Gaur egun, hiru PCB mota daude beroa xahutzeko potentzia handiko LEDekin aplikatzen direnak: kobrezko estaldura bikoitzeko ohiko plaka (FR4), aluminiozko aleazioz oinarritutako kobrezko plaka sentikorra (MCPCB), aluminiozko aleaziozko plakaren gainean itsasgarria duen PCB film malgua.
Beroa xahutzeko efektua kobre geruzarekin, metal geruzaren lodierarekin eta isolatzaile euskarriaren eroankortasun termikoarekin erlazionatuta dago. Oro har, 35um-ko kobre geruza eta 1,5 mm-ko aluminio aleaziodun MCPCB erabiltzen da. PCB malgua aluminio aleaziozko plakari itsatsita dago. Noski, eroankortasun termiko handiko MCPCBS-ek dute errendimendu termiko onena, baina prezioa ere igotzen ari da.
Hemen, NICHIA enpresaren TC NEURKETA adibidetik datu batzuk hartu dira kalkulu adibide gisa. Baldintzak hauek dira: LED: 3W-ko LED zuria, MCCW022 modeloa, RJC=16℃/W. K motako termopare puntuko termometroaren neurketa burua bero-hustugailuari soldatuta.
PCB proba-plaka: kobrezko geruza bikoitzeko plaka (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, soldadura-gainazaleko kobrezko geruzaren azalera 1180 mm2, atzeko kobre geruzaren azalera 1600 mm2.
LEDaren funtzionamendu-egoera: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ K motako termopare puntuko termometro batekin neurtu zen. Inguruko tenperatura TA=25℃
1. TJ kalkulatzen da
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2.RBA kalkulatzen da
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1.99W
=23,1℃/W
3. RJA kalkulatzen da
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃W
=39,1℃M
Diseinatutako TJmax -90℃ bada, goiko baldintzen arabera kalkulatutako TJ-k ezin ditu diseinu-eskakizunak bete. Beroa hobeto xahutzen duen PCBa aldatu edo beroa xahutzeko eremua handitu behar da, eta berriro probatu eta kalkulatu TJ≤TJmax izan arte.
Beste metodo bat da LEDaren UC balioa handiegia denean, VF=3.65V RJC=9℃/WIF=500mA ordezkatzen denean, gainerako baldintzak aldatu gabe mantentzen direla, T) honela kalkula daitekeela:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
71℃-ko kalkuluan errore batzuk daude, 9℃W-ko LED berriak soldatu egin beharko lirateke TC berriro probatzeko (neurtutako balioa 71℃ baino zertxobait txikiagoa da). Ez du axola. 9℃/W-ko LEDak erabili ondoren, ez da beharrezkoa PCB materiala eta azalera aldatzea, diseinu-eskakizunak betetzen baititu.
PCBaren atzealdean dagoen bero-hustugailua
Kalkulatutako TJmax diseinu-eskakizuna baino askoz handiagoa bada, eta egiturak ez badu azalera gehigarririk uzten, kontuan hartu PCBa "U" formako aluminiozko profilean itsastea (edo aluminiozko plaka estanpatzea), edo bero-hustugailuari itsastea. Bi metodo hauek erabili ohi dira potentzia handiko LED lanpara anitzen diseinuan. Adibidez, goiko kalkulu-adibidean, 10 ℃/W-ko bero-hustugailu bat itsasten da PCBaren atzealdean TJ=103 ℃-rekin, eta bere TJ 80 ℃ ingurura jaisten da.
Kontuan izan behar da goiko TC giro-tenperaturan neurtzen dela (orokorrean 15~30℃). LED lanpararen TA giro-tenperatura giro-tenperatura baino handiagoa bada, benetako TJ giro-tenperaturan neurtutako TJ kalkulatua baino handiagoa da, beraz, faktore hau diseinuan kontuan hartu behar da. Proba termostatoan egiten bada, hobe da tenperatura giro-tenperaturarik altuenera doitzea erabiltzean.
Gainera, PCB horizontalki edo bertikalki instalatzen den kontuan hartu gabe, beroa xahutzeko baldintzak desberdinak dira, eta horrek eragin handia du TC neurketan. Lanpararen oskolaren materialak, tamainak eta beroa xahutzeko zuloak ere eragina dute beroa xahutzean. Beraz, diseinuan nolabaiteko askatasuna egon beharko litzateke.
Argitaratze data: 2022ko martxoaren 23a
