,6mm, επιφάνεια συγκόλλησης με στρώμα χαλκού 1180mm2, επιφάνεια στρώματος χαλκού στην πλάτη 1600mm2.
Κατάσταση λειτουργίας LED: IF-500mA, VF=3.97V
Η θερμοκρασία TC=71℃ μετρήθηκε με θερμόμετρο σημείου θερμοστοιχείου τύπου Κ. Η θερμοκρασία περιβάλλοντος TA=25℃
1. Υπολογίζεται το TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2. Υπολογίζεται η RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. Υπολογίζεται το RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃W
=39,1℃Δ
Εάν η σχεδιασμένη TJmax είναι -90℃, η TJ που υπολογίζεται σύμφωνα με τις παραπάνω συνθήκες δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Είναι απαραίτητο να αλλάξετε την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος με καλύτερη απαγωγή θερμότητας ή να αυξήσετε την περιοχή απαγωγής θερμότητας και να ελέγξετε και να υπολογίσετε ξανά μέχρι TJ≤TJmax.
Μια άλλη μέθοδος είναι ότι όταν η τιμή UC του LED είναι πολύ μεγάλη, VF=3,65V όταν αντικαθίσταται η τιμή RJC=9℃/WIF=500mA, οι άλλες συνθήκες παραμένουν αμετάβλητες, η τιμή T) μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Υπάρχει κάποιο σφάλμα στον υπολογισμό των 71℃ παραπάνω, η νέα λυχνία LED 9℃W θα πρέπει να συγκολληθεί για να ελεγχθεί ξανά η θερμοκρασία TC (η μετρούμενη τιμή είναι ελαφρώς μικρότερη από 71℃). Δεν έχει και τόση σημασία. Μετά τη χρήση LED 9℃/W, δεν χρειάζεται να αλλάξει το υλικό και η περιοχή της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος, κάτι που πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού.
Ψύκτρα στο πίσω μέρος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος
Εάν η υπολογισμένη TJmax είναι πολύ μεγαλύτερη από την απαιτούμενη σχεδίαση και η δομή δεν επιτρέπει επιπλέον χώρο, σκεφτείτε να κολλήσετε την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) πίσω στο προφίλ αλουμινίου σε σχήμα "U" (ή να σφραγίσετε την πλάκα αλουμινίου) ή να κολλήσετε στην ψύκτρα. Αυτές οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως στο σχεδιασμό πολλαπλών λαμπτήρων LED υψηλής ισχύος. Για παράδειγμα, στο παραπάνω παράδειγμα υπολογισμού, μια ψύκτρα 10℃/W επικολλάται στο πίσω μέρος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος με TJ=103℃ και η TJ της μειώνεται σε περίπου 80℃.
Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι η παραπάνω θερμοκρασία TC μετριέται σε θερμοκρασία δωματίου (γενικά 15~30℃). Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος της λάμπας LED TA είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία δωματίου, η πραγματική θερμοκρασία TJ είναι υψηλότερη από την υπολογισμένη θερμοκρασία TJ που μετριέται σε θερμοκρασία δωματίου, επομένως αυτός ο παράγοντας θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον σχεδιασμό. Εάν η δοκιμή πραγματοποιείται στον θερμοστάτη, είναι καλύτερο να ρυθμίσετε τη θερμοκρασία στην υψηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος κατά τη χρήση.
Επιπλέον, είτε η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) είναι εγκατεστημένη οριζόντια είτε κάθετα, οι συνθήκες απαγωγής θερμότητας είναι διαφορετικές, γεγονός που έχει κάποια επίδραση στη μέτρηση της θερμοκρασίας θερμοκρασιών (TC). Το υλικό του κελύφους, το μέγεθος και η οπή απαγωγής θερμότητας της λάμπας επηρεάζουν επίσης την απαγωγή θερμότητας. Επομένως, θα πρέπει να υπάρχει κάποιο περιθώριο κέρδους στο σχεδιασμό.
Ώρα δημοσίευσης: 23 Μαρτίου 2022
