در حال حاضر، سه نوع برد مدار چاپی با LED های پرقدرت برای اتلاف گرما استفاده میشود: برد معمولی دو طرفه با روکش مسی (FR4)، برد مسی حساس بر پایه آلیاژ آلومینیوم (MCPCB)، برد مدار چاپی لایهای انعطافپذیر با چسب روی برد آلیاژ آلومینیوم.
اثر اتلاف گرما مربوط به لایه مس و ضخامت لایه فلزی و رسانایی حرارتی محیط عایق است. MCPCB معمولاً با لایه مس 35um و آلیاژ آلومینیوم 1.5mm استفاده میشود. PCB انعطافپذیر به صفحه آلیاژ آلومینیوم چسبانده میشود. البته MCPCBS با رسانایی حرارتی بالا بهترین عملکرد حرارتی را دارد، اما قیمت آن نیز در حال افزایش است.
در اینجا، برخی از دادهها از نمونه اندازهگیری دمای بحرانی شرکت نیچیا به عنوان مثالهای محاسباتی گرفته شدهاند. شرایط به شرح زیر است: LED: LED سفید 3 وات، مدل MCCW022، RJC=16℃/W. سر اندازهگیری دماسنج نقطهای ترموکوپل نوع K که به هیت سینک جوش داده شده است.
برد تست PCB: برد دو لایه با روکش مسی (40×40 میلیمتر)، ضخامت = 1.6 میلیمتر، مساحت لایه مس سطح جوش 1180 میلیمتر2، مساحت لایه مس پشت 1600 میلیمتر2.
وضعیت کار LED: IF-500mA، VF=3.97V
دمای TC=71℃ با دماسنج نقطهای ترموکوپل نوع K اندازهگیری شد. دمای محیط TA=25℃
۱. TJ محاسبه میشود
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ = 16 ℃ / W (500mA × 3.97V)
+۷۱ درجه سانتیگراد = ۱۰۳ درجه سانتیگراد
2.RBA محاسبه میشود
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1.99 وات
= 23.1 ℃/W
۳. RJA محاسبه میشود
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃W
= 39.1 درجه سانتیگراد غربی
اگر TJmax طراحی شده -90℃ باشد، TJ محاسبه شده طبق شرایط فوق نمیتواند الزامات طراحی را برآورده کند. لازم است PCB با اتلاف حرارت بهتر تغییر داده شود یا ناحیه اتلاف حرارت آن افزایش یابد و دوباره آزمایش و محاسبه تا TJ≤TJmax انجام شود.
روش دیگر این است که وقتی مقدار UC LED خیلی بزرگ باشد، VF=3.65V وقتی RJC=9℃/WIF=500mA جایگزین شود، سایر شرایط بدون تغییر باقی میمانند، T) را میتوان به صورت زیر محاسبه کرد:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3.65 V) = 87.4 ℃
در محاسبه دمای ۷۱ درجه سانتیگراد بالا مقداری خطا وجود دارد، برای آزمایش مجدد TC باید یک LED جدید ۹ درجه سانتیگرادی جوش داده شود (مقدار اندازهگیری شده کمی کمتر از ۷۱ درجه سانتیگراد است). این موضوع واقعاً مهم نیست. پس از استفاده از LED با دمای ۹ درجه سانتیگراد بر وات، نیازی به تغییر جنس و مساحت PCB نیست، که این امر الزامات طراحی را برآورده میکند.
هیت سینک در پشت برد مدار چاپی
اگر TJmax محاسبهشده بسیار بزرگتر از نیاز طراحی باشد و ساختار اجازه مساحت اضافی را ندهد، چسباندن PCB به پروفیل آلومینیومی "U" شکل (یا مهر زنی صفحه آلومینیومی) یا چسباندن به هیت سینک را در نظر بگیرید. این دو روش معمولاً در طراحی چندین لامپ LED پرقدرت استفاده میشوند. به عنوان مثال، در مثال محاسبه بالا، یک هیت سینک 10℃/W با TJ=103℃ در پشت PCB چسبانده میشود و TJ آن به حدود 80℃ کاهش مییابد.
لازم به ذکر است که TC فوق در دمای اتاق (معمولاً ۱۵ تا ۳۰ درجه سانتیگراد) اندازهگیری شده است. اگر دمای محیط TA لامپ LED بیشتر از دمای اتاق باشد، TJ واقعی بیشتر از TJ محاسبه شده در دمای اتاق است، بنابراین این عامل باید در طراحی در نظر گرفته شود. اگر آزمایش در ترموستات انجام شود، بهتر است هنگام استفاده، دما را روی بالاترین دمای محیط تنظیم کنید.
علاوه بر این، چه PCB به صورت افقی نصب شود و چه عمودی، شرایط اتلاف حرارت آن متفاوت است که تأثیر خاصی بر اندازهگیری TC دارد. جنس بدنه، اندازه و سوراخ اتلاف حرارت لامپ نیز بر اتلاف حرارت تأثیر دارند. بنابراین، باید در طراحی کمی آزادی عمل وجود داشته باشد.
زمان ارسال: ۲۳ مارس ۲۰۲۲
