En la actualidad, hay tres tipos de PCB aplicados con LED de alta potencia para disipación de calor: placa revestida de cobre de doble cara común (FR4), placa de cobre sensible basada en aleación de aluminio (MCPCB) y PCB de película flexible con adhesivo sobre placa de aleación de aluminio.
El efecto de disipación de calor está relacionado con la capa de cobre, su espesor y la conductividad térmica del medio aislante. Generalmente se utilizan placas de circuito impreso de circuito impreso (MCPCB) con una capa de cobre de 35 µm y una aleación de aluminio de 1,5 mm. Las placas de circuito impreso flexibles se pegan a una placa de aleación de aluminio. Si bien las MCPCB con alta conductividad térmica ofrecen el mejor rendimiento térmico, su precio también está en aumento.
Aquí, se toman algunos datos del ejemplo de medición TC de NICHIA Company como ejemplos de cálculo. Las condiciones son las siguientes: LED: LED blanco de 3 W, modelo MCCW022, RJC = 16 °C/W. Cabezal de medición de termómetro de punto termopar tipo K soldado al disipador de calor.
Placa de prueba PCB: placa recubierta de cobre de doble capa (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, área de la capa de cobre de la superficie de soldadura 1180 mm2Área de la capa de cobre de la parte posterior 1600 mm2.
Estado de funcionamiento del LED: IF-500 mA, VF=3,97 V
Se midió TC=71℃ con un termómetro de punta termopar tipo K. La temperatura ambiente TA=25℃
1. Se calcula TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500 mA × 3,97 V)
+71℃=103℃
2.RBA se calcula
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99 W
=23,1 °C/W
3. Se calcula RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1 °C de oeste
Si la TJmáx diseñada es de -90 °C, la TJ calculada según las condiciones anteriores no cumple con los requisitos de diseño. Es necesario sustituir la PCB por una con mejor disipación térmica o aumentar su área de disipación, y volver a probar y calcular hasta que TJ≤TJmáx.
Otro método es que cuando el valor UC del LED es demasiado grande, VF=3,65 V cuando se reemplaza RJC=9℃/WIF=500 mA, las demás condiciones permanecen sin cambios, T) se puede calcular como:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Hay un error en el cálculo de 71 °C, por lo que se debe soldar un nuevo LED de 9 °C W para volver a probar el coeficiente de temperatura (el valor medido es ligeramente inferior a 71 °C). Esto no tiene importancia. Después de usar un LED de 9 °C/W, no es necesario cambiar el material ni el área de la PCB, lo cual cumple con los requisitos de diseño.
Disipador de calor en la parte posterior de la PCB
Si la TJmáx calculada es mucho mayor que el requisito de diseño y la estructura no permite un área adicional, considere pegar la PCB al perfil de aluminio en forma de "U" (o a la placa de aluminio estampada) o al disipador de calor. Estos dos métodos se utilizan comúnmente en el diseño de múltiples lámparas LED de alta potencia. Por ejemplo, en el ejemplo de cálculo anterior, se pega un disipador de calor de 10 °C/W en la parte posterior de la PCB con una TJ de 103 °C, y su TJ se reduce a aproximadamente 80 °C.
Cabe señalar que el TC anterior se mide a temperatura ambiente (generalmente entre 15 y 30 °C). Si la temperatura ambiente de la lámpara LED TA es superior a la temperatura ambiente, el TJ real será mayor que el calculado a temperatura ambiente, por lo que este factor debe considerarse en el diseño. Si la prueba se realiza en el termostato, es recomendable ajustar la temperatura a la temperatura ambiente más alta durante su uso.
Además, independientemente de si la PCB se instala horizontal o verticalmente, sus condiciones de disipación de calor son diferentes, lo que influye en la medición de temperatura. El material de la carcasa, el tamaño y el orificio de disipación de calor de la lámpara también influyen en la disipación de calor. Por lo tanto, se debe tener cierto margen de maniobra en el diseño.
Hora de publicación: 23 de marzo de 2022
